Usinage

L'usinage est une famille de techniques de fabrication de pièces mécaniques. Le principe de l'usinage est d'enlever de la matière de façon à donner à la pièce brute la forme voulue, avec une machine-outil.



Catégories :

Usinage

Recherche sur Google Images :


Source image : ltds.ec-lyon.fr
Cette image est un résultat de recherche de Google Image. Elle est peut-être réduite par rapport à l'originale et/ou protégée par des droits d'auteur.

Définitions :

  • Action qui a pour but d'obtenir une pièce à partir d'un brut par enlèvement de matière avec outils coupants. (source : phma-spl)
Chariotage au couteau

L'usinage est une famille de techniques de fabrication de pièces mécaniques. Le principe de l'usinage est d'enlever de la matière de façon à donner à la pièce brute la forme voulue, avec une machine-outil. Par cette technique, on obtient des pièces d'une grande précision.

Lors de l'usinage d'une pièce, l'enlèvement de matière est réalisé par la conjonction de deux mouvements relatifs entre la pièce et l'outil : le mouvement de coupe (vitesse de coupe) et le mouvement d'avance (vitesse d'avance).

Il existe deux manière de générer la surface recherchée : par travail de forme ou par travail d'enveloppe. Dans le cas du travail de forme c'est la forme de l'arête tranchante de l'outil qui conditionne la surface obtenue. Dans le cas du travail d'enveloppe, c'est la conjonction des mouvements de coupe et d'avance qui définit la surface finale.

Actuellement, des machines-outil à commande numérique, c'est-à-dire asservies par un dispositif informatique, permettent d'automatiser partiellement ou complètement la procédure.

But

L'usinage entre dans la gamme de fabrication d'une pièce mécanique. Elle est définie par un plan portant une cotation exhaustive. Celle-ci a pour but de définir les dimensions de la pièce finie, la précision, la géométrie mais aussi l'état de surface de la totalité des surfaces qui forment la pièce usinée. A chaque phase de la gamme de fabrication, le concepteur et/ou l'usineur choisissent le type d'usinage à réaliser, la machine, l'outil mais aussi le support de pièce donnant la possibilité l'obtention de l'ensemble des éléments de cotation de la surface reconnue. En général, les formes des surfaces usinées peuvent être planes ou de révolution. Les principaux usinages sont le fraisage (surfaces planes) et le tournage (surfaces de révolution). Avec la naissance de la commande numérique, il est désormais envisageable d'usiner une grande variété de surfaces courbes. Cependant, il convient de noter que les outils utilisés sont les mêmes que pour les machines respectant les traditions et que leurs trajectoires sont constituées de segments de droites et d'arcs de cercles.

L'usinage a un coût : temps de travail, surépaisseur de matière à enlever, usure de la machine-outil, consommables (outil, lubrifiant, courant électrique), stockage. On ne pratique par conséquent que les usinages nécessaires.

On peut distinguer seize fonctions principales que peut remplir la surface d'une pièce. Elles font partie de la cotation d'état de surface :

Ces fonctions vont définir :

C'est la totalité de ces éléments de cotation qui va déterminer le type d'usinage à effectuer, ses paramètres, la finition indispensable, le contrôle à effectuer.

Coupe

Le principe de base de l'usinage est l'enlèvement de matière. Il est obtenu par la coupe du matériau constitutif de la pièce. La coupe s'opère par le déplacement d'un outil de coupe en interférence avec la pièce. La dimension de cette interférence est définie par l'avance en mm. Lors de la coupe, la matière en interférence avec la trajectoire de l'outil est détachée par déformation plastique du reste de la pièce et se transforme en copeaux. Cependant, l'ajustage réalisé à la lime ne forme pas à proprement parler un usinage. L'usinage requiert l'usage d'une machine-outil qui génère de façon autonome les mouvements relatifs pièce-outil en garantissant leur précision mais aussi la puissance mécanique indispensable à la coupe.

Lors de l'usinage d'une pièce, l'enlèvement de matière est réalisé par la conjonction de deux mouvements relatifs entre la pièce et l'outil : le mouvement de coupe (vitesse de coupe) et le mouvement d'avance (vitesse d'avance). La vitesse de coupe est la vitesse de déplacement de l'arête tranchante de l'outil comparé à la pièce. Elle est définie en m/min. Etant donnée la forte puissance requise pour la coupe, l'avance qui définit la quantité de matière retirée est limitée. Donc, l'usinage nécessite de nombreuses coupes successives.

Génération de surface

Il existe deux manières de générer la surface recherchée : par travail de forme ou par travail d'enveloppe. Dans le cas du travail de forme c'est la forme de l'arête tranchante de l'outil qui conditionne la surface obtenue. Dans le cas du travail d'enveloppe, c'est la conjonction des mouvements de coupe et d'avance qui définit la surface finale.

Copeaux

Le copeau est la partie de matière qui se détache lors de la coupe dans un procédé d'usinage. L'état de la surface usinée dépend des conditions de coupe. Il existe une avance en dessous de laquelle il ne faut pas descendre sous peine de n'avoir aucune formation de copeau. Cette avance minimale dépend du matériau, de la vitesse et du type d'outil utilisés, et définit le copeau minimum. Si l'avance est plus faible, il n'y a plus de coupe, mais un écrouissage qui crée un échauffement préjudiciable à l'état de surface de la pièce ainsi qu'à l'outil.

Les procédés d'usinage produisent des copeaux et de la limaille qui, mélangée aux huiles de coupe, forme de la boue. Une certaine quantité de matériau qui a été produit lors de la réalisation de la pièce brute ne sera pas dans la pièce usinée, il faut le collecter et le recycler. Les copeaux ont par conséquent un coût.

Compte tenu des vitesses de "production" de copeaux avec les procédés d'usinage modernes, les copeaux doivent être obligatoirement fragmentés en petites particules afin d'en permettre une évacuation facile. Selon les matériaux "coupés" et la forme des "outils de coupe", les paramètres de coupe donnant la possibilité une bonne fragmentation doivent être adaptés. Les fabricants d'outils fournissent aux usineurs des "courbes de fragmentation" donnant pour chacun des outils de leur catalogue les paramètres vitesse d'avance et profondeur de passe à mettre en œuvre pour obtenir cette fragmentation. Ces courbes en forme de chaussette sont spécifiques au "couple outil - matière".

Procédés d'usinage

Les différents procédés d'usinage sont (les symboles sont ceux de la norme NFE 05-019 de 1992)  :

L'usinage peut être fait soit avec une machine conventionnelle ou à la machine à commande numérique (CN). Il peut être fait soit en usinage classique ou en grande vitesse (UGV).

Paramètres de coupe

Les paramètres de coupe sont :

Les paramètres de coupe sont choisis suivant les caractéristiques mécaniques de la matière à usiner et de l'outil. Ils sont indépendants de la machine utilisée et des caractéristiques géométriques de la pièce et de l'outil.

Les paramètres machine sont :

Les paramètres machines sont calculés à partir des paramètres de coupe et des caractéristiques géométriques de la pièce et de l'outil.

Les éléments de passe sont :

Mise et maintien en position

Pour être conforme aux spécifications (cahier des charges), la pièce finale doit avoir une géométrie telle que définie par le plan de la pièce, aux tolérances prêt (voir Cotation fonctionnelle et Tolérance géométrique). La machine-outil doit par conséquent être bien entendu bien conçue et bien entretenue pour que les mouvements de la pièce et de l'outil soient reproductibles.

Les mouvements se font selon des axes, les «axes machine» :

Il faut par conséquent que le brut — la pièce d'origine — soit aligné avec les axes machine avec une précision au moins égale à celle de la tolérance la plus serrée. C'est tout le problème de la mise en position (MiP) et du maintien en position (MaP). Pour éviter les défauts d'alignement, on à pour but de ce que la MiP soit isostatique.

Pour le fraisage de pièces unitaires ou en petite série, la pièce est fréquemment positionnée dans un étau. Les premières étapes sont par conséquent l'ablocage, c'est-à-dire le serrage de l'étau sur la table, et le dégauchissage, c'est-à-dire l'alignement de l'étau sur les axes machine. La pièce peut aussi être serrée directement sur la table par l'intermédiaire de brides, il faut alors abloquer et dégauchir le brut.

Dans le cas d'usinage en grande série sur machine à commande numérique, la mise et le maintien en position sont assurés par un dispositif de serrage hydraulique, les vérins de serrage remplaçant les brides. La pièce peut être fixée sur un support facilitant sa manutention, sa MiP et son MaP.

Pour le tournage, la pièce est serrée dans des mors solidaires de la broche.

Outils de coupe

Les outils de coupe modernes sont composés d'un support nommé porte-outil en acier et d'une partie amovible nommée plaquette de coupe en carbures. La plaquette est fixée par une vis ou une bride sur son support. Cela permet d'adapter idéalement son outil selon la matière qu'on souhaite usiner, de l'opération qu'on doit effectuer ou des contraintes spécifiques. Cette plaquette dispose de plusieurs arêtes de coupe qui permettent une réduction des coûts d'utilisation. La durée de vie moyenne pour un outil en carbure de tungstène revêtu est de 20 min en tournage et de 45 min en fraisage (temps de contact outil/matière).

La plaquette est par conséquent une pièce d'usure. Cette géométrie permet

Ce système n'est pas envisageable pour des fraises de petit diamètre. On utilise par conséquent des fraises en carbure monobloc, c'est-à-dire entièrement en carbure. Les anciens outils étaient en acier dit «rapide» (AR, ou HSS pour high speed steel).

La plaquette, outil de coupe, est fabriquée en carbure de tungstène (mélange de poudre de tungstène et de cobalt) nommée la nuance. Lors de la fabrication les arêtes de coupe des outils sont spécifiquement soignées pour avoir le tranchant souhaité.

La nuance des outils de coupe est essentiellement faite en carbure revêtu. Le revêtement est une couche particulièrement fine d'un dépôt d'un composant tel que le nitrure de titane ou l'oxyde d'alumine facilitant le glissement du copeau et protégeant le substrat des élévations de température, mais il existe d'autre matériaux de coupe comme le CBN (nitrure de bore cubique) dédié aux usinages des matériaux traités (> à 1 500 MPa) et le PCD pour l'usinage des matériaux non ferreux.

Nous trouvons toujours des outils en carbure de tungstène non revêtu pour les opérations d'usinage des non-ferreux ou des titanes.

La nuance de coupe en carbure de tungstène se classifie suivant une échelle normalisé ISO les classifiant selon leurs caractéristiques. La résistance au frottement, par conséquent à l'usure pour les outils de finition (P10) ou à la ténacité, par conséquent à la pression pour les outils d'ébauche (P40) Le % de cobalt induit directement ses caractéristiques par conséquent le positionnement d'une nuance de carbure dans cette échelle ISO, plus le chiffre est petit "P10" plus la nuance de carbure est dure (finition ou haute vitesse de coupe), plus le chiffre en grand "P40" plus la nuance de carbure est tenace (ébauche ou basse vitesse de coupe ou chocs).

Cette normalisation a récemment évolué pour couvrir l'ensemble des matières usinées :

  • P : usinage des aciers ;
  • M : usinage des inoxydables ;
  • K : usinage des fontes ;
  • N : usinage des non-ferreux ;
  • S : usinage des super alliages ;
  • H : usinage des matières traitées.

Le revêtement de l'outil : trois différentes méthodes sont utilisées :

  1. PVD (dépôt vapeur physique)  ;
  2. CVD (dépôt vapeur chimique)  ;
  3. MTCVD (dépôt vapeur chimique à moyenne température).

Toujours multicouche (de 20 à 60 couches) et d'une épaisseur variable (comprise entre 9 et 20 microns) selon les types de revêtement.

Chaque type de revêtement est à utiliser selon les besoins de l'application. Il sera conseillé de choisir un revêtement PVD pour les opérations fines (ex.  : filetage, faible épaisseur de copeau) ou un revêtement CDV ou MTCVD pour les opérations plus lourdes ou l'outil est plus sollicité.

La géométrie de coupe

Appelée plus vulgairement «brise copeaux», elle permet d'adapter idéalement l'outil à l'opération à effectuer selon 2 critères principaux :

  1. La profondeur de passe.
  2. L'avance.

Les outils coupants standards proposent un large choix de géométrie de coupe. Cette géométrie de coupe est un espace fait de formes concaves et convexes qui a pour mission de contrôler le copeau lors de sa formation, moulé sur la plaquette en carbure, particulièrement étudié pour maîtriser le déroulement du copeau, il garantie sa maîtrise et le bon déroulement de l'usinage sans interrompre ni gêner la coupe. La champ d'application nommé "plage de fragmentation" est définie par une avance minimum et maximum et une profondeur de passe minimum et maximum ce qui définie une section de copeau (épaisseur et largeur) Cette section de copeau entre dans une certaine plage de fragmentation ce qui sert à choisir sa géométrie de coupe, Une géométrie pour une opération de finition sera différente (plus fine) que pour une opération d'ébauche (plus large).

Sens dérivé

L'usinage est la période d'intégration des élèves à l'École nationale supérieure d'arts et métiers. Cette période est désormais appélée Période de Transmission des Traditions ou en abrégé PTT.

Formation / Enseignement

Le lycée professionnel Paul Béchet de Cluses en Haute-Savoie (au cœur du pôle de compétitivité «du Décolletage à la Mécatronique») forme chaque année une promotion de 24 élèves préparant en 3 ans le Baccalauréat professionnel Technicien d'usinage. [1].

Notes et références

  1. lycee-paul-bechet. fr

Recherche sur Amazone (livres) :




Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Usinage.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 05/12/2009.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.
Accueil Recherche Aller au contenuDébut page
ContactContact ImprimerImprimer liens d'évitement et raccourcis clavierAccessibilité
Aller au menu