Cours Fabrication Mecanique

Table des matires

TABLE DES MATIERES

Chapitre I : Les outils coupants.. I-1 Introduction. I.2 Les outils de coupe..

I.2.1 Stabilit thermique I.2.2 Stabilit contre l'usure I.2.3 Aciers au carbone.. I.2.4 Aciers allis. I.2.5 Aciers a coupe rapide I.2.6 Carbures Mtalliques.. I.2.7 Cramiques I.2.8 Diamants.

I.3 Gomtrie des outils de coupe. I.3.1 Description des lments.

I.3.1.1 Le Corps doutil I.3.1.2 La partie active de loutil.. I.3.1.3 La face de coupe : A................................................................................... I.3.1.4 La face de dpouille : A.. I.3.1.5 Larrt tranchante principale : S I.3.1.6 Larrt tranchante secondaire : S I.3.1.7 Le Bec doutil

I.3.2 Les Plans de loutil.. I.3.2.1 Plans de loutil en main. I.3.2.2 Plans de loutil en travail

I.3.3 Angles de loutil I.3.3.1 Angles darte de loutil en main. I.3.3.2 Angle darrte de loutil en travail.. I.3.3.3 Angles des faces.

I.3.4. Orientation de larte I.3.4.1. Outil droite "R" (Right) I.3.4.2. Outil gauche "L" (Left) I.3.4.3. Outil neutre (Neutral)

I.4 Rfrences bibliographiques du chapitre .. Chapitre II : Coupe des Mtaux. II.2 Les paramtres de coupe.

II.2.1 Vitesse de coupe Vc

01 01 02 03 03 03 03 04 04 05 05 05 05 05 05 06 06 06 06 06 06 06 07 08 08 09 09 10 10 10 10 11 12 14 14

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II.2.1.1 Vitesse linaire d'un point en rotation. II. 2.1.2 Vitesse de coupe dans le cas du mouvement de coupe rectiligne

I.2.2 La vitesse davance Vf et avance par tour f. I.2.2.1 La vitesse davance Vf en tournage et fraisage. II.2.2.2 Les types davances

II.2.3 Profondeur de passe a II.3 Temps de fabrication..

II.3.1. Temps manuels Tm . II.3.2. Temps technico-manuels Ttm II.3.3. Temps masqu Tz .. II.3.4.Temps srie Ts .. II.3.5. Temps technologique Tt ..

II.4 Efforts de coupe. II.4.1. Etude exprimentale II.4.2. Valeur approximative de l'effort de coupe en tournage.. II.4.3. Efforts de coupe lors du perage.. II.4.4. Effort de coupe lors du fraisage II.4.5. Puissance en travail [Pe]

II.5. Formation et types de copeaux II.5.1. Les types de copeaux.. II.5.2. Notion dtat de surface. II.5.3. Arte rapporte.

II.6. Formulation Mathmatique des paramtres de coupe. II.6.1. Loi de Taylor II.6.2. Loi du Commandant Denis

II.7. Usure des outils. II.7.1. Types d'usures.. II.7.2. Dpendance ente l'usure et le temps..

II.8. La lubrification. II.8.1. Consquence de laugmentation de la temprature.

II.8.1.1. Sur loutil. II.8.1.2. Sur la pice..

II.8.2. Limitation de la temprature [C] en cours dusinage. II.8.3. Pratique de larrosage

II.9 Rfrences bibliographiques du chapitre II. Chapitre III : Les Procds dusinage.. III Gnralits.

III.1. Tournage.. III.1.1. Tours revolvers.. III.1.2. Tours en l'air III.1.3. Tours verticaux. III.1.4. Principaux usinages ralisables sur tour

14 15 16 17 17 18 19 19 19 19 19 19 20 21 22 23 24 25 25 27 27 28 29 29 32 34 36 37 38 38 38 38 39 40 40 42 42 43 44 44 45 45

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III.2. Perage. III.2.1. Perceuses sensitives. III.2.2. Perceuses colonne.. III.2.3. Perceuses radiales.. III.2.4. Perceuses horizontales.. III.2.5. Perceuses multibroches III.2.6. Perceuses C.N.C

III.3. Fraisage III.3.1. Fraiseuse horizontale.. III.3.2. Fraiseuse raboteuse.

III.4. Rectification. III.4.1 Rectifieuse plane III.4.2 Rectifieuse cylindrique III.4.3. Rectifieuse sans centres..

III.5. Rabotage.. III.5.1. Raboteuses. III.5.2. Etau limeurs. III.5.3. Mortaiseuses

III.6. Taillage d'engrenages. III.7. Les autres procds d'usinages. III.8. Degr d'automatisation. III.9. Degr duniversalit..

III.9.1. Machines-outils universelles.. III.9.2. Machines-outils spcialises. III.9.3. Machines-outils spciales.

III.10. Prcision d'usinage.. III.11. Particularits de construction.. III.12. Rfrences Bibliographique du Chapitre III..

Chapitre IV : Les procds Mcano-Souds..

IV.1. Gnralits IV.2. Conditions de ralisation. IV.3. Classification des procds de soudage IV.4. Soudage oxyacthylnique

IV.4.1. Prsentation du poste de soudure loxyacthylnique. IV.4.2. Ractions lors du soudage.

IV.5. Soudage l'arc lectrique. IV.6. Soudage par rsistance

IV.6.1. Soudage par recouvrement IV.6.2. Soudage en bout.

IV.7. Soudure au plasma IV.8. Brasage... IV.9. Contrle des joints de soudure. IV.10. Types de chanfreins utiliss en soudure

46 47 47 47 47 47 47 47 48 49 49 50 50 51 51 51 52 52 53 53 54 54 54 54 54 54 55 55 56 56 57 57 57 58 58 59 60 61 61 62 62 63 63

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IV.11. Rfrences bibliographiques du chapitre IV.. Chapitre V : Fonderie..

V.1. Gnralits.. V.3.1 Coulabilit.. V.3.2. Retrait.

V.4. Surpaisseur d'usinage V.5. Modelage V.6. Sable de fonderie.

V.6.1. Infusibilit.. V.6.2. Plasticit V.6.3. Cohsion. V.6.4. Permabilit

V.7 Techniques de moulage. V.7.1. Moulage en sable

V.7.1.1. Moulage naturel sur modle. V.7.1.2. Moulage mcanique

V.7.2.Mthodes modernes de fonderie. V.7.2.1. Moulage en coquille.. V.7.2.2. Moulage par gravit V.7.2.3. Moulage sous pression.. V.7.2.4. Moulage par centrifugation. V.7.2.5. Moulage par enrobage ou la cire perdue.

V.8. Rfrences bibliographiques du chapitre V. Rfrences bibliographiques

64 65 66 66 66 67 67 68 68 68 68 68 68 68 69 71 73 73 74 74 74 75 75 76

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Chapitre I : Les outils coupants

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I-1 Introduction On appelle usinage toute opration de mise en forme par enlvement de matire laide dune machine-outil destine confrer une pice des dimensions et un tat de surface (cart de forme et rugosit) situs dans un intervalle de tolrance donn (Figure I.1).

Transformation

Matire

Pice usine Brute

Figure I.1 : Principe de lusinage

L'enlvement de matire est obtenu par une action mcanique de compression jusqu cisaillement mettant en uvre un outil coupant en contact avec la pice usiner (Figure I.2), o le phnomne de coupe ne peut tre obtenu que si loutil est plus dur que la pice [1].

Outil

Surface brute de la pice

Surface engendre

Copeau

F

F

Fmax

Fmax

Cisaillement par Compression Surface coupe

Figure I.2 : Enlvement de matire Pour cela, les moyens dobtention des pices sont trs varis et l'on peut avoir produire des pices par quantit plus ou moins grandes savoir [2]: - Production unitaire : 1 10 pices - Production en srie : * Petite srie : 10 200 pices * Moyenne srie : 200 1000 pices * Grande srie : 1000 5000 pices - Production de masse : plus de 5000 pices

- Production continue en chane : lorsque les postes de travail sont occups en permanence pour la mme pice.

Dans cette optique, les procds de mise en forme des matriaux par enlvement de matire nont cess dtre remis en question afin de rpondre aux exigences industrielles imposes, quelles soient conomiques o cologiques, etc. Aujourdhui, lingnieur de fabrication se doit donc de pouvoir rpondre une multitude de questions tel que :


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Quel type de machine faut-il utiliser et suffira-t-elle en terme de puissance et de prcision ?

Quelles sont les conditions de coupe utiliser pour minimiser l'endommagement des outils ou du matriau usin ?

Quelles sont les solutions adopter lors de la conception des outils et dans quels matriaux doivent-ils tre fabriqus pour amliorer leur dure de vie et/ou la qualit des tats de surface des pices usines ?

Quelles sont les proprits mcaniques de la pice aprs usinage ? Est-il possible dusiner sans apport de lubrifiant ?

Afin de raliser rapidement des pices mcaniques avec la qualit demande et moindre cot [3]. I.2 Les outils de coupe Les outils coupants sont des instruments destins travailler la matire par enlvement sous forme de copeaux. Il existe une grande varit d'outils (Figure I.3) : des outils mono-coupe (tournage), et multi-coupe (fraisage, perage, ect..).

Outil mono-coupe

Outil multi-coupe

Figure I.3 : Exemple doutils [4]

Quelque soit leurs destinations ainsi que leurs diffrents aspects extrieur, n'importe quel outil comporte une partie active, c'est dire celle qui enlve directement la matire sous forme de copeau et un corps doutil qui porte les lments composants loutil. Les outils de coupe prsentent alors deux parties fonctionnelles distinctes :

- La partie active qui constitue l'arte coupante et qui doit obligatoirement subir l'opration dafftage. - Le corps d'outil dont le rle est de rsister sans dformation excessive l'effort de coupe ainsi que pour la fixation de loutil sur la machine.

La fabrication des outils est donc lie la nature de ces parties fonctionnelles. Pour cela, les matriaux utiliss pour la fabrication des outils ont les proprits suivantes [5] :


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- Stabilit thermique ; - Stabilit contre l'usure. I.2.1 Stabilit thermique Par dfinition : la stabilit thermique est la capacit de l'outil lui permettant de couper les mtaux haute temprature. I.2.2 Stabilit contre l'usure La stabilit contre l'usure cest la capacit de rsister l'usure par frottement pendant l'enlvement de la matire. A cet effet, tous les matriaux employs pour la fabrication des outils de coupe peuvent tre rang dans les catgories suivantes [6]:

- Aciers au carbone. - Aciers allis. - Aciers coupe rapide. - Carbures mtalliques. - Cramiques. - Diamants. - Abrasifs. I.2.3 Aciers au carbone Ces aciers ont une teneure en carbone comprise entre (0,6 et 1,3%). La duret varie entre (58 et 63) HRC. La vitesse de coupe varie entre : Vc1 = (10 15) [m/min]. Les nuances les plus utiliss sont : XC 65 ; XC 85 ; XC 95. La vitesse de coupe Vc, est une vitesse instantane du point considr de larte par rapport la pice (figure I.4). Dans le cas du mouvement circulaire, la vitesse de coupe est une fonction de la vitesse de rotation N et du diamtre D de llment en rotation [7].

N [tr/min]

min]/[1000

.. mNDvc=

D [mm]

Figure I.4 : Elments dun outil de coupe I.2.4 Aciers allis Ces types daciers sont utiliss pour la fabrications des limes, tarauds, forts etc. lacier alli est obtenu par lajout dlments d'alliage (Chrome, Tungstne, Molybdne, Vanadium,


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.....) lacier au carbone. La duret varie entre (60 62) HRC. La vitesse de coupe varie entre : Vc2 = (1,2 1,4) Vc1 [m/min]. Les nuances les plus utilises sont : Z 35 NCD 22 ; 36 CD 4. I.2.5 Aciers a coupe rapide Ils sont obtenus avec un taux de tungstne et de chrome atteignent respectivement (8,5 19%) et (3,5 4,6%), La duret de ces aciers aprs la trempe varie entre (62 65 HRC). Les vitesses de coupe des outils en aciers coupe rapide sont trois fois plus grandes que celle des outils en acier au carbone Vc3 = 3.Vc1.

Vc3 = (100 120) [m/min] pour l'acier Vc3 = (150 180) [m/min] pour la fonte

Les dsignations des aciers coupe rapide sont [8]:

- A.R.O. : Acier Rapide Ordinaire ; - A.R.S. : Acier Rapide Suprieur ; - A.R.E.S. : Acier Rapide Extra Suprieur. La composition chimique est :

ACIER % C % Cr % W % V % Mo % Co A.R.O 0,7 4 1,5 1,5 0,75 --- A.R.S 0,8 4 6,5 2 6,5 ---

A.R.E.S 0,8 5 20 2 2 10

I.2.6 Carbures Mtalliques Les outils base de carbure mtallique peuvent tre class en trois catgories.

A\ Carbure de tungstne (mono-carbure) ; compos principalement de grains de carbure de tungstne agglomr par du cobalt : 8 % de Co et 92 % WC B\ Carbure de titane-tungstne (carbure double) : 30 % de TiC ; 4 % Co ; 66 % WC C\ Carbure de titane tantale - tungstne (carbure triple) : 30 % de TiC et TaC ; 12 % Co ; reste 58 % WC

Les mono-carbures sont efficaces pour l'usinage de la fonte et des alliages non ferreux comparativement aux carbures doubles et triples qui sont efficaces principalement pour l'usinage des aciers. La duret des outils en carbure mtallique dpend de la composition chimique et varie de (88 92 HRC). Ces matriaux mmes ports (800 et 900 C) gardent une duret relativement leve.


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I.2.7 Cramiques Les cramiques ont une rsistance la compression suffisante (jusqu' 500 Kgf/mm2), une grande duret (89 95) HRc, avec une stabilit thermique leve (1200C) et une rsistance l'usure remarquable. I.2.8 Diamants Les diamants sont des mtaux trs trs durs. Ils ont un faible coefficient de frottement et une faible aptitude l'adhsion (collage, soudage aux mtaux). Une tenue la chaleur leve, une rsistance l'usure importante. I.3 Gomtrie des outils de coupe Les principaux lments des diffrents outils de coupe sont semblables (figure I.5). Un outil de coupe peut tre caractris par une gomtrie darte et une orientation dans lespace dfinie par des angles de coupe normaliss [2] [9]. Gnralement, dans un outil de coupe on trouve les lments suivants :

Queue

Corps

Arte secondaire S

Face de dpouille secondaire A

Bec de loutil

Face dappui

Arte principale S

Face de dpouille principale A

Face de coupe principale A

Partie active

Figure I.5 : Elments dun outil de coupe [9]

I.3.1 Description des lments (Figure I.5) I.3.1.1 Le Corps doutil Cest la partie de loutil qui porte les lments composants loutil (lments coupants o plaquettes) et qui sert sa fixation et sa mise en position sur la machine. I.3.1.2 La partie active de loutil Cest la partie qui intervienne directement dans lopration de coupe. Elle est compose de la face de coupe, des faces en dpouille et des arrts tranchantes.


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I.3.1.3 La face de coupe : A Cest la surface sur laquelle glisse le copeau lors de la coupe. I.3.1.4 La face de dpouille : A Cest la surface devant laquelle passe la surface coupe par loutil. En distingue la face en dpouille principale et la face en dpouille secondaire. La face en dpouille principale est celle dont lintersection avec la face de coupe donne larte tranchante principale. I.3.1.5 Larrt tranchante principale : S Cest larte tranchante destine lenlvement de la matire. Elle rsulte de lintersection de la face de coupe A et de la face en dpouille principale A. I.3.1.6 Larrt tranchante secondaire : S Cest une arrte qui commence lextrmit de larrt principale et qui stend dans une autre direction. Elle rsulte de lintersection de la face de coupe A et de la face en dpouille secondaire A. NB : Certains outils possdent plusieurs arrtes secondaire. I.3.1.7 Le Bec doutil Cest la partie o se rejoignent larrte principale et larrte secondaire. Cette partie peut tre droite, arrondie, o vive. I.3.2 Les Plans de loutil (Figure I.6) I.3.2.1 Plans de loutil en main

- Cest le plan de rfrence de loutil (plan Pr) : plan passant par le point considr de larte et contenant laxe de loutil (pour un outil tournant) ou parallle au plan de base servant de face dappui au corps de loutil (pour un outil classique).

- Plan darte de loutil, Ps : plan tangent larte, au point considr, et perpendiculaire au plan de rfrence de loutil Pr.

- Plan de travail conventionnel, Pf : plan perpendiculaire au plan de rfrence de loutil Pr, au point considr de larte, et parallle la direction suppose davance de loutil.

- Plan vers larrire de loutil, Pp : plan perpendiculaire au plan de rfrence de loutil Pr et au plan de travail conventionnel Pf, au point considr de larte.


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Figure I.6 : Plans et angles en main sur les outils courants : outil charioter droit [8]

I.3.2.2 Plans de loutil en travail

- Plan de rfrence en travail, Pre : plan perpendiculaire au point considr de larte, la direction de la vitesse rsultante de coupe, cest--dire la direction instantane du mouvement rsultant du mouvement de coupe et du mouvement davance simultans en ce point.


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- Plan darte en travail, Pse : plan tangent larte, au point considr, et perpendiculaire au plan de rfrence en travail Pre. Ce plan contient la direction de la vitesse rsultante de coupe. - Plan de travail, Pfe : plan contenant la direction de la vitesse de coupe et la direction de la vitesse davance au point considr de larte. Ce plan est perpendiculaire au plan de rfrence en travail Pre. - Plan vers larrire en travail, Ppe : plan perpendiculaire au plan de rfrence en travail Pre et au plan de travail Pfe, au point considr de larte.

I.3.3 Angles de loutil I.3.3.1 Angles darte de loutil en main

- Angle de direction darte de loutil rk : angle aigu mesur dans le plan de rfrence Pr entre le plan darte Ps et le plan de travail Pf (Figure I.7). Il est mesur de Pf vers Ps et dans le sens o la trace de Ps dans Pr sloigne du bec de loutil.

Direction davance

Kr

Figure I.7 : Angle de direction darrt de loutil [3]

- Angle dinclinaison darte de loutil s (Figure I.8) : angle aigu mesur dans le plan darte Ps, entre larte et le plan de rfrence Pr. Il est positif lorsquen sloignant de la pointe de loutil larrt se trouve en dessous du plan Pr.

Pr

s

Cas o s est ngatif

Figure I.8: Angle dinclinaison darrt [3] - Angle de pointe de loutil r : Cest langle mesur dans le plans Pr, entre le plan darte Ps et le plan darte secondaire Ps.

- Angle de direction darte secondaire de loutil 'rk : Cest langle, mesur dans le plan Pr, entre le plan conventionnel de travail Pf et la projection de larte secondaire dans le plans de rfrence de loutil Pr.


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Les angles de direction darte de loutil, de pointe de loutil et de direction darte secondaire de loutil sont lis par la relation : =++ 180'rrr kk I.3.3.2 Angle darrte de loutil en travail

- Angle de direction darte en travail rek : cest langle mesur dans le plan Pre, entre les plans Pfe et Pse. La convention de sens adopte pour rek est la mme que pour langle rk . - Angle dinclinaison darte en travail se : cest langle mesur dans le plan Pse, entre larte et le plan Pre. La convention de signe pour langle se est la mme que pour langle s .

I.3.3.3 Angles des faces La position des faces de coupe et de dpouille est dfinie dans des plans de sections particuliers qui passent tous par un point considr de larte (figure I.9). Lorsquon fait une section de loutil par ces plans et quelque soit le plan considr pour dfinir la section on trouve [7][8] :

- Angle de dpouille : angle aigu entre la face de dpouille A et le plan darte Ps (Pse). - Angle de taillant : angle aigu entre la face de coupe A et la face de dpouille A. - Angle de coupe : angle aigu entre la face de coupe A et le plan de rfrence Pr (Pre).

Outil en main Outil en travail Figure I.9: Angles des faces [7] Dans un mme plan de section, que ce soit dans le systme de loutil en main ou de loutil en travail, ces trois angles sont lis par la relation : ( + + = 90)


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Ces angles sont dfinis selon le besoin dans un des plans de section suivants: Po (Poe) : plan orthogonal de loutil (orthogonal en travail), plan perpendiculaire au plan de rfrence Pr (Pre) et au plan darte Ps (Pse), au point considr de larte (figure I.10) ;

Figure I.10: Dfinition basique dun outil en tournage [3] Pn (Pne) : plan normal larte, plan perpendiculaire larte au point considr (Pn = Pne) ; Pf : plan de travail conventionnel (plan de travail Pfe) ; Pp : plan vers larrire de loutil (plan vers larrire en travail Ppe) [9]. I.3.4. Orientation de larte [10] I.3.4.1. Outil droite "R" (Right) (Figure I.11.a) L'outil tant tenu verticalement, la pointe en bas, l'observateur regardant la face de coupe ; l'outil est " droite" si l'arte est oriente vers la droite. Nanmoins, un outil arte " droite" travaille " gauche", sens du mouvement d'avance. I.3.4.2. Outil gauche "L" (Left) (Figure I.11.b) L'outil tant tenu verticalement, la pointe en bas, l'observateur regardant la face de coupe ; l'outil est " gauche" si l'arte est oriente vers la gauche. Nanmoins, un outil arte " gauche" travaille " droite", sens du mouvement d'avance. I.3.4.3. Outil neutre (Neutral) (Figure I.11.c) La partie active de cet outil est symtrique par rapport l'axe du corps. Il travaille indiffremment droite ou gauche ; c'est le cas d'un outil deux artes, tel que l'outil retoucher. Ou bien l'avance est parallle au corps de l'outil, c'est la cas d'un outil une arte telle celle de l'outil pelle.


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(a) (b) (c) Figure I.11 : Orientation de l'arte coupante [10]

I.4 Rfrences bibliographiques du chapitre I [1] Norme ISO 3002, Notion de base sur lusinage. [2] A. Chevalier, J. Bohan, Guide du technicien en productique Edition Hachette Technique, 1998-1999. [3] R. Laheurte, Application de la thorie de second gradient a la coupe des mtaux , thse de doctorat, Universit de Bordeaux I, France. [4] Outils coupants, Sandvik Cormant, http://www.coromant.sandvik.com/fr, 2000, PA248-249. [5] F. Bagur Matriaux pour outils de coupe , Article B7080, Technique de lIngnieur, 1999. [6] E. Felder, Procds dusinage , Article B7000, Technique de lIngnieur, 1997. [7] D. Gelin, M. Vincent, Elments de fabrication , Les Editions Foucher, 1995. [8] R. Butin, M. Pinot, Fabrications mcaniques , Tome II, Les Editions Foucher, 1981. [9] C. Barlier, L. Girardin, MmoTech : Productique, Matriaux et usinage , 3me Edition Paris, CASTELLA 1992. [10] C. Marty, J.M Linares, conception et industrialisation T1 Herms Science, Paris France, 1999.

Chapitre II : Coupe des Mtaux

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II.1 Principe de la coupe des mtaux Lors dun usinage par enlvement de matire, on se retrouve, dans la majorit des cas, dans la configuration suivante (figure II.1) [11]: - Une lame doutil pntre dans la matire et enlve un copeau ;

- Loutil suit une trajectoire par rapport la pice usiner, o les mouvements sont assurs par les lments constitutifs de la machine outil.

Figure II.1 : Configuration de la coupe [11]

Un examen plus approfondi du mcanisme de la coupe nous conduit observer qu'il procde grce trois mouvements principaux perpendiculaires entre eux (figure II.2). Mouvement de coupe MC : C'est un mouvement qui participe directement au dtachement de la matire sous forme de copeaux pendant la course de travail. Mouvement d'avance Ma : C'est le mouvement qui a pour but de dcaler latralement une quantit a; dite avance, pour que l'outil puisse la nouvelle course de travail dtacher d'autres copeaux. Mouvement de pntration Mp : C'est le mouvement qui dtermine l'paisseur de la couche de mtal enlever chaque opration qui prend le nom de passe.

Mouvement de pntration

Mouvement de pntration

Figure II.2 : Les mouvements de coupe [12]

Figure II.1 : Configuration de la coupe [11]


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Pour obtenir un travail satisfaisant (bon tat de la surface usine, rapidit de lusinage, usure modre de loutil, ...) on doit rgler les paramtres de la coupe ; o, il y a plusieurs critres qui permettent de dfinir les paramtres de la coupe, comme le montre la figure suivante :

Figure II.3 : Les choix des paramtres de coupe [11] Suivant le type dopration raliser, il faut choisir la mthode dusinage, et donc choisir la machine utiliser. Donc il faut choisir entre tournage, fraisage ou perage. Pour ce qui est de la puissance de la machine, une question se pose : Pourquoi existe-t-il plusieurs motorisations pour un type de vhicule. Sur lautoroute, vous prfrez conduire une Renault 4 ou 307 HDI (et pourquoi donc ?). La puissance de la machine influe donc sur les performances. Dans le cas de lusinage, il y a deux grands cas de figure :

* Usinage en bauche : on cherche enlever un maximum de matire en un minimum de temps, lobjectif est dans ce cas daugmenter au maximum le dbit de copeaux. Mais la machine doit tre suffisamment puissante, ainsi que lattachement pice/porte-pice, sinon la machine peut caler ou la pice peut voler. * Usinage en finition : cette fois, cest la qualit de ralisation qui est importante. La surface doit tre lisse, les cotes doivent tre correctes Comme les efforts en jeu sont plus faibles que pour une bauche, la puissance de la machine nest pas un critre primordial.

Pour la matire il est vident que les efforts de coupe ne sont pas les mmes si vous usinez une pice en polystyrne ou en acier. Donc la matire influe sur des choix relatifs la puissance machine (entre autre). En se qui concerne lOpration dusinage cest la mme ide que pour le type de machine. Idem pour la Forme de loutil. Cependant, la matire de loutil influe sur lusure de loutil et sa dure du fait que cest loutil qui doit usiner la pice et non linverse. Tous ces critres sont intimement lis et tant donn que lobjectif final est dobtenir une pice usine dans de bonnes conditions. Pour cela, il faut dterminer certains paramtres spcifiques :

- La vitesse de coupe : Vc - La vitesse davance : F (ou Vf) - La profondeur de passe : a


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II.2 Les paramtres de coupe Les paramtres de la coupe (Figure II.4) sont, dune part, des grandeurs qui caractrisent les dplacements de loutil et de la pice usine (paramtres de coupe cinmatiques) et, dautre part, les valeurs des surpaisseurs dusinage et des dimensions de coupe (paramtres de coupe gomtriques) [13] [14].

O : ap profondeur de coupe ; af engagement de larte ; f avance ; h paisseur de coupe ; b largeur de coupe ; bD largeur nominale de coupe ; r angle de direction darte ; D point principal de larte. ;

Figure II.4 : Dimensions de coupe dans le cas de tournage [13]

La dtermination des paramtres de coupe une grande importance dans la production industrielle, car a titre dexemple des rgimes rduits augmentent considrablement le temps dexcution de la pice usiner, et lvent le prix de revient, aussi bien des rgimes levs ne sont pas avantageux non plus, parce que l'outil s'use rapidement, ce qui nous oblige le changer trs souvent, donc on aura toujours le mme rsultat que prcdemment (augmentation du prix de revient de la pice). Pour cela, les paramtres adopts doivent tre optimums pour assurer un prix de revient minimum de la pice avec une plus grande productivit [11]. II.2.1 Vitesse de coupe Vc C'est le dplacement d'un point de larte tranchante de l'outil par rapport la surface de coupe en une unit de temps. II.2.1.1 Vitesse linaire d'un point en rotation On l'value en parcours circonfrentiel, c'est dire en longueur de circonfrence de la pice parcourue. En dsignant par D le diamtre du cercle dcrit en millimtres (mm), par N la vitesse de rotation en tour par minutes (tr/min) et par Vc la vitesse linaire en mtre par minute (m/min), on aura :

D N Vc = -------- [m/min] 1000


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*Exemple de tournage: en tournage, le mouvement de coupe anime principalement la pice (pice tournante).

Figure II.5 : Vitesse de coupe en tournage [11]

On en dduit la vitesse de coupe Vc, qui dterminera la vitesse de rotation de la pice que lon doit rgler sur machine.

Le diamtre D correspond la position de la pointe de loutil, ce qui engendre deux cas de figures :

- On usine paralllement laxe de broche. La surface gnre est un cylindre D = diamtre du cylindre - On usine perpendiculairement laxe de broche. La surface gnre est un plan D = 2/3 diamtre maxi du plan

*Exemple de fraisage : En fraisage, le mouvement de coupe anime loutil (fraise tournante), la mme formulation est applicable ; cependant le diamtre D correspond au diamtre de la fraise.

Figure II.6 : Vitesse de coupe en fraisage [11]

II. 2.1.2 Vitesse de coupe dans le cas du mouvement de coupe rectiligne Le mouvement de coupe rectiligne est gnralement alternatif, car il ne peut tre continu. A chaque course de travail, la vitesse augmente depuis zro jusqu la valeur maximale. Ce sont les longueurs dchappe l de loutil (figure II.7) qui sont rserves cette augmentation.

1000 Vc N = --------- [tr/min] D


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Figure II.7 : Vitesse de coupe en rabotage

On admet alors que la vitesse est constante pendant toute la course de travail C et quelle correspond la vitesse moyenne. En mouvement alternatif (rabotage par exemple), un battement comprend une course de travail (dtachement du copeau) et une course de retour ( vide). On admet que la course travail et la course retour sont effectues dans des temps gaux. Le nombre de battements par minute est dsign par N [Bat/min] et la course C par [mm], la longueur de travail parcourue par l'outil sera :

e = C x N [mm/min] Vu que la course de travail est gale la course retour et que les deux courses sont effectues dans des temps gaux, do t = 1/2. Se qui nous donne une vitesse de coupe :

Vc = e / t = 2 x C x N x 10-3 [m/min] I.2.2 La vitesse davance Vf et avance par tour f La vitesse davance Vf, est une vitesse instantane du mouvement davance du point considr de larte de coupe par rapport la pice (figure II.8). Elle est exprime soit en [mm/mn] soit en [mm/tour].

Figure II.8: Vitesse davance Vf [15]

Lavance note f (figure II.9), correspond la diffrence de dplacement de loutil entre deux itrations ou deux rvolutions (une rvolution de la pice dans le cas du tournage) [15].


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Figure II.9 : Lavance f dans le cas de tournage [15] I.2.2.1 La vitesse davance Vf en tournage et fraisage Dans le cas de tournage la vitesse davance Vf [mm/min] est donne par la formule suivante :

Vf = fz N [mm/min]

fz en mm/(tr.dent) correspond la capacit de coupe de larte coupante pour une rotation de 1 tour de la pice. En dautre terme, cest la distance que larte de coupe va parcourir chaque tour de la pice. En fraisage la vitesse davance Vf [mm/min] est gale :

Vf = z fz N [mm/min] O z est le nombre de dents de la fraise, fz en mm/(tr.dent) correspond la distance que la dent va parcourir chaque tour de la fraise. NB : Sur une fraise il peut y avoir plusieurs dents, donc plusieurs artes de coupe. On prend donc en compte le nombre de dents z dans la formulation de la vitesse davance. II.2.2.2 Les types davances On distingue trois sortes d'avance (Figure II.10) : a) Avance longitudinale : On appelle avance longitudinale si l'outil se dplace paralllement l'axe de l'bauche. c) Avance transversale : On appelle avance transversale si l'outil se dplace perpendiculairement l'axe de l'bauche. b) Avance oblique : On appelle avance oblique si l'outil se dplace sous un angle par rapport l'axe de l'bauche.


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1. Avance longitudinale 2. Avance transversale 3. Avance oblique 3

1 2

Figure II.10 : Les types davances

L'avance peut tre dsigne par :

Avance par tour "ftr" Avance par battement "fbat" Avance par dent "fz" Avance par minute "fmin"

Elle s'exprime respectivement par :

Millimtre par tour "mm/tr", lors du tournage, fraisage, perage, .etc. Millimtre par battement "mm/bat", lors du rabotage, mortaisage, ..etc. Millimtre par dent "mm/dent", lors du fraisage, brochage, etc. Millimtre par minute "mm/min", dans tous les cas d'usinage.

Lavance reprsente une donne cl pour la qualit de la surface usine, elle influe non seulement sur lpaisseur des copeaux, mais galement sur la manire dont ils se brisent. II.2.3 Profondeur de passe a La profondeur de passe (figure II.11) note a en [mm], correspond la longueur de larte de coupe engage dans la matire, dans le cas de la coupe orthogonale, et la diffrence entre le rayon de la pice avant et aprs usinage, dans le cas du tournage. La profondeur de coupe est toujours mesure perpendiculairement la direction de lavance et non pas suivant larte de loutil [15] [16].


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Les diffrents types de profondeurs :

Perage : a = D/2

d2d1

Chariotage : a = (d1-d2)/2

h H

pa

Fraisage : a = H-h

A B

d2d1

Alsage : a = (d2-d1)/2

d

l

L

Dressage : a = L-l

Rabotage : a = H-h

Figure II.11 : Profondeur de passe II.3 Temps de fabrication [16] II.3.1. Temps manuels Tm C'est la dure d'un travail physique ou mental dpendant uniquement de l'oprateur ; il est exprim en centime de minutes [Cmin]. II.3.2. Temps technico-manuels Ttm C'est la dure pendant laquelle le travail dpend des actions composantes et simultanes de l'oprateur et de la machine. II.3.3. Temps masqu Tz C'est la dure d'un travail humain ou machine accompli pendant l'excution d'un travail prdominant. II.3.4.Temps srie Ts C'est la dure des oprations ncessaires pour quiper le poste (mise en place du montage porte-pice, montage et rglage des outils), ainsi que celles intervenant lors du montage du poste de travail.

Tf : Temps frquentiel [Cmin/cycle] Tft : Temps frquentiel total [Cmin] ncyl : Nombre de cycles prvus [cycle]

II.3.5. Temps technologique Tt C'est la dure pendant laquelle le travail effectu dpend uniquement des moyens matriels.

Tft Tf = ----

ncyl


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II.4 Efforts de coupe De tous les procds d'usinage, la coupe est la mthode la plus frquemment utilise pour le faonnage des matriaux. C'est l une raison suffisante dtudier et doptimiser en permanence ce processus. Les conomies mme les plus rduites, ralises par exemple en termes de dure d'usinage, sont d'une importance essentielle dans l'optique de la rentabilit de la production en srie. Les mesures de l'effort de coupe contribuent de manire dcisive l'tude de ces processus et leur valuation. [17]. Dans ce cadre deux appareils de mesure sont utiliss : a) Dynamomtre statique : utilis pour mesure des 3 composantes de force, le montage de l'outil de coupe sur l'appareil de mesure permet la mesure directe des forces agissant sur celui-ci pendant le tournage. Pour tudier les processus de fraisage et de rectification, la pice tudier est fixe sur la plaque suprieure du dynamomtre (figure II.12). Les forces de raction de l'outil en rotation sont alors mesures par le dynamomtre via la pice usiner.

Figure II.12 : Montage du dynamomtre statique [17]

b) Dynamomtre rotatif : utilis pour mesure du couple s'exerant sur l'outil, Dans les processus de perage et de fraisage, le couple constitue, paralllement aux forces, un critre essentiel d'valuation. L'outil est mont directement sur le dynamomtre en rotation (figure II.13).

Figure II.13 : Montage dynamomtre rotatif [17]


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II.4.1. Etude exprimentale On se livre, une srie dexpriences mthodiques permettant de dceler les efforts de coupe comme le montre le Tableau 1 qui schmatise les montages raliser. On observera que les trois directions retenues sont celles du mouvement de coupe, du mouvement d'avance et du mouvement de pntration, formant un tridre trirectangle [17].

Exprience Efforts engendrs Tournage :

Le dynamomtre dcompose directement la force intervenant lors du processus de tournage en trois composantes orthogonales.

Fc: Force de coupe principale Ff: Force d'avance Fp: Force passive

Fraisage :

Le dynamomtre statique mont sur le banc de la machine mesure les forces de raction s'exerant sur la pice, indpendamment de la position de l'outil.

Ff: Force d'avance

Ffn: Force normale d'avance

Fp: Force passive


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Perage :

Le dynamomtre statique 4 composantes mesure le couple de perage avec prcision uniquement lorsque le foret est exactement centr sur le dynamomtre.

Mz : Couple de perage Fp, Ff: Force passive, force d'avance Fx. Fy: Forces de pousse

Rectification

Lorsque la surface usiner est parallle la plaque suprieure du dynamomtre, les composantes suivantes de l'effort de coupe peuvent tre mesures.

Ft: Force tangentielle Fn: Force normale Faxial: Force axiale

Tableau II.1 : Expriences effectues [17]

II.4.2. Valeur approximative de l'effort de coupe en tournage L'effort de coupe Fc dpend de la rsistance spcifique la rupture par compression Rr de la matire travaille et de son usinabilit, des dimensions du copeau, de l'outil utilis ainsi que du mode de travail [18]. Pour la commodit des calculs on admet la relation suivante pour l'effort de coupe :

Fc = K S Rr

Avec : Rr la Rsistance spcifique la rupture par compression ; S : Section du copeau dfinie par l'avance f et la profondeur de passe a, soit : S = af ; K : Coefficient qui tient compte de l'usinabilit de la matire, de l'paisseur du copeau, (il est plus fort en finition qu'en bauche) et de la gomtrie de l'outil de coupe.


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On adopte gnralement les valeurs suivantes K = 2,5 4 pour les aciers et K = 4 5 pour les fontes. Pour les efforts davance et de pntration ils sont donns par les quations suivantes :

Fa = (0,2 0,3) Fc Fp = (0,4 0,5) Fc

Etant donn que les trois efforts forment un tridre trirectangulaire alors :

Fc 1,12 Fc (0,45.Fc) (0,25.Fc) F 222 ++=

On prend gnralement : F Fc II.4.3. Efforts de coupe lors du perage Le foret possde deux artes tranchantes et chacune et en son milieu s'applique un effort de coupe tangentiel Fc . Les deux efforts forment un couple de moment :

Mc = Fc D/2 La rsistance des efforts de coupe s'exerant sur une arte admet trois composantes : * Fc : effort tangentiel de coupe ; * Ff : effort d'avance ; * Fp : effort de pntration. Si le foret est parfaitement afft et si le matriau de la pice est homogne, on a :

Fc = Fc' ; Ff = Ff' ; Fp = Fp' Les composantes Fp , Fp' gales et pratiquement opposes s'annulent.


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Figure II.14 : Efforts de coupe lors du perage [17]

La rsultante des efforts d'avance est porte par l'axe du foret:

Ra = 2 Ff = K ftr D Avec : - K : Coefficient dtermin exprimentalement ; - ftr : Avance par tour ; - D : diamtre du foret en mm. II.4.4. Effort de coupe lors du fraisage L'enlvement de mtal est ralis par deux mouvements conjugus ; un mouvement de coupe (Mc) de l'outil-fraise, entran par la broche de la machine et un mouvement d'avance (Ma) de la pice fixe sur la table. Le sens des efforts qui sollicitent les dents de la fraise est li au mode du fraisage adopt [18]: A\ En opposition ou en sens contraire de l'avance lorsque le mouvement de coupe de l'outil est de sens contraire celui de l'avance de la pice. B\ En avalant ou en concordance lorsque le mouvement de coupe de l'outil est de mme sens que celui de l'avance de la pice.

Les efforts qui s'appliquent successivement chaque dent de l'outil sont : * l'effort tangentiel de coupe Fc normal au rayon qui abouti l'arte coupante ;

* l'effort d'avancement Ff, parallle la direction de l'avance ; * l'effort de pntration Fp, perpendiculaire au prcdent. La fraise tant porte par son axe O, les efforts Ff et Fp admettent la rsultante F qui passe obligatoirement par O.


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L'effort de coupe qui s'applique chaque dent a pour valeur :

Fc = K S Rr Avec :

S : Section du copeau tant le produit de son paisseur e par la largeur de coupe C, Rr : Rsistance spcifique la rupture par compression, K : Coefficient qui tient compte de l'usinabilit de la matire.

II.4.5. Puissance en travail [Pe] La puissance P [watts] est gale au produit de la force F [newtons] par la vitesse V [m/sec]

Pe = F V [watts]

Avec : Rr : Rsistance la rupture [N/mm2] ; k : Coefficient dpendant de la composition de la matire ; S : Section du copeau [mm2] ; Vc : Vitesse de coupe [m/min] ; : Rendement de la machine. II.5. Formation et types de copeaux Lanalyse des mcanismes de formation du copeau lors du processus d'usinage est le pas fondamental pour toute tude dans le domaine de la coupe, titre dexemple loptimisation du choix des outil et prdiction de leur dure de vie [19]. Durant ce processus, diffrents phnomnes peuvent avoir lieu tels que les dformations plastiques, le contact et le frottement entre l'outil et la pice, les effets thermiques, l'usure, etc.... Si lon examine la courbe de traction d'un acier (figure II.15), on observe trois zones :

- oa : Dformation lastique (rversible) - ab : Ecoulement du mtal - bc : Dformation plastique (irrversible) - partir de c : Rupture

Fc Vc Rr k S Vc Pe = = 60 60


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O L

F

a b

c

Figure II.15 : Courbe de traction d'un acier

Dans le cadre de la formation du copeau, nous nous intresserons la dformation plastique, qui consiste dans le glissement de certaines couches de la matire par rapport d'autres suivant des plans de cisaillement. Ces glissements provoquent :

- la modification de la forme, des dimensions et des positions relatives des grains du

mtal ; - un chauffement important et modifications des proprits de la matire usiner ;

La figure II.16 rsume le principe de la formation du copeau :

1 2 3

Fc

1 2 3

Fc

Plan de cisaillement

A 1 4

Fc

2 3

1 2 3

Figure II.16 : Mcanisme de la formation du copeau

- En 1 : l'arte coupante a pntr dans la matire qui, ne pouvant s'couler normalement, vient s'arc-bouter sur la face de coupe et se trouve fortement comprime. L'effort de coupe augmente jusqu' la valeur maximale Fc.

- En 2 : une crique due au cisaillement conscutif la compression se manifeste en A, et la portion de copeau 1 glisse sur la face de coupe, accentuant l'importance de la crique. L'effort de coupe diminue simultanment jusqu' la valeur minimale Fc'.

- En 3 : le copeau est de nouveau comprim et l'effort de coupe augmente.


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Le cycle est continu, et les efforts dus l'action de coupe varient priodiquement trs nettement pour les aciers, avec une plus grande frquence pour la fonte (copeaux parcellaires), plus faiblement pour les mtaux tendres. II.5.1. Les types de copeaux Pendant l'usinage de l'acier, on distingue trois types de copeaux [19] :

a) Copeau discontinu : a lieu pendant l'usinage de l'acier vitesse de couple faible Vc = (5 10) m/min. Les lments du copeau sont lis entre eux trs faiblement. b) Le copeau cisaill : a lieu pendant l'usinage de l'acier vitesse de coupe moyenne Vc = 80 100) m/min ; la surface du copeau en regard de l'outil est lisse, alors que la surface oppose on voit des entailles qui dfinissent bien la direction des lments isols du copeau lis les uns aux autres. c) Le copeau continu : a lieu pendant l'usinage de l'acier vitesse de coupe grande Vc > 100 m/min.

Pendant l'usinage des mtaux friables (fontes, bronze, alliage d'aluminium), on distingue le copeau fragment. Il est constitu d'lments arrachs de la matire de base ; de formes varies qui ne sont pas lis les uns aux autres. La pente d'avance se forme immdiatement, le long de toute la surface de cisaillement suivant laquelle s'effectue la sparation entre le copeau et le mtal de base. Un tel copeau laisse une surface usine rugueuse couverte de creux et de crtes importants. II.5.2. Notion dtat de surface On appelle tats de surface les irrgularits des surfaces dues au procd dlaboration de la pice (usinage, moulage, etc.). Ils sont, le plus souvent, mesurs avec des appareils palpeur pointe de diamant, appels profilomtres, qui relvent le profil de la surface (figure II.17).

Figure II.17: Relev dun profil dtat de surface [21]


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Sur la surface dune pice obtenue par usinage, on distingue quatre principaux types de dfauts (figure II.18), dordre macro o microgomtrique [21] [22]:

1. carts de forme et de position ; 2. Ondulations (dfauts priodiques) ; 3. Signature du procd dlaboration : stries, sillons (dfaut priodique ou

pseudopriodique) ;

4. Dfauts accidentels ; arrachements, piqres, etc.

Figure II.18 : La rugosit [22] II.5.3. Arte rapporte Sous l'influence d'lments perturbateurs : tempratures, frottements ; il peut arriver que le copeau continu adhre l'outil o il on rsulte la formation d'une couche appele "arte rapporte" sur l'arte coupante de l'outil et susceptible de crer des perturbations dans l'usinage. (Figure II.19). L'importance de cette arte rapporte augmente jusqu' ce quelle soit vacue vers le copeau ou vers la pice ; dans ce dernier cas, il peut en rsulter une altration de l'tat de surface de la pice [23]. On arrive liminer l'arte rapporte en augmentant la vitesse de coupe et en diminuant l'avance c'est dire en rduisant le rendement de l'usinage, parfois lemploi de lubrifiants appropris permet d'viter cette rduction.

Arrte rapporte

Figure II.19 : Arte rapporte


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II.6. Formulation Mathmatique des paramtres de coupe II.6.1. Loi de Taylor [Amricain, 1907] L'exprience de Taylor consistait tudier la dure de l'outil de coupe en acier rapide en faisant une opration de chariotage pour une ensemble de pices en acier, sans arrosage, avec des conditions de coupe de base : f = 0,5 mm/tr comme avance et une profondeur de passe a =5 mm, qui restaient inchanges [24]. A partir de cette exprience la Loi de Taylor surgit :

Vc T = Kt = Constante

dite "Loi de Taylor" , qui signifie que la vitesse de coupe Vc adopter pour que l'outil ait une dure T entre les afftage est donne par la relation :

Vc = Kt / T o :

Kt : est un coefficient qui dpend essentiellement des conditions de coupe : est un exposant qui caractrise surtout l'outil. Il est variable dun acier a un autre comme suit :

* Acier rapide ordinaire : = 0,12 0,14 * Acier rapide suprieur : = 0,15 0,18 * Alliages couls dits "STELLITE" ou " TANTUNG" : = 0,22 0,25 * Carbures fritts : = 0,28 0,32

NB : Lors de l'utilisation d'un outil a profil curviligne (arte tranchante arrondie), les rsultats obtenus ne sont pas applicables directement pour un outil de coupe arte rectiligne (car pour un outil profil curviligne l'paisseur du copeau n'est pas constante). La relation Vc .T = Kt ne permet de dterminer Vc en fonction de T, ou rciproquement que si l'on connat la fois la valeur de la constante Kt et de l'exposant , toutes les autres conditions de coupe restant invariables. Il est donc ncessaire pour chaque cas particulier de se livrer deux essais minimums ; le premier donnera la dure T1 de l'outil pour la vitesse Vc1 et le deuxime donnera la dure T2 de l'outil pour la vitesse Vc2. On pourra alors crire :

Vc1 T1 = Vc2 T2 = Kt

D'o la relation : [ln(x.y) = lnx + lny]

ln Vc1 + ln T1 = lnVc2 + lnT2 ln Vc1 + ln T1 = lnVc2 + lnT2

( ln T1 - ln T2) = lnVc2 - lnVc1


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Avec cette relation, nous pouvons calcul la valeur de , do la constante Kt ainsi que la vitesse de coupe Vc adopter pour que l'outil ait une dure une dure de vie T souhaite. On peut calculer aussi le dbit de loutil D qui reprsente le volume de coupeaux dtacher normalement entre deux afftage. Il est exprim en dcimtre et se dduira des valeurs de Vc et T en utilisant la relation suivante :

D = f x a x Vc x T x 0.001 [dm3] Avec : f : avance [mm/tr]

a : profondeur de passe [mm] Vc : Vitesse de coupe [m/min] T : dure de l'outil [min]

Exemples dapplications : a) Soit une pice en acier (sa rsistance la traction R est gale 56 dan/mm2), qui doit subir une opration de chariotage sur un tour parallle, laide dun outil en acier rapide suprieur, avec une avance f = 0,6 mm/tr et une profondeur de passe a = 1,8 mm. Nous avons obtenus les rsultats suivants :

ESSAIS Vitesses de Coupe "Vc" Dure "T" 1er 70 m/min 30 min

2me 53 m/min 192 min Nous dduirons : lnVc2 - lnVc1 ln 53 - ln 70 = -------------- = -------------- = 0,14987 0,15 ln T1 - ln T2 ln 30 - ln 192

Kt1 = Vc1 T1 = 70 x 300.15 = 116,591

Kt2 = Vc1 T2 = 53 x 1920.15 = 116,619 On prend : Kt = moyenne (Kt1 , Kt2) = 116,605

lnVc2 - lnVc1 = ln T1 - ln T2


- 31 -

Si nous souhaitons que l'outil ait une dure T3 = 90 min, nous adopterons la vitesse de coupe Vc3 donne par la relation :

Vc = Kt / T = 116,605 / 90 0,15 = 59,372 [m/min] En supposant que la machine outil ne permette pas d'obtenir cette vitesse, mais seulement la plus approchante Vc4 = 58 m/min, par exemple, la dure T4 correspondante de l'outil sera donne par la relation :

T4 = Kt / Vc4 = 116.605 / 58 = 2,010 D'o :

[T4] 0.15 = 2 T4 = 102 [min] b) Tracer la courbe caractristique VC,T dans le cas dune pice en acier ordinaire qui doit subir une opration de chariotage sur un tour parallle, laide dun outil en acier rapide suprieur, avec une avance f=0,7mm/tr et une profondeur de passe a = 0,5 mm. Les deux essais sont les suivants :

ESSAIS VC T 1ER

2EME

VC1= 80 [m/min] VC2 = 63 [m/min]

T1= 35 [min] T2= 201 [min]

Daprs la Loi de TAYLOR : Vc = Kt / T Vc1 .T1 = Vc2 .T2 = Kt

Kt1 = Vc1 T1 = 80 x 35 0.136 = 129,74

Kt2 = Vc2 T2 = 63 x 201 0.136 = 129,59

On prend :

Kt = moyenne (Kt1 , Kt2) =129,665

Ti = Kt / Vc i Ti = [ Kt / Vc i ] 1/ D'o :

VCI 50 60 70 80 90 100 TI 1104,17 288,95 93,02 34,85 14,66 6,75

lnVc2 - lnVc1 ln 63 - ln 80 = ------------- = ------------ = 0,136 ln T1 - ln T2 ln 35 - ln 201


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La courbe obtenue est la suivante :

Figure II.20 : Courbe caractristique Vc, T II.6.2. Loi du Commandant Denis ou "loi du dbit constant" [Franais, 1920] Le Commandant Denis s'est livr a des essais systmatiques de dbit de l'outil dans des conditions les plus diverses. Il a utilis un outil charioter arte rectiligne [24]. Les conclusions de ses travaux peuvent se rsumer ainsi : * Toutes les autres conditions de coupe restant les mmes, le dbit de l'outil varie lorsque la vitesse de coupe varie. * Le dbit maximal de l'outil conserve la mme valeur lorsque la section du copeau varie, mais seulement si l'avance f, la profondeur a et la vitesse de moindre usure Vc0 restent lies par la relation :

f02 a0 Vc03 = f12 a1 Vc13 = f22 a2 Vc23 = .... = Constante Dite "Loi du dbit Constant". A lissu de cette loi Le Commandant Denis a fait ressortit des tableaux comportants les valeurs des dbits maximums correspondant des vitesses de moindre usure V0 et des conditions type d'avances f, de profondeur de passe a, d'outil, de matire bien dfinies. Exemple : On relve sur l'un des tableaux du Commandant Denis un dbit maximal D0 = 23 dm3, pour un outil en acier rapide suprieur chariotant sec de l'acier dont la charge de rupture est de 40 daN/mm2, avec une avance f0 = 0,5 mm/tr et une profondeur de passe a0 = 5 mm pour la vitesse de coupe Vc0 = 31 m/min. La dure correspondante T0 de l'outil est obtenue par la formulation suivante :

0

200

400

600

800

1000

1200

50 60 70 80 90 100Vc

T


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D0 = f0 a0 Vc0 T0 x 0,001

qui conduit : T0 = 1000 D0 / f0 a0 Vc0

soit : T0 = 1000 23 / 0,5 x 5 x 31 = 296 [min]

1) Pour avoir le mme dbit D1 = D0 avec f1 = 0,5 et a1 = 4 , par exemple, il faudra adopter une vitesse de coupe Vc1 telle que :

f02 x a0 x Vc03 = f12 x a1 x Vc13

soit : f02 x a0 x Vc03 f02 x a0 0,52 x 5 Vc1 = 3 ----------- = Vc0 x 3 ------- = 31 x 3 -------- f12 x a1 f12 x a1 0,62 x 4 La dure correspondante de T1 serait T1 = 1000 x D0 x [ a1 x p1 x Vc1 ]-1

T1 = 1000 x 23 x [ 0,6 x 4 x 29.5 ]-1

2) Pour avoir le mme dbit D2 = D0 avec une profondeur de passe a2 = 3 mm et une vitesse de coupe Vc2 = 42 m/min., que il faudra adopter comme avance f2 ?

f02 x a0 x Vc03 = f22 x a2 x Vc23

soit :

f02 x a0 x Vc03 f22 =----------- ;

Vc23 x a2 La dure correspondante de T2 serait :

T2 = 1000 x D0 / f2 x a2 x Vc2 = 1000 x 23 / 0,4 x 3 x 42

3) Que faudra adopter comme vitesse de coupe Vc3, avance f3 et une profondeur de passe a3 pour avoir une dure d'outil T3 = 360 min ? Nous avons selon la loi du dbit : T3 = 1000 x D0 x [f3 x a3 x Vc3 ]-1

Vc1 = 29,5 [m/min]

f2 = 0,4 [mm/tr]

T1 325 [min]

T2 = 456 [min]


- 34 -

Do : Vc3 = 1000 x D0 x [f3 x a3 x T3]-1 (Eq a) Dautres part selon la loi du dbit constant : f02 x a0 x Vc03 = f22 x a2 x Vc23 Ce qui conduit :

Vc3 = Vc0 x 3 f02 x ao x [f32 x a3]-1 (Eq b) On galisant les deux quations [Eqa = Eqb] :

Vc3 = 1000 x D0 x [f3 x a3 x T3]-1 = Vc0 x 3 f02 x ao x [f32 x a3]-1 Aprs transformation on aura :

f3 x a32 = (1000 x D0)3 . [(T3 x Vc0 ) 3 . f02 x ao ]-1

f3 x a32 = (1000 x 23) 3 x [(360 x 31 ) 3 x 0,52 x 5 ]-1 = 7,0029 [mm3]

Comme la profondeur de passe est gnralement impose par l'paisseur de la couche enlever, soit a3 = 4,7 mm, par exemple, nous devons adopter une avance f3 telle que:

f3 x (4,7)2 = 7,0029 [mm3] f3 = 0,317 [mm/tr] La vitesse de coupe correspondante sera : Vc3 = 1000 x D0 [f3 x a3 x T3] = 1000 x 23 [0,317 x 4,7 x 360] = 42,88 [m/min]

II.7. Usure des outils Lusure des outils de coupe est un des phnomnes physico-chimiques les plus complexes [16] [19]. Il influe sur la gomtrie de loutil ainsi que sur la qualit de la pice. Elle est due par son apparition aux causes suivantes : - Frottements outil-copeau, outil-pice et pice-copeau (usure abrasive). - Dformations plastiques de la matire de la partie active de l'outil. - Echauffement important d la coupe. - Lmiettement de l'outil (arrachement de petites particules mtal). Lusure peut tre sous plusieurs formes [19]: * L'usure abrasive est particulire tous les outils, elle est la cause principale de

l'emoussage de l'outil. * L'usure due aux dformations plastiques de la matire de l'outil est surtout pour les

outils en aciers faible teneur en lments d'alliages (acier rapide).


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Fo/p

Fp/o

(p)

(o)

h

Figure II.21 : Courbe (, T[min]), [25]

* L'usure provoque par une haute temprature de coupe se manifeste plus fortement dans

les aciers au carbone et les aciers rapides, par suite de leurs rsistance chaud relativement faible. Lusure est dautant plus rapide que la temprature de la partie active est plus leve comme le montre la figure :

720 560 450 370 350 220

[C]

16 24 52 100 250 603Dure de vie de loutil, T [min]

Figure II.22 : Courbe (, T[min]), [25] Une autre srie dexpriences de tournage dont lobjectif consistait dterminer la vitesse vc en fonction du temps T pour un usinage sec et un autre avec lubrification, donne les rsultats suivants :

72 56 45 37 35 22

Vc [m/min]

1,6 4 5 10 25 63T [min]

lubrifi sec

Figure II.23 : Influence de la lubrification [25]

Ce que lon constate sur la figure, quavec une lubrification bien adopte au travail raliser permet daugmenter considrablement la dure de vie de loutil, do une diminution de lusure. * Les outils en carbures mtalliques s'usent gnralement cause de lmiettement c'est

dire l'arrachement de petites particules du mtal de l'outil, tandis qu'ils restent fortement rsistant l'usure par frottement.


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II.7.1. Types d'usures En fonction des conditions de coupe, l'usure peut se produire suivant la surface de dpouille, suivant la surface d'attaque ou suivant les deux surfaces en mme temps : L'usure de la surface de dpouille (figure II.24a) est particulire aux outils qui enlvent le copeau de faible paisseur (infrieur 0,1mm) avec une vitesse de coupe trop grande (suprieure 80 m/min) ainsi que lors de l'usinage de mtaux copeau friables (fontes, bronze, etc...). L'usure de la surface d'attaque (figure II.24.b) se produit lors de l'usinage des matires plastiques avec des outils qui enlvent les copeaux dont l'paisseur est suprieur 0,5 mm, la vitesse est varie de 20 30 m/min, dans cette zone se forme l'arte rapporte qui protge la surface de dpouille contre l'usure. Elle commence par l'apparition d'un petit creux qui s'largit avec le temps. L'usure simultane des surfaces de dpouille et d'attaque (figure II.24.c) est particulire aux outils qui enlvent les copeaux dont l'paisseur varie de 0,1 0,5 mm. La vitesse de coupe est assez grande. L'arte tranchante disparat, la coupe suivante devient impossible donc l'outil doit tre rafft.

a b c

Figure II.24 : Outil en acier rapide

Dans le cas des outils en carbure mtalliques travaillant habituellement avec des vitesses de coupe leves ce qui ne permet pas la formation de l'arte rapporte. C'est pourquoi aprs un certain temps pass durant l'usinage, toute la surface d'attaque y compris l'arte tranchante s'expose l'usure. L'usure des deux surfaces forme une nouvelle arte tranchante (figure II.25) qui se renouvelle durant la coupe.

Figure II.25 : Outil en carbure mtallique


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L'miettement est la cause principale de l'usure des outils en carbure mtallique. Il se fait par suite de broutements se produisant pendant l'usinage des vitesses relativement faible (infrieure 50 m/min). II.7.2. Dpendance ente l'usure et le temps La relation entre la valeur de l'usure et le temps reprsente par la courbe (figure II.26) peut-tre divise en trois priodes :

U I II II

c

b

a

Dure de service de l'outil T [min]

Figure II.26 : Courbe dusure

- Priode I : Usure initiale ou rodage ( viter pour les rglages) - Priode II : Usure normale ou domaine normal d'utilisation de l'outil - Priode III : Usure acclre (catastrophique) danger de rupture. - La premire priode : est celle du rodage (usure initiale qui donne lieu une usure

intense, plus les surfaces de frottements sont nettes, et plus l'volution de l'usure est faible dans le mme intervalle de temps.

- La deuxime priode : est celle de l'usure normale, elle est dfinie par la progression

de l'usure en fonction de la dure de travail pendant la deuxime priode, l'augmentation de l'usure en unit de temps est une constante.

- La troisime priode : est celle ou l'usure atteint un certain degr. Les conditions de

coupe et de frottements changent pour tablir la troisime priodes qui est celle de l'usure acclre (usure catastrophique).

Le temps des deux premires priodes ou l'outil peut travailler sans rafftage constitue la dure de service de l'outil qui est le temps de travail.


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II.8. La lubrification La formation du copeau saccompagne dun important dgagement de chaleur d au frottement du copeau glissant sur la face de coupe et au frottement de la pice sur la face de dpouille de loutil. Lchauffement de la partie active est fonction de la vitesse de coupe (Vc) et crot avec elle. Exemple : pour le tournage sec de lacier XC 38 si Vc passe de 50 100 [m/min] alors passe de 600 C 800 C. II.8.1. Consquence de laugmentation de la temprature II.8.1.1. Sur loutil La duret du matriau de coupe diminue partir de certaines tempratures [26]. Exemples : Aciers rapides 500 C 600 C Carbures 800 C 900 C Cramique 1400 C Ces valeurs reprsentent les valeurs moyennes au dessous desquelles il est bon de maintenir la temprature de loutil car lusure est dautant plus rapide que la temprature de la partie active est plus leve ; comme on peut le constat sur la figure (figure II.27) qui reprsente la rpartition de la temprature sur la partie active de loutil lors de lusinage sec dun acier Vc = 60 m/min.

600

700

550 400

500 600

180

550

Outil

Pice

Figure II.27: Rpartition de la temprature [26] Comme conclusion la temprature de la partie active de loutil doit tre rduite pour ne pas entraner sa perte de duret. II.8.1.2. Sur la pice Dans la zone de formation du copeau la temprature tend augmenter la plasticit du mtal et par consquent elle permet une diminution notable des efforts de coupe. En revanche elle provoque une dilatation de la pice.


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Exemple : dusinage dune pice (Al4G ) dont le coefficient de dilatation thermique linaire = 23 10-6 avec un outil de carbure sans lubrification.

L

Figure II.28: Chariotage sec

La mesure de L en cours dusinage = 80 C nous donne une longueur L1 = 200,36 [mm], une autre mesure effectue cet fois au poste de contrle avec = 20 C nous donne une longueur L2 = 200,09 [mm]. Question : que sest il pass ? Rponse : La pice en refroidissant sest rtracte et si lusineur nen tient pas compte la dimension L risque dtre hors tolrance mme remarque pour le diamtre . Comme conclusion ds que lon doit raliser un travail de prcision il faut limiter la temprature de la pice en cours dusinage. II.8.2. Limitation de la temprature en cours dusinage Les rsultats dune srie dexpriences de tournage dont lobjectif consistait dterminer la temprature en fonction de la vitesse de coupe Vc pour 4 avances par tour f montrent que :

1. avance f gale si Vc augmente augmente 2. vitesse Vc gale si f augmente augmente

500 450 400 350 250 200 150 100

11 15 20 25 30 40

f [mm/tr] 0,4 0,2 0,1 0,05 Vc [m/min]

Figure II.29: Srie dexpriences [26]


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Conclusion : Pour diminuer la temprature il faut refroidir la zone de coupe par lubrification II.8.3. Pratique de larrosage Lors de lusinage le dbit doit tre abondant pour cela la pression doit tre suffisante pour vacuer les dbris mtalliques et pntrer entre la face de coupe et le copeau. Cest essentiellement la partie active de loutil qui doit tre refroidie [27]. II.9 Rfrences bibliographiques du chapitre II [11] Alexandre Toumine, Cours dusinage , Groupe conception production, INSA de Lyon, France. [12] Marek Balazinski, Fabrication mcanique avance, MEC 4530 , Ecole Polytechnique de Monreale, CANADA. [13] Y. Schoefs, S. Fournier, J. C. Leon Productique mcanique Edition Delagrave, 1994, France. [14] R. Berghida, Impact de la signature des outils de coupe sur la variation de la gomtrie des pices mcaniques , Mmoire de magister, Dpartement de gnie Mcanique, Juin 2006. [15 mme que 7] D. Gelin, M. Vincent, Elments de fabrication , Les Editions Foucher, 1995. [16] J. L. Fanchon Guide des sciences et technologie industrielle Edition Nathan Paris, 1994, France. [17] Groupe Kisler France, Mesure des efforts de coupe , www.kisler.com. [18] L. Pimbaud, G. Layes, J. Moulin, Guide pratique de l'usinage tome 1, Edition Hachette 2003, France. [19] E .J.Armarego, S.Verezub, P.Samaranayake, The effects of coatings on the cutting process, friction, forces and predictive cutting models in machining operations, Journal of Engineering Manufacture, n 216, 2002, pp. 347-356. [20] N.S. Atcherkane, Les machines travaillant par enlvement de mtal , Socit des publications mcaniques Paris, France. [21] J. Boulanger, Tolrences et carts dimensionnels, gomtriques et dtats de surface , Article B7010, Technique de lIngnieur, 1991.


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[22] J.M. Linares, J.M. Sprauel C. Marty, Analyse du processus lmentaire de mesure . Revue Contrle industriel, n205,1997 p27-31. [23] D. Gelin, M. Vincent Elments de fabrication , Edition Ellipses Pais 1995, France. [24] E. Ferkous Amlioration des proprits mcaniques des outils de coupe par dpt des couches de Nitrure de Titane dop au fer, Thse de doctorat dtat, Dpartement de Gnie Mcanique, Juin 2004. [25 mme que 8] R. Butin, M. Pinot, Fabrications mcaniques , Tome II, Les Editions Foucher, 1981. [26] H. Ay, J.A. Yang, Dynamics of cutting tool temperatures during cutting process, Experimental Heat Transfer, n 7, 1994, pp. 203-216. [27] G. Paquet, Guide de l'usinage, les Guides Industriels Edition DELAGRAVE -2000, France

Chapitre III : Les procds d'usinage

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III Gnralits

L'usinage s'effectue dans le but de donner aux pices brutes la forme, les dimensions et la prcision ncessaire demande par le concepteur dans son dessin de dfinition, par enlvement de copeau (surpaisseur) sur des machines-outils appropries [28]. En fonction de la forme donner la surface et du type de la machine-outil, on distingue les oprations de coupe suivantes : le tournage, le perage, la rectification, le fraisage, le rabotage, etc. * Opration de tournage : Pendant le tournage, la pice tourne autour de son axe, tandis que l'outil s'engage dans sa surface une profondeur dtermine. L'outil est anim d'un mouvement d'avance continu parallle ou perpendiculaire l'axe de la pice. Le tournage seffectue sur machine dite tour. * Opration perage : Pendant le perage, la pice est fixe tandis que l'outil est anim de deux mouvements continus simultans, le mouvement de coupe et le mouvement d'avance suivant l'axe de l'outil. Le perage s'effectue sur des machines percer appeles perceuses. * Opration rectification : Au cours de la rectification, l'outil de coupe appel meule est anim d'un mouvement de rotation, la pice se dplace en translation (rectification plane) ou tourne autour de son axe tout en se dplaant en translation le long de son axe (rectification cylindrique). La rectification se fait sur des rectifieuses planes et cylindriques. * Opration fraisage : Au fraisage le mtal est travaill avec un outil spcial appel fraise. La coupe s'effectue en faisant tourner la fraise et en amenant par un mouvement rectiligne la pice. L'usinage des pices au fraisage se fait sur des machines-outils appeles fraiseuses. * Opration rabotage : Lors du rabotage, le mouvement rectiligne intresse soit la pice, soit l'outil. Sur une raboteuse, on met en mouvement la pice tout en dplaant latralement l'outil d'une certaine quantit. Sur un tau limeur, c'est l'outil qui effectue un mouvement rectiligne en revenant l'origine la suite de chaque course de travail, tandis que la pice se dplace latralement d'une quantit gale l'avance dsire. Le rabotage s'effectue sur des machines outils appeles raboteuses ou taux-limeurs. * Opration mortaisage : Le mortaisage est une opration analogue au rabotage, seulement le mouvement de l'outil se fait verticalement, et ce mode d'usinage sintresse gnralement au travail des surfaces intrieures.


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III.1. Tournage Les tours sont des machines-outils employes pour l'usinage des pices de rvolution. La pice est serre dans un porte pice (mandrin) ou entre les pointes, et reoit un mouvement de rotation autour de son axe. C'est le mouvement principal ; l'outil est serr dans le porte outil et reoit les mouvements rectilignes longitudinal ou transversal. Les oprations lmentaires de tournage sont : le chariotage, le dressage, le filetage, le trononnage, le perage. La combinaison des mouvements de la pice et de l'outil permet de raliser des surfaces varies : cylindriques, coniques, sphriques, hlicodales.... qui peuvent tre extrieures ou intrieures. Malgr la diversit des conceptions et des dimensions, tous les tours prsentent beaucoup d'ensembles et d'lments similaires (figure III.1).

5 6 7 12 13 14 15 16 11 10 9 8 4 M

3 2 1 19 18 17

Boite

vitesses

Boite des

avances

Figure III.1 : Schma dun tour [29] 1 = Bti, 2 = Moteur, 3 = Transmission par courroie, 4 = Inverseur tte de cheval, 5 = Poupe fixe, 6 Broche, 7 = Mandrin, 8 = Tablier, 9 = Tranard, 10 = Chariot intermdiaire, 11 = Chariot suprieur, 12 = Porte-outil (tourelle), 13 = Chariot infrieur, 14 = Contre pointe, 15 = Fourreau, 16 = Poupe mobile, 17 = Barre de commande (barre de chariotage), 18 = Vis de commande (vis mre, vis de filetage), 19 = crmaillre. Les types de tour employs dans lindustrie sont : - les tours parallles ; - les tours revolver ; - les tours en l'air ; - les tours verticaux ; - les tours multibroches.


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Ces tours peuvent tre automatiques, semi-automatiques, ou commande numrique avec calculateur. Ils se distinguent les uns des autres par leur forme, leurs dimensions, la prcision d'usinage, de la puissance, etc. III.1.1. Tours revolvers Les tours revolvers (figure III.2) n'ont ni contre poupe, ni de vis mre. Ils sont quips par un chariot revolver muni d'une tourelle revolver 6 positions axe de rotation vertical ou horizontal. Dans chaque position on fixe des outils divers. Le changement des outils se fait rapidement par rotation de la tourelle.

Porte-Outil aL Tourelle revolver 6 positions Mc atr 6 5 aL 1 4

Chariot transversal 2 3

Figure III.2 : Tour revolver Il existe aussi un chariot transversal qui est quip d'un porte outil 4 positions et peut se dplacer dans le sens longitudinal et transversal, il s'utilise pour le chariotage, trononnage, dressage, etc.... Ces machines sont efficaces lors de l'utilisation d'un grand nombre d'outils pour l'usinage de la pice. III.1.2. Tours en l'air Les tours en lair (figure III.3) ont des plateaux mors (mandrins) de grand diamtre (allant jusqu' 5000 mm). Ils servent usiner des pices de grands diamtres mais de petites longueurs (anneaux, volants, roues dentes, bagues,...). Actuellement, ces types de tours sont remplacs par des tours verticaux.

PiceBoite

vitesses Outil

atraL

Plateau mors

Figure III.3 : Tour en l'air


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III.1.3. Tours verticaux Le tour vertical (figure III.4) comprend un ou deux montants verticaux (colonnes), une traverse et un plateau mors. Sur la traverse se trouvent deux chariots verticaux et sur les montants des chariots latraux. Ces machines-outils servent usiner des pices de grands diamtres (peut atteindre 5000 mm et plus) et dont les alsages sont excentrs.

atr 3 4 7 aL aL 1 2 av atr atr Pice 5 6 8

Figure III.4 : Tour Vertical

1, 2 : Chariots Latraux ; 3,4 : Chariots Verticaux ; 5,6 : Colonnes ; 7 : Traverse ; 8 : Plateau mors. III.1.4. Principaux usinages ralisables sur tour Sur les tours diffrents usinages sont ralisables : extrieur et intrieur. Parmi ces usinages on peut citer [30] :

Dessin Opration Dressage Cest la ralisation dun plan perpendiculaire laxe de la pice. (surface rouge)

Chariotage Cest la ralisation dun cylindre ayant le mme axe que celui de la pice. (surface grise)

Perage Cest un trou dans la pice. Il peut tre dbouchant ou


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Dessin Opration

borgne. Attention en tournage, laxe du trou est confondu avec laxe de la pice.

les gorges Cest lassociation de 2 plans parallles avec un cylindre (surfaces vertes)

Quelconque Cest lassociation de plusieurs surfaces lmentaires : sphre, cylindre, plan, cne

- Filetage extrieur : * l'aide d'outils fileter pour les grands diamtres, * l'aide de filires pour les petits diamtres. - Filetage intrieur : * l'aide d'outils fileter pour les grands diamtres, * l'aide de tarauds pour les petits diamtres. - Moletage avec des outils moleter ou la molette strie. III.2. Perage Les machines percer (figure III.5) s'emploient pour raliser des trous. La pice est bride sur la table de la machine et neffectue aucun mouvement, tandis que l'outil est anim dun mouvement de rotation (mouvement de coupe), d'avance et de pntration. Ces machines-outils sont utilises pour le faonnage des trous cylindriques ou coniques dbouchant ou borgnes l'aide de foret, de foret alseur et dalsoir, ainsi que pour le taraudage au moyen d'un taraud mont sur mandrin.

2 1

B.A

Ma Mc

3

1 : Colonne 2 : Tte de la perceuse 3 : Table de la perceuse B.A : Bote des avances B.V : bote des vitesses

Pice

Figure III.5 : Schma d'une perceuse


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Les perceuses les plus frquemment rencontres dans la pratique sont [31] : III.2.1. Perceuses sensitives Ce type de machine permet l'usinage de trous de petits diamtres (allant jusqu' 15 mm). Elles sont appeles perceuses sensitives parce qu'elles sont commandes manuellement. III.2.2. Perceuses colonne Ce sont les machines qui permettent de raliser des trous de moyen diamtre et sont largement utilises dans lindustrie. III.2.3. Perceuses radiales Ces machines sont destines la ralisation des trous dans des pices de grands encombrements. La pice est immobilise. En faisant pivoter le bras radial autour de la colonne, et en faisant coulisser le porte-outil le long du bras, on arrive amener la broche avec le foret vers n'importe quel point de la pice. III.2.4. Perceuses horizontales A cause de la disposition horizontale de la broche, ces machines sont rserves des oprations spciales tel que l'alsage par exemple. III.2.5. Perceuses multibroches Ce genre de machines est utilis pour l'usinage de pices ayant plusieurs trous effectuer sur le mme plan dune pice. Le nombre d'outils travaillant en mme temps peut atteindre 24 outils. III.2.6. Perceuses C.N.C Ces machines donnent une grande prcision d'usinage grce au calculateur dont elles sont munies. III.3. Fraisage Les machines fraiser servent raliser des surfaages ainsi que lusinage des surfaces de diffrentes formes ; elles permettent aussi de tailler les dents et l'usinage des surfaces de forme complexe [32]. Les fraiseuses doivent leur appellation la fraise, outil de coupe dents multiples utilise sur ces machines. Le principe de travail de la fraiseuse est la combinaison d'un mouvement de coupe (rotation de la fraise sur la broche) avec un mouvement auxiliaire (translation de la table portant la pice par rapport la fraise) comme le montre la figure suivante :


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Figure III.6 : Principe du fraisage [33]

Les machines fraiser les plus rpandues en construction mcanique et dans l'usinage des mtaux sont de trois types : la fraiseuse horizontale, la fraiseuse verticale et la fraiseuse universelle. III.3.1. Fraiseuse horizontale Il y a des fraiseuses horizontales (figure III.7) dont la table est mobile en translation selon les trois directions (mouvement latral, transversal et vertical), peut aussi pivoter d'un certain angle, ce pivotement ls classe dans la catgorie des fraiseuses universelles. Dans ce cas, langle de rotation de la table est lu directement sur une chelle spciale. Il y a des fraiseuses universelles qui offrent une possibilit dinclinaison de la broche par rapport la pice pour donner plus de souplesse dans la ralisation des pices par loprateur.

2 5 B.V Mc Ml 4 Mtr

Mv B.A 1 3

1 : Bti 2 : Bras de support 3 : Console 4 : Chariot 5 : Broche B.A : Bote des avances B.V : bote vitesses

Figure III.7 : Schma d'une fraiseuse horizontale


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III.3.2. Fraiseuse raboteuse Ce sont des machines sur lesquelles on usine des pices encombrantes (figure III.8). Le nombre d'outils qui peuvent travailler en mme temps peut tre de 4 outils.

Mv 2 Mh Mh 1 Mv Mv Mv 5 Mv Mtr Mh Mh 4 3

1: Montant (colonne) 2: Traverse 3 : Table 4 : Chariots latraux 5 : Chariots verticaux

Figure III.8 : Schma d'une fraiseuse genre raboteuse III.4. Rectification La rectification son origine assurait la correction et la mise la cte des pices dformes par les traitements thermiques. Actuellement, les machines rectifier sont employes pour obtenir des surfaces finies et des prcisions leves. La rectification effectue sur des surfaces planes, cylindriques et coniques (extrieurs comme intrieures), ainsi que des surfaces de forme complexe tel que : les dents d'engrenages, filetages, etc... Dans un atelier de rectification, on trouve plusieurs types de rectifieuses, parmi elles [34]:

- les rectifieuses planes, - les rectifieuses cylindriques, - les rectifieuses sans centres, - les machines de superfinition, - les affteuses.


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III.4.1 Rectifieuse plane Elle est constitue d'un bti de fonte, d'une poupe porte-meule et d'une table horizontale mobile sur les glissires du bti. L'avance de la table est commande hydraulique. La pice est immobilise sur la table au cours du travail grce l'attraction exerce par une plaque lectromagntique (figure III.9). Un moteur lectrique entrane en rotation la broche et la meule au moyen d'une transmission par courroie. L'avance est assure par le dplacement transversal de la poupe porte-meule command par une vis.

1 3 2 4 5 Mc 7 6 Ml

Mt

1 : Bti 2 : Meule 3 : Chariot porte meule 4 : Pice 5 : Porte pice 6 : Table longitudinale 7 : Chariot transversal

Figure III.9 : Schma d'une rectifieuse plane

III.4.2 Rectifieuse cylindrique La construction de la rectifieuse cylindrique est plus complexe (figure III.10). En plus d'une poupe porte-meule monte sur les glissires du bti, et d'une table commande hydraulique mobile en direction longitudinale, cette machine comprend une poupe fixe et une poupe mobile fixe sur la table. La pice monte entre les centres de ces poupes est entrane en rotation une vitesse atteignant 3000 Tr/min. La poupe porte-meule est dplace en sens transversal au moyen d'un mcanisme d'avance transversale.

4 1 Mc 2 Matr 3 Mar Mal 5

1 : Poupe fixe 2 : Poupe Mobile 3 : Table Coulissante 4 : Meule 5 : Bti.

Figure III.10 : Schma d'une rectifieuse cylindrique


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III.4.3. Rectifieuse sans centres C'est une variante de la rectifieuse cylindrique. Elle porte deux meules animes de rotation dans un mme sens, mais une meule constitue l'outil de travail, tandis que l'autre assure lentranement (figure III.11).

1: Meule de travail 2: Meule dentranement 3: Pice 4: Axe de la meule active 5: Rglette support de pice

1 1 3 2 4 3 2 5

Figure III.11 : Schma d'une rectifieuse sans centres Le principe de fonctionnement est le suivant :

- La pice rectifier se trouve entre deux meules, prenant appui sur une rglette support. - La pice entrane en rotation se voit imprimer un dplacement axial entre les meules, qui est en loccurrence le mouvement d'avance. - Le mouvement davance est communiqu principalement par la meule dentranement, tandis que la meule de travail coupe le mtal.

Ce mouvement est ralis en faisant tourner l'axe de la meule dentranement dans un plan vertical d'un angle = 1,5 6 pour la rectification bauche, et d'un angle = 0,5 1,5 pour la finition. III.5. Rabotage Les machines raboter servent usiner des surfaces planes de grandes et moyennes dimensions. Les pices de faibles encombrements sont usines sur des machines dites taux limeurs. III.5.1. Raboteuses La caractristique principale d'une raboteuse est que la pice est fixe sur la table de la machine outil et est anime d'un mouvement rectiligne (longitudinal) alternatif. La course aller est la course active ; le retour est la course vide (figure III.12). L'outil est mont dans le porte-outil du chariot excutant l'avance transversale.


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1 2 3 3

1: Montant 2 : Traverse 3 : Chariot porte outils sur traverse 4 : Chariot porte outils sur montant 5 : Bti 6 : Table.

5 4

Figure III.12 : Schma d'une raboteuse III.5.2. Etau limeurs Sur un tau limeur, c'est le coulisseau porte-outil fix sur le chariot qui effectue le mouvement rectiligne alternatif, tandis que la table portant la pice excute le mouvement d'avance transversale. Ces machines sont utilises en cas de production en petite srie pour l'excution de rainures de clavette dans les alsages, ainsi que sur de petites surfaces planes, .. Etc.

1 2 Mc 5 Mav 3 Mat Mav

4

1 : Chariot 2 : Coulisseau 3 : Bti 4 : Table 5 : Outil

Figure III.13: Schma d'un tau-limeur

III.5.3. Mortaiseuses Une machine mortaiser prsente un coulisseau vertical et une table circulaire (Figure II-14); on imprime la table un mouvement d'avance longitudinal, transversal ou de rotation. Elles sont de mme configuration que les taux-limeurs et principalement utilises pour la ralisation des petits cannelures pour la synchronisation des dentures de botes vitesses.


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3 2 Ma Mc Mc 1 3

1: Table 2 : Pice 3 : Tte 4 : Outil pignon

Figure III.14 : Schma d'une machine mortaiser

III.6. Taillage d'engrenages Les machines tailler les engrenages sont destines la confection de roues dentes. Il existe plusieurs types de machines tailler les engrenages (figure III.15).

Figure III.15 : Schma d'une machine tailler les engrenages [35]

Ces machines sont toujours complexes cause de la combinaison de plusieurs mouvements (trs prcis) simultanment. Selon le mode de fabrication des roues on utilise soit des outils pignons ou des fraise mres. III.7. Les autres procds d'usinages - Le trononnage ou le dbitage : scies mcaniques, les trononneuses, etc. - Le brochage, - Le rodage, - Le pointage, - L'usinage par lectrochimie; - L'usinage par lectrorosion.


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III.8. Degr d'automatisation En fonction du degr d'automatisation les machines-outils se divisent en :

- Machines outils ordinaires, - Machines outils automatiques - Machines outils semi-automatiques III.9. Degr duniversalit D'aprs le degr duniversalit, on distingue trois catgories de machines outils : III.9.1. Machines-outils universelles Elles peuvent tre utilises universellement. Elles sont quipes de dispositifs universels, d'outils universels et peuvent usiner des pices de diffrentes formes et dimensions. On utilise ces machines pour le travail unitaire ou de petites sries. Elles ont une gamme tendue des vitesses de coupe et d'avance. III.9.2. Machines-outils spcialises Ce sont des machines-outils qui s'utilisent pour la production en srie. Elles sont employes dans la production des pices de formes dtermines. La gamme des vitesses et avances est rduite et leur chane cinmatique est simplifie. III.9.3. Machines-outils spciales Elles s'utilisent dans la production de grande srie ou de masse et servent pour l'usinage d'un seul type de pices. III.10. Prcision d'usinage On distingue des machines outils de cinq classes diffrentes :

- Normales, - Suprieures, - Hautes, - Trs hautes,

Cha

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Cours Fabrication Mecanique