M03 Marocetude.com Analyse de Fabrication Et Gammes d Usinage-partie3-FM-TSMFM (2)

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OFPPT

ROYAUME DU MAROC

Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du TravailDirection Recherche et Ingnierie de la Formation

RESUME THEORIQUE

&GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES

MODULE 3: ANALYSE DE FABRICATION ET

GAMME DUSINAGE ( PARTIE 3 )

Secteur : FABRICATION MECANIQUE

Spcialit : TECHNICIEN SPECIALISE EN METHODE DEFABRICATION MECANIQUE

Niveau : TECHNICIEN SPECIALISE


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MODULESISTA


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Echelle : Matire : FGL200

Dsignation : SUPPORT D AFFUTEUSE


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Dsignation :


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Dsignation : FOND DE VERIN


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PHASE :

Machine :

Dsignation pice :

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Matire :

Nb de pices :

Porte pice :

Date :

Oprations dusinage Elments de coupe Outillages

N Dsignation Vc

m/mn

N

tr/mn

f

mm/tr

Vf

mm/mn

ap

mm

Fabrication Vrificateur


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Echelle : Matire : FGL200Dsignation :


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Dsignation :


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Travail demand :Mettre en place le reprage isostatique pour la ralisation des alsages en trois phases( les faces ont t usines prcdemment )


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LES CORRIGE DES EXERCICES


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ANNEXE


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LA COUPE DES MATERIAUX ET LES CONDITIONS DUSINAGE

1-1Paramtres de coupe

1-1Formation du copeau

La formation du copeau rsulte dactions mcaniques complexes (voir figure 7.1). Par souci de simplification on peut

dire que larte de coupe (intersection de la face de coupe avec la face de dpouille) pntre dans la matire etprovoque la formation du copeau. Le frottement du copeau sur la face de coupe et celui de la pice sur la face de

dpouille provoquent une lvation importante de la temprature, qui peut entraner une fusion locale du copeau. Cephnomne peut conduire ladhrence du copeau sur la face de coupe (copeau adhrent).

Les principaux facteurs influenant la formation du copeau sont :

la vitesse de coupe (Vc), exprime en m/min; la profondeur de passe (a), exprime en mm;

la vitesse davance (VO, exprime en rnm/tour ou en mrn ! dent ! tour;

la gomtrie de loutil;

les matriaux de loutil et de la pice; la lubrification.

2. Gomtrie de la partie active de loutil

Larte tranchante a une forme donne par lintersection de deux plans, une dimension et une situation dans lespace.

Pour caractriser cette situation on dfinit des angles et des plans caractristiques dans deux rfrentiels

le rfrentiel de loutil en main , indpendant de lutilisation future;

le rfrentiel de loutil en travail , dtermin partir de la rsultante des vitesses de coupe et davance.On sintressera uniquement dans cet ouvrage la description de loutil dans le rfrentiel en main .

La figure 7.2 montre les principaux plans et angles dun outil dfinis selon la normeNFE 66-502, 503.

Notion de copeau minimum

Lorsque la profondeur de passe ou lavance sont trop faibles, loutil ne coupeplus la matire, il se produit un crouissage de la surface de la pice. On parle

alors de copeau minimum. Les dimensions obtenues ne sont donc pas celles

prvues et loutil suse rapidement. Il existe des valeurs minimales pour laprofondeur de passe et lavance en dessous desquelles il est important de ne

pas se trouver. Celles-ci sont donnes par les fabricants doutils et dpendent

de lensemble des conditions de coupe.


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+ Dfinitions des principaux plans

Plan de rfrence Pr : plan passant par le point considr de larte etperpendiculaire la direction suppose de coupe.

Plan de travail conventionnel Pf : plan perpendiculaire Pr au point considr de

Larte et parallle la direction suppose de lavance.

Plan darte de loutil Ps : plan tangent larte au point considr et

perpendiculaire Pr. Dfinitions des principaux angles et influence de leurs valeurs sur la coupe

Angle de direction darte Kr: angle mesur dans Pr entre Pf et Ps.Un angle Kr < 90 assure larte de coupe une entre en contact progressiveavec la matire usiner et en arrire de la pointe de loutil, partie la plus fragile.

Si Kr est trop petit, la longueur de larte de coupe en prise avec la matireaugmente donc les efforts saccroissent galement. Kr influe sur la direction

dvacuation des copeaux (voir figure 7.3).

Angle dinclinaison darte Xs : angle mesur dans Ps entre larte et Pr (figure

7.4).En bauche, un angle ngatif augmente la robustesse de larte de coupe et

provoque la fragmentation des copeaux.

En finition un angle positif donne une meilleure acuit darte donc un copeauminimum plus faible.

Angle de pointe : angle mesur dans Pr entre Ps et le plan perpendiculaire Pr et

contenant larte de dpouille principale. Cet angle doit tre choisi en fonction du

profil effectuer sur la pice.Angle de dpouille : angle entre la face de dpouille et Ps. Si il est trop grand,larte de coupe est fragile, contrario sil est trop petit, on augmente la surface

en contact entre la pice et la face de dpouille ce qui a pour effet daugmenter lerisque de talonnage.

Angle de taillant : angle entre la face de coupe et la face de dpouille. Angle decoupe : angle entre la face de coupe et Pr. (Voir figure 7.5.)


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Ces trois derniers angles sont lis par la relation cx + f3 + y = 900. Les valeurs que lon peut trouver dans les

catalogues des carburiers sont toujours donnes dans le plan Pn, plan normal larte au point considr.

.3. Gomtrie des brise-copeaux

Lorsque le copeau se droule de manire continue, il peut senrouler autour de la pice ou de loutil. Son vacuation

devient dlicate et dangereuse, ltat de surface de la pice peut se dtriorer. Il est donc important de fractionner lecopeau. Ce rle est dvolu au brise- copeau, terme dsignant lamnagement des formes de la face de coupe des

plaquettes carbure.La figure 7.6 montre un ventail de solutions possibles pour des brise-copeaux dune plaquette de tournage.

Lorsque le copeau se droule de manire continue,

il peut senrouler autour de la pice ou de loutil.

Son vacuation devient dlicate et dangereuse, ltatde surface de la pice peut se dtriorer. Il est donc

important de fractionner le copeau. Ce rle est

dvolu au brise- copeau, terme dsignantlamnagement des formes de la face de coupe desplaquettes carbure.

La figure 7.6 montre un ventail de solutions

possibles pour des brise-copeaux dune plaquette detournage.


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+ Classification des carbures

La dsignation comporte une lettre suivie de deux chiffres.La lettre P, M ou K correspond des plages de duret pour les matires usiner. Le nombre donne une image de la

tnacit (solidit). On peut lui associer les oprations et conditions de travail (chocs, bauche lgre, etc.).

Le tableau figure 7.9 prsente la classification en fonction de la matire usine et de lutilisation daprs la norme NFE

66-304.

4. Matriaux outilsLes plus utiliss sont les carbures mtalliques. Les plaquettes sont

obtenues par frittage selon les principes de la mtallurgie despoudres.

La figure 7.8 prsente les plages dutilisation des diffrentsmatriaux outils courants en fonction des vitesses de coupe et

davance employes.

Afin damliorer les principales proprits (duret des facescoupantes, rsistance aux sollicitations mcaniques, tat de

surface de la face de coupe, stabilit des caractristiques

mcaniques chaud), les carbures sont revtus dune fine couche

de matriau (nitrure de titane par exemple); on parle alors decarbures revtus.Puis plusieurs couches de natures diffrentes sont venues

recouvrir le substrat de base, on parle alors de carbures

multicouches.


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5. Fluides de coupe

Le fluide de coupe joue un rle essentiel en usinage.

Il permet : la lubrification qui limite le frottement entre le copeau et loutil dune part, et entre loutil et la pice dautre part. Il

existe diffrentes formulations de lubrifiant sadaptant aux conditions dusinages afin de faciliter le glissement ducopeau sur la face de coupe;

le refroidissement de loutil, et vite ainsi llvation de la temprature qui conduit la diminution de la duret donc

une usure plus rapide de loutil. Un arrosage important provoque une dissipation de la chaleur et vite les chocsthermiques nfastes pour les carbures mtalliques (risque dcaillage de larte). La diminution de la temprature

limite galement la fusion de la matire proximit de la pointe de loutil, le phnomne de copeau adhrent se

matrise plus facilement;

lvacuation des copeaux.

La lubrification apporte une amlioration de la dure de vie de loutil et de ltat de surface de la pice. Les conditionsde coupe (Vc, f) donnes par les fabricants tiennent compte dune bonne utilisation des lubrifiants.


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Outre ces deux usures principales dautres manifestations peuvent tre considres : leffondrement de larte, phnomne surtout li aux outils en ARS, qui est en fait la

Rupture de la partie active de loutil; lusure par entaille de larte de coupe qui se produit lorsque la couche superficielleDe la pice est beaucoup plus dure que lintrieur.

7.2.2. Lois dusure, modle mathmatique

Pour un type doutil, partir des rsultats des essais prcdents, on peut reprsenter la dure de vie en fonction de lavitesse de coupe sous la forme dune courbe donne figure 7.12.

Lexposant n caractrise le matriau de loutil. La constante Cv caractrise le matriau usin. Sa reprsentation

graphique est une droite dans un systme coordonnes logarithmiques. Le CETIM propose un recueil dessaisnormaliss avec la droite de Taylor correspondante. Dautres modles mathmatiques plus prcis existent mais ne

seront pas dvelopps dans ce livre.

Efforts de coupe, puissance de coupe

Efforts de coupe

Usure des outils

La qualit des surfaces obtenues est directement lie auDegr dusure de loutil. Il est donc important de bien

Caractriser ce phnomne afin de le rendre observable.

Lusure provient des sollicitations mcaniques etthermiques engendres par les mouvements relatifs entre

la pice, loutil et le copeau, qui provoque un transfertde mtal entre les surfaces en contact (rosion ou

abrasion mcanique et diffusion physico-chimique).

7.2.1. Manifestation de lusure, critresLa norme N 66-505 prsente la diffrente manifestation

Lusure schmatise figure 7.10.

Sur un outil carbure elles prennent plus particulirement

la forme dune usure en dpouille VB : elle se manifeste parlapparition dune bande strie et brillante, parallle

larte de coupe, rvlatrice de labrasion de la face endpouille due au frottement de la pice. La largeur

moyenne de cette bande est note VB. Elle dtermine

Ltat de surface et la prcision dimensionnelle de la

pice. La norme fixe comme critre de dure de vie VB= 0,3 mm. La figure 7.11 prsente les rsultats dun

essai normalis pour un acier XC38 avec f = 0,1 mm/tr,

a = 1 mm et pour un outil donn; dune usure en cratre KT : elle est due au frottement

du copeau sur la face de coupe et se prsente sous laforme dune cuvette dont la profondeur est note KT.

Associs

Les zones caractristiques sont: zone AB : faibles vitesses de coupe, non utilise;

zone BC : zone o la dure de vie est indpendante deLa vitesse de coupe;

zone CD : lusure crot quasiment linairement en

fonction de la vitesse de coupe, cest le domaine demploiCourant. On peut y associer un modle mathmatique de

La forme.

T = Cv V (modle de Taylor)

Exprimant la relation entre la dure de vie et la vitesseDe coupe.


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Ltude et lapproximation des efforts de coupe sont ncessaires pour choisir les outils et dimensionner le porte pice;

leurs directions permettent de dterminer le sens de dplacement des outils afin que les appuis du montage sopposent ces efforts.

+ Cas du tournage

Leffort de coupe exerc par la pice sur loutil admettrois composantes dont la plus importante est leffort

tangentiel de coupe FC (figure 7.13). Il sexprime par la

relation :

FC = Kc. a. f

Avec : Kc : coefficient spcifique de coupe, qui estprincipalement fonction de lpaisseur de copeau h et du

matriau de la pice (voir les valeur de Kc dans le

tableau figure 7.14 page suivante); il sexprime engnral en dan/mm2

a : profondeur de passe en mm;

f : avance en mm/tr.


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4 Cas du fraisage

La situation des efforts pour une dent en prise est identique celle du tournage. Leffort tangentiel de coupe sexprime

de la mme faon.

La valeur du coefficient Kc dpend galement de lpaisseur du copeau. Celle-ci variant, comme le montre la figure7.15, on dtermine une paisseur moyenne hm. La dtermination de la valeur du coefficient spcifique de coupe Kc se

fait conformment aux cinq tapes dcrites dans la figure 7.17 (ci-contre).

! Exemple : soit un fraisage effectuer sur une pice en XC8O de largeur AR = 65 mm avec une fraise de diamtre 80

mm. Langle de coupe est de 00, lavance est de 0,125 mm/tr.Etape 1 : Kc = 330 daNlmm2.Etape 2 : y = 00 soit 7 dcart avec la rfrence donc 10,5 % de correction apporter en ngatif, do Kc (provisoire)

= 330 * 0,895 =295,35 daN/mm2.

Etape 3 : ar/D = 0,81 et f= 0,125, do hm = 0,1 mm environ.

Etape4 : ffi= 1,25.

Etape 5 : Kc = 295,35 * 1,25 = 369 DAN/mm2.

4 Cas du perage

La figure 7.16 donne une reprsentation schmatique de la situation desefforts sexerant sur chacune des artes. On peut sapercevoir delimportance dun bon afftage : en effet une dissymtrie des artes

provoquerait un cart entre les efforts Fa sur chacune delles et par l mme

une dviation de la trajectoire. Pour les utilisations courantes, les faiblespuissances mises en jeu ne justifient pas de calcul.

7.32. Puissances de coupeOn distingue deux puissances :

la puissance de coupe (Pc) qui dpend principalement de la vitesse decoupe (Vc) et

de leffort tangentiel de coupe (FC);

la puissance au moteur (Pm) fonction du rendement de la chane

cinmatiquePm = Pc/.Les deux diagrammes proposs dans les fiches coupe en fin de chapitre

permettent de dterminer : soit la puissance de la machine si les paramtres de coupe sont dj

dtermins; soit un des paramtres si la machine est impose.


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Choix des conditions de coupe


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4.1. Optimisation des conditions de coupe Objectifs

Loptimisation des conditions de coupe peut avoir plusieurs buts : minimiser le cot de lusinage;

minimiser le temps de production;- minimiser le nombre doutils ncessaires.

Dans les industries mcaniques, la tendance actuelle tant de rechercher un cot

Minimum, on ne dveloppera ici que cet aspect. On se propose de rechercher desConditions de coupe propices lobtention dun cot minimum.

Influence de la vitesse de coupe sur les cots de production Si la vitesse de coupeaugmente, le temps dusinage diminue, le temps doccupation galement, donc le cot

machine diminue.

Si la vitesse de coupe augmente, lusure de loutil est plus rapide; il en rsulte uneconsommation plus importante doutils et un changement plus frquent do un cot

outil qui augmente.A ces cots variables sajoutent des frais fixes (frais de lancement, frais dtude, etc.)

Indpendants des conditions de coupe.En premire approche on peut crire : cot total = frais fixes + cot machine + cot

outil.La figure 7.18 montre lallure de la courbe du cot total en fonction de la vitesse de

coupe. La mise en quation de cette courbe puis la recherche du minimum conduit la dtermination de la vitesse de coupe conomique (Ve). Cette dernire seraconsidre, par la suite, comme la donne de base respecter.

4.2. Dtermination des paramtres de coupe

On se place dans le cas o le critre doptimisation est celui du cot total minimum.Lorganigramme propos figure 7.20 (page suivante) prsente une dmarche

simplifie conduisait la dtermination des conditions de coupe.Les donnes de base sont :

le matriau usin; la vitesse de coupe conomique;

la forme de la plaquette et du porte plaquette.La dmarche conduit lobtention : des paramtres de coupe : avance, profondeur de passe, nombre de passes et rayon

De bec de loutil;

de la gomtrie du brise-copeaux et de la nuance de carbure de la plaquette.

+ Recherche de linfluence de la forme usine sur le rayon de bec de loutilDeux situations se prsentent :

une limitation est impose pour les raccordements entre surfaces (figure 7.19), cela

Impose une valeur maximale au rayon de bec, on aura donc :Rayon de bec < valeur du rayon de raccordement;

il ny a pas de limitation et dans ce cas ltape nest pas dterminante


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Deuxime situation : opration dbaucheLobtention dun copeau fragment va, dans ce cas, tre llment prioritaire.

Dtermination du couple rayon de bec avance

Le type dopration (finition ou bauche) est llment fdrateur des

dcisions.

Premire situation : opration de finitionLtat de surface est dans ce cas de figure

prioritaire. Pour le garantir, si le rayon de bec estdtermin, le tableau figure 7.21 mettant en relation

trois paramtres imposent le choix de lavance.Sinon on choisira lavance maximale possible

permettant dobtenir la rugosit demande et on

prendra le rayon de bec correspondant.


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Si le rayon de bec est impos, on choisit lavance maximum possible compatible avec

sa valeur, soit tmax = 2/3 rb.Sinon, on choisit une avance compatible avec un rayon de bec courant. Pour une vitesse de coupe donne, on peut

considrer qu partir dune valeur f = 0,3 t :

Lincidence dune augmentation de lavance sur la diminution du cot est faible. Cette valeur correspond lemploi

dun rayon de bec de 0,8 mm.4 Recherche de la valeur du coefficient spcifique de coupe

Elle se fait daprs les tableaux des figures 7.14 et 7.16 conformment aux dmarches proposes.4- Recherche de la profondeur de passe maximale admissible

En finition, les profondeurs de passe tant faibles, la puissance de la machine nentrane pas en gnral de limitation.

En bauche le problme est tout autre, il est souvent ncessaire deffectuer plusieurs passes. Afin de limiter le tempsdopration il faut limiter leur nombre donc utiliser les machines au maximum de leur puissance.

Les abaques proposs dans les fiches coupe en fin de chapitre permettent de dterminer la profondeur de passe enfonction des paramtres prcdents et de la puissance de la machine prvue.

Si la profondeur possible est infrieure la passe totale, on en dduit le nombre de Passe.

Si lcart est faible, il est possible deffectuer une seule passe en diminuant les valeurs de la vitesse de coupe. En effet,la courbe du cot total tant aplatie au niveau du point de rebroussement, la variation autour de ce point de la

valeur de la vitesse de coupe nengendre pas de surcot significatif (voir figure 7.18).Schma dutilisation des abaques de puissance en tournage Abaque de puissance en fraisage

+ Choix de la gomtrie du brise-copeaux et de la nuance de carbureLes paramtres avance et profondeur de passe permettent, conformment aux indications des paragraphes 7.1.3 et

7.1.4, de dterminer la fois la gomtrie et la nuance Du carbure.

On devra vrifier laide de diagrammes fourmis par les constructeurs (comme celuiDe la figure 7.23) que les copeaux obtenus sont bien fragments.

Remarque : tous ces calculs restent thoriques, seule la mise en oeuvre permettra de valider ces choix et de mettre en

vidence les modifications apporter.


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BIBLIOGRAPHIE :

Manuels de rfrence

-Guide du dessinateur industriel, A. Chevalier

-Guide du technicien en productique, A. Chevalier, J. Bohan

-Prcis/ Mthodes dusinage/Mthodologie, Production et normalisation, R Dietrich &

-Prcis/Construction mcanique Tome 2, Projet mthodes,production,normalisation,

J-P. Trotignon &

- Productique mcanique / Premire Terminal / MICHEL AUBLIN./ DUNOD

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