Cours élaboré par: A. CHITER Génie Civil

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Chapitre 2 : Procédés d’usinage

Partie 3: Fraisage

Bibliographie:

1- A. CHEVALIER Guide de dessinateur industriel

Edition Hachette technique 320 pages

2- Technologie professionnelle générale pour les mécaniciens.

Edition Foucher Paris Tome: 1,2 et 3

3- A. CHITER Technologie de base Tome1: Cours "en arabe''

Office des Publications Universitaires OPU Alger 1993 245 pages

1. Introduction

La fraiseuse une machine de coupe, qui est utilisée pour l’usinage d’une surface ou plus pour une

pièce donnée. L’usinage se fait par un outil appelé « fraise » à une ou multiple arêtes. La fraiseuse est

également utilisée pour l’usinage des roues dentées « engrenages », filetage, cames, alésage, etc.

2. Types de fraiseuses

Il existe deux types de fraiseuses selon la disposition de leur axe de rotation :

1. Fraiseuse verticale ;

2. fraiseuse horizontale ;

3. La fraiseuse universelle est une fraiseuse combinée « verticale et horizontale ».

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3. Parties essentielles d’une fraiseuse :

3.1. Fraiseuse verticale :

3.2. Fraiseuse horizontale :

4. Caractéristiques principales des fraiseuses

1. Longueur et largeur de la table.

2. Avance de la table et la glissière longitudinale.

3. Hauteur entre la table et le porte outil.

4. Sens « orientation » de l’arbre de rotation.

5. Gamme de vitesses d’avance et de rotation.

6. Puissance et rendement du moteur.

1 Boite de vitesses de coupe « de rotation »

2 Unité de fraisage « rotation »

3 Porte outil «arbre de rotation »

4 Fraise

5 Pièce

6 Porte pièce « étau, brides… »

7 Unité d’avance

8 Boite de vitesses d’avance

9 Bâti

10 Moteur

1 Bâti

2 Fraise

3 Arbre de rotation

4 Unité de fraisage « de rotation »

5 Boite de vitesses de rotation

6 Moteur

7 Pièce

8 Porte pièce « étau, brides… »

9 Unité d’avance

10 Boite de vitesses d’avance

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5. Définition du fraisage :

L’opération de fraisage est une opération de coupe qui consiste à enlever de la matière appelé

coupeau avec une fraise à multiple arêtes de coupe « chaque arête peut être considérée comme étant

un outil de coupe à part entière ». Le fraisage permet d’enlever une grande quantité de coupeau dans

une seule opération de coupe aussi il permet d’obtenir plusieurs pièces et formes en utilisant des fraises

adéquates.

6. Conditions de coupe :

En entend par condition de coupe tout mouvement essentiel pour accomplir l’enlèvement du

coupeau. Ainsi, le fraisage nécessite trois mouvements :

1. Mouvement de coupe Mc : est un mouvement de rotation et est donné à la fraise.

2. Mouvement d’avance Ma : est un mouvement rectiligne et est donné à la pièce.

3. Profondeur de coupe P : est un mouvement de profondeur et est donné à la pièce.

7. Mode de fraisage :

Selon la disposition des arêtes de coupe et le sens du mouvement d’avance et de coupe, on

peut distinguer deux types de fraisage :

Fraisage de profil.

Fraisage de face.

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Et selon le sens des mouvements de coupe et d’avance, on peut distinguer :

Fraisage en roulant « en concordance »: Les deux mouvements de rotation 𝑉𝑐⃗⃗ ⃗ et d’avance 𝑉𝑎⃗⃗ ⃗ ont

le même sens.

Caractéristiques du fraisage en concordance :

L’attaque de la dent se fait avec l’épaisseur maximale.

La sortie de la dent se fait sur la surface à générer avec une épaisseur nulle mais le

copeau est déjà crée ce qui facilite la coupe.

Les efforts de coupe plaquent la pièce sur ses appuis.

Rugosité un peu meilleure.

Fraisage en roulant « en opposition » « de profil » : Les deux mouvements de rotation 𝑉𝑐⃗⃗ ⃗ et

d’avance𝑉𝑎⃗⃗ ⃗ sont en sens opposé.

Caractéristiques du fraisage en opposition :

L’attaque de la dent se fait avec une épaisseur nulle, ce qui peut entraîner un refus de

coupe.

Ce frottement entraîne une usure supplémentaire.

Les efforts de coupe sont importants (refus de coupe)

Les efforts de coupe tendent à faire sortir la pièce de la mise en position (efforts vers le

haut)

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8. Etat de surface :

8.1. Etat de surface dans le fraisage en face :

L’état de surface est de forme cyclique, la distance entre deux cycles successifs caractérise

l’avance par dent.

Pour améliorer l’état de surface en fraisage de face on doit :

Choisir un grand diamètre de la fraise « supérieur à la largeur de la pièce à usiner ».

Choix judicieux des paramètres de coupe ( 𝑉𝑐 , 𝑉𝑎 « 𝑎 » et 𝑝).

Bon choix de la fraise « forme et matière »

Utilisation de la lubrification.

8.2. Etat de surface dans le fraisage en profil :

L’état de surface est de forme d’ondulations de hauteur h et de période correspond à l’avance

par dent 𝑎𝑧.

Pour améliorer l’état de surface en fraisage de face on doit :

Choisir un grand diamètre de la fraise.

Bon choix de la fraise « forme et matière »

Choix judicieux des paramètres de coupe ( 𝑉𝑐 , 𝑉𝑎 « 𝑎 » et 𝑝).

Utilisation de la lubrification.

9. Matière des fraises :

Acier rapide.

Carbure métallique.

Diamant synthétique.

Céramique.

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10. Nature des fraises :

Grande dureté.

Grande résistance mécanique.

Grande résistance à l’usure.

Grande résistance à la chaleur.

11. Géométrie des fraises :

La fraise est constituée de plusieurs dents et chaque dent est considérée comme étant un outil

de tournage ou un outil de coupe à part entière et par conséquent et comme tout outil, la dent est

caractérisée par les mêmes angles.

Angle de dépouille 𝛼

Angle taillant 𝛽

Angle de coupe 𝛾

La somme de ces trois angles est égale à 90°.

Et trois angles secondaires :

Angle de direction principal de l’arête ψ.

Angle de direction complémentaire ψ’.

Angle de pointe ε.

12. Les différents types de fraises :

Il existe plusieurs types de fraises qu’on peut les classer par :

1- Forme géométrique ; cylindrique, conique, disque, module, etc.

2- Les dimensions : la hauteur et le diamètre.

3- Matière : acier rapide, carbure métallique, etc.

4- Taille : il existe des fraises à une, deux ou trois tailles de coupe.

5- Méthode de fixation : par queue cylindrique : lisse ou filetée, conique.

13. Conditions de coupe et puissance de coupe :

13.1. Vitesse de coupe :

La vitesse de coupe s'exprime en mètres par minute (m/min) et se calcule comme suit:

𝑉𝑐 =𝜋.𝐷.𝑛

1000 [ 𝒎

𝒎𝒊𝒏]

𝑉𝑐 : vitesse de coupe en [𝒎

𝒎𝒊𝒏]

𝐷 : Diamètre de la fraise en mm au point d'usinage en [𝒎𝒎]

𝑛 : vitesse de rotation de la fraise en [𝒕𝒓

𝒎𝒊𝒏]

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En permutant les termes de la formule précédente, on obtient :

𝑛 =1000.𝑉𝑐

𝜋.𝐷 [ 𝒕𝒓

𝒎𝒊𝒏]

13.2. Vitesse d’avance :

𝑽𝒂 = 𝒂𝒕. 𝒏 Tel que : 𝒂𝒕 : avance par tour [𝒎𝒎

𝒕𝒓]

𝒂𝒕 = 𝒂𝒛. 𝒛 Tel que : 𝒂𝒛 : avance par dent [𝒎𝒎

𝒅𝒆𝒏𝒕]

𝒛 : nombre de dents de la fraise [𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 ≥ 2] [𝒅𝒆𝒏𝒕

𝒕𝒓] et 𝒏 : vitesse de rotation de la fraise en [

𝒕𝒓

𝒎𝒊𝒏]

Finalement 𝑽𝒂 = 𝒂𝒛. 𝒛. 𝒏 [𝒎𝒎

𝒎𝒊𝒏]

13.3. Profondeur de passe :

Elle désigné par 𝑷 en [𝒎𝒎] et est choisie selon le mode de fraisage dégrossissage ou finition.

14. Force de coupe :

Elle est donnée par la relation suivante :

𝑭𝒄 = 𝑲𝒄. 𝑺 [𝑵]

𝑭𝒄 : Force de coupe en [𝑵]

𝑲𝒄 : Pression spécifique [𝑵

𝒎𝒎𝟐]

𝑺 : Section du coupeau [𝒎𝒎𝟐]

15. Puissance totale :

La puissance totale de coupe est donnée par la relation suivante :

𝑷𝒕𝒐𝒕 = 𝑷𝒄

Tel que : 𝑷𝒄 =𝑭𝒄.𝑽𝒄

𝟔𝟎 [𝑾]

𝑷𝒄 : Puissance de coupe en [𝑾].

𝑭𝒄 : Force de coupe en[𝑵].

𝑽𝒄 : Vitesse de coupe en[𝒎

𝒎𝒊𝒏].

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En kilo watt :

𝑷𝒄 =𝑭𝒄.𝑽𝒄

𝟔.𝟏𝟎𝟒 [𝑲𝑾]

16. Puissance de la machine :

𝑷𝒎𝒂𝒄𝒉𝒊𝒏𝒆 =𝑷𝒕𝒐𝒕

𝜼

𝜼 : Rendement de la machine en %

17. Quelques types de fraises

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18. Quelques formes de surfaces fraisées :