Post on 14-Sep-2018
REPUBLIQUE TUNISIENNE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
Direction des études technologiques
ISET DE NABEUL
LICENCE APPLIQUEE EN
GENIE MECANIQUE
Semestre 1
M’HEMED SAMIR
Su
pp
ort
de c
ou
rs
-versio
n I
I-
jan
vie
r 2
01
4.
Département GM Production 1- sommaire
SOMMAIRE
CH-I. Généralités sur les procédé de mise en forme ......................... 7
1. Introduction ..................................................................................... 7
2. Les procédés de mise en forme courants. ................................ 8
2.1. Nécessité de diversifier les procédés de mise en forme ...... 8
2.2. Classement des procédés de mise en forme ........................ 9
3. Place de l’usinage dans les techniques de productions ........ 9
3.1. Usinage ......................................................................................... 9
3.2. Classement des modes d’usinage ........................................ 11
CH-II. Usinage par enlèvement de copeaux ................................. 12
1. Généralité sur l’usinage .............................................................. 12
2. Le tournage .................................................................................. 12
2.1. Les machines de tournage: .................................................... 12
2.2. Définitions des opérations de tournage: .............................. 17
2.3. Les outils de tournage: ............................................................. 18
2.4. Mode d’action des outils de tournage et désignation. ..... 23
2.5. Les portes pièces: ..................................................................... 26
2.6. Paramètres d’une opération de tournage: ......................... 30
2.7. Application ................................................................................ 33
3. Le Fraisage .................................................................................... 34
Département GM Production 1- sommaire
3.1. Les fraiseuses ............................................................................. 34
3.2. Génération des surfaces: ........................................................ 39
3.3. Modes de travail en fraisage: ................................................. 41
3.4. Les outils de fraisage ................................................................ 44
3.5. Les opérations de fraisage et outils associés: ...................... 46
3.6. Paramètres d’une opération de fraisage .......................... 48
3.7. Etat de surface en fraisage .................................................... 53
4. Application ................................................................................... 54
CH-III. Géométrie des outils de coupe ............................................. 56
1. Éléments de l’outil ........................................................................ 56
1.1. Corps : ........................................................................................ 57
1.2. Queue : ...................................................................................... 57
1.3. Axe de l’outil : ........................................................................... 58
1.4. Partie active : ............................................................................ 58
1.5. Surface d’appui : ...................................................................... 58
1.6. Taillant : ...................................................................................... 58
2. faces de la partie active ............................................................ 58
2.1. Face de coupe A : .................................................................. 58
2.2. Face de dépouille A : ............................................................. 58
3. Arête .............................................................................................. 59
3.1. Arête principale de l’outil : ..................................................... 59
Département GM Production 1- sommaire
3.2. Arête secondaire de l’outil : ................................................... 59
4. Bec de l’outil : ............................................................................... 59
5. Point considéré de l’arête : ........................................................ 59
6. Définition de mouvements de l’outil et de la pièce .............. 59
6.1. Angle de la direction d’avance : ....................................... 61
6.2. Angle de la direction résultante de coupe : .................... 61
7. géométrie de la partie active ................................................... 61
7.1. Système de l’outil en main (outil de tournage): .................. 62
7.2. Système de l’outil en travail (outil de tournage): ................ 65
7.3. Angles caractéristiques de l’outil ........................................... 65
8. position relative pièce /outil ....................................................... 68
9. influence des angles de l’outil sur la coupe ............................ 70
9.1. Angle de dépouille orthogonal o ......................................... 70
9.2. Angle de coupe orthogonal o .............................................. 70
9.3. Angle d’inclinaison d’arête de l’outil s ................................ 70
9.4. Angle de direction d’arête de l’outil r ................................. 71
9.5. Bec de l’outil .............................................................................. 71
10. Brise-copeaux ............................................................................... 71
CH-IV. Usinage par abrasion ............................................................... 72
1. La rectification .............................................................................. 72
2. Les meule ...................................................................................... 72
Département GM Production 1- sommaire
3. Action d’une meule .................................................................... 73
4. L’intérêt de l’usinage par abrasion ........................................... 73
5. vitesse d’utilisation des meules .................................................. 74
CH-V. Choix des conditions de coupe ............................................. 75
1. choix des conditions de coupe ................................................. 75
2. quelques valeurs approximatives des avances et des Vc .. 77
3. approche mécanique de la coupe ......................................... 78
3.1. Efforts de coupe ....................................................................... 78
3.2. Pression spécifique de coupe ................................................ 79
3.3. Puissance de coupe ................................................................ 81
4. Travail dirigé .................................................................................. 82
CH-VI. Montages d’usinage ................................................................ 83
1. Rôle du montage d’usinage ...................................................... 83
2. Principe du positionnement ....................................................... 83
2.1. Appui ponctuel ......................................................................... 84
2.2. Appui linéaire ............................................................................ 84
2.3. Appui plan ................................................................................. 85
2.4. Centrage court ......................................................................... 85
2.5. Centrage long........................................................................... 86
3. Serrage. ......................................................................................... 86
4. quelques Règles pour choisir une mise en position ................ 86
Département GM Production 1- sommaire
4.1. Respect de la cotation ............................................................ 86
4.2. Bien choisir les surfaces et le repérage associé ................... 87
4.3. Diminution des portes à faux .................................................. 88
4.4. Donner de l’importance à la tolérance ............................... 89
5. symbolisation technologique ..................................................... 90
5.1. Type technologique ................................................................. 90
5.2. Nature de surface repérée ..................................................... 91
5.3. Fonction de l’élément technologique .................................. 91
5.4. Nature de la surface de contact........................................... 91
6. Travaux dirigés .............................................................................. 92
6.1. TD1 ............................................................................................... 92
6.2. TD2 ............................................................................................... 92
CH-VII. Bibliographie .............................................................................. 93
Département GM Production 1- chapitre 1
M’HEMED SAMIR 09/01/14 7
CH-I. Généralités sur les procédé de mise en forme
1. INTRODUCTION
Se présentent deux types de solutions pour mettre en forme la
matière.
A. Mise en forme sans enlèvement de matière
C'est le domaine du formage à chaud, à froid, de la fonderie ou du
frittage.
o Exemples : Moulage en sable,
Fig. 1 Outillage pour la préparation du moule pièce obtenue
o Forgeage
Fig. 2 marteau pilon pour la frappe des pièces lourdes
Département GM Production 1- chapitre 1
M’HEMED SAMIR 09/01/14 8
B. Mise en forme par enlèvement de matière
C'est le domaine de l’usinage.
o Exemple : usinage conventionnel,
Fig. 3 tour fraiseuse
Les deux solutions de mise en forme se complètent : très souvent
l'usinage permet de parachever une pièce ébauchée par fonderie ou
formage.
2. LES PROCEDES DE MISE EN FORME COURANTS.
2.1. Nécessité de diversifier les procédés de mise en forme
Il est évident que les contraintes de fabrication (géométrie,
propriétés mécaniques, propriétés physiques, financières etc…) imposent
aux fabricants le ou les procédés appropriés.
Souvent il arrive que plusieurs techniques soient appropriées pour
effectuer une opération donnée; on parle alors de techniques
concurrentes. Par exemple dans le cas de taraudage, on peu opter soit
pour le taraudage par enlèvement de matière soit pour le taraudage par
déformation plastique. On fait alors notre choix en fonction des
Département GM Production 1- chapitre 1
M’HEMED SAMIR 09/01/14 9
contraintes qu'elles imposent et en considérant les inconvénients et
avantages de chacune.
Exemple :
Pièce à produire : procédé approprié
constituée d’un matériau dur Usinage dur ; ultrason ; Usinage
chimique ; électro érosion
de géométrie complexe électro érosion ; usinage à commande
numérique
État de surface et conditions
géométriques rigoureuses
usinage à commande numérique ;
rectification
2.2. Classement des procédés de mise en forme
Le tableau 1(page suivante) présente un classement des procédés
de mise en forme, il met en évidence les nombreux moyens pour
façonner la matière et que chacun d'eux débouche sur une spécialité
professionnelle : mécanicien usineur, fondeur, spécialiste des métaux en
feuilles, etc.
3. PLACE DE L’USINAGE DANS LES TECHNIQUES DE PRODUCTIONS
3.1. Usinage
L’usinage consiste en un enlèvement de matière sur la pièce afin
de lui donner la forme, les dimensions et un fini de surface d’un produit
déterminé. Cet enlèvement peut être obtenu par une action mécanique
des outils tranchants, abrasion, érosion, déplacement des ions, corrosion
chimique, vaporisation, fusion, etc. Quel que soit le mode d’enlèvement
de matière (tournage, fraisage, perçage, etc.) il existe un élément
commun, en l’occurrence la formation de copeaux.
Département GM Production 1- chapitre 1
M’HEMED SAMIR 09/01/14 10
Façonnage
Liquide
M oulage
Solide
Pulvérulent, (poudre)
Frittage
Par enlèvement de matière
Usinage
Formation de copeau
Découpage
Pas de formation de copeau
Sans enlèvement de matière
Pas de formation
Emboutissage
Cambrage
Etirage
A l'Outil
Découpage
Poinçonnage
Au chalumeau
Oxycoupage
Par coupe
A l'outil
Spécialité
M écaniciens
A chaudSpécialité
Forgeage
M atriçage
Estampage
des métaux
en feuilles
Formage
A foid Spécialité
de la forge
Par abrasion Spécialité
M eulage M écaniciensPolissage
Rectificationusineurs
Rodage
Procédés spéciaux
Usinage chimique Chimiste
Spécialité
M écaniciens
usineurs
et
usineurstranchant
électro érosion
ou de micro copeau de copeau
à l'état
matériaux de base aciers,
laitons, matières plastiques etc...
tableau-1. classement général des procédés de mise en forme
Département GM Production 1- chapitre 1
M’HEMED SAMIR 09/01/14 11
3.2. Classement des modes d’usinage
En dehors des techniques conventionnelles étant : le tournage, le
perçage, le fraisage, le taraudage, l'alésage et la rectification, on
compte aussi plusieurs techniques dites "non-conventionnelles". Parmi
celles-ci on retrouve l'usinage par ultrasons, par jet d'eau et par jet abrasif
mais aussi l'usinage chimique, électrochimique et les différents types
d'usinage électrothermiques.
Le classement des modes d’usinage proposé par Springborn et
Marty est présenté sur la figure 5. Ce classement est obtenu après avoir
élaboré le choix de critère suivant : nature de l’énergie ou mécanisme,
mode d’enlèvement de matière, milieu de transfert et source d’énergie.
Nature de l'énergie
ou mécanisme
Mode d'enlèvement de
matière
Milieu de
transfert
Source
d'énergieProcédé
Principaux domaines
d'application
CisaillementContact
physiqueOutil de coupe
Machines outils
traditionnelles
Usinage divers
rectification
Particules à
grande vitesse
FluideParticules
à grande vitesse
Projection et
martelage
Erosion
Erosion et
cisaillement
Mécanique
Fluide sous
pression
Jet abrasif
Jet hydraulique
Micro-usinage
Courant haute
fréquence
Usinage abrasif
sous ultrasons
Usinage divers
sur matériaux
non conducteur
Travaux divers sur
matériaux
conducteurs
Formes intérieures
Usinage pièces
délicates
Travaux divers
sur matériaux
conducteurs
Soudage
Micro-soudage
Micro-usinage
Stade
expérimental
Recrification
ou usinage
électrolytique
Electroformage
Courant basse
tensionElectrolyte
Déplacement
des ionsElectrolyse
Usinage
chimique
Potentiel
électrochimiqueAgent corrosif
Corrosion
chimiqueChimique
Electroérosion
Bombardement
électronique
Laser
Plasma
Décharge sous
champ el.intenseDiélectrique
Electrons
Radiation
Gaz à hautes
températures
Haute tension
Milieu ionisé
Rayonnement
lumineux intense
Vaporisation
Fusion
Thermo
électrique
Fig. 4 Classement des modes d’usinage
Dans la suite on s’intéressera uniquement à l’usinage
conventionnel.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 12
CH-II. Usinage par enlèvement de copeaux
1. GENERALITE SUR L’USINAGE
L’usinage par enlèvement de matière est le moyen le plus fiable
pour obtenir des pièces de précision, à partir de pièces moulées,
extrudées ou forgées. Mais par contre, le procédé est coûteux (machine,
outils, hommes qualifiés) et relativement lent.
Actuellement parmi les nouvelles tendance de fabrication, on
peut citer l’UGV qui donne des pièce usinée d'une précision
supérieure à cause d’une diminution des efforts de coupe et d’une
meilleur orientation de dissipation des calories dans les copeaux .
L'augmentation du débit des copeaux autorise une meilleure productivité
(multipliée par 3 à 10).
Avec l'apparition de l'UGV, le secteur de la machine-outil a tourné
une page de son histoire et entamé une irréversible évolution.
Aujourd'hui, l'UGV a laissé la place au travail à grande vitesse dans la liste
des priorités des constructeurs de machines- outils lesquelles sont classées
en deux catégories.
2. LE TOURNAGE
En tournage, la pièce tourne, l’outil se déplace par rapport à la
pièce. Ainsi on réalisera toutes les surfaces de révolution, y compris les
plans lorsque la trajectoire du point générateur est situé dans un plan
perpendiculaire à l’axe de rotation.
2.1. Les machines de tournage:
Les machines-outils couramment utilisées en tournage sont:
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 13
2.1.1. Les tours parallèles à charioter et à fileter:
Ces machines sont utilisées pour les travaux unitaires ou de petites
et moyennes séries sur des pièces très simples.
Fig. 5 Terminologie
Ces tours sont peu flexibles. Seules les surfaces dont les génératrices
sont parallèles ou perpendiculaires à l’axe de la broche sont réalisables
en travail d’enveloppe.
Fig. 6 Tour parallèle
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 14
2.1.2. Les tours à copier:
Ils permettent l’usinage de pièces par reproduction, à partir d’un
gabarit, grâce à un système de copiage hydraulique qui pilote le
déplacement du chariot transversal.
C’est une machine assez flexible qui peut convenir pour des travaux
de petites à grandes séries.
La génératrice des surfaces de révolution peut être quelconque.
2.1.1. Les tours semi-automatiques:
Ce sont des tours équipés d’un traînard semblable à celui d’un tour
parallèle avec une tourelle hexagonale indexable munie de 6 postes
d’outils animée d’un mouvement longitudinal contrôlé par des butées.
Fig. 7 Tour semi-automatique
Les outillages spécialement conçus pour la machine permettent
des opérations simples et précises.
La commande de ces tours peut être manuelle ou en partie
automatique. La flexibilité de ces machines est très limitée. On les utilisera
pour des travaux de moyenne série.
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2.1.2. Les tours automatiques:
Plusieurs outils sont montés tangentiellement à la pièce. Les
mouvements sont obtenus par des cames qui donnent la vitesse
d’avance et la course de chaque outil. Une came est spécifique à une
opération et à une pièce.
Ces tours sont entièrement automatiques. Ces machines n’ont
aucune flexibilité. Elles conviennent pour les très grandes séries
Fig. 8 Tour à cames Mécanismes des avances
2.1.3. Les tours automatiques multibroches:
Ce type de tour comportera par exemple huit broches. Huit outils
soit un par broche travaillent en même temps et effectuent une opération
différente. Ce sont les broches qui tournent d’un huitième de tour pour
présenter la pièce devant l’outil suivant. Lorsque les broches ont
effectuées un tour complet la pièce est terminée. Il est possible de
travailler dans la barre.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 16
Sur ce type de tour les réglages sont longs et le temps de passage
d’une série à l’autre immobilise la machine. Ce tour sera réservé pour les
grandes et très grandes séries à des pièces de dimensions réduites à
cause de l’espacement entre les broches.
Aujourd’hui les machines à commande mécanique ou hydraulique
des déplacements d’outils, citées dans les paragraphes précédentes,
cèdent la place à des nouvelles machines très prometteuses dites à
commande numérique
2.1.4. Les tours à commande numérique:
Comme la génératrice de la pièce peut être quelconque, la
trajectoire de l’outil est obtenue par des déplacements indépendants de
deux ou plusieurs axes dont les positions successives sont données par un
calculateur travaillant à partir d’un programme propre à la pièce. Ces
tours sont équipés d’une tourelle ou d’un magasin à outils et
éventuellement d’un système de chargement des pièces.
La flexibilité de ces machines est très grande et particulièrement
bien adapté pour le travail unitaire ou les petites séries répétitives.
Fig. 9 tour à commande numérique
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 17
2.2. Définitions des opérations de tournage:
2.2.1. Chariotage:
Opération qui consiste à usiner une
surface cylindrique ou conique
extérieure.
2.2.2. Dressage:
Opération qui consiste à usiner une
surface plane perpendiculaire à l’axe de
la broche extérieure ou intérieure.
2.2.3. Rainurage:
Opération qui consiste à usiner une
rainure intérieure ou extérieure pour le
logement d’un crclips ou d’un joint
torique par exemple.
2.2.4. Chanfreinage:
Opération qui consiste à usiner un
cône de petite dimension de façon à
supprimer un angle vif.
2.2.5. Tronçonnage:
Opération qui consiste à usiner une
rainure jusqu’à l’axe de la pièce afin
d’en détacher un tronçon.
Département GM Production 1- Chapitre 2
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2.2.6. Filetage:
Opération qui consiste à réaliser un
filetage extérieur ou intérieur.
2.2.7. Perçage:
Opération qui consiste à usiner un
trou à l’aide d’un forêt.
2.2.8. Alésage:
Opération qui consiste à usiner une
surface cylindrique ou conique intérieure.
2.3. Les outils de tournage:
2.3.1. Outils ARS
On distingue les outils en acier rapide ou monobloc et les outils à
plaquettes rapportés.
Les outils ARS (Acier Rapides Supérieurs) sont élaborés à partir d’un
acier faiblement allié subissant un traitement thermique. Il est toujours
utilisé pour certains types d’outils comme les forets, ou les outils
nécessitant un angle de tranchant très faible. Ils ne permettent pas une
vitesse de coupe élevée car un échauffement trop important
élimine la trempe de l’outil, et crée donc un effondrement rapide de
l’arête de coupe.
Fabrication : par coulée en coquille ou par métallurgie des poudres
Composition : 0,7 % de Carbone minimum, 4 % de Chrome
environ, Tungstène, molybdène, vanadium, cobalt pour les plus durs.
Dureté : de 63 à 66 Hrc
Département GM Production 1- Chapitre 2
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Fig. 10 outils ARS
2.3.2. Outils à plaquettes rapportées
Les outils à plaquettes rapportées sont les plus utilisés actuellement.
Ils se présentent sous la forme d’une plaquette que l’on fixe sur un porte
outil. Le remplacement de la plaquette est donc très rapide et respecte
le réglage des trajectoires programmées sur les machine à commande
numérique .
Fig. 11 Outil à plaquette rapportée
2.3.2.1. Le corps d’outil:
La position de la plaquette sur le corps d’outil détermine les angles
α,γ ,λs et Kr.la désignation normalisée des corps d’outils est donnée par la
figure 12.
2.3.2.2. Les plaquettes:
Il en existe de toutes formes pour chaque type de matériau et pour
chaque type d’usinage. Les formes de la plaquette définissent les angles
β, εr et le rayon de bec rε. Pour une meilleure résistance de la plaquette, le
rayon de bec rε et les angles β et εr seront maximum.
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Fig. 12 Désignation des porte-plaquettes amovibles
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Fig. 13 Désignation des plaquettes amovibles
Département GM Production 1- Chapitre 2
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Fabrication : par frittage de poudre, puis revêtement
Fig. 14 plaquette
Les différentes formes de plaquettes:
On utilise principalement des plaquettes de formes carré, ronde,
rectangulaire, rhombique, rhomboïdale, triangulaire. La forme de la
plaquette est choisie en fonction des surfaces à obtenir et du cycle de
travail. Si plusieurs formes conviennent on choisira celle qui donne la
meilleure résistance mécanique (εr, maximum). Si le critère résistance n’est
pas prépondérant, on choisira la plus économique, c’est à dire celle qui
permet de disposer du maximum d’arêtes utilisables (plaquette carrée).
Il existe également des plaquettes de formes hexagonale,
octogonale et pentagonale.
Fig. 15 formes de plaquettes
Les plaquettes réversibles:
Une plaquette est dite réversible si elle présente un plan de symétrie
parallèle à ses deux faces les plus importantes. Elle peut alors être
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retournée sur son corps d’outil et voit le nombre de ses arêtes doublé, ce
qui la rend particulièrement intéressante du point de vue économique.
Ainsi une plaquette carrée passe de 4 à 8 arêtes utilisables.
Fig. 16 réversibilité
La désignation normalisée des plaquettes est donnée en figure 13.
2.4. Mode d’action des outils de tournage et désignation.
Pour la réalisation des diverses opérations de tournage on dispose
des outils suivants:
2.4.1. Les outils à charioter:
Une seule direction de travail possible pour la réalisation de
cylindres ou de cônes extérieurs. Si la pièce comporte un épaulement on
obtient une surface en travail d’enveloppe et une surface en travail de
forme.
Fig. 17 Exemples de 5 outils à charioter
2.4.2. Les outils à dresser:
Une seule direction de travail possible perpendiculaire à l’axe de la
pièce pour la réalisation de surfaces planes extérieures. Si la pièce
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 24
comporte un épaulement on obtient une surface en travail d’enveloppe
et une surface en travail de forme.
Fig. 18 Exemple de 2 outils à dresser
2.4.3. Les outils à charioter - dresser:
Au minimum deux directions possibles de travail permettant à ces
outils d’effectuer des opérations de chariotage et de dressage de
surfaces extérieures en travail d’enveloppe.
Fig. 19 outils à charioter - dresser:
Les flèches en traits interrompus indiquent
une direction de coupe pour laquelle il convient
d’observer des précautions: longueur de surface
réduite et faible profondeur de passe. Ce sens de
travail est à éviter si l’on peut procéder autrement.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 25
2.4.4. Les outils à aléser:
Pour les opérations d’alésage on retrouve les mêmes principes que
pour les outils d’extérieurs. Une seule direction de travail possible pour la
réalisation de cylindres ou de cônes intérieurs.
Fig. 20 Exemple d’outils à aléser
2.4.5. Les outils à aléser - dresser:
Au minimum deux directions
possibles de travail permettant à ces outils
d’effectuer des opérations d’alésage et
de dressage de surfaces intérieures
Fig. 21 outils à aléser -
dresser
Fig. 22 Exemple de 3 outils à aléser-dresser
2.4.6. Les outils à rainurer:
Pour la réalisation des opérations de
rainurage.
Fig. 23 Outils à rainurer
2.4.7. Les outils à tronçonner:
Pour la réalisation des opérations de
tronçonnage.
Fig. 24 Outil à tronçonner
Département GM Production 1- Chapitre 2
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2.4.8. Les outils à fileter:
Pour la réalisation des opérations de
filetage.
Fig. 25 Outils à fileter
2.5. Les portes pièces:
2.5.1. Les portes pièces standards:
Ils font partie de l’équipement standard des tours. Ce sont:
2.5.1.1. Les mandrins à serrage par mors:
Ils comportent 2, 3 ou 4 mors. Ces mors peuvent être à serrage
concentriques ou indépendants. On peut monter des mors durs ou des
mors doux. Les mors doux sont des mors non trempés afin de permettre à
l’utilisateur de les usiner pour adapter leurs formes à celles de la pièce ou
pour réaliser une coaxialité plus précise qu’avec des mors durs. La prise
de pièce en mandrin peut se faire par l’extérieur ou par l’intérieur des
mors
2.5.1.2. Les mandrins expansibles:
Ils assurent à la fois la mise en position et le maintien en position par
l’intérieur ou par l’extérieur de pièces courtes ou longues. On utilise pour
leurs constructions une ou plusieurs pièces déformables. Le type le plus
classique est le mandrin à pinces que l’on retrouve comme support
d’outils pour des fraises à queue cylindrique.
2.5.2. Les portes pièces dédiés:
Il s’agit de montages de reprise spécialement étudiés et réalisés
pour une phase d’usinage. Ils se montent soit à la place du mandrin en
utilisant les mêmes surfaces de référence que lui soit sur le plateau lisse
(appareillage standard du tour).
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 27
Type de montage Modélisation de la liaison Schéma du montage Accessoires utilisés coaxialité
Montage en l’air
Pour le respect de la
liaison Ls ne doit pas être
inférieure à 0,7 D. Ls > D
souhaitable
Mandrin 3 mors durs à serrage
concentrique + butée. L doit être
limitée en fonction des efforts de
coupe et du diamètre de la pièce
0,1maxi
Montage en
l’air
Pour le respect de la
liaison Ls ne doit pas être
inférieure à 0,7 D. Ls > D
souhaitable
Mandrin 3 mors doux à
serrage concentrique. L doit être
limitée en fonction des efforts de
coupe et du diamètre de la pièce
0,05maxi
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Montage en
l’air (prise de pièce
par l’intérieur)
Pour le respect de la
liaison Ls ne doit pas être
supérieure à 0,5 D. Ls < 0,5 D
Mandrin 3 mors durs ou doux
à serrage concentrique. L doit être
limitée en fonction des efforts de
coupe et du diamètre de la pièce
0,1maxi
(m.durs)
0,05maxi
(m.doux)
Montage
mixte
Pour le respect de la
liaison Ls ne doit pas être
supérieure à 0,5 D. Ls < 0,5 D
Mandrin à serrage
concentrique (3 mors durs + butée)
ou (3 mors doux) + pointe
tournante. L doit être limitée en
fonction des efforts de coupe et du
diamètre de la pièce
0,1maxi
(m.durs)
0,05maxi
(m.doux)
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 29
Montage
entre pointes
Pointe fixe à griffes pour
assurer l’entraînement de la pièce +
pointe tournante. L doit être limitée
en fonction des efforts de coupe et
du diamètre de la pièce
0,01maxi
Mandrin
expansible
Exemple de mandrin
expansible
Mandrin expansible à douille
fendue monté dans le cône de la
broche du tour
0,01maxi
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 30
2.6. Paramètres d’une opération de tournage:
2.6.1. Profondeur de coupe
La profondeur de coupe (ap) est la différence entre la surface non
coupée et la surface coupée. Elle se mesure en mm et a angle droit de la
direction de l'avance.
Fig. 26 paramétrage d’une opération de tournage
2.6.2. Avance
Le déplacement de l'outil dans le sens axial (ou dans le sens radial
en dressage) s'appelle l'avance (fn). Il est mesuré en mm/tr.
2.6.3. Epaisseur des copeaux
L'épaisseur des copeaux hex est égale a fn en cas d'utilisation d'un
porte-plaquette avec un angle d'attaque kr 90°.
Avec un angle d'attaque plus petit, hex est réduite.
Fig. 27 épaisseur de copeau
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 31
2.6.4. Rayon de bec
Le rayon de bec r de la plaquette est un facteur clé dans les
opérations de tournage. La sélection du rayon de bec dépend de :
• La profondeur de coupe, ap
• L'avance, fn.
Fig. 28 rayon de bec
2.6.5. Vitesses de coupe:
La pièce est entraînée sur le tour à une certaine vitesse angulaire w
rad/s (soit N tr/min). Compte tenu du diamètre de la pièce au point
d’usinage situé sur un diamètre D, la vitesse relative de la pièce en ce
point par rapport à l’outil (supposé fixe par rapport à la machine) vaut :
……………………………………………
Cette vitesse est appelée vitesse de coupe ; soit, avec les unités
traditionnelles de la fabrication mécanique :
……………………………………………
Fig. 29 vitesse tangentielle et vitesse angulaire
Il convient de signaler que la vitesse de coupe n’est constante que
si la vitesse de broche et le diamètre de la pièce demeurent inchangés.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 32
En dressage, par exemple où l’outil se déplace en direction du
centre, la vitesse de coupe varie continuellement si la rotation de la pièce
s’effectue à une vitesse de broche constante.
Fig. 30 répartition de la vitesse de coupe
Or, pour une productivité maximale et une meilleure qualité des
surfaces obtenues, il est souhaitable de maintenir la vitesse de coupe
constante. Sur les tours CN, la vitesse de broche varie inversement avec le
diamètre usiné, afin de garder une vitesse de coupe constante.
Fig. 31 vitesse de coupe constante
Mais dans le cas de très petits diamètres, cette compensation se
révèle impossible en vue des limites qu’autorisent les machines. (figure 31).
Fig. 32 limitation de la vitesse de rotation
Le préparateur choisit cette vitesse de coupe en fonction,
notamment :
o des matériaux de la pièce et de l’outil ;
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 33
o de la lubrification ;
o de la durée de vie souhaitée pour l’outil ;
o des valeurs des autres paramètres de coupe (avance, profondeur
de passe...).
o des limites de la machine
Souvent on devra limiter la vitesse de coupe à cause du manque
de puissance et de rigidité des machines universelles.
2.7. Application
Donner le nom de chaque outil ensuite relier chaque face de la
pièce à l’outil approprié
…………… ……………… ……………… ……………… ………………
………… …………… …………… ………………… ………………
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 34
3. LE FRAISAGE
Dans le cas du fraisage : l’outil tourne, la pièce se déplace
par rapport à l’outil ou vis-vers-ça. Cela permet de réaliser des formes
planes ou quelconques.
3.1. Les fraiseuses
Les machines-outils couramment utilisées en fraisage sont:
3.1.1. Les fraiseuses universelles:
Elles sont équipées d’une tête porte broche (dite tête universelle)
qui permet de placer la broche soit horizontalement, soit verticalement.
Fig. 33 broche verticale
Fig. 34 broche horizontale
Un réglage précis dans l’une ou l’autre de ces deux positions doit
être réalisé sous peine d’obtenir des surfaces en travail de génération non
planes avec des défauts angulaires par rapport au référentiel défini par
les mouvements de la machine. Seul le défaut géométrique affectera les
surfaces obtenues en travail de forme.
fraise à axe parfaitement vertical fraise à axe incliné
Fig. 35 incidence de la position de l’axe sur la géométrie obtenue
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 35
Fig. 36 terminologie d’une fraiseuse.
Ces machines sont utilisées essentiellement pour des travaux
d’outillage.
Fig. 37 fraiseuses universelles
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 36
3.1.2. Les fraiseuses verticales:
L’axe de sa broche est vertical. Sa conception en fait une machine
plus rigide et plus économique que la fraiseuse universelle. Il n’y a plus de
réglage de broche comme avec la fraiseuse universelle et la mise en
œuvre est ainsi plus rapide.
Elle est employée pour les petites, moyennes et grandes séries. Les
opérations réalisées dans une même phase seront souvent limitées à une
ou deux opérations.
Fig. 38 fraiseuse verticale
3.1.3. Les fraiseuses horizontales:
L’axe de la broche de cette fraiseuse est horizontal. Les
commentaires avancés pour les fraiseuses verticales restent vrais ici. La
configuration de la machine autorise le fraisage combiné avec plusieurs
fraises (train de fraises). Le rendement est alors grandement augmenté.
Fig. 39 fraiseuse horizontale
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 37
Fig. 40 utilisation d’un train de fraises
3.1.4. Les centres d’usinage:
Ce que l’on nomme centres d’usinage sont des fraiseuses à
commande numérique dont la broche est verticale, horizontale, mobile
ou encore à deux broches.
Ces machines sont en outre équipées d’un magasin d’outil avec
chargeur d’outils et éventuellement d’un système de palettisation: Il s’agit
d’une fausse table amovible et indexable.
La table peut être équipée d’un plateau circulaire d’axe horizontal
ou vertical. Dans ce cas la pièce peut se présenter devant l’outil dans un
nombre important de positions permettant ainsi l’usinage d’un maximum
de surfaces sans démontage de la pièce (fig.41).
Ce type de machine permet de réaliser en plus des surfaces planes
toutes les opérations de perçage et d’alésage.
Contrairement aux fraiseuses conventionnelles avec lesquelles les
mouvements d’avances automatiques sont utilisables uniquement dans
chacun des trois déplacements orthogonaux séparément, le centre
d’usinage permet de décrire une trajectoire quelconque dans un plan ou
dans l’espace. On utilise le terme contournage pour qualifier une telle
trajectoire.
Les fraiseuses traditionnelles disparaissent de plus en plus au profit
du centre d’usinage.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 38
Fig. 41 centre d’usinage
Fig. 42 cinématique d’un centre d’usinage( source sandvik)
ébauche semi-finition finition
Fig. 43 Fraisage d’une surface gauche sur un centre de fraisage (source sandvik).
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 39
3.2. Génération des surfaces:
3.2.1. Principe:
Un outil tourne autour d’un axe: celui de la broche. Il est animé de
la vitesse de coupe.
La pièce est animée d’un mouvement relatif par rapport à l’outil,
c’est la vitesse d’avance.
La trajectoire d’un point appartenant à l’outil par rapport à la
pièce est une cycloïde.
Dans le cas de fraisage conventionnel, suivant la position relative
de l’outil par rapport à la pièce on obtiendra une surface plane suivant
deux modes de travail.
L’opération qui consiste à réaliser une surface plane en fraisage se
nomme surfaçage.
Fig. 44 Génération des surfaces en fraisage
3.2.2. Types de travail de l’outil fraise:
On distingue le surfaçage de face et le surfaçage en roulant.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 40
3.2.2.1. Le surfaçage de face ou surfaçage en bout:
Fig. 45 surfaçage en bout
Défaut de planéité possible:
Il est important que la trajectoire du point générateur soit contenue
dans un plan. Cette condition sera réalisée si l’axe de la broche se trouve
parfaitement perpendiculaire au vecteur vitesse d’avance Vf. Dans le cas
contraire on obtiendra une surface en creux.
Notez que la qualité géométrique de la surface obtenue n’est pas
tributaire de la qualité géométrique de la fraise. Il s’agit de travail
d’enveloppe.
3.2.2.2. Le surfaçage de profil ou en roulant :
La surface est obtenue en travail de forme.
Défaut de planéité possible:
Surface ondulée. Défaut qui dépend de l’avance et du diamètre
de l’outil.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 41
Fig. 46 surfaçage ou en roulant
Ce type de travail est très employé pour les opérations de
contournage sur les machines-outils à commande numérique.
En pratique les deux types de fraisage sont souvent employés
simultanément.
3.3. Modes de travail en fraisage:
3.3.1. Principe
On distingue deux modes de travail:
o Le travail en avalant (encore appelé travail en concordance)
o Le travail en opposition.
Le travail est dit en concordance si la projection de la résultante
Ro/p des efforts de coupe appliquée sur la pièce par l’outil est de même
sens que le vecteur vitesse d’avance Vf sinon il s’agit de travail en
opposition.
Fig. 47 Principe du mode de travail en fraisage
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 42
ATTENTION: Le travail en concordance nécessite des machines dont
les guidages de tables et la transmission des mouvements soient conçues
sans aucun jeu (vis à billes).
3.3.1. En surfaçage de profil:
Dans ce mode de travail on passe du travail en avalant au travail
en opposition en inversant le sens du vecteur vitesse d’avance.
Dans le travail en avalant la fraise attaque la pièce par la plus
grande épaisseur du copeau et l’effort de coupe plaque la pièce sur ses
appuis.
On préférera le fraisage en avalant si la machine est équipée de
système à rattrapage de jeu.
Fig. 48 fraisage en concordance (source Sandvik)
Dans le travail en opposition la dent de la fraise attaque la pièce
par un copeau inférieur au copeau minimum et dans certains cas, en
particulier avec des matériaux très tendres il peut y avoir refus de coupe.
D’autre part l’effort de coupe tend à soulever la pièce.
On conseillera cependant ce mode de travail pour l’écroutage
(ébauche d’une surface présentant une grande dureté superficielle) car
les dents n’attaquent pas sur la croûte.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 43
Fig. 49 fraisage en opposition (source Sandvik)
3.3.2. En surfaçage de face:
Dans ce cas on distingue trois phases :
1. Entrée dans la matière : dans cette phase l’arête travail en
compression au moment de l'impact en entrée.
2. Sortie de la matière : le copeau n'est plus soutenu et il a
tendance à plier, ce qui génère une force de traction sur l’arête et peut
la fracturer dans le cas des outils en carbure.
3. Arc d’engagement en coupe : la faible variation de l’épaisseur
du copeau est assurée par un arc d’engagement grand.
On passe du travail en avalant au travail en opposition en décalant
la pièce par rapport à la fraise (figure 50).
Fig. 50 fraisage de face
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 44
en avalant en opposition
Fig. 51 mode de fraisage en bout (source Sandvik)
3.4. Les outils de fraisage
Voici quelques outils qui peuvent être montés dans la broche d’une
fraiseuse pour des opérations spécifiques (figure 52).
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 45
Fraise deux tailles ARS
Fraise deux tailles à plaquettes rapportées
Fraise 3 tailles
Fraise conique de forme
Fraise à lamer
Fraise à surfacer
Fraise scie
Fraise de forme
Barre d’alésage
Fraise hémisphérique
Foret carbure
Alésoir expansible
Fraise à rainurer
Alésoir fixe
Foret 3/4
Fig. 52 Outils de fraisage les plus utilisés
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 46
3.5. Les opérations de fraisage et outils associés:
3.5.1. Opération de surfaçage:
Fig. 53 Opérations de surfaçage de face et de profil
3.5.2. Opérations de surfaçage-dressage:
On parle de surfaçage-dressage lorsque 2 plans sont usinés
simultanément.
Le terme dressage désigne ici le surfaçage du plan en travail de
profil (travail de forme).
Fig. 54 Opérations de surfaçage-dressage
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 47
3.5.3. Rainurage
Pour usiner des rainures, 3 plans sont usinés dans une seule passe.
Fig. 55 opérations de rainurage droit
Fig. 56 opérations de rainurage de forme
Fig. 57 opérations de rainurage débouchant, principe.
3.5.4. Opérations particulières
Fig. 58 train de fraises 3t
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 48
3.5.5. Usinage des forme complexes
Avec l’émergence des nouveaux centres de fraisage la réalisation
des formes complexes devient possible par la combinaison de plusieurs
mouvements à la fois. Pour usiner de telles surfaces on dispose des fraises
hémisphériques.
Fig. 59 Pignon conique droit avec une denture en S ne pouvant être produit que
par fraisage.
3.6. Paramètres d’une opération de fraisage
3.6.1. Profondeur de coupe – ap (mm)
C’est la dimension, mesurée suivant l’axe de la fraise, de la zone
coupée.
3.6.2. Largeur de coupe – ae (mm)
La largeur radiale d'une zone coupée.
Fig. 60 profondeur et largeur de la coupe
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 49
3.6.3. Diamètre de fraise – Dc (mm)
Le diamètre de la fraise (Dc) est mesuré au point où l'arête de
principale rejoint le biseau plan. Il sert à calculer la vitesse de coupe.
Le diamètre le plus courant à prendre en compte est (Dcap) –
c'est-à-dire le diamètre effectif à la profondeur de coupe (ap). Il sert à
calculer la vitesse de coupe réelle.
Fig. 61 diamètre de coupe
Dans le cas d’arête rectiligne, on a :
k tan
a × 2+ D = D
r
p
ccap
3.6.4. Avance à la dent – fz (mm/dent)
Valeur de base pour le calcul des conditions de coupe, notamment
de l'avance de la table. Cette valeur est calculée en tenant compte de
l'épaisseur maximum des copeaux (hex) et de l'angle d'attaque.
Fig. 62 vitesse d’avance (source : guide technique du fraisage Sandvik)
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 50
3.6.5. Avance par tour – fn (mm/tr)
Valeur auxiliaire indiquant la distance parcourue par l'outil pendant
un tour complet.
3.6.6. Avance par minute vƒ (mm/min)
L'avance de la table, l'avance machine ou la vitesse d'avance en
mm/min représente le mouvement de l'outil par rapport à la pièce en
fonction de l'avance à la dent (fz) et du nombre de dents de la fraise (zn).
nzV cz ..ff
3.6.7. Vitesses de coupe:
1000
.. nDV
cap
c
n: fréquence de broche en tours/min
Vc: vitesse de coupe en m/min
3.6.8. Épaisseur maximale des copeaux – hex (mm)
Le point générateur de l’outil en travail d’enveloppe ou encore
chaque point de la ligne génératrice en travail de forme décrit une
cycloïde.
Fig. 63 Trajectoire d’un point de l’outil
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 51
Contrairement donc au tournage; ici l’épaisseur varie le long du
copeau et Il est important de tenir compte de sa valeur maximale pour
déterminer l’avance à la dent.
Fraisage de profil
Fraisage de face
Fig. 64 épaisseur maximale pour les arêtes rectilignes
3.6.8.1. En fraisage de face
Avec les arêtes rectilignes, l'épaisseur des copeaux, hex, est égale à
fz si l'angle d'attaque est de 90 degrés. La réduction de l'angle d'attaque,
kr, permet d'augmenter fz :
Fraise centrée
rz k sin. f hex
Fraise décalée
1- a
D.k 2.sin
a
Dhex.
fz
e
cap
r
e
cap
3.6.8.2. En fraisage de profil
Quand l'arc d'engagement ae/Dc est supérieur à 50 %, l'épaisseur
maximum des copeaux réduit proportionnellement à fz. Sinon, l'avance
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 52
peut être augmentée en fonction du coefficient donne dans le tableau
ci-dessous par rapport au ratio ae/Dc.
Ratio ae/Dc Coefficient
fz (mm/dent):
hex (mm)
min.
0.1
Valeur de départ
0.15
Maximum
0.2
50-100% 1.0 0.10 0.15 0.20
25% 1.16 0.12 0.17 0.23
20% 1.25 0.13 0.19 0.25
15% 1.4 0.14 0.21 0.28
10% 1.66 0.17 0.25 0.33
5% 2.3 0.23 0.34 0.46
Applications :
A. Fraisage de face
Calculer l'avance recommandée fz si l'épaisseur maximum des
copeaux, hex, est de 0.1 et l'angle d’attaque, kr, est de 45°.
B. Fraisage de profil
Si Dc 20 mm et ae = 2 mm calculer l'avance mini fz.
Solution
A. l'avance recommandée fz, est de 1.4 x 0.1 = 0.14 mm/dent.
B. ae/Dc = 10%
hex = 0.1 mm, fz = 0.17 mm/dent.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 53
3.6.9. Épaisseur moyenne des copeaux – hm (mm)
Cette valeur est utile pour déterminer la force de coupe spécifique.
On l'utilise dans le calcul de la puissance nette.
En fraisage latéral :
Dc
2.ae- 1 Dc.arccos
kr.ae.fz .sin360 hm
.
En surfaçage, pièce au centre de la fraise :
Dc
ae Dc.arcsin
kr.ae.fz .sin180 hm
.
Nota : arccos et arcsin en degrés
3.7. Etat de surface en fraisage
3.7.1. Surfaçage de face:
En surfaçage de face on observe des sillons espacés d’un intervalle
variable dont la valeur maximum correspondant à l’avance par dent.
Fig. 65 État de surface générée en surfaçage avec outil à plaquette rapportée.
Par analogie avec le tournage, on peut estimer la rugosité par :
rR
2.125
max zf où r est le rayon de bec
3.7.1. Surfaçage de profil:
Le profil laissé par la fraise en surfaçage de profil est formé d’une
succession de portions de cycloïde que l’on peut assimiler à des arcs
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 54
ayant pour rayons le rayon de la fraise et dont le pas est donné par la
valeur de l’avance.
Fig. 66 Etat de surface - fraisage radial
Si on tient compte du faux rond « TIR » que présente toujours les
fraises à plaquettes indexables, on a:
DhRt
4
2
zf
4. APPLICATION
Soit l’opération de fraisage donné par la figure 66.
Fig. 67 Opération de surfaçage
On donne
Matière usinée : acier courant
Usinage en finition.
Département GM Production 1- Chapitre 2
M’HEMED SAMIR 09/01/14 55
Copeau minimum : mme 310.3
Outil disponible voir document1
Gamme de vitesses de rotation :
53,69,125,220,280,365,420,580,700,980,1200,1500,1800,2000.
Usinage avec lubrification
On demande
1. Proposer un outil, parmi la liste fournie, le mieux adapté à l’usinage
de cette surface. En déduire le type et le mode de fraisage
adopté.
2. Calculer l’avance par dent minimale pour ce cas d’usinage.
3. Calculer la rugosité à obtenir par ce procédé.
4. Proposer une vitesse de coupe pour cette opération et en déduire
la vitesse d’avance.
5. Calculer la longueur du parcours de l’outil L.
6. Calculer le temps d’usinage pour cette opération.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 56
CH-III. Géométrie des outils de coupe
1. ÉLÉMENTS DE L’OUTIL
Les outils se différencient surtout par le nombre de tranchants, le
mode d’entraînement, les dimensions et la façon d’évacuation des
copeaux. Un outil de tournage est présenté sur la figure 67. La figure 68
présente les arêtes et les surfaces de la partie active d’une fraise à deux
tailles. Alors que la figure 69 présente les arêtes et les surfaces de la partie
active d’un foret.
Fig. 68 Outil de tournage
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 57
Fig. 69 Arêtes et surfaces de la partie active d’une fraise deux tailles
Fig. 70 Arêtes et surfaces de la partie active d’un foret
1.1. Corps :
Partie de l’outil portant les éléments coupants ou les plaquettes,
dans lesquelles sont taillées les arêtes.
1.2. Queue :
Partie de l’outil maintenue dans l’alésage du porte-outil.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 58
1.3. Axe de l’outil :
Droite imaginaire située de façon conventionnelle par rapport à la
surface d’appui servant à la fabrication et à l’affûtage de l’outil et à la
fixation de l’outil en travail. Généralement, l’axe est la ligne centrale de la
queue ou de l’alésage.
1.4. Partie active :
Partie fonctionnelle de l’outil qui intervient directement dans
l’opération de coupe. Dans le cas des outils à plusieurs dents, chaque
dent a une partie active.
1.5. Surface d’appui :
Surface plate de la queue de l’outil, parallèle ou perpendiculaire
au plan de référence de celui-ci, utilisée pour la fixation et l’orientation de
l’outil lors de sa fabrication, son affûtage et son mesurage.
1.6. Taillant :
Portion de la partie active située entre la face de coupe et la face
de dépouille.
2. FACES DE LA PARTIE ACTIVE
2.1. Face de coupe A :
Surface le long de laquelle glisse le copeau. Lorsque la face de
coupe se compose de plusieurs parties inclinées l’une par rapport à
l’autre, celles-ci sont numérotées à partir de l’arête. Ces surfaces
s’appellent également facettes.
2.2. Face de dépouille A :
Surface le long de laquelle passent les surfaces engendrées sur la
pièce. La partie de la face de dépouille coupant la face de coupe en
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 59
vue de la formation de l’arête principale, est nommée face de dépouille
principale.
3. ARÊTE
Bord de la face de coupe, destiné à l’enlèvement de matière,
3.1. Arête principale de l’outil :
Partie de l’arête commençant au point où l’angle de direction
d’arête de l’outil kr est égal à zéro et dont une partie au moins est
destinée à engendrer la surface de coupe sur la pièce.
3.2. Arête secondaire de l’outil :
Partie restante de l’arête qui s’étend à partir de point où kr = 0 dans
une direction opposée à l’arête principale de l’outil.
4. BEC DE L’OUTIL :
Partie qui joint l’arête principale à l’arête secondaire. Elle peut être
arrondie, droite ou représenter l’intersection vive des arêtes.
5. POINT CONSIDÉRÉ DE L’ARÊTE :
Point choisi sur l’arête pour définir, par exemple, les angles de l’outil
ou les angles en travail en ce point.
6. DÉFINITION DE MOUVEMENTS DE L’OUTIL ET DE LA PIÈCE
Les vitesses de coupe Vc d’avance Vf, ainsi que la vitesse résultante
de coupe Ve sont définies sur les figures 70,71 et 72.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 60
Fig. 71 Mouvement de l’outil et de la pièce, tournage
Fig. 72 Mouvement de l’outil et de la pièce, fraisage en opposition
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 61
Fig. 73 Mouvement de l’outil et de la pièce, perçage
on identifie les angles suivants :
6.1. Angle de la direction d’avance :
Angle entre la direction d’avance et la direction de coupe. Il est
mesuré dans le plan de travail Pfe(voir section suivante).
6.2. Angle de la direction résultante de coupe :
Angle entre la direction de coupe et la direction résultante de
coupe. Il est mesuré dans le plan de travail Pfe (voir section suivante).
7. GÉOMÉTRIE DE LA PARTIE ACTIVE
L’outil de tournage est le plus simple. Tous les autres outils en sont
dérivés. C’est pourquoi qu’on ce limitera dans la suite aux définitions les
plus importantes que lui sont relatives.
Pour définir la géométrie de l’outil de coupe, il est nécessaire de
considérer le système de référence, c’est-à-dire un ensemble de plans
passant par le point supposé de l’arête de coupe. Il existe deux
principaux systèmes de référence :
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 62
Système de référence de l’outil en main (définition de la géométrie de
l’outil lors de sa fabrication et de son mesurage) ;
Système de référence de l’outil en travail (définition de la géométrie
effective de l’outil au cours d’usinage) ;
Les plans utilisés dans le premier système sont nommés plans de
l’outil en main et dans le deuxième plans de l’outil en travail.
7.1. Système de l’outil en main (outil de tournage):
7.1.1. Plan de référence de l’outil Pr :
Plan passant par le point considéré de l’arête, choisi de manière à
être parallèle à la surface d’appui de l’outil. Il est, généralement,
perpendiculairement à la direction supposée de coupe.
Fig. 74 Plan de référence de l’outil Pr
7.1.2. Plan de travail conventionnel Pf :
Fig. 75 Plan de travail conventionnel Pf
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 63
Plan passant par le point considéré de l’arête et perpendiculaire au
plan de référence de l’outil Pr. Généralement, il doit être choisi de
manière à être orienté parallèlement à la direction supposée d’avance.
7.1.3. Plan vers l’arrière de l’outil Pp :
Plan perpendiculaire au plan de référence de l’outil Pr, et au plan
de travail conventionnel Pf, au point considéré de l’arête.
Fig. 76 Plan vers l’arrière de l’outil Pp
7.1.4. Plan d’arête de l’outil Ps :
Plan tangent à l’arête au point considéré et perpendiculaire au
plan de référence de l’outil Pr.
Fig. 77 Plan d’arête de l’outil Ps
7.1.5. Plan orthogonal de l’outil Po :
Plan perpendiculaire au plan de référence de l’outil Pr, et au plan
d’arête de l’outil Ps, au point considéré de l’arête.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 64
Fig. 78 Plan orthogonal de l’outil Po
7.1.6. Plan normal à l’arête Pn :
Plan perpendiculaire à l’arête, au point considéré de l’arête.
Fig. 79 Plan normal à l’arête Pn
7.1.7. Application
On donne une modélisation
en 3 D d’un outil à charioter droit à
droite. On demande de nommer
tout ces plans?
Fig. 80 plans de l’outil en main
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 65
7.2. Système de l’outil en travail (outil de tournage):
Les éléments géométriques de l’outil en travail se déduisent de
ceux de l’outil en main, en remplaçant le plan de référence Pr de l’outil
en main par le plan de référence Pre de l’outil en travail. Dans la pratique,
la vitesse d’avance étant faible par rapport à la vitesse de coupe (figure
70), elle peut souvent être négligée, de sorte que l’on puisse admettre
que le plan de référence Pre est confondu avec le plan de référence de
l’outil en main Pr. Dans ce cas-là, les éléments définis pour l’outil en main
sont pratiquement valables pour l’outil en travail.
7.3. Angles caractéristiques de l’outil
Les angles servent à la détermination de la position géométrique de
l’arête de l’outil, de la face de coupe et de la face de dépouille. On a
deux séries d’angles. Une première série (angles de l’outil) est nécessaire
pour la définition des angles pour l’outil en main. Une deuxième série
(angles en travail) est nécessaire pour la définition des angles déterminant
l’action de l’outil au cours de l’opération de coupe.
Les angles de l’outil et les angles en travail varient d’un point à
l’autre le long de l’arête. C’est pourquoi les définitions données ci-après
se rapportent toujours au point considéré de l’arête. Chaque angle est
affecté d’un indice indiquant le plan dans lequel l’angle est mesuré. Par
exemple : n, angle de coupe normal de l’outil. Le symbole désignant un
angle en travail est complété par « e » pour effectif. Par exemple : ne
angle de coupe normal en travail.
7.3.1. Angles de l’outil
7.3.1.1. Angle de l’arête
Angle de direction d’arête r :
Angle entre le plan d’arête de l’outil Ps et le plan de travail
conventionnel Pf, mesuré dans le plan de référence de l’outil Pr.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 66
Fig. 81 position de l’arête
Angle de direction complémentaire r:
Angle entre le plan Ps et le plan vers l’arrière de l’outil Pp, mesuré
dans Pr. Pour chaque point considéré de l’arête r+r=90.
Angle d’inclinaison d’arête de l’outil s :
Angle entre l’Arête et le plan de référence de l’outil Pr, mesuré dans
le plan d’arête de l’outil Ps.
Angle de pointe de l’outil εr :
Angle entre le plan d’arête de l’outil Ps et le plan d’arête
secondaire de l’outil Ps1, mesuré dans le plan Pr.
Kr + εr + Kr1 = 180
7.3.1.2. Position de la face de coupe.
Angle de coupe normal de l’outil n :
Angle entre la face de coupe Aet le plan de référence de l’outil Pr
mesuré dans le plan normal à l’arête Pn.
Angle de coupe latéral de l’outil f :
Comme n mais mesuré dans le plan de travail conventionnel Pf.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 67
Angle de coupe vers l’arrière de l’outil p :
Angle de coupe orthogonal de l’outil o et l’angle de coupe direct
d’affûtage g ont les définitions semblables à n mais sont mesurés
respectivement dans le plan vers l’arrière Pp (p) dans le plan orthogonal
de l’outil Po (o) et dans le plan orthogonal de la face de coupe Pg (g).
L’angle g est l’angle maximal entre la face de coupe Aet le plan de
référence de l’outil Pr.
Angle de position du plan orthogonal de la face de coupe r :
Angle entre le plan de travail conventionnel Pf et le plan orthogonal
de la face de coupe Pg mesuré dans le plan de référence de l’outil Pr.
7.3.1.3. Position de la face de dépouille
Angle de dépouille normal de l’outil n :
Angle entre la face de dépouille Aet le plan d’arête de l’outil Ps,
mesuré dans le plan normal à l’arête Pn. On a respectivement les
dépouilles : f (latérale), p (vers l’arrière), o (orthogonale) et dépouille
directe d’affûtage b.
Angle de position du plan orthogonal de la face de dépouille r :
Angle entre le plan de travail conventionnel Pf et le plan orthogonal
de la face de dépouille Pb mesuré dans le plan de référence de l’outil Pr.
7.3.1.4. Angles du taillant n
Angle entre la face de coupe A et la face de dépouille A mesuré
dans le plan normal à l’arête Pn. On a respectivement les angles : βf
(latéral), βp (vers l’arrière) et βo (orthogonal).
La somme des dépouilles de l’outil, des angles de taillant et des
angles de coupe de l’outil, mesurée dans chacun des plans de l’outil est
toujours égale à 90.
90
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 68
7.3.1. Angles en travail
Pour définir les angles d’un outil en travail, il faut prendre en
considération les paramètres physiques de la coupe et, en particulier, la
trajectoire du point considéré de l’arête de coupe.
Les angles en travail sont définis par rapport aux plans du système
de référence de l’outil en travail. Les définitions sont analogues aux
définitions des angles de l’outil. Les symboles désignant les angles en
travail sont complétés par un « e » pour « effectif ».
Fig. 82 Illustration des plans et des angles en main, outil à charioter droit
8. POSITION RELATIVE PIÈCE /OUTIL
On considère le système de référence de l’outil en main pour
déterminer les valeurs des angles de dépouille et de coupe selon le
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 69
matériau à usiner. Les valeurs de ces angles peuvent varier selon la
position de l’outil par rapport à la pièce. On a ici trois possibilités
représentées sur la figure 75.
Fig. 83 Variation des angles et selon la position de l’outil
a) L’arête tranchante de l’outil et le centre de la pièce sont
dans un même plan horizontal.
b) L’Arête tranchante se trouve en dessous du plan horizontal
passant par le centre de la pièce, c’est-à-dire en dessous de l’axe.
c) L’Arête tranchante se trouve au dessus du plan horizontal
passant par le centre.
Dans les trois cas considérés, la valeur de l’Angle tranchant est
demeurée invariable. La somme des trois angles étant toujours 90.
Dans le cas (a), la valeur effective des angles et coïncide avec la
valeur des angles de l’outil.
Dans le cas (b), l’angle de coupe diminue et peut devenir nul ou
négatif, tandis que la valeur réelle de l’angle augmente.
Dans le cas (c), la valeur augmente, tandis que celle de diminue.
On utilise parfois cette disposition pour l’usinage de métaux légers.
Dans le cas extrême, on risque le talonnage.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 70
9. INFLUENCE DES ANGLES DE L’OUTIL SUR LA COUPE
9.1. Angle de dépouille orthogonal o
Trop faible, il augmente le frottement et provoque une abrasion
intense sur la face de dépouille. Trop fort, il rend la partie active de l’outil
fragile. On peut dire qu’il influe fortement sur la durée de vie de l’outil.
9.2. Angle de coupe orthogonal o
Un angle de coupe important facilite l’écoulement du copeau et
réduit ainsi les efforts induites de la coupe. Dans de telles conditions on
enregistre un dégagement de chaleur réduit mais une fragilisation
prononcée du taillant. La valeur optimale de o dépend aussi de la forme
du copeau. Un copeau exerçant sa pression loin de l’arête (la fonte,
l’acier inoxydable et les aciers alliés de plus de 350 HB), demande un
angle de coupe plus petit que certains aciers de résistance supérieure.
Sans doute à cause de leur grande dureté et faible résilience, les
outils à plaquettes rapportées en carbures ou en céramiques autorise la
coupe négative (o 0). Ceci assure un taillant robuste et évitent l’usure
par rupture. L’application des angles de coupe négative est nécessaire
surtout pendant l’usinage interrompu, car ils assurent un point de contact
entre le copeau et la face de coupe éloigné de l’arête de coupe.
Pour les mêmes conditions de coupe, la coupe négative demande
plus de puissance que la coupe positive. Elle permet cependant
l’application de vitesses de coupe plus grandes. Le fort dégagement de
la chaleur dans la zone de coupe transmise dans le matériau usiné
provoque son ramollissement et facilite l’usinage.
9.3. Angle d’inclinaison d’arête de l’outil s
Il a un effet semblable à l’angle de coupe orthogonal o. s positif
facilite l’écoulement du copeau mais rend le bec de l’outil plus fragile.
Département GM Production 1- Chapitre 3
M’HEMED SAMIR 09/01/14 71
9.4. Angle de direction d’arête de l’outil r
Il influence l’effort de refoulement. Un angle r de l’ordre de 30o à
45o permet à l’arête de coupe une entrée en contact graduelle avec le
métal. Celle-ci commence par un point éloigné du bec de l’outil sans
variation brusque de l’effort de coupe. Il influence aussi des composantes
de l’effort de coupe (voir figure 3.19). L’augmentation de l’angle de
direction r provoque une diminution de l’effort de coupe Fc et de l’effort
de refoulement Fr , mais en même temps, l’augmentation de l’effort de
l’avance Ff . La diminution de l’effort de refoulement Fr permet d’obtenir
une meilleure précision dimensionnelle des pièces.
9.5. Bec de l’outil
Il est un point faible de l’outil. On peut le renforcer soit par un
arrondi soit par un chanfrein.
10. BRISE-COPEAUX
Le brise-copeaux est utilisé pour éviter la formation d’un copeau
continu long qui pourrait former des pelotes autour de l’outil et de la
pièce à usiner. Les brise-copeaux peuvent être formés directement sur la
plaquette rapportée en forme de rainure ou être rapportés et fixés
mécaniquement sur la plaquette.
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 72
CH-IV. Usinage par abrasion
1. LA RECTIFICATION
L’usinage par abrasion ou rectification, consiste à enlever une
partie de la matière de pièces métalliques ou autres au moyen d'outils
appelés meules. Ce procédé, se distingue selon trois types d’application.
La rectification plane, cylindrique et de forme destinée à la réalisation de
pièces mécaniques de haute qualité. Quant au taillage et l’affûtage, ces
applications sont orientées principalement vers la réalisation d’outils de
coupe. Cependant, les critères de qualité sont également les mêmes :
qualités géométrique et métallurgique.
L’usinage par abrasion utilise principalement des meules et des
bandes abrasives.
2. LES MEULE
Une meule est constituée des particules abrasives de différents
grosseurs, liées entre elles par un agglomérant. Le rôle de ce dernier est de
retenir chaque particule abrasive dans le substrat de la meule.
Les abrasifs utilisés sont très durs, aussi peuvent-ils attaquer même les
aciers trempés. Ils sont naturels (grès, émeri, diamant) ou artificiels
(alumine cristallisée ou carbure de silicium cristallisé).
L’agglomérant n’exerce aucune action abrasive, mais c’est de sa
nature que dépend la résistance de la meule au travail, aux chocs et à
tout effort de rupture.
L'agglomérant peut être de différentes natures : argile, céramique,
caoutchouc, résines synthétiques ou laques.
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 73
Fig. 84 Action d’une meule: 1 grain à coupe positif, 2 grain à coupe négative
3. ACTION D’UNE MEULE
Chaque grain de la meule enlève un petit copeau quand l'une de
ses arêtes se présente favorablement sur la pièce, généralement à
grande vitesse ; le copeau est de très petite section, de l’ordre de 0,001
mm² ; il n’est pas tranché mais gratté. Le nombre de copeaux coupés
simultanément est très grand, de 100 à 1000.
4. L’INTERET DE L’USINAGE PAR ABRASION
• L’usinage de pièces très dures :
La dureté de l’abrasif et son indifférence à la chaleur permettent
d’usiner des pièces métalliques de n’importe quelle dureté (pièces ayant
subi l’effet de trempe, outils en carbure,...)
• L’enlèvement de très faibles passes :
Il est possible de finir des surfaces avec précision par abrasion grâce
à la finesse du copeau coupé. Les états de surface s’en trouvent
améliorés. Ainsi l’abrasion conduit à la haute qualité mécanique. On peut
couramment respecter sur les machines à rectifier des tolérances de 2
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 74
microns, soit 10 fois plus petites que celles observées sur les machines à
outils coupants métalliques.
5. VITESSE D’UTILISATION DES MEULES
La vitesse de travail d‘une meule dépond :
o De ses caractéristiques (composition, forme, dimension, …)
o De la machine et des conditions de travail
o De la nature de travail à effectuer
L’utilisateur doit impérativement respecter la vitesse indiquée par le
fabricant de la meule
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 75
CH-V. Choix des conditions de coupe
1. CHOIX DES CONDITIONS DE COUPE
En fabrication mécanique, respecter les exigences sur la qualité
et/ou aboutir à un coût de production compétitif, revient à bien choisir les
conditions d'usinage. Ces conditions (Vc, f, ap) dépendent de plusieurs
paramètres techniques, mécaniques ou économiques.
Considérons l’exemple de la vitesse de coupe, elle est choisie en
fonction des éléments suivants :
Pièce à usiner Outil Machine Conditions de travail
Nature du
matériau
Nature partie
active Puissance
Ébauche
Finition
Section du
copeau
Rigidité et
forme
Rigidité du
corps État et type Lubrification
État de surface
à obtenir
Temps effectif
d’affutage
Gamme
des vitesses
Chariotage, Tronçonnage,
Perçage, Filetage, etc.
Parfois des corrélations peuvent être apportées à une condition
pour atteindre les objectifs déjà énoncés. C’est ainsi que la tenue de
coupe d'un outil en acier à coupe rapides est nettement améliorée par
un refroidissement de l’outil et la pièce D’où la corrélation :
VcVc2
3lubrifiée
Dans le même contexte la figure suivante donne un aperçu sur des
corrélations faites en fonction de l’outil utilisé en tournage.
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 76
Chariotage 100 %
Dressage 80 %
Perçage 75%
Tronçonnage 50%
Filetage 33 %
Fig. 85 Vc en fonction des outils de tournage
Quant aux avances leur choix se fait en fonction de plusieurs
éléments, exemple:
o Rugosité escomptée,
o outil utilisé,
o procédé d’usinage,
o Copeau minimum,
o Puissance de la machine outil,
o Productivité, etc.…
Fig. 86 Copeau minimal; influence de la profondeur de coupe sur la formation du
copeau (tiré du vidéo de « Institut für den Wissenschaftlichen Film, Göttingen »
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 77
Pour finir avec cette introduction, le choix d’une profondeur de
passe se fait en fonction du brute à enlever et les limites dépondent de:
o Puissance de la machine outil,
o Géométrie de l’outil,
o Nature du matériau usinant et usiné,
o Etat de la machine
2. QUELQUES VALEURS APPROXIMATIVES DES AVANCES ET DES VC
D’après les données du C.E.T.I.M. Durée entre affutages : 60 mi
Matériaux usinés
Outil en A. R. S. Outil carbure
F
mm/tr
Vc
m/min
f
mm/tr
Vc
m/min
Aciers100 Rm 0,2 25 0,2 150
Aciers100 Rm 0,1 20 02 120
Ft 20 0,3 40 0,3 150
A-S 4G 0,3 450 0,3 700
Cu-Zn 0,2 250 0,3 300
Z-A-4G 0,2 100 0,3 150
Nylon- Rilsan 0,2 110 0,2 200
Bakélite 0,3 90 0,2 200
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 78
3. APPROCHE MECANIQUE DE LA COUPE
3.1. Efforts de coupe
On peut définir les composantes de l’effort de coupe F suivant trois
axes perpendiculaires, comme suit :
Fc : l’effort de coupe est une composante tangentielle à la pièce
dirigée dans le sens opposée au mouvement de coupe.
Ff : l’effort d’avance est une composante tangentielle à la pièce
dirigée dans le sens opposé à l’avance du chariot.
Fr : l’effort de refoulement est une composante perpendiculaire au
plan des deux autres efforts orientée dans la direction de l’axe de
l’outil.
L’effort de coupe global peut être exprimé par la relation :
222
rfc FFFF
En pratique, pour le tournage, on peut estimer à partir de la force Fc
les valeurs approximatives des forces Ff et Fr par les relations suivantes :
Tournage de l’acier Fr = (0,4 à 0,6) Fc Ff = (0,2 à 0,4) Fc
Tournage de la fonte Fr = (0,3 à 0,6) Fc Ff = (0,1 à 0,4) Fc
Fig. 87 Décomposition de l’effort de coupe
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 79
3.2. Pression spécifique de coupe
Comme les efforts de coupe dépendent, entre autre, de la section
coupée, parler donc d’un effort intrinsèquement serait absurde. Il faut
alors ramener l’effort à la section coupée.
3.2.1. Section du copeau
Exprimée en millimètres carrés (2mm ).
pmmfmmSmm 2
Fig. 88 Cas du chariotage
3.2.2. Pression spécifique
La pression spécifique de coupe est définie comme étant l’effort de
coupe ramené à la section du copeau non déformé :
apf
FKc c
.
Elle dépend du type de l’usinage et des autres paramètres de
coupe tel que Vc. Elle est déterminée expérimentalement.
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 80
Fig. 89 évolution de Kc en fonction de Vc en chariotage de l’acier trempé avec
outil en carbure (f=0.1mm/tr et a=1mm)
Le tableau suivant donne une approximation de Kc
Matière Résistance
ou dureté
MPa
Dureté
Brinnel
Pression spécifique de
coupe (MPa)
Avance en mm/tour
0,1 0,2 0,4 0,8
Acier A 34, A 37, A 42
A 50
A 60
A 70
jusqu’à 320
320 à 380
380 à 440
440 à 540
3600
4000
4200
4400
2600
2900
3000
3150
1900
2100
2200
2300
1360
1520
1560
1640
Acier fondu XC 38, XC 45
XC 52, XC 60
XC 70
190 à 320
320 à 440
440
3200
3600
3900
2300
2600
2850
1700
1900
2050
1240
1360
1500
acier au nickel-chrome,
acier au chrome-molybdène
540 à 630
630 à 890
5000
5300
3600
3800
2600
2750
1850
2000
Acier inoxydable 380 à 440 5200 3750 2700 1920
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
40 90 140 190 240
Vc (m/min)K
c (
Mpa)
Kc
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 81
Acier d’outillage 950 à 1140 5700 4100 3000 2150
Fonte grise FT 10, FT 15 HB 200 1900 1360 1000 720
FT 20, FT 26 HB 200 à 250 2900 2080 1500 1080
Fonte alliée HB 250 à 400 3200 2300 1700 1200
Cuivre 2100 1520 1100 800
Laiton HB 80 à 120 1600 1150 850 600
Bronze coulé 3400 2450 180 1280
Alliage à l’aluminium 1400 1000 700 520
Fig. 90 valeurs approximatives de la pression spécifique de coupe kc
3.3. Puissance de coupe
La puissance totale (exprimée en kW) absorbée par la coupe est la
somme des puissances générées par chaque composante des efforts
induites de la coupe.
rfct PPPP
Étant donné que la vitesse de coupe est habituellement exprimée
en m/min et la force en N, on doit diviser chaque composante de
l’équation par 60 000.
000600006000060
rrffcct
vFvFvFP
[kW]
Vu que la vitesse radiale est nulle, cette composante ne génère
aucune puissance : Pr = 0. De plus, la vitesse de l’avance vf est de 100 à
1000 fois plus petite que la vitesse de coupe vc. La composante Pf peut
donc être négligée. L’équation précédente peut alors être simplifiée :
00060
cct
vFP
[kW]
Département GM Production 1- Chapitre 5
M’HEMED SAMIR 09/01/14 82
4. TRAVAIL DIRIGE
Outil en carbure métallique. Pièce FT20 de mm50 , trmmf /2,0 ,
mmap 5.1 et puissance de la machine KWPt 5.2 .
Calculer la fréquence de rotation de la broche
Vérifier la puissance de la machine
Solution
min/150mVc (déterminée d’après le tableau).
mm
mN
50.
min/150
, soit en renduisant en même unité :
mm
mmN
50.
min/150000
.
min/3000
trN soit min/955trN (on prendra la
valeur la plus proche donné par la gamme disponible sur la machine)
apf
FKc c
. apfKcFc .. , or d’après le tableau des pressions
spécifiques de coupe 2080MpaKc , d’où :
mmtrmmMPaFc 5,1./2,0.2080 NFc 624
00060
cct
vFP
00060
150624tP KWPt 56,1
Reprendre la même application avec un outil en carbure
métallique et une pièce A60.
min/200mVc (déterminée d’après le tableau par interpolation).
mm
mN
50.
min/200
, soit en renduisant en même unité :
mm
mmN
50.
min/200000
.
min/4000
trN soit min/1273trN
Département GM Production 1- Chapitre 6
M’HEMED SAMIR 09/01/14 83
CH-VI. Montages d’usinage
1. ROLE DU MONTAGE D’USINAGE
Un solide dans l’espace peut se déplacer suivant 6 mouvements
élémentaires. Le rôle du montage est donc de bloquer ces 6
mouvements (3 rotations et 3 translations) en une position unique par
rapport à la machine. On convient donc qu’un montage d’usinage
assure deux fonctions majeures à savoir :
o Positionnement,
o Serrage.
Fig. 91 mouvements élémentaires
2. PRINCIPE DU POSITIONNEMENT
En iso-statisme on parle de 6 normales de repérage, logique pour 6
degrés de liberté, non !
Pour positionner totalement un solide, il faut que chaque repérage
élimine un mouvement. Si le nombre de repérage est inférieur à 6, le
repérage est partiel. Dans le cas contraire, le repérage est hyperstatique ;
Département GM Production 1- Chapitre 6
M’HEMED SAMIR 09/01/14 84
2.1. Appui ponctuel
Un appui ponctuel élimine un seul mouvement (degrés de liberté)
qui est une translation de même direction que la normale.
Fig. 92 appui ponctuel
2.2. Appui linéaire
Deux normales de même direction qui pointent sur une même ligne,
éliminent deux mouvements élémentaires à savoir :
o Une translation de même direction que les normales,
o Une rotation d’axe perpendiculaire à cette ligne.
Fig. 93 Appui linéaire
Département GM Production 1- Chapitre 6
M’HEMED SAMIR 09/01/14 85
2.3. Appui plan
Trois normales de même direction qui pointent aux sommets d’un
triangle, généralement isocèle; éliminent trois mouvements élémentaires
à savoir :
o Une translation de même direction que les normales,
o deux rotations d’axes perpendiculaires, contenus dan le plan de ce
triangle.
Fig. 94 appui plan
2.4. Centrage court
Deux normales du même plan mais de directions concourantes à
l’axe d’un cylindre, éliminent deux translations de ce dernier dont les
directions sont perpendiculaires et contenues dans ce plan.
Fig. 95 centrage court
Département GM Production 1- Chapitre 6
M’HEMED SAMIR 09/01/14 86
2.5. Centrage long
Le centrage long est composé de quatre normales disposées deux
à deux dans deux plans parallèles. Les normales du même plan
concourent à l’axe du cylindre et les normales de plans différents sont
parallèles deux à deux.
Dans ce positionnement il ne reste au cylindre, des six degrés de
libertés, que la rotation et la translation suivant son axe
Fig. 96 centrage long
3. SERRAGE.
Un montage d’usinage doit assurer entre autre un blocage rigoureux de
la pièce dans sa position isostatique. ce blocage élimine parfois un autre
mouvement élémentaire, c’est l’exemple du serrage du mandrin d’un
tour qui supprime la rotation de la pièce dans le référencie machine.
4. QUELQUES REGLES POUR CHOISIR UNE MISE EN POSITION
La mise en position doit faciliter la réalisation des cotes du dessin de
définition. Elle doit donc s’appuyer au maximum sur des surfaces usinées.
4.1. Respect de la cotation
Faire coïncider la mise en position de la pièce avec la cotation du
dessin de définition : cela évite les transferts de cote.
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Fig. 97 respect de la cotation
4.2. Bien choisir les surfaces et le repérage associé
Pour comprendre cette règle, on considère deux cotations
différentes d’une même pièce
Il faut réaliser une perpendicularité
entre la face et le cylindre usiné, on
choisira donc un appui plan sur la
face et un centrage court.
Il faut réaliser une cocentricité entre
les deux cylindres, on prend donc la
pièce en mors doux : centrage long
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La référence principale est donnée
par le plan « A » qui définit la
normale au plan.
Le centrage court sur le cylindre
défini la position de l’axe.
La référence principale est donnée
par le cylindre « A » qui définit l’axe
de révolution.
L’appui sur la face est la référence
secondaire, pour définir la position
de la pièce le long de l’axe.
Solutions technologiques
4.3. Diminution des portes à faux
Limiter les déformations et vibrations de la pièce : être proche de la
zone usinée.
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Fig. 98 diminuer les portes à faux
4.4. Donner de l’importance à la tolérance
En vu de deux tolérances géométriques sur l’alésage F, un
positionnement sur la surface plane E et sur la surface cylindrique D
s’impose. Mais comme la tolérance est plus serrée sur la coaxialité que
sur la perpendicularité, on donne une priorité à un centrage long sur D en
dépit d’un appui plan sur E
Fig. 99 douille
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Repérage Modélisation 3D
Fig. 100 Positionnement
5. SYMBOLISATION TECHNOLOGIQUE
Chaque élément du symbole de repérage a une signification
particulière :
1. type technologique
2. nature de la surface repérée
3. fonction de l’élément technologique
4. nature de la surface de contact
Fig. 101 éléments du symbole
5.1. Type technologique
Appui fixe
Centrage fixe
Système à serrage
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Système à serrage
concentrique
Système de réglage
irréversible
Système de réglage
Centrage réversible
5.2. Nature de surface repérée
Surface usinée Surface brute
5.3. Fonction de l’élément technologique
Mise en position rigoureux
départ de la cotation
Maintient en position opposition
aux efforts et aux déformations
5.4. Nature de la surface de contact
Touche
plate Pointe fixe
Touche
dégagée
Touche
striée
Pointe
tournante cuvette
Touche
bombée plonnier
vé
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6. TRAVAUX DIRIGES
6.1. TD1
Reprendre le positionnement de la figure 100, pour représenter la symbolisation technologique de ce positionnement
6.2. TD2
FRAISAGE
on se propose de respecter les cotes CBE
qui sont les cotes définies
par le bureau d’étude
proposer un positionnement qui respecte ces cote avec les cote de
fabrication Cf induites.
Solution
Le positionnement impose :
• une mise en position prépondérante sur la face inférieure : appui
plan
• une mise en position secondaire sur le coté : linéaire rectiligne.
Département GM Production 1- Chapitre 7
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CH-VII. Bibliographie
- Guide de fabrication mécanique, P. Padilla, A. THELY, Ed DUNOD
- Guide du dessinateur industriel, CHEVALIER, édition Hachette
technique
- Guide du technicien en productique, CHEVALIER, J. BOHAN
- Guide pratique de l’usinage (1. fraisage, 2. tournage, 3. ajustage
montage), Edition Hachette.
- Méthodes et analyses de fabrication mécanique, J. KARR, Ed
DUNOD
- Précis – méthodes d’usinage, R. DIETRICH, M. NICOLAS
- Productique mécanique – Mémotech, M. BONFE, R. BOURGEOIS, R.
COGNET
- Travaux réalisés sur machines-outils, DUPONT, A. CASTELL, Ed
DESFORGET
- SANDVIK-COROMANT : Fraisage, principes. Techniques de
l’Ingénieur, traité Génie mécanique, BM 7 082