Fiche de révision : Procédés de fabrication par usinage

📋 Plan du Cours

1. Principes et processus d’usinage
2. Machines et axes d’usinage
3. Opérations d’usinage
4. Outils et matériaux de coupe
5. Paramètres et formation du copeau
6. Usure et durée de vie des outils
7. Puissance nécessaire à la coupe
8. Mise en position isostatique

📖 1. Principes et processus d’usinage

🔑 Notions clés & Définitions

• Usinage : Tout processus de fabrication par enlèvement de matière sur un brut afin d’obtenir des surfaces, des positions relatives, des formes et un état de surface conformes au dessin de définition.

★ À maîtriser

• 🔄 Le processus de fabrication suit cette succession:
  1. Cahier des charges
  2. Dessin de définition
  3. Gamme de fabrication
  4. Fabrication en atelier
  5. Contrôle

Compléments

• L’établissement d’un processus d’usinage exige de connaître les machines, leur cinématique, les surfaces qu’elles peuvent engendrer, les outils, leur mise en œuvre et la mise en position de la pièce.

💡 Astuce mémo

Besoin client → dessin de définition → gamme → fabrication → contrôle

📖 2. Machines et axes d’usinage

• Le tour usine principalement des pièces de révolution avec une pièce fixée dans un mandrin en rotation et un outil animé de deux mouvements de translation.

• Le tour est une machine à deux axes : l’axe Z correspond à la rotation de la pièce et à la translation de l’outil, tandis que l’axe X est le second axe de translation et devient positif quand l’outil s’éloigne de la broche.

• La fraiseuse usine principalement des pièces prismatiques avec une pièce fixée dans un étau, un outil en rotation et trois mouvements de translation par rapport à la pièce.

• La fraiseuse est une machine à trois axes : Z est l’axe de rotation et de translation de la broche, X est l’axe du plus grand déplacement de la pièce et Y le second déplacement, dans un trièdre direct.

💡 Astuce mémo

Tour : pièce en rotation ; fraiseuse : outil en rotation

📖 3. Opérations d’usinage

📝 Points essentiels

• Les opérations principales au tour sont:

  • Dressage =
  • Chariotage =
  • Alésage →
  • Rainurage →
  • Chanfreinage →
  • Taraudage →
  • Filetage →
  • Perçage →

• Les opérations principales à la fraiseuse sont:

  • Surfaçage →
  • Plans épaulés →
  • Rainurage →
  • Poche →
  • Perçage →
  • Alésage →
  • Taraudage →

📖 4. Outils et matériaux de coupe

🔑 Notions clés & Définitions

• Arête tranchante : La partie de l’outil qui pénètre dans la matière et provoque la formation du copeau.

★ À maîtriser

📌 Les outils en ARS sont généralement des barreaux monoblocs réaffûtables, tandis que les outils en carbure sont plus résistants et peuvent être monoblocs ou équipés de plaquettes amovibles.

Compléments

• Un outil comprend notamment:

  • Arête tranchante
  • Bec de l’outil
  • Face de coupe
  • Face de dépouille
  • Angle de dépouille α
  • Angle de taillant β
  • Angle de coupe γ
  • Angle de direction d’arête κ

• Un outil carbure à plaquette comprend une ou plusieurs plaquettes et un porte-plaquette en tournage, ou une fraise en fraisage.

• Une fraise est caractérisée par son diamètre, son nombre de dents et son nombre de tailles ; une fraise à une, deux ou trois tailles génère respectivement un, deux ou trois plans.

💡 Astuce mémo

ARS : réaffûtage ; carbure à plaquette : retournement ou changement

📖 5. Paramètres et formation du copeau

📝 Points essentiels

• Les paramètres de coupe principaux sont la vitesse de coupe Vc, la vitesse de rotation N ou la vitesse d’avance Vf, l’avance f ou fz et la profondeur de passe a, avec ap et ae en fraisage.

• La formation du copeau résulte d’une compression puis d’un cisaillement du métal, qui glisse sur la face de coupe avant de se détacher en amont du bec de l’outil.

📌 La profondeur de passe doit être supérieure ou égale à la taille du copeau minimum ; la règle générale est $a \\geq r\_\\varepsilon$, où rε est le rayon de bec de l’outil.

📌 L’ébauche vise à enlever le maximum de matière en privilégiant la puissance machine, tandis que la finition vise la cote et l’état de surface.

📐 Formule — La vitesse de coupe vérifie $V_c=\\frac{\\pi D N}{1000}$ avec Vc en m/min, D en mm et N en tr/min.

📐 Formule — La vitesse d’avance vérifie $V_f=f_z ZN$ avec Vf en mm/min, N en tr/min et Z le nombre de dents, égal à une dent en tournage.

💡 Astuce mémo

Passe suffisante → cisaillement ; passe trop faible → déformation et usure

📖 6. Usure et durée de vie des outils

🔑 Notions clés & Définitions

• Durée de vie : Le temps nécessaire pour atteindre la valeur limite du critère d’usure considéré dans des conditions de coupe données.

★ À maîtriser

• L’usure en dépouille s’applique à tous les outils et est caractérisée par l’usure frontale maximale, dont la valeur normalisée ISO 3685 est VBmax = 0,6 mm.

• L’usure en cratère concerne seulement les outils en carbure métallique et est caractérisée par une profondeur KT donnée par la norme ISO 3685 : $KT=0{,}06+0{,}3f$.

📐 Formule — La loi de Taylor, établie par Taylor en 1906, relie la durée de vie T à la vitesse de coupe par $T=C_vV_c^n$, où Cv et n sont des constantes.

Compléments

📐 Formule — La loi de Gilbert généralise la loi de Taylor en tenant compte de l’avance et de la profondeur de passe : $T=K V_c^k f^x a^y$.

💡 Astuce mémo

Vitesse de coupe accrue → durée de vie réduite

📖 7. Puissance nécessaire à la coupe

★ À maîtriser

📐 Formule — La puissance de coupe est la somme des produits scalaires des forces de coupe, d’avance et de prise de passe avec leurs vitesses respectives : $P_c=\\vec F_c\\cdot\\vec V_c+\\vec F_f\\cdot\\vec V_f+\\vec F_a\\cdot\\vec V_a$.

📐 Formule — En tournage, la puissance nécessaire vérifie $P_c=\\frac{V_c f a_p k_c}{60\\eta_m}$ avec kc la pression spécifique de coupe et ηm le rendement machine.

📐 Formule — En fraisage, la puissance nécessaire vérifie $P_c=\\frac{V_f a_e a_p k_c}{60000\\eta_m}$.

Compléments

📐 Formule — En perçage, la puissance nécessaire vérifie $P_c=\\frac{V_f\\pi r_f^2 k_c}{60000\\eta_m}$.

📖 8. Mise en position isostatique

★ À maîtriser

• Un solide possède six degrés de liberté dans l’espace : trois translations et trois rotations ; l’isostatisme consiste à supprimer les degrés de liberté nécessaires sans les supprimer plusieurs fois.

• En fraisage, les six degrés de liberté doivent être bloqués par une liaison encastrement, tandis qu’en tournage cinq degrés doivent être bloqués par une liaison pivot en laissant la rotation autour de l’axe de la pièce.

• Pour une pièce prismatique en fraisage, la mise en position classique associe un appui plan supprimant trois degrés de liberté, une liaison linéaire rectiligne en supprimant deux et une liaison ponctuelle en supprimant un.

• En tournage, le centrage court s’applique lorsque $L/D\\leq0{,}7$ et associe un appui plan à une liaison linéaire annulaire, tandis que le centrage long s’applique lorsque L/D>0{,}7 et associe une liaison pivot à une liaison ponctuelle.

Compléments

📌 Le nombre de normales de repérage est égal au nombre de degrés de liberté supprimés, et les normales doivent être espacées pour assurer la stabilité sans supprimer deux fois le même degré de liberté.

💡 Astuce mémo

Fraisage : 6 degrés bloqués ; tournage : 5 degrés bloqués

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison du tournage et du fraisage