Opérations simples de tournage

# Opérations simples de tournage ## Types d’opérations simples de tournage ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les types d'opérations simples de tournage! Le tournage est un procédé d'usinage fondamental qui permet de créer des pièces de révolution, c'est-à-dire des objets dont la forme est symétrique autour d'un axe central. Imaginez façonner une pièce de bois ou de métal qui doit être parfaitement ronde. C'est le rôle du tour et des différentes opérations que nous allons découvrir. Comprendre ces opérations est essentiel pour toute personne travaillant avec des machines-outils. ### Concepts clés #### 1. Le Dressage (Facing) Le dressage est l'opération qui consiste à usiner l'extrémité d'une pièce pour la rendre plane et parfaitement perpendiculaire à l'axe de rotation. C'est souvent la première opération effectuée pour préparer une surface de référence. * **But :** Créer une surface plane et nette à l'extrémité de la pièce. * **Comment :** L'outil se déplace perpendiculairement à l'axe de la pièce. #### 2. Le Chariotage (Cylindrical Turning) Le chariotage est l'opération la plus courante qui vise à réduire le diamètre extérieur d'une pièce. Il existe deux types principaux : * **Chariotage Cylindrique (Longitudinal) :** L'outil se déplace parallèlement à l'axe de la pièce pour créer une surface cylindrique. * **But :** Réduire le diamètre d'une pièce pour obtenir une forme cylindrique désirée. * **Chariotage Conique (Taper Turning) :** L'outil se déplace selon un angle par rapport à l'axe pour créer une surface conique (en forme de cône). * **But :** Créer des surfaces coniques, comme des emmanchements ou des chanfreins. #### 3. Le Perçage (Drilling) Le perçage consiste à créer un trou dans la pièce. Il est généralement effectué au centre de la pièce en utilisant un foret monté sur la contre-pointe du tour. * **But :** Réaliser des trous traversants ou borgnes. * **Comment :** Le foret, immobile en rotation, avance dans la pièce qui tourne. #### 4. L'Alésage (Boring) L'alésage est l'opération d'agrandissement et de finition d'un trou déjà existant. Contrairement au perçage qui crée un trou, l'alésage permet d'obtenir un trou avec une grande précision dimensionnelle et une meilleure qualité de surface. * **But :** Agrandir et améliorer la précision d'un trou percé. * **Comment :** Un outil d'alésage spécial est utilisé pour couper l'intérieur du trou. #### 5. Le Tronçonnage (Parting Off) Le tronçonnage est l'opération qui permet de couper une pièce finie du matériau brut (la barre) ou de séparer une section d'une pièce. * **But :** Séparer une partie de la pièce. * **Comment :** Un outil de tronçonnage étroit avance perpendiculairement à l'axe de la pièce jusqu'à la couper entièrement. #### 6. Le Rainurage (Grooving) Le rainurage consiste à créer une rainure (une entaille) à la surface d'une pièce, soit à l'intérieur, soit à l'extérieur. Ces rainures peuvent servir pour des joints, des circlips, ou des dégagements. * **But :** Réaliser des rainures de différentes formes et profondeurs. * **Comment :** Un outil à rainurer de la forme désirée est avancé dans la pièce. #### 7. Le Filetage (Threading) Le filetage est l'opération qui permet de créer des filets (des pas de vis) sur la surface extérieure ou intérieure d'une pièce. C'est essentiel pour assembler des pièces entre elles avec des vis ou des écrous. * **But :** Réaliser des pas de vis (filets) pour des assemblages mécaniques. * **Comment :** Un outil de filetage spécial est avancé de manière synchronisée avec la rotation de la pièce et le pas de la vis souhaité. La formule pour le pas \( P \) en fonction du nombre de filets par pouce \( N \) est \[ P = \frac{1}{N} \]. #### 8. Le Moletage (Knurling) Le moletage est une opération qui ne retire pas de matière. Elle consiste à imprimer un motif en relief (souvent en croisillons) sur la surface d'une pièce pour améliorer la prise en main (adhérence). * **But :** Créer une surface rugueuse et antidérapante sur une pièce. * **Comment :** Un outil de moletage, muni de rouleaux texturés, est pressé contre la pièce en rotation. ### Vocabulaire * **Tour :** Machine-outil utilisée pour usiner des pièces de révolution. * **Pièce à usiner :** L'objet en métal ou autre matériau que l'on souhaite façonner. * **Outil de coupe :** L'outil tranchant qui retire de la matière. * **Mandrin :** Dispositif de serrage qui maintient la pièce en rotation sur le tour. * **Contre-pointe :** Support qui aide à maintenir l'extrémité de la pièce, ou qui peut servir à monter des outils (comme un foret). * **Dressage :** Opération rendant l'extrémité d'une pièce plane. * **Chariotage :** Opération réduisant le diamètre extérieur d'une pièce. * **Perçage :** Création d'un trou. * **Alésage :** Agrandissement et finition d'un trou existant. * **Tronçonnage :** Opération de coupe pour séparer une partie de la pièce. * **Rainurage :** Création d'une entaille ou d'une gorge sur une surface. * **Filetage :** Création d'un pas de vis. * **Moletage :** Création d'une surface antidérapante en relief. ### Exemples * **Dressage :** Préparer l'extrémité d'un axe moteur avant de le réduire en diamètre. * **Chariotage :** Réduire le diamètre d'une barre d'acier pour qu'elle puisse s'insérer dans un roulement. * **Perçage et Alésage :** Percer un trou pour un axe, puis l'aléser avec précision pour qu'il n'y ait aucun jeu. * **Tronçonnage :** Couper une bague finie d'une barre plus longue. * **Rainurage :** Créer une rainure pour un joint torique (O-ring) sur une pièce hydraulique. * **Filetage :** Fabriquer une vis ou un écrou, ou créer un pas de vis sur l'extrémité d'une tige pour y visser un bouton. * **Moletage :** Ajouter une surface antidérapante sur la poignée d'un outil ou le bord d'un bouton de réglage. ### Exercices 1. Quelle est la différence principale entre le perçage et l'alésage ? 2. Si vous voulez fabriquer une poignée d'outil avec une bonne prise en main, quelle opération de tournage utiliseriez-vous ? 3. Expliquez pourquoi le dressage est souvent la première opération effectuée sur une pièce. 4. Nommez deux opérations qui réduisent le diamètre d'une pièce. 5. Qu'est-ce que le moletage et quel est son but ? ### Devoirs 1. Recherchez et décrivez un type d'outil spécifique utilisé pour le filetage. Incluez une image ou un croquis si possible. 2. Dessinez un croquis simple d'une pièce qui nécessiterait au moins trois des opérations de tournage que nous avons vues (par exemple, dressage, chariotage et filetage). Identifiez chaque opération sur votre croquis. 3. Quelles sont les précautions de sécurité essentielles à prendre lors de l'utilisation d'un tour pour ces opérations ? (Recherchez au moins 3 précautions). ### Résumé Au cours de cette leçon, nous avons exploré les types fondamentaux d'opérations simples de tournage. Nous avons vu comment le **dressage** permet d'obtenir des surfaces planes, le **chariotage** de réduire les diamètres, le **perçage** et l'**alésage** de créer et de finir des trous. Le **tronçonnage** permet de couper des pièces, le **rainurage** de créer des entailles, le **filetage** d'ajouter des pas de vis, et le **moletage** de texturer des surfaces pour une meilleure prise. Chaque opération a un but spécifique et est essentielle pour la fabrication de pièces de précision dans de nombreux domaines de la technologie professionnelle. ## Types d’opérations simples de tournage ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les types d'opérations simples de tournage. Le tournage est un processus d'usinage fondamental qui utilise une machine-outil appelée tour pour créer des pièces cylindriques. En comprenant les différentes opérations possibles, vous serez en mesure de choisir la bonne méthode pour fabriquer des pièces avec précision et efficacité. Nous allons explorer les opérations les plus courantes que l'on peut effectuer sur un tour. ### Concepts Clés #### 1. Tournage Cylindrique Extérieur (Dressage Longitudinale) Cette opération consiste à réduire le diamètre extérieur d'une pièce. L'outil de coupe se déplace parallèlement à l'axe de la pièce, retirant de la matière pour obtenir la dimension souhaitée. C'est l'une des opérations les plus fréquentes. * **Objectif:** Créer des surfaces cylindriques lisses et dimensionnellement précises. * **Paramètres clés:** Vitesse de coupe, avance, profondeur de passe. #### 2. Tournage Cylindrique Intérieur (Alésage) Contrairement au tournage extérieur, l'alésage vise à agrandir un trou pré-existant à l'intérieur d'une pièce. Un outil d'alésage spécial est utilisé pour enlever de la matière de la surface intérieure. * **Objectif:** Obtenir des diamètres intérieurs précis, par exemple pour des ajustements avec d'autres pièces. #### 3. Dressage (Surfaçage) Le dressage consiste à créer une surface plane et perpendiculaire à l'axe de rotation de la pièce. L'outil de coupe se déplace perpendiculairement à l'axe de la pièce, travaillant sur l'extrémité de celle-ci. * **Objectif:** Obtenir une face d'extrémité lisse et parfaitement perpendiculaire, essentielle pour les assemblages ou les mesures. #### 4. Tronçonnage Le tronçonnage est l'opération qui permet de couper une pièce du stock brut ou de séparer une section d'une pièce déjà usinée. Un outil de tronçonnage, fin et robuste, est utilisé pour cette tâche. * **Objectif:** Séparer des pièces de la barre de matière première. #### 5. Perçage Le perçage sur un tour permet de créer un trou le long de l'axe de rotation de la pièce. Un foret est monté dans la contre-pointe du tour et avancé dans la pièce en rotation. * **Objectif:** Créer des trous centraux ou préparer des trous pour l'alésage. #### 6. Filetage (Taraudage et Filetage Extérieur) Le filetage consiste à créer des filets de vis sur la surface extérieure (filetage extérieur) ou intérieure (taraudage) d'une pièce. Cela permet d'assembler des pièces avec des écrous ou d'autres composants filetés. * **Objectif:** Créer des connexions vissées. #### 7. Moletage Le moletage est une opération qui crée un motif en relief (par exemple, croisé ou droit) sur la surface extérieure d'une pièce. Ce motif améliore la prise en main ou l'esthétique. * **Objectif:** Améliorer l'adhérence manuelle sur une pièce (par exemple, une poignée). #### 8. Chanfreinage et Rainurage * **Chanfreinage:** Créer un biseau sur une arête vive, généralement pour des raisons esthétiques, de sécurité (éliminer les arêtes coupantes) ou pour faciliter l'assemblage. * **Rainurage:** Créer une rainure de forme spécifique sur la surface de la pièce, souvent pour loger des joints toriques, des circlips ou pour d'autres fonctions d'assemblage. ### Vocabulaire * **Tour:** Machine-outil utilisée pour façonner des pièces en rotation. * **Pièce (Brut):** Le matériau à usiner. * **Outil de Coupe:** L'élément qui enlève la matière de la pièce. * **Mandrin:** Dispositif de serrage qui maintient la pièce en rotation. * **Contre-pointe:** Support à l'extrémité opposée de la broche, souvent utilisé pour maintenir la pièce ou monter des outils (comme un foret). * **Vitesse de Coupe (Vc):** Vitesse à laquelle l'arête de coupe de l'outil rencontre la pièce. Elle est souvent exprimée en mètres par minute (m/min). Sa formule est \[ V_c = \frac{\pi D N}{1000} \] où \(D\) est le diamètre de la pièce en mm et \(N\) est la vitesse de rotation en tours par minute (tr/min). * **Avance (f):** Distance parcourue par l'outil le long de la pièce pour chaque tour de la pièce. Exprimée en millimètres par tour (mm/tr). * **Profondeur de Passe (ap):** Épaisseur de matière enlevée en une seule passe de l'outil. Exprimée en millimètres (mm). ### Exemples * **Tournage cylindrique extérieur:** Création d'un axe moteur, d'une tige lisse. * **Dressage:** Préparation des extrémités d'une pièce avant de la couper à longueur précise ou pour assembler deux pièces face à face. * **Filetage:** Fabrication d'une vis ou d'un boulon, ou usinage d'un pas de vis pour un écrou. * **Moletage:** Réalisation de la surface antidérapante d'une poignée de tournevis ou d'une molette de réglage. ### Exercices 1. Nommez trois opérations de tournage utilisées pour modifier le diamètre extérieur d'une pièce. 2. Quelle est la principale différence entre le dressage et le tournage cylindrique extérieur? 3. Quelle opération permet de séparer une partie d'une pièce du reste du matériau? 4. Expliquez à quoi sert le moletage et donnez un exemple d'application. 5. Si vous deviez créer un trou traversant au centre d'une pièce sur un tour, quelle opération utiliseriez-vous en premier? ### Devoirs 1. Faites une recherche sur les différents types d'outils de coupe utilisés pour le tournage cylindrique extérieur et le tronçonnage. Décrivez leurs formes et matériaux typiques. 2. Dessinez à main levée une pièce simple (par exemple, un boulon ou un axe avec une poignée moletée) et identifiez les opérations de tournage qui seraient nécessaires pour la fabriquer. 3. Donnez un exemple d'objet de la vie courante qui a probablement été fabriqué en partie ou en totalité par une opération de tournage, et décrivez l'opération principale utilisée. ### Résumé Nous avons exploré les types fondamentaux d'opérations de tournage, allant de la réduction du diamètre extérieur (tournage cylindrique extérieur) à la création de surfaces planes (dressage), en passant par le perçage, le filetage, le tronçonnage, le moletage, le chanfreinage et le rainurage. Chacune de ces opérations a un but spécifique et est essentielle pour façonner des pièces métalliques ou plastiques avec précision sur un tour. La maîtrise de ces concepts est la première étape pour devenir un opérateur qualifié. ## Les outils associés aux opérations simples ; ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les outils essentiels utilisés dans les opérations simples de tournage. Le tournage est un procédé d'usinage qui permet de fabriquer des pièces de révolution, c'est-à-dire des pièces dont la surface est générée par la rotation d'une pièce et le déplacement d'un outil coupant. Pour réaliser ces opérations, il est crucial de connaître les différents types d'outils, leur fonction et la manière de les utiliser correctement. Cette leçon vous aidera à identifier et à comprendre ces outils fondamentaux. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce que le tournage ? Le tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de matière où la pièce à usiner est mise en rotation autour d'un axe, tandis qu'un outil coupant se déplace pour enlever des copeaux et donner la forme désirée à la pièce. #### Les différentes opérations de tournage simples Avant de parler des outils, rappelons les opérations de base que nous pouvons réaliser sur un tour : * **Chariotage :** Usinage d'une surface cylindrique externe (le long de l'axe). * **Dressage :** Usinage d'une surface plane perpendiculaire à l'axe de rotation. * **Alésage :** Usinage d'une surface cylindrique interne (pour agrandir un trou). * **Tronçonnage :** Couper une pièce à la longueur désirée. * **Gorge :** Création d'une rainure circulaire sur la pièce. * **Filetage :** Création d'un filetage extérieur ou intérieur (vis, écrou). #### Les matériaux des outils de coupe Les outils de coupe sont conçus dans des matériaux résistants et durs pour pouvoir enlever de la matière. Les plus courants sont : * **Acier rapide (HSS - High Speed Steel) :** Excellent pour les vitesses de coupe faibles à moyennes, bonne ténacité. Idéal pour les petits ateliers ou les machines moins puissantes. * **Carbure monobloc :** Très dur et résistant à l'usure, permet des vitesses de coupe plus élevées. Fragile aux chocs. * **Plaquettes amovibles en carbure :** Petites plaquettes fixées sur un porte-outil. Elles sont très dures, résistantes à la chaleur et peuvent être remplacées facilement lorsqu'elles sont usées ou cassées. Elles sont souvent revêtues de couches protectrices pour améliorer leur durée de vie et leurs performances. #### Les principaux types d'outils de tournage Chaque opération nécessite un outil spécifique. Voici les outils les plus courants : ##### 1. Outils à charioter * **Utilisation :** Pour l'usinage de surfaces cylindriques extérieures. * **Caractéristiques :** Leur pointe est généralement inclinée pour permettre un contact continu avec la pièce. * **Outil à charioter d'ébauche :** Pour enlever une grande quantité de matière rapidement. Angle de pointe robuste. * **Outil à charioter de finition :** Pour obtenir une surface lisse et des dimensions précises. Angle de pointe plus fin. ##### 2. Outils à dresser * **Utilisation :** Pour usiner des surfaces planes perpendiculaires à l'axe de la pièce, comme la face d'une pièce. * **Caractéristiques :** La partie coupante est souvent à 90 degrés de l'axe de l'outil pour travailler sur le "front" de la pièce. ##### 3. Outils à aléser * **Utilisation :** Pour agrandir et finir un trou pré-existant à l'intérieur d'une pièce. Ils sont fixés sur une barre d'alésage. * **Caractéristiques :** Ils sont plus petits et plus longs pour atteindre l'intérieur de la pièce. Similaires aux outils à charioter, mais conçus pour l'intérieur. ##### 4. Outils à tronçonner * **Utilisation :** Pour séparer une pièce du brut ou pour créer des fentes profondes. * **Caractéristiques :** Possèdent une arête coupante étroite et longue pour minimiser la perte de matière et traverser la pièce. ##### 5. Outils à gorge (ou outils à rainurer) * **Utilisation :** Pour créer des rainures circulaires sur la surface externe ou interne d'une pièce. * **Caractéristiques :** Leur largeur détermine la largeur de la gorge. La pointe est plate. ##### 6. Outils à fileter * **Utilisation :** Pour créer des filetages (vis ou écrous). * **Caractéristiques :** La forme de l'arête coupante correspond au profil du filetage désiré (par exemple, un profil triangulaire à 60° pour les filetages métriques). ##### 7. Outils à moletage (optionnel) * **Utilisation :** Pour imprimer un motif antidérapant sur la surface d'une pièce (par exemple, pour une poignée). * **Caractéristiques :** Composé d'une ou plusieurs molettes rotatives qui déforment la surface du métal par pression, sans enlèvement de copeaux. #### Géométrie de l'outil de coupe (simplifié) La performance d'un outil dépend de sa géométrie, qui inclut divers angles : * **Angle de dépouille :** Évite le frottement de la partie non coupante de l'outil contre la pièce. * **Angle de coupe :** L'angle avec lequel l'arête coupante pénètre la matière. * **Angle d'inclinaison :** Influence la direction d'évacuation des copeaux et la résistance de l'arête. Ces angles sont déterminés pour optimiser l'enlèvement de matière, la durée de vie de l'outil et la qualité de la surface usinée. Par exemple, l'angle de coupe \( \gamma \) est crucial pour la formation du copeau et la force de coupe. ### Vocabulaire * **Tour :** Machine-outil utilisée pour le tournage. * **Broche :** Axe rotatif du tour sur lequel est fixée la pièce à usiner. * **Chariot :** Partie du tour qui supporte l'outil et permet son déplacement. * **Porte-outil :** Dispositif qui maintient l'outil de coupe sur le chariot. * **Brut :** Matériau non encore usiné. * **Copeau :** Fragment de matière enlevé par l'outil coupant. * **Vitesse de coupe :** Vitesse à laquelle l'arête coupante de l'outil se déplace par rapport à la pièce (exprimée en mètres par minute, m/min). * **Avance :** Distance parcourue par l'outil par tour de la pièce (exprimée en millimètres par tour, mm/tr). ### Exemples 1. **Réalisation d'un axe cylindrique :** Pour créer un axe de \( \text{20 mm} \) de diamètre à partir d'une barre de \( \text{30 mm} \), on utilisera d'abord un **outil à charioter d'ébauche** pour enlever la majorité de la matière, puis un **outil à charioter de finition** pour atteindre la dimension précise et une bonne qualité de surface. 2. **Mise à longueur d'une pièce :** Après avoir usiné un cylindre, on utilise un **outil à tronçonner** pour couper la pièce à la longueur finale souhaitée, en veillant à ne pas endommager la pièce supportée par la broche. 3. **Création d'une rainure pour un joint torique :** Un **outil à gorge** de la bonne largeur est utilisé pour usiner une rainure circulaire dans laquelle un joint torique sera logé. ### Exercices 1. Associez chaque opération de tournage à l'outil principal qui lui est associé : * a) Création d'un cylindre * b) Agrandir un trou * c) Couper une pièce * d) Aplatir l'extrémité d'une pièce * e) Réaliser un pas de vis * 1) Outil à aléser * 2) Outil à fileter * 3) Outil à tronçonner * 4) Outil à charioter * 5) Outil à dresser 2. Pourquoi est-il important de choisir le bon matériau pour un outil de coupe (HSS ou carbure) ? Donnez un exemple de situation où l'un serait préférable à l'autre. 3. Décrivez la fonction principale de l'angle de dépouille sur un outil de coupe. ### Devoir 1. Recherchez et décrivez un type d'outil de tournage non mentionné dans la leçon (par exemple, un outil à rayon, un outil à saigner ou un outil à dresser-charioter combiné). Expliquez son utilisation et ses avantages. 2. Expliquez pourquoi les plaquettes amovibles en carbure sont souvent préférées aux outils monoblocs dans la production industrielle moderne. Quels sont leurs inconvénients potentiels ? 3. Imaginez que vous devez fabriquer une pièce qui nécessite un alésage précis et un filetage intérieur. Listez les étapes principales et les outils spécifiques que vous utiliseriez pour chaque étape. ### Résumé Cette leçon a exploré les outils fondamentaux associés aux opérations simples de tournage. Nous avons appris que chaque opération (chariotage, dressage, alésage, tronçonnage, gorge, filetage) nécessite un outil spécifique, fabriqué dans des matériaux comme l'acier rapide ou le carbure, avec une géométrie d'angle particulière pour une performance optimale. Comprendre ces outils est essentiel pour réaliser des usinages précis et efficaces sur un tour. La connaissance de ces outils vous permettra de choisir le bon équipement pour chaque tâche et d'assurer la qualité de vos pièces usinées. ## Calcul et choix des éléments de conditions de coupe ; ### Introduction Bienvenue dans cette leçon dédiée aux opérations de tournage! Pour usiner une pièce sur un tour, il ne suffit pas de monter l'outil et de démarrer la machine. Il est crucial de choisir les bonnes « conditions de coupe ». Celles-ci déterminent la qualité de la pièce, la durée de vie de votre outil et l'efficacité de votre travail. Dans cette leçon, nous allons apprendre à calculer et à choisir ces éléments essentiels. ### Concepts Clés #### La Vitesse de Coupe (Vc) La vitesse de coupe, notée \( V_c \), est la vitesse à laquelle le tranchant de l'outil pénètre et coupe la matière. C'est l'un des paramètres les plus importants, car elle influence directement la durée de vie de l'outil, la qualité de surface et le temps d'usinage. * **Définition:** La distance parcourue par l'arête de coupe par unité de temps, mesurée à la périphérie de la pièce. * **Unité:** Mètres par minute (m/min). * **Formule de calcul:** \[ V_c = \frac{\pi \cdot D \cdot N}{1000} \] Où : * \( V_c \): Vitesse de coupe en mètres par minute (m/min) * \( D \): Diamètre de la pièce usinée en millimètres (mm) * \( N \): Vitesse de rotation de la broche en tours par minute (tr/min) * **Facteurs influençant Vc:** * La matière de la pièce (ex: l'acier se coupe moins vite que l'aluminium). * La matière de l'outil (ex: carbure, HSS). * L'état de surface désiré (une finition fine nécessite souvent une Vc plus élevée). * La rigidité de la machine et de la pièce. #### L'Avance (f) L'avance, notée \( f \), est la distance parcourue par l'outil le long de la pièce pour un tour complet de celle-ci. * **Définition:** Le déplacement de l'outil par tour de la pièce. * **Unité:** Millimètres par tour (mm/tr). * **Importance:** * Elle affecte l'état de surface (une petite avance donne une meilleure finition). * Elle influence le débit de copeaux (plus l'avance est grande, plus on enlève de matière rapidement). * Elle joue sur la formation et l'évacuation des copeaux. #### La Profondeur de Passe (ap) La profondeur de passe, notée \( a_p \), est l'épaisseur de matière enlevée par l'outil en une seule passe. * **Définition:** La distance radiale (perpendiculaire à l'axe de la pièce) dont l'outil pénètre dans la matière. * **Unité:** Millimètres (mm). * **Importance:** * Elle a un impact majeur sur le volume de matière enlevée. * Une profondeur de passe élevée réduit le nombre de passes, mais augmente les efforts de coupe et la puissance requise. * Elle est souvent limitée par la puissance de la machine, la rigidité de la pièce et de l'outil. #### La Vitesse de Rotation (N) La vitesse de rotation, notée \( N \), est la vitesse à laquelle la broche de la machine tourne. * **Définition:** Le nombre de tours que la pièce effectue par minute. * **Unité:** Tours par minute (tr/min). * **Calcul de N (à partir de Vc et D):** Puisque la Vitesse de Coupe (Vc) est souvent donnée par le fabricant de l'outil ou le tableau de données, on calcule \( N \) pour régler la machine. \[ N = \frac{1000 \cdot V_c}{\pi \cdot D} \] Où : * \( N \): Vitesse de rotation en tours par minute (tr/min) * \( V_c \): Vitesse de coupe en mètres par minute (m/min) * \( D \): Diamètre de la pièce usinée en millimètres (mm) #### Le Temps d'Usinage (Tm) Le temps d'usinage, noté \( T_m \), est la durée nécessaire pour réaliser une opération de coupe sur une certaine longueur. * **Définition:** Le temps que prend l'outil pour parcourir une longueur donnée à une certaine avance et vitesse de rotation. * **Unité:** Minutes (min). * **Formule de calcul:** \[ T_m = \frac{L}{f \cdot N} \] Où : * \( T_m \): Temps d'usinage en minutes (min) * \( L \): Longueur de passe ou de coupe en millimètres (mm) * \( f \): Avance par tour en millimètres par tour (mm/tr) * \( N \): Vitesse de rotation en tours par minute (tr/min) #### Le Débit de Copeaux (Q) Le débit de copeaux, noté \( Q \), représente le volume de matière enlevée par unité de temps. * **Définition:** Le volume de matière transformée en copeaux par minute. * **Unité:** Millimètres cubes par minute (mm³/min). * **Formule de calcul (approximative pour le tournage):** \[ Q = 1000 \cdot V_c \cdot f \cdot a_p \] Où : * \( Q \): Débit de copeaux en \( mm^3/min \) * \( V_c \): Vitesse de coupe en \( m/min \) * \( f \): Avance par tour en \( mm/tr \) * \( a_p \): Profondeur de passe en \( mm \) #### Le Choix des Conditions de Coupe Le choix des conditions de coupe est un compromis entre plusieurs objectifs : * **Durée de vie de l'outil:** Des conditions de coupe trop agressives réduisent la durée de vie de l'outil. * **Qualité de surface:** Des avances faibles et des vitesses de coupe adaptées donnent une meilleure finition. * **Productivité:** Un débit de copeaux élevé permet de produire plus rapidement. * **Puissance de la machine:** Ne pas dépasser la puissance disponible du tour. * **Rigidité du montage:** Assurer que la pièce et l'outil sont bien fixés pour éviter les vibrations. * **Matière à usiner:** Chaque matière a ses propres caractéristiques et nécessite des conditions spécifiques. ### Vocabulaire * **Vitesse de coupe (Vc):** Vitesse du tranchant de l'outil par rapport à la pièce. * **Avance (f):** Déplacement de l'outil par tour de la pièce. * **Profondeur de passe (ap):** Épaisseur de matière enlevée en une passe. * **Vitesse de rotation (N):** Vitesse à laquelle la broche du tour tourne. * **Tournage:** Opération d'usinage consistant à enlever de la matière d'une pièce en rotation à l'aide d'un outil. * **Usinage:** Ensemble des techniques de fabrication de pièces par enlèvement de matière. * **Copeaux:** Petits fragments de matière enlevés lors de l'usinage. * **Outil de coupe:** L'élément qui enlève la matière (ex: burin de tour). * **État de surface:** L'aspect de la surface usinée (rugosité, brillance). ### Exemples #### Exemple 1: Calcul de la vitesse de rotation (N) Vous devez usiner une pièce en acier de diamètre \( D = 50 \text{ mm} \). La vitesse de coupe recommandée pour l'outil et la matière est de \( V_c = 150 \text{ m/min} \). Quel sera le réglage de la vitesse de rotation (N) sur le tour ? **Solution :** Nous utilisons la formule : \[ N = \frac{1000 \cdot V_c}{\pi \cdot D} \] En remplaçant les valeurs : \[ N = \frac{1000 \cdot 150}{\pi \cdot 50} \] \[ N = \frac{150000}{157.08} \] \[ N \approx 955 \text{ tr/min} \] Vous réglerez donc la broche du tour à environ 955 tr/min. #### Exemple 2: Choix des conditions de coupe Pour un tournage d'ébauche (enlèvement rapide de matière) sur une pièce en aluminium : * Vous choisirez une \( V_c \) **élevée** (l'aluminium se coupe bien). * Vous choisirez une \( f \) **élevée** (pour un bon débit de copeaux). * Vous choisirez une \( a_p \) **élevée** (pour enlever beaucoup de matière en peu de passes). Pour un tournage de finition (pour une belle surface) sur la même pièce : * Vous choisirez une \( V_c \) **modérée à élevée**. * Vous choisirez une \( f \) **faible** (pour un état de surface lisse). * Vous choisirez une \( a_p \) **faible** (juste de quoi enlever les défauts de l'ébauche). ### Exercices 1. Une pièce en laiton de diamètre \( D = 80 \text{ mm} \) doit être tournée. La vitesse de coupe recommandée est \( V_c = 200 \text{ m/min} \). Calculez la vitesse de rotation \( N \) que vous devez régler sur le tour. 2. Vous usinez une pièce avec les paramètres suivants : \( D = 60 \text{ mm} \), \( N = 800 \text{ tr/min} \), \( f = 0.2 \text{ mm/tr} \), \( a_p = 2 \text{ mm} \). a. Calculez la vitesse de coupe \( V_c \). b. Si la longueur de coupe est \( L = 100 \text{ mm} \), quel sera le temps d'usinage \( T_m \) pour cette passe ? c. Calculez le débit de copeaux \( Q \) pour cette passe. 3. Complétez la phrase : Pour obtenir un bon état de surface, je devrai choisir une avance (forte/faible) et une profondeur de passe (forte/faible). ### Devoir 1. Recherchez et listez les valeurs typiques de vitesse de coupe (\( V_c \)) pour les matériaux suivants : acier inoxydable, bronze et PVC. Précisez l'outil utilisé (ex: carbure). 2. Vous devez réaliser une passe d'ébauche sur un arbre en acier de \( 40 \text{ mm} \) de diamètre sur une longueur de \( 150 \text{ mm} \). Les conditions de coupe choisies sont : \( V_c = 120 \text{ m/min} \), \( f = 0.3 \text{ mm/tr} \), \( a_p = 3 \text{ mm} \). a. Calculez la vitesse de rotation \( N \). b. Calculez le temps d'usinage \( T_m \) pour cette passe. c. Calculez le débit de copeaux \( Q \). ### Résumé Dans cette leçon, nous avons exploré les éléments fondamentaux des conditions de coupe en tournage : la **vitesse de coupe (Vc)**, l'**avance (f)**, et la **profondeur de passe (ap)**. Nous avons appris à calculer la **vitesse de rotation (N)** à partir de la \( V_c \) et du diamètre, ainsi qu'à estimer le **temps d'usinage (Tm)** et le **débit de copeaux (Q)**. Le choix judicieux de ces paramètres est essentiel pour garantir une production efficace, une bonne qualité de pièce et une durée de vie optimale de l'outil. Maîtriser ces concepts vous permettra de devenir un meilleur opérateur sur tour! ## Calcul et choix des éléments de conditions de coupe ; ### 1. Introduction Bienvenue à cette leçon sur les opérations de tournage! Aujourd'hui, nous allons nous plonger dans un aspect crucial de l'usinage: le calcul et le choix des conditions de coupe. Que vous tourniez une pièce pour la première fois ou que vous soyez un tourneur expérimenté, comprendre comment sélectionner la bonne vitesse, l'avance et la profondeur de passe est essentiel pour obtenir des pièces de qualité, prolonger la durée de vie de vos outils et optimiser votre temps de travail. Nous allons explorer les concepts clés, les formules importantes et les facteurs qui influencent ces choix. ### 2. Concepts Clés #### Qu'est-ce que les conditions de coupe ? Les conditions de coupe sont l'ensemble des paramètres techniques qui définissent la manière dont un outil coupe la matière de la pièce à usiner. Elles sont déterminantes pour la performance du processus d'usinage. #### Importance des conditions de coupe Le choix correct des conditions de coupe est vital car il impacte directement: * **La qualité de surface:** Une bonne finition esthétique et fonctionnelle de la pièce. * **La durée de vie de l'outil:** Un outil bien utilisé dure plus longtemps, réduisant les coûts. * **Le temps d'usinage:** Un processus plus rapide et plus efficace. * **La puissance requise:** S'assurer que la machine dispose de la puissance nécessaire. * **La sécurité:** Prévenir les ruptures d'outils ou les problèmes machine. #### Principaux éléments des conditions de coupe ##### 2.1. Vitesse de coupe (\(V_c\)) * **Définition:** La vitesse de coupe est la vitesse relative entre l'arête de coupe de l'outil et la surface de la pièce à usiner. C'est le paramètre le plus important. Elle s'exprime en mètres par minute (m/min). * **Interprétation:** Imaginez un point sur l'arête de coupe de l'outil et un point sur la surface de la pièce. La vitesse de coupe est la vitesse à laquelle ces deux points se rencontrent et se séparent lorsque l'outil enlève de la matière. * **Formule:** Pour le tournage, la vitesse de coupe est calculée à partir du diamètre de la pièce et de la fréquence de rotation de la broche: \[ V_c = \frac{\pi D N}{1000} \] Où: * \( V_c \) = Vitesse de coupe (m/min) * \( \pi \) = environ 3.14159 * \( D \) = Diamètre de la pièce à l'endroit de la coupe (mm) * \( N \) = Fréquence de rotation de la broche (tours par minute, tr/min) * **Facteurs influençant le choix de \(V_c\):** * **Matériau de la pièce:** Chaque matériau (acier, aluminium, laiton, etc.) a une résistance différente à la coupe. * **Matériau de l'outil:** Les outils en carbure de tungstène supportent des \(V_c\) plus élevées que les outils en acier rapide (HSS). * **Finition de surface souhaitée:** Une finition fine nécessite souvent des \(V_c\) plus élevées. * **Rigidité de la machine et de la pièce:** Une machine rigide permet des \(V_c\) plus importantes. * **Puissance disponible de la machine.** ##### 2.2. Fréquence de rotation (\(N\)) * **Définition:** La fréquence de rotation est le nombre de tours que la broche (et donc la pièce en tournage) effectue par minute. Elle est exprimée en tours par minute (tr/min). * **Calcul:** En général, on connaît la vitesse de coupe recommandée pour un matériau et un outil donnés. On doit alors calculer la fréquence de rotation \(N\) que le tour devra appliquer: \[ N = \frac{1000 V_c}{\pi D} \] Où: * \( N \) = Fréquence de rotation (tr/min) * \( V_c \) = Vitesse de coupe (m/min) * \( \pi \) = environ 3.14159 * \( D \) = Diamètre de la pièce à l'endroit de la coupe (mm) ##### 2.3. Avance (\(f\)) * **Définition:** L'avance est le déplacement de l'outil par rapport à la pièce pour chaque tour de la pièce. Elle s'exprime en millimètres par tour (mm/tr). * **Interprétation:** C'est la distance que l'outil parcourt le long de la pièce pendant que la pièce fait un tour complet. * **Facteurs influençant le choix de \(f\):** * **Finition de surface:** Une petite avance donne une meilleure finition. * **Matériau de la pièce et de l'outil.** * **Rigidité de l'ensemble pièce-outil-machine.** * **Puissance de la machine.** ##### 2.4. Profondeur de passe (\(a_p\)) * **Définition:** La profondeur de passe (ou profondeur de coupe) est l'épaisseur de matière enlevée radialement en une seule passe de l'outil. Elle s'exprime en millimètres (mm). * **Interprétation:** Si vous réduisez le diamètre d'une pièce de 20mm à 18mm, vous avez enlevé 1mm de matière sur le rayon, donc votre profondeur de passe \(a_p\) est de 1mm. * **Facteurs influençant le choix de \(a_p\):** * **La puissance de la machine:** Une plus grande \(a_p\) demande plus de puissance. * **La rigidité de la pièce et de l'outil:** Éviter la déflexion excessive. * **La quantité de matière à enlever:** Plusieurs passes fines ou une passe plus profonde. * **L'état de la pièce (brute de fonderie, déjà usinée, etc.).** ### 3. Vocabulaire * **Vitesse de coupe (\(V_c\)):** Vitesse à laquelle l'arête de coupe de l'outil enlève la matière (m/min). * **Fréquence de rotation (\(N\)):** Nombre de tours par minute de la pièce (tr/min). * **Diamètre de la pièce (\(D\)):** Diamètre de la pièce à l'endroit où l'outil coupe (mm). * **Avance (\(f\)):** Déplacement de l'outil par tour de pièce (mm/tr). * **Profondeur de passe (\(a_p\)):** Épaisseur de matière enlevée radialement en une passe (mm). * **Arête de coupe:** Partie tranchante de l'outil qui enlève le copeau. * **Copeau:** Matière enlevée de la pièce par l'outil. ### 4. Exemples #### Exemple 1: Calcul de la fréquence de rotation Vous devez usiner une pièce en acier de diamètre \(D = 50\) mm. Le tableau de votre manuel indique une vitesse de coupe recommandée \(V_c = 120\) m/min pour l'acier et l'outil que vous utilisez. Quelle fréquence de rotation \(N\) devez-vous régler sur le tour? **Solution:** Nous utilisons la formule: \[ N = \frac{1000 V_c}{\pi D} \] En remplaçant les valeurs: \[ N = \frac{1000 \times 120}{\pi \times 50} \] \[ N = \frac{120000}{157.08} \] \[ N \approx 763.94 \text{ tr/min} \] Vous devrez donc régler la broche de votre tour à la vitesse la plus proche disponible, soit environ \(760\) tr/min ou \(765\) tr/min selon les paliers de votre machine. #### Exemple 2: Calcul de la vitesse de coupe Vous tournez une pièce en aluminium d'un diamètre de \(D = 30\) mm avec une fréquence de rotation réglée à \(N = 1500\) tr/min. Quelle est la vitesse de coupe \(V_c\) réelle utilisée? **Solution:** Nous utilisons la formule: \[ V_c = \frac{\pi D N}{1000} \] En remplaçant les valeurs: \[ V_c = \frac{\pi \times 30 \times 1500}{1000} \] \[ V_c = \frac{141371.67}{1000} \] \[ V_c \approx 141.37 \text{ m/min} \] La vitesse de coupe réelle est d'environ \(141.37\) m/min. ### 5. Exercices 1. **Définitions:** Définissez avec vos propres mots la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de passe. 2. **Calcul de \(N\):** Vous devez réduire le diamètre d'une barre de laiton de \(D = 60\) mm. La \(V_c\) recommandée pour le laiton est de \(200\) m/min. Calculez la fréquence de rotation \(N\) nécessaire. 3. **Calcul de \(V_c\):** Votre tour est réglé sur \(N = 900\) tr/min et vous usinez une pièce de \(D = 40\) mm en acier inoxydable. Quelle est la vitesse de coupe \(V_c\) réelle? 4. **Choix des paramètres:** Expliquez pourquoi il est important de choisir une avance faible pour une finition de surface très lisse. 5. **Impact de \(a_p\):** Quels sont les risques d'utiliser une profondeur de passe \(a_p\) trop importante par rapport à la puissance de la machine ou à la rigidité de la pièce? ### 6. Devoir 1. **Recherche et tableau:** Faites des recherches pour créer un petit tableau des vitesses de coupe \(V_c\) recommandées (en m/min) pour trois matériaux différents (par exemple, Acier doux, Aluminium, Fonte) en utilisant un outil en carbure de tungstène. Indiquez également des valeurs typiques d'avance (mm/tr) et de profondeur de passe (mm) pour une passe d'ébauche et une passe de finition pour chaque matériau. 2. **Problème complet:** Vous avez une barre d'acier de \(80\) mm de diamètre que vous devez réduire à \(70\) mm sur une longueur de \(100\) mm. Vous avez un outil en carbure et la \(V_c\) recommandée pour l'ébauche est de \(100\) m/min, l'avance \(f\) est de \(0.3\) mm/tr et la profondeur de passe \(a_p\) maximale est de \(2\) mm par passe. Pour la finition, la \(V_c\) est de \(150\) m/min, l'avance \(f\) de \(0.1\) mm/tr et \(a_p\) de \(0.5\) mm. * a) Calculez le nombre de passes d'ébauche nécessaires pour passer de \(80\) mm à \(71\) mm. * b) Calculez la fréquence de rotation \(N\) pour la première passe d'ébauche (diamètre \(80\) mm). * c) Calculez la fréquence de rotation \(N\) pour la passe de finition (diamètre \(70\) mm). * d) Si la machine dispose d'un réglage d'avance en mm/min, quelle serait la valeur d'avance en mm/min pour la passe de finition (rappelez-vous: \(V_f = f \times N\))? ### 7. Résumé Dans cette leçon, nous avons appris que le succès de toute opération de tournage dépend grandement de la sélection appropriée des conditions de coupe. Nous avons vu que la **vitesse de coupe (\(V_c\))**, l'**avance (\(f\))** et la **profondeur de passe (\(a_p\))** sont les trois paramètres fondamentaux. Nous avons exploré les formules pour calculer la **fréquence de rotation (\(N\))** à partir de \(V_c\) et du diamètre \(D\), et vice-versa. Nous avons également souligné l'importance de considérer le matériau de la pièce, le matériau de l'outil, la rigidité de la machine et la finition souhaitée lors du choix de ces paramètres. Maîtriser ces concepts vous permettra d'usiner avec plus d'efficacité, de précision et de sécurité. ## Montage de la pièce et de l’outil de coupe ; ### Introduction Bienvenue dans cette leçon sur le montage de la pièce et de l'outil de coupe en tournage. C'est une étape fondamentale pour garantir la sécurité de l'opérateur, la précision des pièces usinées et l'efficacité du processus de fabrication. Un montage correct est la clé du succès de toute opération de tournage. ### Concepts Clés #### 1. La Sécurité avant tout Avant toute manipulation, assurez-vous de porter les équipements de protection individuelle (EPI) : lunettes de sécurité, chaussures de sécurité et vêtements de travail appropriés. Vérifiez toujours que la machine est à l'arrêt avant de monter ou démonter une pièce ou un outil. #### 2. Montage de la Pièce à Usiner Le choix du dispositif de montage dépend de la forme, des dimensions et de la précision requise pour la pièce. ##### 2.1 Les Mandrins Les mandrins sont des dispositifs qui maintiennent la pièce en la serrant par leurs mors. * **Mandrin à trois mors concentriques :** * **Description :** Possède trois mors qui se serrent simultanément et concentriquement. C'est le plus courant. * **Utilisation :** Idéal pour les pièces rondes ou hexagonales qui n'exigent pas une très haute précision de centrage pour des opérations rapides. * **Avantages :** Montage et démontage rapides. * **Mandrin à quatre mors indépendants :** * **Description :** Chaque mors peut être ajusté indépendamment des autres. * **Utilisation :** Permet de centrer très précisément des pièces régulières ou de maintenir des pièces de formes irrégulières (carrées, rectangulaires, asymétriques). * **Avantages :** Grande précision de centrage et polyvalence. ##### 2.2 Montage entre-pointes Ce mode de montage est utilisé pour les pièces longues et minces, afin d'éviter la flexion lors de l'usinage. * **Pointe fixe et pointe tournante :** La pièce est maintenue entre une pointe fixe côté broche (mandrin) et une pointe tournante côté contre-pointe. Le mouvement de rotation est transmis à la pièce via un plateau d'entraînement et un toc. * **Utilisation :** Pièces longues nécessitant un usinage sur toute leur longueur ou nécessitant une grande concentricité. ##### 2.3 Autres Dispositifs de Support * **Lunettes (Fixes et Suivantes) :** * **Description :** Utilisées pour supporter les pièces longues et minces et prévenir leur flexion (flambage) et les vibrations excessives pendant l'usinage. * **Lunette fixe :** Fixée sur le banc du tour et supporte la pièce à un endroit fixe. * **Lunette suivante :** Fixée sur le chariot et se déplace avec l'outil, offrant un support juste derrière le point de coupe. #### 3. Montage de l’Outil de Coupe Le montage correct de l'outil est essentiel pour une coupe stable et précise. ##### 3.1 Porte-outils L'outil de coupe est fixé dans un porte-outil, qui lui-même est monté sur le chariot porte-outil (tourelle). * **Types :** Il existe des porte-outils standard et des systèmes à changement rapide qui permettent de changer d'outil rapidement et de maintenir leur position de réglage. ##### 3.2 Réglage de la Hauteur de la Pointe C'est un réglage CRUCIAL. * **Principe :** La pointe de l'arête de coupe de l'outil doit être alignée précisément avec l'axe de rotation de la pièce. Si l'outil est trop haut ou trop bas, cela peut entraîner : * Une mauvaise qualité de surface. * Des vibrations. * Une usure prématurée de l'outil. * Des erreurs dimensionnelles (par exemple, un talon sur une pièce cylindrique). * **Vérification :** Utilisez une jauge de hauteur ou la pointe de la contre-pointe pour vérifier l'alignement. ##### 3.3 Orientation de l'Outil L'outil doit être monté fermement et orienté correctement pour que ses angles de coupe soient efficaces. L'arête de coupe doit être perpendiculaire à l'axe de la pièce pour le dressage et légèrement inclinée pour le chariotage, selon l'opération. ### Vocabulaire * **Tour :** Machine-outil utilisée pour produire des pièces de révolution par enlèvement de matière. * **Mandrin :** Dispositif de serrage de la pièce sur le tour. * **Mors :** Pièces du mandrin qui serrent la pièce. * **Pointe (de centrage) :** Pièce conique utilisée pour soutenir la pièce à l'extrémité. * **Lunette :** Support auxiliaire pour les pièces longues. * **Porte-outil :** Support qui maintient l'outil de coupe. * **Arbre (ou Broche) :** Axe principal du tour qui transmet le mouvement de rotation. * **Contre-pointe :** Partie du tour opposée à la broche, supportant la pointe mobile. * **Profondeur de passe :** Épaisseur de matière enlevée en une seule passe de l'outil. * **Avance :** Déplacement de l'outil par rapport à la pièce par tour de la pièce. * **Vitesse de coupe :** Vitesse tangentielle à laquelle l'outil enlève la matière. Elle est calculée par la formule \( V_c = \frac{\pi \cdot D \cdot N}{1000} \) où \( V_c \) est en m/min, \( D \) est le diamètre en mm et \( N \) est la vitesse de rotation en tr/min. ### Exemples * **Exemple 1 : Montage d'une barre cylindrique courte** * Pour usiner une courte barre d'acier de diamètre 30 mm, on utilisera un mandrin à trois mors concentriques pour un montage rapide et suffisant. * **Exemple 2 : Montage d'un arbre long** * Pour usiner un arbre de 300 mm de long et 20 mm de diamètre, on le montera entre-pointes, avec un plateau d'entraînement et un toc. Si la pièce est très longue ou si la profondeur de passe est importante, on utilisera une lunette fixe ou suivante pour éviter le flambage. * **Exemple 3 : Réglage de la hauteur de l'outil** * Après avoir serré l'outil dans le porte-outil, on positionne la pointe de la contre-pointe près de la pointe de l'outil. Les deux pointes doivent être parfaitement alignées horizontalement. Si ce n'est pas le cas, on ajuste la hauteur du porte-outil avec des cales de réglage jusqu'à l'alignement parfait. ### Exercices 1. Quel type de mandrin choisiriez-vous pour usiner une pièce carrée avec une grande précision de centrage ? Justifiez votre réponse. 2. Expliquez pourquoi il est si important de régler la hauteur de l'outil de coupe précisément au centre de la pièce. Que se passe-t-il si l'outil est trop haut ? Trop bas ? 3. Quelles sont les précautions de sécurité essentielles à prendre avant de monter une pièce sur un tour ? ### Devoir 1. Faites une recherche sur les différents types d'opérations de tournage (chariotage, dressage, alésage, filetage, etc.) et décrivez brièvement le rôle du montage pour chacune d'elles. 2. Dessinez un mandrin à trois mors et un mandrin à quatre mors, en légendant leurs principales parties. 3. Décrivez étape par étape comment vous monteriez une pièce très longue et fine sur un tour pour la travailler en toute sécurité et avec précision. ### Résumé Le montage de la pièce et de l'outil de coupe est la première étape et l'une des plus critiques en tournage. Un montage correct assure la sécurité, la précision de l'usinage et la longévité des outils et de la machine. Il est essentiel de choisir le bon dispositif de serrage pour la pièce, de le monter fermement et de régler la hauteur de l'outil avec précision. La maîtrise de ces techniques est fondamentale pour tout opérateur sur tour. ## Modes d’action de l’outil de coupe ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les modes d'action de l'outil de coupe en tournage. Comprendre comment un outil enlève la matière est fondamental pour tout technicien. Cela nous permet de choisir le bon outil, d'optimiser les paramètres de coupe et d'obtenir des pièces de qualité. Nous allons explorer la géométrie de l'outil, les mécanismes d'enlèvement de matière et l'influence des paramètres de coupe. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'un Outil de Coupe ? Un outil de coupe est l'élément qui, par sa géométrie et sa dureté, va enlever des copeaux du matériau brut pour lui donner la forme désirée. En tournage, l'outil est fixe et la pièce tourne. ##### Parties principales d'un outil de coupe: * **Le corps ou le manche:** Partie qui permet de fixer l'outil sur le porte-outil de la machine. * **La tête ou la partie travaillante:** Partie qui réalise la coupe. * **Arête de coupe:** La partie tranchante qui pénètre dans la matière. * **Face de coupe (ou face supérieure):** Surface sur laquelle le copeau glisse après avoir été coupé. * **Face de dépouille (ou face inférieure):** Surface qui est en contact avec la pièce déjà usinée et qui évite le frottement excessif. #### Types d'Outils de Coupe Les outils de coupe varient selon leur construction et le matériau utilisé. * **Outils monobloc:** L'outil entier est fait du même matériau (ex: acier rapide). * **Outils à plaquettes amovibles:** Une plaquette de coupe, généralement en carbure ou céramique, est fixée mécaniquement sur un corps d'outil en acier. Elles sont économiques car seule la plaquette usée est remplacée ou tournée. ##### Matériaux des outils: * **Acier rapide (HSS - High Speed Steel):** Bon marché, bonne ténacité, mais moins résistant à la chaleur. * **Carbures métalliques:** Très durs, résistants à la chaleur, excellents pour l'usinage à haute vitesse. C'est le matériau le plus courant pour les plaquettes. * **Céramiques:** Encore plus dures que les carbures, supportent des températures très élevées, idéales pour l'usinage de matériaux très durs. * **Diamant (PCD) ou Nitrure de Bore Cubique (CBN):** Utilisés pour des finitions très précises et l'usinage de matériaux extrêmement durs. #### Géométrie de l'Outil La géométrie est cruciale pour l'efficacité de la coupe et la qualité de la surface usinée. ##### Angles caractéristiques: Les principaux angles définissent la forme de l'arête de coupe et influencent la formation du copeau, les efforts de coupe et la durée de vie de l'outil. * **Angle de dépouille (\( \alpha \)):** Angle entre la face de dépouille et la surface usinée de la pièce. Il doit être positif pour éviter le frottement. Un angle trop faible augmente le frottement, un angle trop grand fragilise l'arête. * **Angle de coupe (\( \gamma \)) (ou angle d'attaque):** Angle entre la face de coupe et un plan perpendiculaire à la surface usinée. Il peut être positif, négatif ou nul. Il influence la facilité de formation du copeau et les efforts de coupe. * **Angle de l'arête (\( \beta \)):** Angle du coin de l'outil lui-même, il est défini par \( \beta = 90^ ext{o} - \alpha - \gamma \). * **Angle d'inclinaison (\( \lambda \)):** Angle de l'arête de coupe par rapport au plan horizontal. Il peut aider à diriger le copeau. #### Modes d'Action de l'Outil (Enlèvement de Matière) L'enlèvement de matière est un processus complexe impliquant plusieurs phénomènes. * **Cisaillement:** C'est le principal mode d'action. L'arête de coupe pénètre dans le matériau et provoque la déformation plastique de celui-ci jusqu'à ce qu'une partie soit cisaillée et devienne un copeau. * **Compression:** Le matériau situé juste devant l'arête de coupe est fortement comprimé et déformé avant d'être cisaillé. * **Frottement:** Il y a frottement entre la face de coupe et le copeau qui glisse, et entre la face de dépouille et la surface usinée. Ce frottement génère de la chaleur et de l'usure. #### Paramètres de Coupe Ces paramètres sont essentiels pour régler la machine-outil et optimiser le processus. * **Vitesse de coupe (\( V_c \)):** Vitesse linéaire du point de l'arête de coupe par rapport à la pièce. Elle est exprimée en mètres par minute (m/min). Une vitesse élevée réduit le temps d'usinage mais augmente l'usure de l'outil et la chaleur. Elle se calcule par la formule: \[ V_c = \frac{\pi \cdot D \cdot N}{1000} \] où: * \( V_c \) est la vitesse de coupe en m/min * \( D \) est le diamètre de la pièce en mm * \( N \) est la vitesse de rotation de la pièce en tours par minute (tr/min) * **Avance (\( f \)):** Distance parcourue par l'outil en un tour de la pièce. Elle est exprimée en millimètres par tour (mm/tr). L'avance influence la rugosité de la surface et la taille du copeau. * **Profondeur de passe (\( a_p \)):** Épaisseur de matière enlevée en une seule passe. Elle est exprimée en millimètres (mm). Une profondeur de passe importante permet un enlèvement rapide de matière mais nécessite plus de puissance machine. ### Vocabulaire * **Tournage:** Opération d'usinage qui consiste à fabriquer des pièces de révolution à l'aide d'un outil coupant et d'une machine appelée tour. * **Outil de coupe:** Instrument muni d'une ou plusieurs arêtes coupantes, destiné à enlever de la matière. * **Arête de coupe:** Partie tranchante de l'outil qui réalise l'enlèvement de matière. * **Dépouille:** Angle créé sur la face inférieure de l'outil pour éviter le frottement excessif avec la surface usinée. * **Angle de coupe (ou angle d'attaque):** Angle de la face supérieure de l'outil par rapport au plan perpendiculaire à la surface usinée. * **Copeau:** Fragment de matière détaché de la pièce par l'outil de coupe lors de l'usinage. * **Vitesse de coupe (\( V_c \)):** Vitesse linéaire du point de coupe de l'outil par rapport à la pièce (m/min). * **Avance (\( f \)):** Déplacement de l'outil par tour de pièce (mm/tr). * **Profondeur de passe (\( a_p \)):** Épaisseur de matière enlevée en une passe (mm). * **Carbure:** Matériau composite très dur, composé de carbures métalliques agglomérés, souvent utilisé pour les plaquettes d'outils. * **Acier rapide (HSS):** Acier allié capable de conserver sa dureté à haute température, utilisé pour les outils de coupe. ### Exemples #### Choix d'outil pour différents matériaux * **Pour usiner de l'aluminium (matériau tendre):** On choisira un outil avec un angle de coupe positif élevé (ex: \( +15^ ext{o} \) à \( +25^ ext{o} \)) pour faciliter la formation du copeau et éviter le bourrage. * **Pour usiner de l'acier (matériau résistant):** On utilisera des carbures avec des angles de coupe modérés (ex: \( +5^ ext{o} \) à \( +10^ ext{o} \)) ou même légèrement négatifs pour plus de robustesse à l'arête de coupe. #### Calcul de la vitesse de rotation Un opérateur souhaite usiner une pièce en acier de \( 50 \) mm de diamètre avec une vitesse de coupe recommandée de \( 200 \) m/min. Quelle vitesse de rotation (N) doit-il régler sur le tour? Nous utilisons la formule \[ V_c = \frac{\pi \cdot D \cdot N}{1000} \]. Pour trouver \( N \), nous réarrangeons la formule: \[ N = \frac{V_c \cdot 1000}{\pi \cdot D} \] En substituant les valeurs: \[ N = \frac{200 \cdot 1000}{\pi \cdot 50} = \frac{200000}{157.08} \approx 1273.2 \text{ tr/min} \] L'opérateur devra régler la vitesse de rotation à environ \( 1273 \) tr/min. #### Impact des angles de l'outil Un outil avec un angle de dépouille insuffisant créera un frottement excessif entre l'outil et la pièce, provoquant une surchauffe, une usure rapide de l'outil et une mauvaise qualité de surface. Inversement, un angle de dépouille trop grand fragilise l'arête. ### Exercices 1. **Question à choix multiples:** Quel angle est crucial pour éviter le frottement excessif de l'outil avec la surface déjà usinée? a) Angle de coupe b) Angle d'inclinaison c) Angle de dépouille d) Angle de l'arête 2. **Vrai ou Faux:** Les outils à plaquettes amovibles sont toujours monoblocs. (Vrai/Faux) 3. **Calcul:** Vous devez usiner une pièce en laiton de \( 30 \) mm de diamètre. La vitesse de coupe recommandée pour le laiton est de \( 150 \) m/min. Calculez la vitesse de rotation (N) en tr/min que vous devez utiliser sur le tour. 4. **Explication:** Décrivez en quelques phrases les trois modes d'action principaux de l'outil lors de l'enlèvement de matière. ### Devoirs 1. **Recherche:** Recherchez les avantages et inconvénients des différents revêtements d'outils (ex: TiN, TiCN, AlTiN). Comment ces revêtements améliorent-ils la performance des outils de coupe? 2. **Analyse:** Observez différents copeaux produits par des opérations de tournage (si possible, demandez à votre enseignant de vous en montrer). Décrivez leurs formes (continu, segmenté, en spirale, etc.) et essayez d'expliquer ce que ces formes peuvent indiquer sur les conditions de coupe (matériau, vitesse, avance). 3. **Application:** Pour une opération de dressage (fin de pièce) sur un tour, pourquoi est-il important de maintenir une avance très faible et une vitesse de coupe appropriée? ### Résumé Nous avons couvert les bases des modes d'action de l'outil de coupe. Nous avons vu que l'outil est constitué d'une géométrie spécifique, définie par des angles comme la dépouille et l'angle de coupe, qui influencent directement la formation du copeau. L'enlèvement de matière se fait principalement par cisaillement, compression et frottement. Enfin, des paramètres de coupe tels que la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de passe sont cruciaux pour optimiser le processus d'usinage et obtenir la qualité de pièce désirée. Maîtriser ces concepts est essentiel pour toute personne travaillant dans le domaine de la technologie professionnelle et du tournage.