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1 S.BENSAADA COUPE DES METAUX 2 PREFACE L'industrie mécanique s'est développée

1 S.BENSAADA COUPE DES METAUX 2 PREFACE L'industrie mécanique s'est développée grâce aux technologies diversifiées de fabrication de pièces et composants qui constituent les ensembles et sous-ensembles mécaniques. Cependant les techniques de moulage et d'estampage n'arrivent pas à satisfaire les besoins mécaniques en pièces et composants spécifiques. Parmi les principaux procédés de fabrication mécanique, il est indispensable d'en citer l'usinage des métaux qui a contribué le plus dans la fabrication et la finition des pièces de précision. L'usinage des métaux consiste à façonner et finir une surface de pièce de configuration donnée par un ensemble d'opérations à effectuer à l'aide de machines outils. Nous allons voir comment intervient la raison humaine pour l'obtention d'une géométrie déterminée de la pièce grâce à l'harmonisation de l'interaction de plusieurs mouvements imposés tant à la machine, qu'à l'outil de coupe qui fait partie de cette machine-outil, qu'à la surface de la pièce à usiner. Cette dynamique de coupe constitue une technologie de précision qui, par taillage de matière, arrive à concevoir les assemblages les plus recherchés. Nous entendons parler de tournage, de fraisage, de perçage, de rabotage, etc., mais les nuances sont tellement variées et diversifiées selon la nature du composant à obtenir qu'il faut impérativement savoir chacune des opérations à mettre en œuvre car dans la plus part des cas la combinaison de plusieurs procédés est inévitable. A titre d'exemple, nous évoquons l'opération de perçage qui paraît relativement la plus simple car quiconque connaît bien la perceuse manuelle. Mais dès que vous êtes en présence de dizaines de milliers de perçages de différents diamètres à réaliser sur des matériaux différents, comme dans le cas d'un véhicule, cela devient un véritable domaine de la technologie car, en outre, il faut bien tenir compte des efforts physiques et conditions de perçage pour ne pas altérer les propriétés mécanique des matériaux en fin d'usinage. La dynamique d'usinage fait appel aux connaissances physiques des efforts des solides en mouvements, celles des propriétés particulières des matériaux et la métrologie dimensionnelle. Bref, l'usinage des matériaux, est un procédé noble qui, de nos jours, se manifeste par la présence de machines numériques programmables, et occupe la place prépondérante dans l'industrie mécanique notamment. Les potentiels d'usinage d'un pays servent d'indice de développement dans cette technologie. C'est pourquoi les bases de ce module de technologie d'usinage sont destinées aux étudiants de cette filière. Un module que tous les élèves ingénieurs du tronc commun de technologie auront l'occasion de le suivre et pouvoir même voir pratiquement la concrétisation de certaines opérations fondamentales dont les effets sont remarquables et appréciés. L’auteur S.BENSAADA 3 COUPE DES METAUX 1. Introduction 1.1 Importance de l'outil de coupe dans la construction des machines Généralement la mise en forme de la matière pour produire des pièces de différents types de machines et d'appareils fait appel à des techniques très diverses et suivant l'état de la matière (liquide, solide ou pulvérulent), voir tableau 1. Donc deux types de solutions se présentent: a) La mise en forme par enlèvement de la matière qui est l'usinage ou coupe de matière et qui occupe une place de première importance en construction mécanique et dont les moyens sont sans cesse perfectionnés pour diminuer le coût de fabrication et améliorer la qualité du travail réalisé. b) La mise en forme sans enlèvement de la matière et parmi lesquelles on peut citer: - Le Formage à chaud et à froid - La Fonderie - Et le Frittage Ce qui nous intéresse dans cette partie est la coupe des métaux qui consiste à l'usinage des surfaces fonctionnelles des pièces mécaniques par enlèvement de la matière (copeaux) au moyen d'outils de coupe. Avant l'évolution des techniques de coupe, la coupe des métaux s'effectuait avec des outils à main très simples dont certains se sont conservés jusqu'à nos jours sans changement important (lime d'ajusteur, pointe de graveur, scie, burin). Aujourd'hui l'effort musculaire se trouve évincé par le travail de machines spéciales dites machines outils (tour, fraiseuse, perceuse, rectifieuse, mortaiseuse, raboteuse, etc....). Donc l'outil de coupe est un organe de machine outil qu'en cours d'opération agit directement sur l'ébauche par enlèvement de matière pour produire une surface conforme à celle spécifiée sur le dessin de définition. Dans l'usinage le matériau de base est à l'état solide appelé ébauche (état initial), après enlèvement du métal par coupe (transformation) on obtient la pièce mécanique à l'état final conforme aux spécifications du dessin de définition. 4 5 Quelque soit le type de machine outil ou le cas d'usinage on a toujours le même schéma ci-dessous représentant les liaisons existantes entre les différents éléments. Avant de réaliser un usinage, le mécanicien usineur devra choisir: - La machine la mieux adaptée à la réalisation du travail demandé. - L'outil et ses conditions d'utilisation (l'outil convenable au travail désiré). - Le porte outil. - Le porte pièce. 6 1.1.1. Identification des éléments en présence dans trois cas d'usinage fig. 1 travail de Fraisage fig.2 travail de Perçage 7 Fig.3 travail de tournage 1.2. L'outil de coupe modèle Les outils manuels sont des intermédiaires entre l'homme et la matière (outils de montage, clefs, tournevis, lime, etc..) ou entre la machine et la matière (outils de coupe, fraises, outils de tour, forêt etc....). Quelque soit le type de travail et pour qu'il y ait production de copeaux, il faut que le couple outil- pièce soit animé de mouvement relatif (fig.4 et fig.5). Ce mouvement relatif peut être composé de mouvement de coupe (Me), mouvement d'avance (Mf) et mouvement de profondeur (Mp). 8 9 Mouvement de coupe (Me) C'est le mouvement qui participe directement au détachement de la matière sous forme de copeaux pendant la course de la machine dite course de travail. Mouvement d'avance (Mf) C'est le mouvement dont le direction est perpendiculaire à Me et qui intervient lorsque l'outil ne travaille pas c'est-à-dire pendant la course-retour. Ce mouvement à pour but de décaler la pièce latéralement d'une quantité a dite avance, pour que l'outil puisse a la nouvelle course-travail détacher d'autres copeaux. Mouvement de profondeur (Mp) C'est le mouvement de profondeur ou de passe dont la direction est perpendiculaire aux deux précédentes. Copeaux Les copeaux sont continus (forme de ruban) dans le cas des métaux malléables (acier) et fragmentés dans le cas des métaux non malléables (bronze et fonte).Les copeaux doivent être évacués, sinon ils tracent des sillons sur la surface usinée. Lors du perçage avec un forêt trop court, dès que la queue cylindrique se trouve engagée, les copeaux ne peuvent plus s'évacuer, l'effort de rotation augmente et la machine ralentit jusqu'à l'arrêt ou la rupture du forêt. 1.2.1 Différentes parties de l'outil Les parties principales (fig.6 et 7) existantes sur un outil de coupe sont: Le corps: Il assure la liaison de l'outil avec le porte-outil, il est prismatique ou cylindrique. La queue: Pour les fraises, les forêts, on appelle "queue" l'élément qui permet la liaison de l'outil avec le porte-outil. La queue est cylindrique ou conique (cône morse CM ou standard américain SA). La partie active: C'est la partie qui agit sur la pièce pour provoquer un enlèvement de métal. Elle est caractérisée par sa forme et son matériau. La dureté de la partie active doit être plus grande que celle du métal à travailler. 10 Arête de coupe Partie active Corps Queue Fig.6 Fig.7 outil de Fraisage et de Tournage 11 1.3.Classification des outils On peut classer les outils en trois groupes: 1.Les outils simples à tranchant uniques: outil de Tournage et de Rabotage outil de Tournage et de Rabotage. 2. Les outils associés ou outils à arêtes multiples: outils fraise, forêt, alésoir, scie, lime etc.. 3. Les outils-meules: ce sont des outils à arêtes multiples dont le mode d'action est un peu différent de celui des outils du 2e groupe 2. Matériaux d'outillage et exigence principale de l'outil de coupe Les performances des machines outils dépendent étroitement de celles des outils de coupe qu'elles actionnent et des conditions d'utilisation des outils. Pour que l'arête tranchante d'un outil de coupe reste toujours vive, elle ne doit pas s'user, ainsi la matière qui la constitue doit être plus dure que celle de la pièce à usiner. Comme la dureté d'un métal et sa résistance varient en sens inverse, on doit prendre des précautions particulières pour avoir une partie active, sur laquelle se forme les copeaux, très durs et un corps résilient et résistant à la flexion et la torsion. D'où l'idée de constituer un outil en deux parties. - L'une (active) en matériau dur avec ou sans traitement thermique. - L'autre (passive) sur laquelle est rapportée la partie active, soit par plaquette montée mécaniquement ou par soudobrasage, soit par soudage électrique par rapprochement, soit par sertissage. La partie active de l'outil servant à couper la matière doit posséder les qualités suivantes: • Résistance élevée aux sollicitations (résistance aux chocs, à la traction, compression etc....). • Dureté élevée des faces de coupe et de dépouille (des surfaces dont l'intersection forme l'arête coupante) pour pouvoir pénétrer dans le métal usiné. • Faible rugosité (Ra =1.6 µm) uploads/Industriel/ coupe-des-metaux-a-pdf.pdf