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Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 1 sur 26 . . . Compétence

Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 1 sur 26 . . . Compétence(s) : Réaliser, Définir et choisir les procédés de réalisation des surfaces. 1. Introduction On distingue principalement deux procédés d’obtention des surfaces par enlèvement de matière : - l’usinage à l’outil coupant ; - la rectification. 1.1. Usinage à l’outil coupant L’outil de coupe peut être de nature très diverse (forêt, alésoir, fraise, outils à décolleter, …), mais comporte toujours une ou plusieurs arêtes coupantes. Fraises Outils à décolleter Forêts L’usinage donne lieu à la création de copeaux de matière, de longueur plus ou moins grande selon la ductilité du matériau usiné et les conditions de coupe. Les intervalles de tolérance sont au mieux de qualité 6. Les états de surface sont au minimum de 0,4 (rugosité Ra). Les profondeurs de passe peuvent être de plusieurs mm. 1.2. Usinage à l’outil abrasif - Rectification Dans le cas de la rectification, l’enlèvement de matière se fait à l’outil meule, par abrasion des surfaces. On peut obtenir par ce procédé des intervalles de tolérance de qualité 5 à 7, et des états de surface compris entre 3,2 et 0,05 (rugosité Ra). Les profondeurs de passe sont de l’ordre de 0,1 mm maximum. Les surfaces à rectifier sont souvent au préalable usinées et peuvent avoir subi des traitements thermiques (dureté superficielle accrue). CPGE - PTSI - Ch. Coeffin Sciences Industrielles de l’ingénieur F F Fi i ic c ch h he e es s s d d de e e c c co o ou u ur r rs s s CI.6. Conception et réalisation des produits Procédés de réalisation Procédés d’obtention des surfaces par enlèvement de matière Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 2 sur 26 2. Principes d’obtention des surfaces des pièces usinées Une surface usinée est obtenue par la combinaison de deux éléments générateurs. La cinématique d’une machine-outil permet en général de créer deux mouvements : - Mc : le mouvement de coupe caractérisé par la vitesse de coupe Vc en m.mn-1 ; - Mf : le mouvement d’avance caractérisé par la vitesse d’avance Vf en mm.mn-1 ou encore par l’avance par tour f en mm.tr-1. On distingue alors le travail de forme, du travail d’enveloppe : Travail de forme La forme de la génératrice de la surface correspond à la forme de l’arête coupante de l’outil. Tournage Fraisage Travail d’enveloppe La forme de la génératrice de la surface correspond à l’enveloppe des positions successives de l’outil. Tournage Fraisage Parmi les procédés d’usinage à l’outil coupant, on trouve notamment : le tournage, le fraisage, le perçage, l’alésage et le filetage. En tournage, perçage et alésage, le mouvement de coupe est un mouvement de rotation qui est donné soit à la pièce, soit à l’outil. Le mouvement d’avance est un mouvement de translation qui peut être rectiligne (perçage, alésage) mais aussi plus complexe dans le cas du tournage. En fraisage, le mouvement de coupe est un mouvement de rotation donné à l’outil et le mouvement d’avance donné à la pièce est le plus souvent rectiligne mais peut aussi être de forme plus complexe (machine à commande numérique). En filetage, le mouvement de coupe (rotation) est associé au mouvement d’avance (translation) afin de générer une hélice de pas déterminé. Dans le cas de l’usinage par abrasion, l’outil meule possède le mouvement de coupe (rotation). Le mouvement d’avance (translation rectiligne ou complexe) peut être donné soit à l’outil, soit à la pièce. 3. Axes normalisés des machines-outils Les mouvements de coupe et d’avance peuvent être des mouvements circulaires ou linéaires. La vitesse de coupe est une vitesse relativement élevée (15 à 500 m.mn-1), La vitesse d’avance est faible devant la vitesse de coupe (5 à 500 mm.mn-1). Pour des valeurs importantes de Vc et Vf importantes, on parlera d’usinage à grande vitesse (UGV). Outils Pièce Pièce Outils Pièce Pièce Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 3 sur 26 Le repère principal utilisé sur une machine-outil est un trièdre orthonormé (X, Y, Z). L’axe de la broche qui supporte généralement le mouvement de coupe est toujours Z, L’axe X représente l’axe du plus grand déplacement d’avance notée avance longitudinale, L’axe Y représente l’axe du plus petit déplacement d’avance notée avance transversale. En plus de ces axes, on peut suivant le type de machine définir des axes supplémentaires permettant généralement de repérer des mouvements secondaires (rotation d’une tourelle porte outil, rotation d’un porte-pièce,…..) On donne ci-dessous l’exemple d’une fraiseuse conventionnelle 3 axes. Une perceuse à colonne est une machine 1 axe : Les mouvements de coupe et d’avance sont supportés par le même axe (Z). Un tour conventionnel est une machine 2 axes : Les mouvements de coupe et d’avance longitudinale sont supportés par l’axe Z, le mouvement d’avance transversale est supporté par l’axe X (pas d’axe Y). Les rotations supplémentaires autour des axes principaux, si elles existent, sont respectivement notées A, B et C. L’exemple ci-dessous est caractéristique d’une machine 5 axes. En plus des axes principaux (X, Y, Z), la machine permet de réaliser un mouvement de rotation de la pièce autour de X noté A et un mouvement de rotation autour de Y noté B (inclinaison de l’axe de broche). X : Axe d’avance longitudinale Y : Axe d’avance transversale Z : Axe de broche et d’avance verticale Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 4 sur 26 4. Dualité Procédé – Etat de surface Il existe de nombreux procédés pour obtenir une surface ; soit directement issue de fonderie soit après usinage à l’outil coupant ou encore après finition à l’outil abrasif. Dans tous les cas, chaque procédé possède ses limites en terme de qualité d’état de surface. Le tableau ci-dessous résume les qualités admissibles de chaque procédé sur la base du critère de rugosité Ra. Les cases foncées représentent les valeurs normalement admissibles ; les cases claires adjacentes représentent des valeurs limites admissibles sous certaines conditions. 5. Contraintes de qualité des surfaces usinées Les qualités dimensionnelles et géométriques dépendront de nombreux facteurs parmi lesquels ont peut citer de manière non exhaustive : - Rigidité des organes de la machine-outil et de la fixation porte-pièce – machine, - Puissance de la machine-outil, - Qualité de la mise en position de la pièce à usiner (isostatisme de la liaison pièce – porte-pièce), - Efficacité du maintien en position de la pièce (serrage), - Choix optimisé des outils et porte-outils associés, - Rigidité des outils en situation d’usinage (réduction des porte-à-faux), - Choix optimisé du procédé d’usinage, - Choix optimisé du processus d’usinage (gamme de fabrication, phases, sous-phases, opérations d’ébauche et de finition, ………), - Choix optimisé des conditions de coupe par opération (Vc, Vf, lubrification, ……….). 6. Usinage par abrasion L’usinage par abrasion consiste à enlever une partie de la matière de pièces généralement métalliques au moyen d’outils constitués de particules coupantes agglomérées par un liant. Chaque particule au contact avec la pièce à grande vitesse (de l’ordre de 30 m.sec-1) génère un copeau de très petite section (ordre de grandeur du micromètre). Le copeau n’est pas « tranché » mais « gratté ». Les rectifieuses et les affûteuses n’utilisent pas des outils coupants mais des meules abrasives. L’usinage par abrasion correspond le plus souvent à une opération de finition qui a pour but essentiellement d’améliorer les états de surface et les tolérances dimensionnelles ; mais ne permet pas l’obtention de la géométrie des surfaces. Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 5 sur 26 En fonction de la nature de la surface à obtenir, on trouvera des rectifieuses planes, cylindriques, extérieures, intérieures qui permettront la finition de surfaces simples ou complexes. Rectifieuse plane Opération de rectification plane Rectification cylindrique d’un arbre à cames Les affûteuses sont destinées à la retouche des outils de coupe (affûtage) ; Les machines à roder permettent la finition des alésages avec de très bonnes qualités dimensionnelle et de surface. Affûtage d’un outil de coupe de tournage Machine à roder 7. Le tournage Le tournage est particulièrement adapté à la réalisation de pièces cylindriques. Celles-ci peuvent être petites (φ de 1 mm) ou très grandes (φ de plusieurs mètres) selon la machine utilisée. Doc. Cours - Procédés obtention des surfaces.doc Page 6 sur 26 Le perçage, l’alésage et le filetage peuvent être réalisé en tournage particulièrement si la surface à usiner se trouve sur l’axe de révolution de la pièce. 7.1. Les machines-outils : Tour conventionnel 2 axes Tour à Commande Numérique 4 axes Caractéristiques principales de tours à commande numérique : Ernault HES300 Réalméca T200 Muller et Pessant Challenger 1 Course longitudinale (Z) 730 300 540 Course transversale (X) 240 100 150 Distance entre pointes 800 365 540 Vitesse de broche (tr/min) 66 à 3680 100 à 6000 4000 max. Puissance du moteur de broche 15 kW 8 kW 5,5 kW Avances travail (mm/min) - 1 à 5000 0 à 1000 Avance rapide (m/min) 8 10 5 Tourelle (nombre d’outils) 12 8 à 12 6 à 8 3.2. principales opérations d’usinage en tournage : L’opérateur règle uploads/Industriel/ procedes-obtention-des-surfaces.pdf