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Université de Sfax ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE SFAX Cours de : TECHNOLOGIE

Université de Sfax ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE SFAX Cours de : TECHNOLOGIE DE FABRICATION Préparé par : Wassila Bouzid Saï Zoubeir Bouaziz Maher Barkallah Pour la formation des étudiants de 1ère année en Génie Electromécanique Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 2 Plan du cours Chapitre 0 : Introduction à l’interaction outil, pièce et machine Chapitre I : Les outils de coupe 1. Matériaux à outils 1.1. Les aciers rapides 1.1.1. Les aciers rapides 1.1.2. Les aciers rapides revêtus 1.2. Les carbures 1.2.1. Les carbures 1.2.2. Les carbures revêtus 1.3. Les céramiques 1.4. Les cermets 1.5. Les diamants 1.6. Les nitrures de bore cubique 1.5. Domaines d’applications (sélection de matériaux et vitesses de coupe) 2. Géométrie des outils de coupe 2.1. Définitions 2.1.1. Outils en main et outil en travail 2.1.2. Arêtes et surfaces (tournage, fraisage et perçage) 2.1.3. Sens de mouvement d’outil (gauche, droit, neutre) 2.2. Géométrie de l’outil en main 2.2.1. Les plans de l’outil en main et de l’outil en travail 2.2.2. Les Angles d’outils 2.2.2.1. Les Angles d’arête (angle de direction d’arête, angle d’inclinaison d’arête. 2.2.2.2. Les Angles de face (plan orthogonal et plan normal) 2.2.3. Rayons de bec et d’arête d’outils 2.2.4. Brises copeaux 2.3. Domaines d’applications (sélection d’outils, d’angles et de rayon d’outils) 4. Désignation des plaquettes et des portes plaquettes 5. Applications Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 3 Chapitre II : Actions mécaniques et Formation du copeau 1. Définitions des actions mécaniques de l’outil sur la pièce 2. Mécanismes physiques de la coupe 2.1. Types de copeaux obtenus en usinage 2.2. Géométrie de la formation du copeau 2.3. Modèle analytique de Merchant 3. Modèles empiriques des efforts de coupe 3.1. Efforts de coupe 3.1.1. Tournage 3.1.2. Fraisage : Fraisage de face, fraisage de profil 3.1.3. Perçage 3.2. Puissance de coupe 3.2.1. Tournage 3.2.2. Fraisage 3.2.3. Perçage Chapitre III : Usure et durée de vie des outils de coupe 1. Différents modes d’usure 1.1. Usure par adhésion 1.2. Usure par diffusion 1.3. Usure par abrasion 1.4. Usure par fluage 1.5. Usure par fatigue thermomécanique 1.6. Arête rapportée 2. Types d’usure et critères associés 2.1. Usure en dépouille 2.2. Usure en cratère 3. Lois de durée de vie 4. Détermination des lois de durée de vie Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 4 Chapitre IV : Optimisation des paramètres de coupe 1. Temps d’usinage 1.1. Temps effectif de coupe 1.2. Temps total d’une opération d’usinage 2. Coût d’une opération d’usinage 3. Rugosité des surfaces usinées 4. Optimisation des paramètres de coupe Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 5 Prés Requis - Procédés d’usinage: opérations, paramètres; outils - Temps effectif de coupe - Mécanique statique - Dessin technique - Désignation normalisée des matériaux - Lecture d’un dessin de définition - Morphologie des surfaces - Spécifications fonctionnelles : - Rugosité, - Tolérances dimensionnelles, - Tolérances géométriques de position et de forme, - Tolérances et rugosité générales. Données de base - Dessin de définition - Gamme d’usinage d’une pièce (feuille de projets d’étude de fabrication) - Feuilles de contrats de phases (outils et paramètres de coupe) Documents à consulter - Guide du dessinateur industriel, A. Chevalier - Hachette technique - Usinage : Procédés et Méthodes, W. Bouzid - CPU 2004 - Fabrication Mécanique, Notes de cours et exercices corrigés, W. Bouzid et J. Ben Younes - CPU 2008 - Guide du technicien en productique, A. Chevalier et J. Bohan - Hachette technique - Précis des Méthodes d’usinage - Méthodologie, production et normalisation : R. Dietrich, D. Garsaud, S. Gentillon et M. Nicolas - Afnor Nathan, collection Précis - Memotech Plus – Usinage des matériaux métalliques, C. Barlier - Castella, collection Memotech Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 6 Chapitre 0 : Introduction à l’interaction outil, pièce et machine 1. Introduction 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. On appelle usinage toute opération de mise en forme par enlèvement de matière, destinée à conférer une forme, des dimensions et un état de surface (intégrité) adaptés à l’utilisation finale d’une pièce, tout en respectant les tolérances préconisées L’enlèvement de matière se fait par action mécanique d’un outil coupant; la force appliquée induit la formation, à l’échelle macroscopique, d’un ou plusieurs copeaux (figures 0.1). L’usinage doit permettre de réaliser des pièces mécaniques au moindre coût tout en garantissant la qualité. La qualité des surfaces usinées est définie d’une part par les spécifications fonctionnelles indiquées sur le dessin de définition, et d’autre part par l’intégrité ayant une influence sur la tenue en fatigue. Figure 0.1. Formation du copeau lors d’une opération de chariotage. Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 7 Les spécifications fonctionnelles sont : - Les cotes et leurs tolérances, - Les tolérances géométriques de position et de forme, - Les rugosités. L’intégrité des surfaces usinées est définie par : - la déformation plastique, - l’obtention d’un mauvais état de surface (rugosité), - des phénomènes de recristallisation, - la modification de la dureté en surface, - des transformations de phase, - l’apparition de microfissures, - un état des contraintes résiduelles en surface non adapté au fonctionnement de la pièce. Les phénomènes mis en jeux lors de la formation du copeau sont des déformations par cisaillement très importantes, des températures de plusieurs centaines de degrés et des vitesses de déformation de l’ordre de plusieurs dizaines voire centaines de milliers de s –1. Les fortes valeurs des pressions de coupe et des températures limitent entre autre la durée de vie des outils de coupe (usure) qui affecte directement le coût de la pièce usinée. Les variables liées aux phénomènes physiques de la coupe peuvent se résumer aux : - efforts de coupe, - températures, - géométrie du copeau, - usure des outils. 2. Paramètres influents 2.1. Paramètres liés à l’outil Les paramètres liés à l’outil et qui influent sur la qualité de la pièce sont sa géométrie et son matériau: CBN (nitrure de bore cubique), céramique, carbure, ARS (acier rapide supérieur), .... 2.2. Paramètres liés à la pièce Les paramètres liés à la pièce et qui influent sur sa qualité sont le matériau et le mode d’obtention du brut. 2.3. Paramètres liés à la machine Les paramètres liés à la machine sont les vitesses de rotation et d’avance maximales, la puissance, la rigidité et le type du système de changement d’outils (manuel ou automatique). Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 8 2.4. Conditions de coupe (figure 0.2) Les conditions de coupe sont : - La stratégie d’usinage, - La vitesse de coupe : Vc (m/min), - L’avance : f ou a (mm/tr) ou la vitesse d’avance Vf (mm/min), - La profondeur de passe : ap ou p(mm), - La lubrification, - Le diamètre de la pièce ou de l’outil : D (mm). Tournage Perçage Fraisage Figure 0.2. Conditions de coupe d’une opération d’usinage. Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 9 Chapitre I : Les outils de coupe L’amélioration des qualités des matériaux de coupe permet l’évolution des méthodes d’usinage. Il existe une très grande variété d’outils de coupe selon : - le type de géométrie (simple, avec brise copeau sur la face de coupe, avec ou sans préparation particulière d’arête), - le matériau (aciers rapides, carbures, céramiques, …), - le type de revêtement utilisé. 1. Matériaux à outils Les progrès réalisés dans le domaine des matériaux de coupe ont contribué de manière déterminante à l’efficacité des techniques industrielles modernes. Le chemin parcouru entre l’acier au carbone du début de 19ème siècle et les nuances de carbure revêtues des années 1980 a conduit à réduire le temps d’usinage, pour une même pièce, d’un facteur 100. Une opération demandant 100 minutes avec un outil en acier à forte teneur en carbone, ne demandait plus que 26 min grâce à l’acier rapide, 6 min avec des outils en carbure (1930) (figure 1.1). Figure 1.1. Evolution des matériaux à outils. Cours de Technologie de fabrication ENIS - Département de Génie Mécanique 10 Pour que l’outil puisse enlever du métal de la pièce, quelques contraintes doivent être respectées (figure 1.2) : - Résistance mécanique élevée à la flexion et à la compression pour résister aux efforts de coupe, - Dureté élevée des faces de coupe et de dépouille pour pouvoir pénétrer dans le métal à usiner, - Résistance à l’abrasion élevée pour résister à l’usure en cratère et en dépouille, - Résistance à la température élevée (de 600°C à 1000°C), - Bonne rugosité des surfaces de coupe et de dépouille (Ra  1,6 m). uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-tf-2018.pdf