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Ecole Polytechnique Internationale Privée de Tunis Département de Génie Mécatro

Ecole Polytechnique Internationale Privée de Tunis Département de Génie Mécatronique Polycopié de Technologie de fabrication Malak BEN ATTIA AU 2019-2020 PREFACE Par, le présent polycopié, on a essayé de donner les notions de base sur les différents procédés de fabrication permettant d’obtenir de pièces finies ou Semi finies par coupe de métal. Il s’agit d’un support de cours avec des illustrations claires du phénomène de la coupe par outil tranchant. Ce cours est destiné aux élèves ingénieurs de mécatronique. Le contenu de ce polycopié est largement inspiré des documents et sources citées dans les références bibliographiques. Dans cette matière, les étudiants auront tout d’abord des définitions générales sur les procédés de fabrication, par la suite des détails sur l’analyse de la formation de copeau, les conséquences d’un mauvais choix des conditions de coupe lors de l’usinage d’une pièce mécanique. Ce polycopié n’a pas d’autre but que d’aider nos élèves ingénieurs à acquérir le maximum d’informations afin d’assimiler le phénomène de la coupe d’un métal. 3 SOMMAIRE CHAPITRE. I. Généralité de la Fabrication Mécanique ................................................ 1 LES PROCEDES D’USINAGE ................................................................................. 1 Tournage : ............................................................................................................... 1 Fraisage : ................................................................................................................. 2 Rectification : .......................................................................................................... 2 Configurations d’usinage ............................................................................................ 3 Conditions de coupes .............................................................................................. 3 Classification des outils de coupe ........................................................................... 4 Coupe orthogonale .................................................................................................. 5 Coupe oblique ......................................................................................................... 5 Références ............................................................................................................... 6 CHAPITRE. II. Outils de coupe et leurs nuances .......................................................... 7 Forme et géométrie des outils de coupe : ................................................................... 8 Plans références d’outil en main [2] ..................................................................... 8 Remarque II.1 ......................................................................................................... 9 Influence sur la coupe et définition des principaux angles [5,6] .............................. 10 Remarque II.2 ....................................................................................................... 12 Faciès des pièces en usinage ..................................................................................... 12 Opérations d’usinage et ses faciès ............................................................................ 13 En Tournage .......................................................................................................... 13 En fraisage ............................................................................................................ 14 Nature des matériaux des outils de coupe ................................................................ 14 Aciers rapides ....................................................................................................... 16 Remarque II.3 ....................................................................................................... 16 Carbures métalliques ............................................................................................. 16 Carbures revêtus ................................................................................................... 16 Céramiques ........................................................................................................... 17 Cermets ................................................................................................................. 17 4 Nitrure de bore cubique NBC ............................................................................... 17 Damant .................................................................................................................. 17 Référence .............................................................................................................. 18 CHAPITRE. III. Analyse de la formation du copeau .................................................. 19 Caractérisation de la coupe des métaux .................................................................... 19 Définitions : .......................................................................................................... 19 Phénomènes physiques en usinage ........................................................................... 20 Formation du copeau ................................................................................................ 20 Zones d’élaboration du copeau ................................................................................. 22 Formes du copeau en usinage ................................................................................... 24 Coupeaux continus ................................................................................................ 25 Copeaux discontinus ............................................................................................ 25 Remarque III.1 ...................................................................................................... 26 Références ............................................................................................................. 28 CHAPITRE. IV. Endommagement et usure des outils: ............................................... 29 Définition de l’usure ................................................................................................. 29 Modes d’usure en usinage ........................................................................................ 30 Usure par abrasion ................................................................................................ 30 Usure par adhésion ................................................................................................ 30 Usure par fissuration ............................................................................................. 30 Usure par déformation plastique de l’outil ........................................................... 30 Usure par diffusion ............................................................................................... 30 Usure par corrosion ............................................................................................... 30 Remarque IV.1 ...................................................................................................... 31 Critères d’usure ........................................................................................................ 32 Paramètres d’usure d’outil de coupe ........................................................................ 33 Usure en cratère .................................................................................................... 33 Usure en dépouille ................................................................................................ 33 Remarque IV.2 ...................................................................................................... 35 5 Durée de coupe d’un outil: .................................................................................... 36 Modèle de Gilbert ou le modèle de Taylor généralisé en 1950 ........................... 38 Modèle de Colding en 1959 ................................................................................. 39 modèle de Konig-Depiéreux en 1969 ................................................................... 39 Modèle de Kronenberg en 1970 ............................................................................ 39 Remarque IV.3 ...................................................................................................... 39 Exemples ............................................................................................................... 40 Réponse ................................................................................................................. 40 Première méthode (Méthode graphique) .............................................................. 42 Résolution N° 1 ..................................................................................................... 42 Résolution N° 2 ..................................................................................................... 43 Remarque IV.4 ...................................................................................................... 44 Deuxième méthode ............................................................................................... 44 Référence .............................................................................................................. 45 6 INTRODUCTION Ce polycopié propose aux étudiants de master en Génie Mécanique un ensemble de connaissances indispensables et nécessaires pour comprendre et assimiler le phénomène de la coupe des métaux lors de la fabrication et le façonnage d’une pièce mécanique, par l’introduction des procédés d’usinage et l’action de l’outil sur la pièce, par le mode de décohésion et l’écoulement du copeau sur l’outil, les frottements naissant entre l’outil, la pièce et le copeau, en introduisant le calcul d’usure suivant plusieurs théories. Des méthodes classiques de calcul des effets mécaniques prises en comptent lors de l’action d’usinage ( outil-pièce) et par ces calculs l’estimation de la puissance de coupe nécessaire à l’évaluation de l’énergie utile pour la machine-outil utilisée. Par la connaissance de ces données de la coupe l’étudiant peut corriger et également définir de nouvelles paramètres de coupe dans le but de minimiser ou d’orienter les actions mécaniques pour limiter leur impact sur l’état des surfaces usinées et delà amélioré le rendement et la productivité. Ce document est structuré en quatre chapitres présentés comme suit : Le chapitre I est consacré à des généralités et rappels en fabrication mécanique. Le chapitre II donne une description détaillée de la géométrie des outils de coupe qui selon le type d’opération d’usinage à exécuter. Le chapitre III expose le mode de formation de copeau pendant l’opération d’usinage, les principaux types de copeaux et leurs définitions tout en donnant un aperçu sur l’évolution du copeau en fonction de la vitesse de coupe Vc et de sa section. Le chapitre IV présente une généralité sur le phénomène d’usure, les différents types d'usures d'outil rencontrés en fabrication mécanique lors de la coupe des métaux et les méthodes fondamentales de calcul de la durée de vie d’un outil comme : le modèle de Taylor,…etc. ingénieurs 1 CHAPITRE. I.Généralité de la Fabrication Mécanique Le mode est en évolution perpétuelle et par conséquent le domaine de la fabrication mécanique n’échappe pas à l’exception. Les procédés de fabrication par enlèvement de matière par ses nouveaux techniques et techniques d’usinage ont permis de prendre le pas avec les autres domaines de fabrications comme : la déformation à froid, la déformation à chaud, le moulage, l’ajout de matière, etc.). L'enlèvement de matière nécessite l'emploi d'un élément physique permettant d'extraire de la matière d’un volume de base appelé brut (bloc, barre, plaque, ....) dans le but d’obtenir une pièce finie ou semi-finie. Dans cette catégorie d’opérations plusieurs techniques sont à citer : a. Le tournage ; b. Le fraisage ; c. La rectification ; d. L’électro-érosion ; e. La découpe sciage, oxycoupage, plasma, laser, jet d’eau, … L'enlèvement de matière ou usinage par les procédés classiques comme le tournage, le fraisage et la rectification ont recours très souvent à des éléments tranchants ( outil de coupe) dont la résistance et la géométrie sont spécifiques et l’interaction entre la pièce et l’outil de coupe en mouvement relatif produit par arrachement du copeau. LES PROCEDES D’USINAGE L’évolution des machines-outils et l’outil de coupe ont permis d’améliorer leur rendement, leur sécurité, leur rigidité, leur dynamique (vitesse, accélération), leur puissance, et leur productivité. Dans une première partie, les bases essentielles en usinage sont de définir les différents modes obtention de pièces mécaniques. Comme on l’a présenté auparavant, il existe trois principaux types (tournage ; fraisage ; rectification) dont deux qui mettent en jeu des outils de coupe à partir active possédant un à plusieurs arêtes tranchantes, par contre le troisième procédé il met en action un outil abrasif (meule). Tournage : le tournage est le procédé d'usinage qui permit l'obtention de pièces de révolutions (de forme cylindrique ou/et conique) à l'aide d'outils tranchants sur des machines appelées 2 Figure.I.1. Images de différents opérations en tournage industrielles [coromant.Sandvik.com/fr]. Fraisage : Le fraisage est un procédé d’usinage où la génération de surfaces plane résulte de la combinaison du mouvement de rotation de l'outil de coupe (la fraise) et du mouvement d'avance donné à la pièce à usiner. Figure.I.2. Images de différents opérations en fraisage industrielles [coromant.Sandvik.com/fr] . Rectification : La rectification est une opération de finition de surface plane ou cylindrique afin d’améliorer l'état de surface de la pièce semi-finie. L’outil mis en action est appelé meule et la matière est extraite par abrasion. 3 Figure.I.3. Images de différents opérations en rectification. [luxalp.com et impresa-web.fr] CONFIGURATIONS D’USINAGE En fonction du procédé de coupe étudié, les outils mis en jeu sont différents en forme et en géométrie. Cependant, afin d’étudier la formation du copeau ou d’établir des analyses et cela quel que soit le procédé, des hypothèses simplificatrices sur la configuration d’usinage et la géométrie des outils sont établies. Selon la géométrie de l’arête de coupe, on peut considérer deux cas de la coupe soit orthogonale soit oblique. Conditions de coupes Pour pouvoir réaliser une pièce par enlèvement de matière trois grandeurs doivent être réunies: (Figure I.4) 1. Vitesse de coupe Vc ou N – mouvement primaire (mouvement de coupe) La vitesse de rotation la broche est donnée par l’équation suivante : N = Vc . 1000 / π . D avec D : diamètre de la pièce pour le tournage ou diamètre de la fraise et du foret respectivement pour les opérations de fraisage et de perçage. 2. Mouvement d’avance f – mouvement secondaire 3. profondeur de passe ap – pénétration de l'outil en dessous de surface de travail d'original Pour certaines opérations, la quantité de matière enlevée peut être déterminée comme suite : Q = Vc . f . ap où Vc : Vitesse de coupe; f : vitesse d’avance et ap : profondeur de passe. 4 Figure.I.4. Conditions de coupe en tournage [1]. Classification des outils de coupe Les machines-outils utilisent uploads/Marketing/ cours-technologie-de-fabrication-1meq.pdf