Chapitre 2 : Procédés d usinage

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1 Chapitre 2 : Procédés d usinage Partie 2: Tournage Bibliographie: 1- A. CHEVALIER Guide de dessinateur industriel Edition Hachette technique 320 pages 2- Technologie professionnelle générale pour les mécaniciens. Edition Foucher Paris Tome: 1,2 et 3 3- A. CHITER Technologie de base Tome1: Cours "en arabe'' Office des Publications Universitaires OPU Alger pages 4- Machines outils, Tournage Collection sous la direction de R. THIBAUT Editions A. DE BOECK Bruxelles ème éditions 90 pages 1. Introduction Le tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de matière qui consiste en l'obtention de pièces de forme cylindrique et conique dites de révolution à l'aide d'outils coupants sur des machines appelées tour. La pièce à usiner est fixée dans un mandrin, ou entre pointes. En tournage, le mouvement de coupe est obtenu par rotation de la pièce serrée entre les mors d'un mandrin ou dans une pince spécifique, tandis que le mouvement d'avance est obtenu par le déplacement de l'outil coupant. La combinaison de ces deux mouvements permet l'enlèvement de matière sous forme de copeaux. Un tour permet de fabriquer principalement des pièces de révolution même certains tours peuvent réaliser des formes très complexes. 2. 1

2 3. Les différents Types de tours : Il existe deux types : - Tour horizontal. - Tour vertical. Pour chaque type, on distingue plusieurs machines réparties selon la qualité et la quantité de production des pièces mécaniques. 1. Tour universel. 2. Tour à copiage. 3. Tour révolver automatique. 4. Tours pour arbres à cames. 5. Tours pour vilebrequin. 4. Parties principales d un Tour parallèle : Figure 1 : Organes principaux d un Tour parallèle 2

3 Exemple d un Tour parallèle : A Bâti N Barre de filetage B Poupée fixe O Levier d embrayage pour filetage C Arbre (mandrin) P Barre de chariotage D Chariot principal Q Levier d embrayage pour chariotage E Poupée mobile R Porte outils F Moteur S Chariot supérieur G Poulie T Chariot transversal H Courroie trapézoïdale U Chariot principal inférieur I Boite des avances V Manette de commande du chariot J Levier de changement des avances. W Barre d embrayage K Levier inverseur des avances X Pointe «contre pointe» L Train d engrenages Y Manette de commande de la contre pointe M Levier de changement des vitesses d arbre Z Levier de commande générale et embrayage. Figure 2 : Organes d un Tour parallèle : Tour Weiller 3

4 5. Conditions de travail : 1. Vibrations de la machine très petites «moteur équilibré». 2. Bonne état de surface de l ébauche «pièce». 3. Petit usure de l outil. 6. Lubrification «Arrosage» : Le but principal de la lubrification est de refroidir l arrête de coupe de l outil ce qui permet d augmenter la durée d usage de l outil sans affutage. 7. Avantage de la lubrification : - Refroidir l outil de coupe. - Augmentation de la vitesse de coupe «environ 40%». - Augmentation de la durée d usage de l outil. - Meilleur état de surface de la pièce. - Facilite le dégagement du coupeau. - Protection de la pièce contre la corrosion. 8. Nature de l outil de coupe : L outil de coupe doit satisfaire les conditions suivantes : 1- Dureté maximale «dureté de l outil doit être supérieur à celle de la pièce». 2- Résistance mécanique élevée «pour supporter les contraintes de coupe «flexion et compression». 3- Résistance à la chaleur. 4- Résistance à l usure. 9. Matériaux de fabrication des outils : 1- Acier au carbone. 2- Acier rapide. 3- Carbure métalliques. 4- Diamant synthétique. 5- Céramiques. 4

5 10. Géométrie de l outil de coupe : 1 Partie active 2 Partie de fixation 3 Surface d appui 4 Surface de coupe 5 Arrête de coupe 6 Bec «nez» 7 Surface de dépouille 11. Les angles caractéristiques de l outil de coupe : 11.1 Angles principaux de l outil de tournage : L angle : angle de dépouille principal compris entre 3-6. L angle : angle taillant, angle formé entre la face de coupe et face de dépouille. L angle : angle de coupe. Figure 3 : Géométrie de l outil de tournage Selon ces angles, les outils de coupes se divisent en deux catégories : - Outils de coupe positive. - Outils de coupe négative. Coupe positive Coupe négative + + = = 90 Ou bien : + + > 90 Figure 4 : Les angles de coupe selon le mode de coupe 5

6 10.2. Angles secondaires de l outil de tournage : L angle ψ : angle de direction principal de l arête. L angle ψ : angle de direction complémentaire de l arête. L angle ε : angle de pointe La somme de ψ + ψ + = 180 Figure 5 : Vue d une coupe réelle de profil et de haut Figure 6 : Les angles principaux d un outil à coupe positive 6

7 11. Les différents types d'opérations : Tournage extérieur Figure 7 : Les différentes formes obtenues par tournage extérieur Tournage longitudinal (chariotage, axe z), réalisation d'un cylindre ; tournage transversal (dressage, axe x), réalisation d'une face, d'un épaulement ; tournage de gorges, dégagements ; filetage, réalisation d'un pas de vis ; tronçonnage Tournage intérieur Figure 8 : Les différentes formes obtenues par tournage extérieur Alésage ; dressage ; tournage de dégagement, gorges ; taraudage, réalisation d'un filetage intérieur ; chambrage. 7

8 12. Conditions de coupe Vitesse de coupe En tournage, la vitesse de coupe est la vitesse relative de l'outil par rapport à la pièce. Il s'agit donc de la vitesse tangentielle au point de la pièce coïncidente avec la pointe de l'outil. Cette vitesse qui s'exprime toujours en mètres par minute (m/min) se calcule ainsi: avec: : vitesse de coupe en m/min d : diamètre en mm au point d'usinage en mm N : vitesse de rotation de la pièce tr/min En permutant les termes de la formule précédente, on obtient : Et c'est cette vitesse de rotation que l'on règle sur la machine. Il faut donc connaître dont la valeur est le plus souvent issue de méthodes empiriques. Certains organismes, comme le CETIM pour l'industrie mécanique, ont établi des tableaux de référence. La vitesse de coupe est déterminée en fonction de différents facteurs: de la matière à usiner : en général plus elle est tendre et plus la vitesse est élevée de la matière de l'outil de coupe de la géométrie de l'outil de coupe du type d'usinage: ébauche, finition, filetage, etc du lubrifiant, qui permet une augmentation de la vitesse de la qualité du tour : plus il est rigide, plus il supportera des vitesses élevées 8

9 12.2. Vitesse d avance En tournage, l'avance est la vitesse avec laquelle progresse l'outil suivant l'axe de rotation pendant une révolution de la pièce, cette vitesse est déterminée expérimentalement en fonction des critères précédemment cités. Cela correspond, en première approximation à l'épaisseur du copeau. On règle l'avance directement sur la machine. =. = avance en mm/min = avance par tour mm/tr = vitesse de rotation réglée sur la machine en tr/min Profondeur de passe : Elle désigné par P en [mm] La profondeur de passe est choisie selon le mode de tournage, elle est grande en dégrossissage qui est une opération d enlèvement de matière en grand débit sans qu on prend en considération l état de surface de la pièce usinée et elle est petite d ordre de dixième de millimètre en finition qui est une opération qui permet d avoir les dimensions réelles de la pièce usinée avec un état surface bien déterminé. 13. Section de coupeau : La section d un échantillon de coupeau par un outil de chariotage à coupe positive est donnée par figure : a : avance par tour mm/tr P : Profondeur de passe en mm e : épaisseur du coupeau l : longueur du coupeau Figure 9 : Section transversale d un coupeau 9

10 ! "=!# $ % "'= = 14. Puissance de coupe : Donc : =. et =. La puissance totale de coupe est donnée par la relation suivante : = tel que : =. [W] : Force de coupe : Vitesse de coupe : Puissance de coupe : Rendement de la machine en % 15. Puissance de la machine : En Kilo Watt : =.. [KW] = Un tour ne dispose pas d'une puissance illimitée : celle-ci lui est fournie par voie électrique. Lors de l'usinage d'une pièce, il est impératif de s'assurer que la machine est capable de réaliser l'opération demandée, sans quoi on risque d'abîmer, l'outil, le tour, ou la pièce à usiner. On définit pour cela le débit de tournage, quantité de matière enlevée par l'outil dans un temps donné. Grâce à ce débit, on exprime la puissance nécessaire à la passe demandée : La puissance de fonctionnement, et la puissance maximale (ou "en pointe") sont données par le constructeur du tour, l'ajustement de la profondeur de passe permettra de diminuer la puissance nécessaire à l'étape demandée, sans jouer sur la vitesse de coupe ni sur l'avance, critères primordiaux à la bonne réalisation de la pièce. 10