4.2 Stratégie de choix des paramètres En ébauche, on veut : un débit de copeau important Choix : Vc : donnée par le fabriquant d outil ap: le moins de passe possible, limité par la longueur d arête /2 f : le plus grand possible Les contraintes sont ici la puissance et la rigidité de la machine En finition, on veut : le respect de la qualité géométrique et dimensionnelle de la pièce Choix : Vc : donnée par le fabriquant d outil ap: faible, limitée par le copeau mini f : faible, fonction de l'état de surface demandé Etat de surface d'une pièce ou rugosité La rugosité concerne les défauts micro géométriques de la surface réelle. La cotation des états de surface fait essentiellement référence à l'usinage par enlèvement de matière. Les défauts sont des stries et des sillons creusés par les arêtes coupantes des outils, l écart entre les crêtes est inférieur à 0,5mm. L'état de surface d'une pièce a une large incidence sur un grand nombre de ses aptitudes, en particulier : Ses aptitudes au frottement, à l'usure, à recevoir un revêtement ou un joint d'étanchéïté Ses aptitudes à résister à la corrosion, à la fatigue C'est un critère important pour le choix des conditions de coupe en finition. bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 20
Mesure du Ra par rugosimètre Remarques : Ra >6,3µm : obtenu avec un grand nombre de pièces brutes, sans usinage 1,6<Ra<6,3µm : obtenu usuellement avec les procédés d'usinages classiques Ra<1,6µm : obtenu avec faible avance en usinage classique ou en rectification Influence de l avance et de la géométrie de l outil sur l'état de surface (rugosité). r ε f Rt Pour améliorer l'état de surface, ici matérialisé par la hauteur maximale du profil de rugosité Rt, on peut : - Diminuer l'avance f - Augmenter le rayon de plaquette r ε f La vitesse de coupe n'a pas d'influence sur l'état de surface. Voir cependant la remarque ciaprès concernant le copeau adhérent. Rt r ε f r ε Rt Quelle est la conséquence de la formation du copeau adhérent sur la qualité de la rugosité? Vc trop lente copeau adhérent mauvais état de surface Vc trop important Echauffement usure rapide de l'outil Pour la finition Vf plus faible, Vc plus élevée qu'en ébauche bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 21
Analyse et commentaire de quelques résultats expérimentaux Influence du rayon du bec d outil rε et de l avance f. Conditions de coupe :ap=0,5mm, Vitesse de coupe : Vc=120m/mn Caractéristiques de l outil : εr=55, κr=93 Échantillons N 1 N 2 N 3 N 4 Rayon du bec (mm) Avance f (mm/tr) Critére de rugosité : Ra(mm) rε=0,4 rε=0,8 rε=0,4 rε=0,8 f=0,2 f=0,2 f=0,1 f=0,1 3,3 0,4 0,8 0,3 bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 22
4.3 Formation du copeau Incidence des zones de frottement Les différents types de copeaux observés Copeaux continus Concerne les matériaux ductiles, le copeau s'écoule sur la face de coupe en continu (problème d'évacuation) Copeaux continus avec arête rapportée (copeau adhérent) Un amas de matière se colle sur la face de coupe, ce qui perturbe fortement la formation et l'évacuation du copeau. Phénomène caractéristique de l'usinage des alliages légers. Copeaux fragmentés Après sa formation, le copeau se cisaille rapidement. Ce type de copeau concerne essentiellement les matériaux non ductiles (bronze, laiton, fontes ) bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 23
4.4 Les efforts de coupe L'effort résultant de l'outil sur la pièce au cours d'un usinage, projeté dans un repère lié au système outil en main, donne trois efforts identifiés par les notations suivantes : Fc : force de coupe (suivant Vc) Ff : force d'avance (suivant Vf) Fp : force de pénétration ( à Vc et Vf) Fc est la plus importante des trois, la puissance "consommée " par l'usinage est essentiellement due à cet effort L'effort de coupe est directement lié à la grosseur du copeau, la relation permettant de déterminer Fc est : Fc=A D.Kc Calcul de AD Caractéristiques des outils κ r=90 Plaquette C (ε r=80 ) AD (mm 2 ) : aire de la section du copeau Kc (N/mm 2 ) : pression spécifique de coupe κ r=45 Plaquette S (carrée) κ r=30 Plaquette S (carrée) Représentation : Des outils Des sections de copeau f (mm/tr) ap (mm/tr) f (mm/tr) ap (mm/tr) f (mm/tr) ap (mm/tr) Aire de la section de copeau A D =a p xf A D =a p xf A D =a p xf bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 24
Analyse et commentaire de quelques résultats expérimentaux Evolution des efforts en fonction de κr Conditions de coupe : ap=3mm, f=0.2mm/tr Outil : angle de coupe γ=+6 Matière usinée : C38 Résultats expérimentaux κr 90 75 60 45 30 FC(N) 1560 1580 1600 1680 1780 FP(N) 120 220 300 330 350 Ff(N) 680 470 350 320 300 Conclusion Fc est peu influencé C'est Ff le plus sensible (mais peu gourmand en puissance) Evolution des efforts en fonction de l angle de coupe γ Conditions de coupe : ap=3mm ; f=o.2mm/tr. Outil : κr=90 Résultats expérimentaux g -5 0 5 10 15 FC(N) 1680 1600 1560 1500 1450 Kc(N/mm 2 ) 2800 2650 2600 2500 2410 Conclusion Kc est très sensible à l'angle de coupe Coupe positive Kc + faible Autres remarques : Kc est fonction : - de la géométrie de l'outil - du matériau usiné - des conditions de coupe bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 25
4.5 Influence de l avance et de la géométrie de l outil sur l'état de surface (rugosité). Analyse et commentaire de quelques résultats expérimentaux. Influence du rayon du bec d outil : rε et de l avance f. Conditions de coupe :ap=0,5mm, Vitesse de coupe : Vc=120m/mn Caractéristiques de l outil : εr=55, κr=93 Echantillons N 1 N 2 N 3 N 4 Rayon du bec (mm) Avance f (mm/tr) rε=0,4 f=02 rε=0,8 f=0,2 rε=0,4 f=0,1 rε=0,8 f=0,1 Critére de rugosité : Ra(mm) 3,3 0,4 0,8 0,3 Conclusion : retour 4.2. a) Pour une même avance l'état de surface est meilleur lorsque rε augmente. b) Pour un même outil, l'état de surface s'améliore lorsque f diminue. Influence de l angle de coupe γ Conditions de coupe :ap=0,5mm, Vitesse d avance f=0,1mm/tr, Vitesse de coupe : Vc=120m/mn Caractéristiques de l outil : εr=55, κr=93, rε=0,4mm Influence de la vitesse de coupe Vc Conditions de coupe :ap=0,5mm, Vitesse d avance f=0,1mm/tr, Caractéristiques de l outil : : ε r =55, κr=93, rε=0,4mm Quelle est la conséquence de la formation du copeau adhérent sur la qualité de la rugosité? Vc trop lente copeau adhérent mauvais état de surface Vc trop important Echauffement usure rapide de l'outil Pour la finition Vf plus faible, Vc plus élevée qu'en ébauche bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 26
4.6 Aptitude des matériaux à l'usinage : USINABILITÉ. Les critères d usinabilité. L usinabilité («De bons résultats à l usinage!!») peut être déterminée en fonction de l un des critères suivants : L état de surface de la pièce usinée. Critère important lorsque la qualité de finition est prépondérante. La forme du copeau. Critère important lorsque l évacuation du copeau pose des problèmes en ébauche. Les forces de coupe. Leur influence est directe sur la puissance de la machine. La durée de vie de l outil. C est le critère le plus utilisé, il y a influence directe sur les temps de coupe. Cette durée de vie est déterminée en fonction des critères d usure de l outil (pas au programme). Les paramètres qui influent l usinabilité. Les caractéristiques mécaniques. * Lorsque la ténacité (R, Re, H) augmente l usinabilité diminue. * Lorsque la ductilité (A%) augmente l usinabilité diminue (le copeau adhère sur l outil). Les aciers doux (moins de 0,3% de carbone) possèdent une mauvaise usinabilité. La structure métallique. Voir le cours traitement thermique de l an prochain. * La ferrite (HB=80, A%=40%) s usine mal car elle facilite le copeau adhérent. * La cémentite (HB=750, A% =0) favorise l usure de l outil. La composition chimique. * Le carbone : La meilleure usinabilité se situe vers 0,3% à 0,4% de carbone. * Le soufre et le manganèse : Améliore très nettement l usinabilité en favorisant la fragmentation du copeau. * Le plomb : Améliore très nettement l usinabilité par son rôle de lubrification en particulier à l interface copeau/outil. bis CO_SV6_obtention_Surface_fonctionnelle_enlevement-matiere.doc J.HERY - J.LETARD page 27