L’usinage par enlèvement de copeaux

Avec l'usinage par enlèvement de copeaux, il est possible de donner une certaine forme à un composant, ou il peut améliorer la tolérance dimensionnelle et l'état de surface, si le composant lui-même provient d'un usinage précédent. L'usinage par enlèvement de copeaux consiste en un procédé dans lequel l'excès de matière est éliminé d'un outil de plus grande dureté, par un procédé mécanique de déformation plastique extensive ou par l'induction de fractures localisées et contrôlées. Pour réaliser ces procédés, un mouvement de va-et-vient approprié est mis en œuvre entre l'outil et la pièce soumise à l'usinage.  Les machines-outils font interagir l'outil avec le composant en cours d'usinage de sorte qu'après un certain mouvement relatif entre eux, une forme d'usinage géométriquement définissable (pièce usinée) soit obtenue à la fin du processus de production ». Selon cette définition, une machine-outil est considérée comme un outil de production conçu et fabriqué comme une machine. Sur la base de ce constat, dans le cas particulier des machines d'enlèvement de copeaux, les opérations pouvant être effectuées peuvent être soit uniques, soit données par une combinaison de différents procédés. Ces processus peuvent être à la fois des processus de production finaux et la préparation de la configuration et de l'exécution d'autres processus tels que le formage et le moulage. Précision et flexibilité Les avantages résultant de l'utilisation de ce type de machine peuvent être résumés dans les points suivants: Le traitement est extrêmement précis . En effet, on peut obtenir des configurations géométriques, des degrés de tolérance et des états de surface qui ne sont souvent pas réalisables avec une autre technique, comme dans le cas de la coulée, du formage et de l'assemblage. Le tableau suivant présente les valeurs de la rugosité de surface moyenne pouvant être obtenues avec certains usinages par enlèvement de copeaux: La précision qui peut être obtenue lors de l'usinage par enlèvement de copeaux peut être extrêmement élevée, car la précision dimensionnelle est indépendante de la taille de la pièce à usiner. Le traitement est très flexible . Dans les machines-outils, la forme du produit final est prédéterminée; par conséquent, une gamme de produits différents les uns des autres peut être produite sur la même machine-outil, obtenant une gamme absolument arbitraire de formes et de caractéristiques géométriques. Le fait que la forme du produit soit créée par le parcours d'outil, plutôt que par la forme de l'outil lui-même, rend le processus d'usinage extrêmement flexible, agile et économique, à la fois pour le prototypage et pour les petits lots de production. En outre, les outils de coupe peuvent être fabriqués en série et dans des formes standardisées. Les coûts annuels encourus en 2014 pour l'achat de nouvelles machines-outils ont été estimés à environ 9,2 milliards de dollars pour les États-Unis et à environ 58 milliards de dollars dans le monde. Ces coûts auront tendance à augmenter au cours de la prochaine décennie pour un certain nombre de raisons, notamment: le manque de main-d'œuvre qualifiée, le besoin toujours croissant d'automatisation et de numérisation dans le secteur manufacturier (Industrie 4.0) , le besoin croissant de précision dans l'exécution des procédés et réglementations de plus en plus contraignantes pour la maîtrise de l'impact environnemental. Types d'usinage pour l'élimination des copeaux Les processus d'usinage qui peuvent être réalisés grâce à l'utilisation de machines d'enlèvement de copeaux peuvent être énumérés comme suit. Tournant. A l'aide d'un tour, il est possible de réaliser des composants cylindriques ou en tout cas symétriques axiaux. La figure ci-dessous montre un tour CNC fabriqué par DMG MORI Ennuyeuse. Processus de tournage à un ou plusieurs outils pour la production de composants à symétrie axiale interne. Un outil d'alésage multi-outils est illustré ci-dessous. Figure 2: Outil de tour à aléser multi-coupes ( source Walter AG ) Ennuyeuse. Procédé d'usinage qui permet d'augmenter le diamètre d'un trou et d'améliorer sa rondeur et sa finition de surface. Ci-dessous, une fraiseuse - aléseuse produite par Bragonzi. Fraisage. Processus d'élimination de matière à l'aide d'un outil rotatif doté de plusieurs arêtes de coupe. Processus d'élimination du matériau dans lequel la machine (machine à brocher) procède à l'élimination des copeaux à l'aide d'un outil de forme progressivement croissante (broche). Ci-dessous, une machine à brocher verticale hydraulique fabriquée par NARGESA. Taraudage ou filetage. Processus de réalisation de filetages internes ou externes, dans lesquels on utilise un outil pointu qui se déplace parallèlement à l'axe du composant en cours d'usinage, qui est également maintenu en rotation. Rectification. Procédé d'enlèvement de matière, réalisé par l'action d'un grand nombre de grains abrasifs maintenus ensemble par un liant sur le corps de l'outil (meule). Les puces obtenues sont de très petite taille. Ci-dessous, une rectifieuse de la série CVG produite par DMG MORI. Le ponçage. Procédé utilisant un outil d'expansion (tête de ponçage), utilisé pour la correction des distorsions axiales et radiales causées par l'usinage précédent. Une ponceuse verticale produite par ROBBI est illustrée ci-dessous. Chanfreinage. Processus d'élimination des arêtes dentelées, qui sont déterminées à la fin de l'usinage par déformation plastique. Ces arêtes dentelées dépassent les limites dimensionnelles du composant usiné. Exigences et problèmes Les machines-outils pour l'élimination des copeaux doivent répondre à des exigences génériques pour leur construction. Les machines-outils sont les premières affectées par les exigences du progrès technologique, prévues dans les différentes phases d'une production bien déterminée. Outre les besoins purement fonctionnels à satisfaire, la facilité d'utilisation de la machine doit être telle qu'elle permette son positionnement optimal dans un aménagement bien défini de l'installation. En outre, la machine elle-même doit être conçue de manière à permettre une évaluation appropriée des risques, à réaliser sur la base des exigences des normes et de la législation en vigueur en matière de sécurité au travail. Ces exigences déterminent, comme effet principal, l'apparition des problèmes suivants : Haut degré de précision géométrique et cinématique, si la machine est soumise à de fortes charges statiques, dynamiques et thermiques; préservation de la stabilité des paramètres de fonctionnement; automatisation; fiabilité. Impact environnemental. Les distorsions causées par la machine-outil, qui affectent également la précision de l'exécution de tout usinage ultérieur, sont directement influencées par les relations entre le contrôle statique, le contrôle dynamique et les facteurs de contrôle thermique, détaillés pour un type de machine spécifique. En outre, la précision requise pour le produit transformé, la qualité de la finition de surface, la capacité de production estimée et la productivité réelle qui en résulte dépendront de toutes les caractéristiques qui viennent d'être mentionnées. Sur la base de ces observations, le choix approprié de tous les accouplements cinématiques assume donc un rôle fondamental, notamment en ce qui concerne les applications pour lesquelles une vitesse d'exécution et une précision élevées sont essentielles. C'est le cas, par exemple, de l'obtention de niveaux élevés de finition de surface lors d'opérations de forage. L'impact économique de l'usinage par enlèvement de copeaux est, au vu des considérations précédentes, fortement conditionné par le degré d'automatisation des machines concernées. Ce facteur ne dépend pas uniquement du processus d'usinage lui-même, mais aussi des exigences de chargement et de déchargement des composants à usiner, des exigences d'outillage automatique de la machine et de la manière dont les copeaux sont collectés. Une autre classification de l'usinage par enlèvement de copeaux (d'une importance fondamentale pour le choix correct des accouplements cinématiques dans les phases de conception des machines-outils) est basée sur les méthodes de coupe mises en œuvre. Ils se distinguent comme suit: Processus d'usinage en une seule coupe Dans les processus d'usinage à coupe unique, l'outillage typique de la machine-outil est donné par un seul outil de coupe et une broche. C'est la solution de construction typique des tours, raboteuses, aléseuses et autres machines similaires. Les caractéristiques géométriques de l'outil d'une seule machine de coupe sont présentées ci-dessous. Processus d'usinage à coupe multiple Dans plusieurs processus de coupe, l'outil se compose d'une série de deux ou plusieurs pièces de coupe fixées à un seul corps. La plupart des outils multi-coupes sont conçus pour tourner autour de son propre axe de symétrie, tandis que le composant à usiner est déplacé dans un plan normal (fraisage) ou parallèle (perçage) par rapport à l'axe de rotation de l'outil. Bien que la géométrie de l'outil et les caractéristiques résultantes du composant usiné soient différentes de celles liées aux processus de coupe unique, les aspects de déformation plastique et de mécanique de la rupture liés à la formation de copeaux sont similaires. Dans les images suivantes, la différence des déplacements relatifs dans les processus de fraisage de face et en bout est indiquée. Processus d'usinage pour le meulage Les rectifieuses utilisent des meules abrasives qui tournent à grande vitesse, dans le but d'enlever une couche de matériau ou de créer une certaine finition de surface. La principale différence entre ce processus d'usinage et ceux à coupe simple et multiple réside à la fois dans la différence de taille des copeaux produits et dans le couple et l'énergie mécanique nécessaires pour réaliser le processus. En supposant une granulométrie presque uniforme du matériau abrasif, il est possible d'estimer une épaisseur moyenne de copeau variant dans la plage de 0,00025 à 0,025 mm. Une autre différence fondamentale, par rapport aux processus d'usinage précédents, réside dans les angles de dépouille de l'outil, positifs dans les processus de coupe simple et multiple, négatifs dans celui de meulage. Ce facteur entraîne un plus grand besoin de couple et d'énergie mécanique, pour éliminer la même quantité de matériau qui serait enlevée par un processus de coupe. Dans le meulage final, la profondeur de coupe maximale prévue sur une machine récemment développée est égale à 10 mm, tandis que dans le meulage de surface, la vitesse périphérique de la meule abrasive varie entre 10 et 25 m / s. Par conséquent, compte tenu des caractéristiques des procédés examinés, le choix approprié des joints et des accouplements qui répondent aux besoins de vitesse de rotation élevée des corps abrasifs, de limitation des couples d'entraînement et de leur actionnement presque impulsif, de l'amortissement des vibrations et de la compensation est fondamental. Désalignements entre les arbres.