Guide de l'Usinage

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Delagrave

Nous remercions les ingénieurs et cadres des entreprises et des marques suivantes qui nous ont mis notre disposition les nombreux documents qui illustrent cet ouvrage : A. Klink Gmbh

Gobel et Hotz

Air liquide

Grundin

Perfor

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Guhring

Pfauter

PCI Meudon

Andréa

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Editions techniques des industries de la fonderie

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Gildemeister-Devlieg Walter

P.W. Weidling et Sohn

Widia

Remerciement à M. Christian Patoz pour ses directives pédagogiques ainsi que M. Bernard Labur, Pierre Maga et Laurent Pelt pour leur précieuse collaboration.

DANGER

PHOTOCOPIliAGE TUE LE LIVRE

La loi du 11 mars 1957 n'autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l'article 41, d'une part, que les «copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective» et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d'exemple et d'illustration, «toute représentation ou reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayant cause, est illicite» (alinéa 1 er de l'article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivant du Code Pénal.

© DELAGRAVE Édition - 2000 ISBN 2-206-08222-5 DELAGRAVE Édition - 15, rue Soufflot - 75254 Paris cedex 05 E-mail : [email protected] Web : delagrave-edition.fr

SOMMAIRE

Le lecteur trouvera en début de chaque chapitre un sommaire détaillé.

Chapitre 1

Procédés d'alésage

Chapitre 2

Procédés d'assemblage

Chapitre 3

Procédés de brochage

Chapitre 4

Procédés de découpe

Chapitre 5

Procédés d'érosion

Chapitre 6

Procédés de filetage

Chapitre 7

Procédés de forgeage

Chapitre 8

Procédés de formage

Chapitre 9

Procédés de fraisage

Chapitre 10

Procédés de moulage

Chapitre 11

Procédés de perçage

Chapitre 12

Procédés de rectification

Chapitre 13

Procédés de superfinition

Chapitre 14

Procédés de taillage, rectification et superfinition des dentures

Chapitre 15

Procédés de tournage

Chapitre 16

Procédés d'ébavurage

AVANT-PROPOS Cet ouvrage de référence en productique-mécanique permettra à l'utilisateur qui doit appréhender une étude de conception ou de production de choisir un procédé optimum en fonction des contraintes économiques. En effet, la polyvalence technique, actuellement nécessaire aux techniciens de tous niveaux, implique d'avoir les bases de connaissances sur l'ensemble des procédés de fabrication qui sont nécessaires dans les activités de projet et de mise en œuvre de production. Ces bases de connaissances permettront de mieux communiquer au sein des équipes pluridisciplinaires. Ainsi, cet ouvrage véritable guide pratique, traite tous les procédés de la fabrication et permet de faire un choix des outils de transformation en expliquant les procédés, les règles et les paramétrages en fonction des matériaux et des machines utilisés et de donner une réponse immédiate à toute modification de conception et/ou de matériau. Sont abordés les procédés d'alésage, d'assemblage, de brochage, de découpe, d'érosion, de filetage, de forgeage, de formage, de fraisage, de moulage, de supeifmition, de perçage, de rectification, de taillage, de tournage et d'ébavurage. Cet ouvrage de «l'Art» de la production s'intègre dans la démarche productique, carrefour des procédés de fabrication avec leur mise en œuvre, les méthodes, et l'organisation de la production. C'est un outil de travail qui pourra accompagner pendant la formation ou dans sa vie professionnelle, celle ou celui qui œuvre dans ce champ d'activité.

4

1. Généralités 1.1 Opérations d'alésage 1.2 Mouvements générateurs 1.3 Précisions obtenues

9 9 9 9

2. Outils utilisés : Outils de forme et outils d'enveloppe 2.1 Outils de forme : Alésoirs, broches 2.2 Outils d'enveloppe 2.3 Choix d'utilisation des outils d'alésage

10 10 14 16

3. Alésage à l'outil de forme 3.1 Surépaisseur d'usinage 3.2 Évacuation des copeaux 3.3 Conditions de coupe des alésoirs 3.4 Alésage à l'alésoir monobloc

18 18 18 19 19

4. Alésage à la barre 4.1 Généralités 4.2 Barres d'alésage à outils réglables 4.3 Barres d'alésage multi-outils 4.4 Lames d'alésage sur barre 4.5 Têtes à aléser et surfacer 4.6 Conditions de coupe des barres d'alésage 4.7 Système automatique d'alésage de précision 4.8 Têtes d'alésage de forme

20 20 22 25 26 26 26 27 28

5

Alésage à la fraise

28

6.

Mise en œuvre 6.1 Puissance de coupe 6.2 Outillage porte-pièce(s) 6.3 Machines

29 29 29 30

7

1.

Généralités

Mouvements générateurs (À l ' e x c l u s i o n d u b r o c h a g e ) . Coupe : M o u v e m e n t de r o t a t i o n d o n n é g é n é r a l e m e n t à l ' o u t i l . Avance : M o u v e m e n t d o n n é à la pièce (fraiseuses, c e n t r e s d ' u s i n a g e ) o u à l ' o u t i l (aléseuses, t o u r s , c e n t r e s de t o u r n a g e , perceuses, rectifieuses).

Précisions obtenues Elles d é p e n d e n t des c o n d i t i o n s de m i s e en œ u v r e (suite des o p é r a t i o n s , m a t é r i a u x à usiner, m a c h i n e , l u b r i f i c a t i o n , r i g i d i t é o u t i l et pièce) (fig. 1.1). La t o l é r a n c e de f a b r i c a t i o n (m6) des a l é s o i r s est d é f i n i e p o u r l ' o b t e n t i o n d e s a l é s a g e s H7, d a n s d e s c o n d i t i o n s 0 maxi alésage n o r m a l e s d ' u t i l i s a t i o n (NF E- 74- 100) (fig. 1.2).

•a 'Q.

Qualités obtenues Outils utilisés en suite d'opérations

Foret + alésoir Foret + foret aléseur

Diamètre (H...)

Etat de surface (Ra)

Rectitude sur 100 mm (centièmes)

H7

0,8-1,6

20

H7

0,4 - 0,8

5

H7-H6

0,4 - 0,8

2

0 mini alésage

t = tolérance de fabricator

0 maxi alésoir 0 mini alésoir

0,15 t 0,35 t

+ alésoir Foret + grain + alésoir ou grain Brut (moulage, for-

0 mm de ... à

H7

0,4 - 0,8

10 H8

geage) + foret aléseur + alésoir Brut (moulage, for-

H7-H6

0,4 - 0,8

2

H7

geage) + foret aléseur + alésoir

FIGURE 1.1 Précisions usuelles obtenues en alésage.

H6

3

6

10

18

30

3

6

10

18

30

50

+ 11

+ 15

+ 18

+ 22

+ 28

+ 33 + 39

+ 6

+ 8

+ 10

+ 12

+ 16

+ 19 + 22

+ 8

+ 10

+ 12

+ 21 + 25

+5

+ 6

+ 15 + 8

+ 17

+ 4

+ 9

+ 12 + 14

+5 + 2

+ 6

+7

+ 9

+ 13 + 16

+ 3

+ 3

+5

+ 11 + 6

FIGURE 1.2 Tolérances de fabrication des alésoirs

(NFE74.100). Ecart en (im des alésoirs.

1. Procédés d'alésage

+ 7

50 80

+ 9

Précision diamétrale. O b t e n u e en c o t e - o u t i l ( o u t i l s d e f o r m e ) o u c o t e - f a b r i q u é e ( o u t i l s d ' e n v e l o p p e ) , en q u a l i t é u s u e l l e : 7 à l ' o u t i l de f o r m e (alésoîr, broche) et o u t i l - f r a i s e d ' e n v e l o p p e ; 6 avec o u t i l d ' e n v e l o p p e (grain sur barre et o u t i l à aléser).

Précision géométrique Circularité. De q u a l i t é usuelle : 6 avec alésage é b a u c h e p r é c é d a n t alésage f i n i t i o n à l'alésoir o u à la b r o c h e ; 7 avec f i n i t i o n à la fraise d e u x tailles. Rectitude. Elle est f o n c t i o n de : r i g i d i t é d u c o u p l e b r o c h e p o r t e - b r o c h e / o u t i l ; o b t e n t i o n d u t r o u d ' é b a u c h e et des o p é r a t i o n s d ' a l é s a g e . A v e c u t i l i s a t i o n d ' u n g r a i n d ' a l é s a g e (barre o u o u t i l à aléser) : c o r r e c t i o n d e d é f a u t de r e c t i t u d e avant opération d'alésage finition.

État de surface O b t e n t i o n u s u e l l e de : 0,8 à 0,4 Ra avec alésoirs, barres d ' a l é s a g e , o u t i l s à aléser, b r o c h e s ; 1,8 à 0,8 Ra avec fraises d e u x tailles ; 0,4 à 0,02 Ra avec m e u l e .

2.

Outils utilisés : outils de forme et outils d'enveloppe m m -

Outils de forme : Alésoirs, broches. Âiésoirs. Ils s o n t utilisés e s s e n t i e l l e m e n t en f i n i t i o n sur perceuses, fraiseuses, centres d'usinage, t o u r s , centres de t o u r n a g e , aléseuses, (fig. 1.3).

Caractéristiques O u t i l s de f o r m e , m o n o b l o c s avec q u e u e o u a l é s a g e de m a i n t i e n n o r m a l i s é s (NFE- 66001..., 74-100). Ils o n t de t r o i s à d o u z e d e n t s (arêtes de c o u p e ) s e l o n leurs u t i l i s a t i o n s f o n c tionnelles. Arêtes coupantes : Elles s o n t c o u r t e s , d ' a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e Kr= 60° (cas g é n é r a l ) . Le g u i d a g e o u t i l s ' e f f e c t u e par les listels (arêtes s e c o n d a i r e s ) q u i p r o l o n g e n t c h a q u e arête de c o u p e de l o n g u e u r a u m o i n s é g a l e à 0.5 d u d i a m è t r e n o r m a l (fig. 1.4). Les a l é s o i r s s o n t e n acier r a p i d e et à l a m e s brasées c a r b u r e ( m i c r o g r a i n s K15 r e v ê t u TIN).

FIGURE 1.3 Alésoirs Monoblocs. Doc. Magafor

10

Guide de l'usinage

FIGURE 1.4

Arête de coupe principale des alésoirs.

Utilisation Elle est s p é c i f i q u e à la c o n c e p t i o n de c h a q u e t y p e d ' a l é s o i r ( f o r e t s - a l é s e u r s , a l é s o i r s d ' é b a u c h e , alésoirs d e c h a u d r o n n e r i e , a l é s o i r s - m a c h i n e , alésoirs c o n i q u e s ) . Ils s o n t utilisés p o u r le c a l i b r a g e des t r o u s en d i m e n s i o n et en f o r m e ( c y l i n d r i c i t é et rectitude) par un f a i b l e e n l è v e m e n t d e m a t i è r e . Les f o r e t s a l é s e u r s et a l é s o i r s é b a u c h e u r s s o n t utilisés p o u r c a l i b r e r g é o m é t r i q u e m e n t des t r o u s , en f o r m e et p o s i t i o n . Alésoirs de trois à quatre dents. Ils s o n t utilisés p o u r l'alésage de t r o u s b r u t d e f o n d e r i e o u de f o r g e : c a l i b r a g e p a r t i c u l i è r e m e n t en c y l i n d r i c i t é avec les listels h é l i c o ï d a u x . Alésoirs ayant plus de quatre dents. Ils s o n t utilisés p o u r l'alésage de t r o u s percés : c a l i b r a g e de p r é c i s i o n , avec les listels d r o i t s (parallèles à l'axe d u c o r p s d ' o u t i l ) . Forets-aléseurs. Ils o n t 3 o u 4 arêtes de c o u p e à d e n t u r e hélicoïdale, hélice à d r o i t e (22°). G é n é r a l e m e n t leurs d i a m è t r e s v a r i e n t de 3 à 60 m m avec q u e u e c o n i q u e o u c y l i n d r i q u e s e l o n les d i m e n s i o n s . Ils s o n t u t i l i s é s en p r é - a l é s a g e de t r o u s b r u t s de f o n d e r i e et de f o r g e p o u r c o r r i g e r des d é f a u t s géométriques (circularité, NF E 66-072 » L f E Z I d é s a x a g e , rectitude,...) (fig. 1.5). Queue cylindrique | S 0 235.11 É v e n t u e l l e m e n t ils s o n t u t i l i s é s Denture hélicoïdale à droite 22° en f i n i t i o n ( q u a l i t é 8). Coupe à droite Acier Super Rapide : HSS Alésoirs d'ébauche. Ils o n t 4 arêtes de c o u p e , à denFIGURE 1.5 Foret aléseur trois lèvres. Doc. Leclerc t u r e hélicoïdale, hélice à droite. Leurs d i a m è t r e s v a r i e n t g é n é r a l e m e n t de 20 à 60 m m , avec alésage de m a i n t i e n (fig. 1.6). Ils s o n t u t i l i s é s en a l é s a g e de d e m i - f i n i t i o n p o u r c o r r i g e r des défauts géométriques. Alésoirs de chaudronnerie. Alésage conique 1/30Ils o n t 5 arêtes c o u p a n t e s à denDenture hélicoïdale à droite 15° t u r e h é l i c o ï d a l e , hélice à d r o i t e Coupe à droite Acier Super Rapide : HSS avec une l o n g u e entrée c o n i q u e FIGURE 1.6 Alésoir «creux» d'ébauche, quatre lèvres. Doc. Leclerc (10 % sur 30 à 90 m m s u i v a n t les diamètres). Leurs diamètres


11

v a r i e n t de 6 à 40 m m avec q u e u e c o n i q u e (fig. 1.7). Ils s o n t utilisés en alésage de t r o u s de t ô l e r i e p o u r o b t e n i r la c y l i n d r i c i t é . Alésoirs-machine. Alésoirs-machine à denture droite. Ils o n t d e 4 à 8 a r ê t e s d e c o u p e à d e n t u r e d r o i t e avec q u e u e c y l i n d r i q u e p o u r les d i a m è t r e s 1 à 20 m m et q u e u e c o n i q u e p o u r les diam è t r e s 6 à 50 m m (fig. 1.8). Ils s o n t utilisés en alésage de f i n i t i o n de t r o u s percés o u pré-alésés. Alésoirs à denture hélicoïdales. Ils o n t de 3 à 12 arêtes de coupe à denture hélicoïdale à g a u c h e (8°, 10°, 15°, 45°), en acier r a p i d e o u en c a r b u r e ( l a m e s brasées). Leurs d i a m è t r e s v a r i e n t de 1 à 50 m m , en p l u s i e u r s séries, soit : Série d'alésoirs en palier de d i a m è t r e de 0.01 à 20 m m . Ils s o n t à q u e u e c y l i n d r i q u e o u c o n i q u e (fig. 1.9 et 1.10).

Denture hélicoïdale à gauche 20° Coupe à droite

Acier Super Rapide : HSS

Série longue Queue cône morse a—f NF E 66-016 ISO 2238 FIGURE 1.7 Alésoir de chaudronnerie cinq lèvres.

Doc. Leclerc

Queue cylindrique

Denture à taille croisée : 2" Coupe à droite

Acier Super Rapide : HSS-E 5 % de cobalt

°EE

Denture droite Coupe à droite

Acier Super Rapide : HSS-E S % de cobalt

FIGURE 1.8 Alésoirs «machines».

Doc. Leclerc

Queue cône morse

NF E 66-015 ISO 521 Denture hélicoïdale à gauche 10° Coupe à droite FIGURE 1.9 Alésoir «machine» par 0,01.

Queue cône morse NF E 66-015 ISO 521 DIN 208 C

Doc. Leclerc

Tf

Denture hélicoïdale à gauche 45° Coupe à droite FIGURE 1.10 Alésoir «machine».

12

Acier Super Rapide : K HSS-E 909 8 % de cobalt

Acier Super Rapide : HSS-E 5 % de cobalt Doc. Leclerc

Guide de l'usinage

Série denture longue : l e u r s d i a m è t r e s v a r i e n t de 6 m m ( l o n g u e u r utile de 47 m m ) , à 50 m m ( l o n g u e u r u t i l e de 174 m m ) . Ils s o n t à q u e u e c o n i q u e (fig. 1.11). Série d'alésoir extralongs. Ils s o n t : à q u e u e c y l i n d r i q u e d u d i a m è t r e 3 m m avec u n e l o n g u e u r u t i l e de 90 m m , au d i a m è t r e 12 m m avec u n e l o n g u e u r utile de 210 m m . (fig. 1 . 1 2 ) ; à q u e u e c o n i q u e , d u d i a m è t r e 13 m m avec une l o n g u e u r utile de 245 m m , au d i a m è t r e 50 m m avec u n e l o n g u e u r utile de 415 m m . Alésoirs expansibles Ils s o n t à d e n t u r e d r o i t e et à q u e u e c o n i q u e , des d i a m è t r e s 6 à 32 m m . Ils s o n t utilisés p o u r aléser à un d i a m è t r e s u p é r i e u r au diam è t r e n o m i n a l ( = 1%). (fig. 1.13). Alésoirs «creux» Ils s o n t avec alésage de m a i n t i e n , de d i a m è t r e s 20 à 60 m m , à d e n t u r e d r o i t e en taille c r o i s é e (2 %) o u hélicoïdale à g a u c h e (45°) (fig. 1.14). Alésoirs coniques. Ils s o n t de c o n i c i t é s c o r r e s pondantes aux différentes u t i l i s a t i o n s , avec q u e u e cylind r i q u e o u c o n i q u e , soit : Alésoir pour dépouille des outillages ( m o u l e s et m a trices) de c o n i c i t é 1 %. Ils s o n t à denture hélicoïdale (15°) à gauche avec 4 dents, de diamètres 1.25 à 6 m m . (fig. 1.15).

NF E 66-018 ISO 236/2 Denture hélicoïdale à gauche 15° Coupe à droite


FIGURE 1.11 Alésoir denture longue.

1

.J—

Queue cylindrique

••

Doc. Leclerc

•

• t 0 Acier Super Rapide : K HSS-E 909 8 % de cobalt

Denture hélicoïdale à gauche 15° Coupe à droite FIGURE 1.12 Alésoir extra-long.

Queue cône morse NF E 66-015 ISO 521 DIN 208 Denture droite Coupe à droite

Doc. Leclerc

EE Acier Super Rapide : HSS

FIGURE 1.13 Alésoir expansible.

Plaquettes CARBURE MICROGRA1N K15 Denture droite D,N 8 Coupe à droite °54

Doc. Leclerc

ISO 2402 NF E 66-001 DiN 219 Denture à taille croisée 2" Coupe à droite

Alésage conique 1/30Denture hélicoïdale à gauche 45 Coupe à droite

FIGURE 1.14 Alésoirs «creux» de finition.

'

J

Doc. Leclerc

,.

Pour dépouille des moules. Queue cylindrique Denture hélicoïdale à gauche 15" Coupe à droite : 4 dents FIGURE 1.15 Alésoir conique d'outillage.


a

Queue cône morse

~

D

D!

1

l Acier Super Rapide : HSS Doc. Leclerc

13

Alésoirs pour buses d'injection, de c o n i c i t é 5 % o u 10 %. Ils s o n t à d e n t u r e h é l i c o ï d a l e (45°) à g a u c h e avec 2 d e n t s , d i a m è t r e s 6 à 20 m m (fig. 1.16).

Alésoir pour goupilles, de c o n i c i t é 2 %. Ils s o n t à d e n ture hélicoïdale à gauche (30°), de d i a m è t r e s 5 à 30 m m , avec q u e u e c o n i q u e , (fig. 1.17). Alésoirs pour cônes «Morse» de C M 0 à 5. Ils s o n t à d e n t u r e h é l i c o ï d a l e (60°) à g a u c h e , avec q u e u e c o n i q u e (fig. 1.18).

Broches. Elles s o n t u t i l i s é e s s u r b r o c h e u s e s , p o u r t r a v a u x de g r a n d e série, e n é b a u c h e et f i n i t i o n avec le m ê m e o u t i l d a n s le c y c l e ( s u c c e s s i o n de d e n t s d ' é b a u c h e et de f i n i tion). (Voir c h a p i t r e « p r o c é d é de brochage»).


Denture hélicoïdale à gauche 45° Coupe à droite : 2 dents

Doc. Leclerc

FIGURE 1.16 Alésoir conique pour moules d'injection.

¡

mmJl

a

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1 0»

02 «; a l i t e r NF E 66-011 ISO 3465 Denture hélicoïdale à gauche 30° Coupe à droite FIGURE 1.17 Alésoir conique pour goupilles.

J

L

Acier Super Rapide : HSS Doc. Leclerc

NF E 66-017 ISO 2250 DIN 204 Denture hélicoïdale à gauche 5° Coupe à droite FIGURE 1.18 Alésoir conique pour cône morse.

Acier Super Rapide : HSS Doc. Leclerc

Outils d'enveloppe. Ce s o n t les b a r r e s d ' a l é s a g e , o u t i l s à aléser, fraises c y l i n d r i q u e s d e u x tailles, têtes à aléser.

Barres d'alésage. De c o n c e p t i o n m o n o b l o c o u m o d u l a i r e c o u r t e , r a l l o n g é e , a n t i v i b r a t o i r e . Elles s u p p o r t e n t le o u les o u t i l s de c o u p e m o n t é s g é n é r a l e m e n t en b o u t de barre, p o u r t r a v a i l « en l'air » (fig. 1.19, 1.20, 1.21). Les o u t i l s s o n t à p l a q u e t t e s i n d e x é e s , à cartouche porte-plaquette, à lames. Le r é g l a g e d i a m é t r a l s ' e f f e c t u e par e x c e n t r a t i o n m i c r o m é t r i q u e de l ' o u t i l .

14

FIGURE 1.19 Barre d'alésage d'ébauche «Balance-cut». Doc. Nikken

Guide de l'usinage

(La photo montre une vue en coupe d'outil à âme carbure.) FIGURE 1.20

Barre d'alésage à réglage micrométrique, avec outil à âme carbure interchangeable. Doc. Nikken

FIGURE 1.21

Barre d'alésage pour grands diamètres (avec vis de réglage de précision). Doc. Nikken

Utilisation. Sur aléseuses, f r a i s e u s e s , c e n t r e s d ' u s i n a g e , t o u r s , c e n t r e s de t o u r n a g e , avec des p l a g e s de d i a m è t r e s p o u r c h a q u e barre d ' a l é s a g e , en é b a u c h e et en f i n i t i o n .

Ils s o n t utilisés sur t o u r s et c e n t r e s de t o u r n a g e , en é b a u c h e et f i n i t i o n de t o u s d i a m è t r e s (voir c h a p i t r e « p r o c é d é de t o u r n a g e » ) .

Fraises cylindriques «deux tailles». Elles s o n t utilisées sur m a c h i n e s à c o m m a n d e n u m é r i q u e e s s e n t i e l l e m e n t (fraiseuses, c e n t r e s d ' u s i n a g e , c e n t r e s d e t o u r n a g e , aléseuses) en é b a u c h e et f i n i t i o n de t o u s d i a m è t r e s et d e long u e u r l i m i t é e à celle des arêtes de c o u p e .


15

IHIMllBIlllM

Elles s o n t utilisées sur aléseuses, f r a i s e u s e s , c e n t r e s d ' u s i n a g e , en é b a u c h e et f i n i t i o n d'alésages de f a i b l e p r o f o n d e u r et de g r a n d s d i a m è t r e s ( = 800 m m m a x i ) , ainsi q u e des s u r f a ç a g e s concentriques.

Meules.

'jnFMHMM

Elles s o n t utilisées sur rectifieuses, p o u r des t r a v a u x de g r a n d e p r é c i s i o n ( d i m e n s i o n n e l l e et état de surface) d ' a l é s a g e s de petites à m o y e n n e s d i m e n s i o n s sur pièces c y l i n d r i q u e s . (Voir c h a p i t r e « p r o c é d é s de rectification»).

Choix d'utilisation des outils d'alésage Alésoirs (outils de forme).

-

iflHBHi

O u t i l s m o n o b l o c s m u l t i - a r ê t e s de c o u p e utilisés p o u r alésage en f i n i t i o n de t r o u s préalablem e n t é b a u c h é s ( d i a m è t r e s 3 à 60 m m ) , g é n é r a l e m e n t . Les f o r e t s - a l é s e u r s s o n t à utiliser en alésage d ' é b a u c h e .

Barres d'alésage (outils d'enveloppe). À p l a q u e t t e de c o u p e f i x é e d a n s u n e c a r t o u c h e installée sur la barre s u p p o r t , (fig. 1.21). Capacités d i a m é t r a l e s : J u s q u ' a u d i a m è t r e 500 m m , et au delà avec un a p p a r e i l l a g e . À l a m e d ' a l é s a g e : elles p e u v e n t é q u i p e r des barres p o u r e f f e c t u e r des alésages s p é c i f i q u e s (pièce unitaire,...). Barres d'alésage courtes : elles t r a v a i l l e n t «en l'air». À utiliser sur f r a i s e u s e s à CN, centres d ' u s i n a g e et aléseuses p o u r l'alésage des pièces m é c a n i q u e s en g é n é r a l ; c o n c e p t i o n en long u e u r m o d u l a i r e (fig. 1.22). O p p o s i t i o n a u x e f f o r t s de f l e x i o n d u r a n t la c o u p e : c h o i s i r un d i a m è t r e m a x i m u m de barre.

FIGURE 1.22 Barre d'alésage modulaire (à queue cylindrique).

Doc. Nikken

Barre rallongée. C h o i s i r une barre a n t i v i b r a t i l e q u i a b s o r b e les v i b r a t i o n s d u e s à la c o u p e . D e u x o u t i l s m o n t é s en o p p o s i t i o n s u r u n e barre d ' a l é s a g e assure l ' é q u i l i b r a g e des e f f o r t s de c o u p e (alésage d ' é b a u c h e ) (fig. 1.23). Barres d'alésage longues. À s o u t e n i r à leur e x t r é m i t é par une l u n e t t e f i x e : u s i n a g e d e l o n g s alésages et d ' a l é s a g e s en l i g n e (fig. 1.24).

16

Guide de l'usinage

FIGURE 1.23 Exemple d'alésage à la barre «Balance-cut» à 2 plaquettes carbure Doc. Nikken

<

FIGURE 1.24 Schéma d'usinage de 2 alésage avec barre d'alésage longue.

• Vitesse de coupe • Avance • Matière usinée

150nVmir\ 0.4 à 0,6 mm 6 à 10 mm (au ciamèire) • Diamètre d'alésage 60 mm • Matériau SNCM420

Î I M j l v

n

r

J -

M

— — — M

Fraises deux tailles (outils d'enveloppe). Elles s o n t u t i l i s é e s en cycle de c o n t o u r n a g e (avec une c o m m a n d e n u m é r i q u e ) : u s i n a g e de t o u s d i a m è t r e s d a n s les l i m i t e s de la m a c h i n e utilisée (fig. 1.25). La c y l i n d r i c i t é de la f r a i s e est i m p é r a t i v e p o u r o b t e n i r la c y l i n d r i c i t é de l'alésage.


Trajectoire de la fraise : 1 -» 2 - accostage t a n g e n t i e l 2 -» 3 - alésage c o n t o u r n a g e 3 -» 4 - d é g a g e m e n t tangentiel

FIGURE 1.25 Cycle d'alésage-contournage à la fraise cylindrique 2 tailles.

17

3.

Alésage à l'outil de forme Surépaisseur d'usinage

Elles ne s e r o n t pas i n f é r i e u r e s a u x r e c o m m a n d a t i o n s des f a b r i c a n t s : Pas de f r o t t e m e n t s des arêtes de c o u p e sur la surface à aléser, ce q u i p r o v o q u e r a i t une a b r a s i o n et l ' u s u r e accélérée des arêtes avec a l t é r a t i o n de l'état de surface d u t r o u .

Mécanique de précision courante S u r é p a i s s e u r d e 0.05 à 0,60 m m p o u r les d i a m è t r e s de 5 à 60 m m , en q u a l i t é H7 (fig. 1.26).

Ébauche au foret-aléseur et à l'alésoir d'ébauche. S u r é p a i s s e u r de 0.50 à 6 m m p o u r les diam è t r e s de 5 à 60 m m , e n c o r r e c t i o n de t r o u s b r u t s de f o r g e a g e et m o u l a g e .

Su répaisseurs éb auche (mm) i i

Surép ais>seurs finitio n ( mm) i k

6

0,60

5

0,50

4

0,40

3

0,30

2

0,20

1

0,10 0,05

0,5

FIGURE 1.26 5

Surépaisseurs d'alésage recommandées selon les diamètres à obtenir

10

20

30

40

50

60

0 alésages (mm)

Évacuation des copeaux L'angle d ' h é l i c e des listels (arêtes secondaires) d i r i g e n t s e n s i b l e m e n t les c o p e a u x (fig. 1.27). Angle d'hélice positif : p o u r l'alésage des t r o u s b o r g n e s , les c o p e a u x se d é g a g e a n t vers l'ent r é e de l'alésage. Angle d'hélice négatif : p o u r l'alésage des t r o u s d é b o u c h a n t s , les c o p e a u x se d é g a g e a n t vers le f o n d de l'alésage.

J

d

t a

Angle d'hélice

Angle d'helice nul

Angle d'hélice positif

Angle d'hélice négatif

Le copeau part indifféremment

Le copeau remonte

Le copeau est théoriquement chassé vers l'avant.

vers l'avant ou l'arrière.

dans les goujures.

alterné

FIGURE 1.27 Sens d'évacuation des copeaux selon le type d'alésoir. Doc. Leclerc

18

Guide de l'usinage

3.3

Conditions de coupe des alésoirs Vitesses de coupe.

Elles s o n t r e l a t i v e m e n t basses en alésage avec alésoirs m o n o b l o c s p o u r ne pas d é t r u i r e prém a t u r é m e n t les arêtes s e c o n d a i r e s . O u t i l s en acier r a p i d e et en c a r b u r e de 4 à 45 m / m m s e l o n les m a t é r i a u x usinés, (fig. 1.28 et 1.29).

V I K M M da coupa *

.

. Avances en mm par tour suivant diamèw*

*, * "

»Aim

Jusqu'à a 8

. 0 1 0 4 20

Lubrifiants

O 25 à 40

O 50 SI plus

5 0 dôN / mm 3

10 4 1 5

0.1 4 0,12

0,15 4 0.25

0.25 4 0,35

0.35 4 0.4

Huile solubte - Huile de cotza

Aciers de

50 4 70 doN / mm"

8 4 10

0.1 4 0,12

0.15 4 0.25

0,25 4 0,35

0,35 4 0,4

Huile soluble - H u i e de cotza

Aciers de

70 4 90 d a N / m m 1

6 à8

0.1 4 0,12

0.15 4 0,25

0,25 4 0,35

0,35 4 0.4

Huile soluble - Huile de cotza

Aciers de plus de 90 daN / mm a

446

0.08 4 0.1

0,1 4 0,2

0,2 4 0.3

0,3 4 0,4

Fonte malléable « 160 HB

8 à 12

0,15 4

03

0.2 4 0.3

0,3 4 0.4

0,35 4 0,45

A sec

Aciers jusqu'à

Huile soluble • Huie de cotza

446

0,12 4 0.15

0.15 4 0.25

0.25 4 0.35

0,340.4

A sec

Laitons

15 4 20

0,15 4 0,25

0.3 4 0,4

0,4 4 0.5

0,5 4 0.6

Huile de colza - A sec

Bronze

6412

0,1 4 0,2

0.2 4 0,3

0,3 4 0,45

0.5 4 0,6


Cuivre

10 4 1 8

0,12 4 0,18

0,15 4 0,25

0,3 4 0.4

0,35 4 0,45

Huile de cotza - A sec - Huile sotubto

Alliages légers

30 4 45

0,12 4 0,18

0.2 4 0.25

0,340,4

0,4 4 0,5

Pétrole - Térébenthine - HuHe soluble

6410

0,15 4 0,3

0,3 4 0,4

0,4 4 0,6

0,5 4 0,6

A sec

Matières plastiques dures

446

0,15 4 0,25

0.25 4 0,35

0.3 4 0,45

0,4 4 0,5

A sec - Air comprimé

Aciers inoxydables

446

0,05 4 0,08

0.1 4 0.18

0.15 4 0,25

0,25 4 0.3

Huile soluble - Huile de cotza

Fonte dure

> 200 HB

Matières plastiques tendres

.

FIGURE 1.28 Conditions de coupe des alésoirs en ARS.

Doc. Leclerc

vitesses de coupe m/mn

jusqu'à 0 8

70 daN/mm-

10 à 15

0.15 4 0.18

0,2

70 4 100 daN/mm 1

8 è 12

0.15 4 0.18

0.2

6 à 10

Fonte malléable < 160 HB

8412

Fonte grise

< 200 HB

Fonte grise

> 200 H B

Aciers jusqu'à Aciers de

Aciers de 100 4 140 daN/mm

J

Lubrifiants

B 25 4 4 0

a 50 et plu»

4 0,3

0,3 4 0.4

0.4 4 0.5

Huile soluble - Huile de colza

4 0,3

0.3 4 0.4

0.4 4 0.5


0.1240,15

0,15 4 0,2

0.2 4 0.3

0.3 4 0.4


0.15 4 0.18

0,2

4 0.3

0.3 4 0,4

0.4 4 0.5

A sec

8 à 15

0.2

0.3

4 0,4

0.4 4 0,5

0.5 4 0.6

A sec

6 è 12

0.15 4 0,18

0.2

4 0,3

0.3 4 0.4

0.4 4 0.5

A sec

4 0,3

0 1 0 4 20

Laitons

15 6 30

0.2

4 0,25

0.25 4 0,35

0.4 4 0.5

0.5 4 0.6


Bronze

15 è 30

0.2

4 0.25

0,26 4 0,35

0.4 4 0.5

0.5 4 0,6


Cuivre

20 4 4 0

0,25 4 0,3

0,36 4 0.5

0.5 4 0.6

0.6 4 0.7

Huile da colza - A sec - Huile solubt

Alliages légers

15 S 40

0.2

0.3

4 0.4

0.4 4 0.5

0.5 4 0,6

Pétrole - Térébenthine - Huile soluble

Matières plastiques

15 è 30

0,25 4 0,3

0,35 4 0.5

0,5 4 0.6

0.6 à 0.7

A sec

4 0.25

FIGURE 1.29 Conditions de coupe des alésoirs en carbure.

Doc. Leclerc

Vitesses d'avance. Elles s o n t r e l a t i v e m e n t g r a n d e s , é v i t a n t la c o u p e en d e s s o u s d u c o p e a u m i n i m u m . Selon le m a t é r i a u à usiner, et le d i a m è t r e de l'alésoir, l ' a v a n c e v a r i e de 0.05 à 0,70 m m / t o u r , (fig. 1.28 et 1.29). Pour les alésoirs r e c o u v e r t s TIN, d o u b l e r les vitesses de c o u p e et d ' a v a n c e .

[Alésage à l'alésoir monobloc Les a l é s o i r s m o n o b l o c s , en acier r a p i d e et e n c a r b u r e , c o n v i e n n e n t p o u r l ' a l é s a g e de l'ens e m b l e des m a t é r i a u x .

2. Procédés d'assemblage

19

Carbure revêtu TIN. O u t r e les vitesses de c o u p e et d ' a v a n c e d o u b l é e s , o n o b t i e n t : D i m i n u t i o n de l ' u s u r e des arêtes de c o u p e et des listels (résistance à l ' a b r a s i o n ) . D i m i n u t i o n d u c o l l a g e de c o p e a u x : o b t e n t i o n d ' u n e x c e l l e n t état de surface. Utilisation : en p a r t i c u l i e r p o u r l ' a l é s a g e de m a t é r i a u x à r i s q u e de g r i p p a g e (acier i n o x y dables,...).

Dégagement d'outil Remontée du f o n d de l'alésage, en avance t r a v a i l et sans i n v e r s i o n de la r o t a t i o n p o u r ne pas d é t é r i o r e r les listels (fig. 1.30).

/

TP I O

FIGURE 1.30

Schéma de cycle fixe d'alésage à l'alésoir pour MOCN.

4.

Alésage à la barre Généralités

U t i l i s a t i o n en é b a u c h e et f i n i t i o n d'alésage b r u t ( m o u l a g e , f o r g e a g e ) o u percés. Les a n g l e s d ' u t i l i s a t i o n de l ' o u t i l d'alésage sur b a r r e Kr et X s (fig. 1.31) i n f l u e n t f o r t e m e n t sur l ' u s i n a g e .

FIGURE 1.31

Angles de l'utilisateur des outils d'alésage.

Angle de direction d'arête Kr A n g l e s l i m i t e s de 75° à 95° avec le c h o i x p r é f é r e n t i e l de 90° p o u r a n n u l e r l ' e f f o r t de f l e x i o n s o u s la f o r c e radiale : L'outil, t r a v a i l l a n t g é n é r a l e m e n t en b o u t , est s e n s i b l e aux v i b r a t i o n s . ••HHBRHHBHBI

Angle d'inclinaison d'arête X s négatif.

«••••••

Cet a n g l e n é g a t i f p e r m e t l ' a t t a q u e p r o g r e s s i v e de l'arête de c o u p e p r o t é g e a n t le bec (r e ). À utiliser en p a r t i c u l i e r en c o u p e d i s c o n t i n u e .

20

Guide de l'usinage

Pour o b t e n i r une e x c e l l e n t e q u a l i t é (alésage de f i n i t i o n ) c h o i s i r : un r a y o n de bec r e le plus petit p o s s i b l e ( = 0,2 m m ) ; u n angle de c o u p e à 8° p o s i t i f ; u n m a t é r i a u c a r b u r e o u acier rapide (de p r é f é r e n c e au c a r b u r e revêtu d o n t l'arête est m o i n s vive).

»[^•.••HMM^

Cylindricité des alésages

C h o i s i r : le p l u s g r a n d d i a m è t r e de barre a d m i s s i b l e ; un porte-à-faux le p l u s r é d u i t p o s s i b l e a v e c m a i n t i e n d e la b a r r e e f f i c a c e et r i g i d e (fig. 1.32). FIGURE 1.32

Longueur utile des barres d'alésage.

m \

n ^

i

L = 3à 4 d WA

L=4à7d W

Barre standard

Barre antivibratoire

profondeur de coupe maxi s

Porte-à-faux maximum On a d m e t p o u r les cas g é n é r a u x d ' u t i l i s a t i o n et s e l o n le t y p e de barre, une l o n g u e u r en p o r t e à f a u x de : 3 à 4 f o i s le d i a m è t r e des b a r r e s simples; 4 à 7 f o i s le d i a m è t r e des barres antiv i b r a t o i r e s (et n o n inférieur au m i n i m u m p r o p o s é par le c o n s t r u c t e u r ) . 7 à 10 f o i s le d i a m è t r e des barres antivibratoires, version longue.

s conditions stables

a coupe n

întation

outil TTS: plage de performances optimales il standard U D « 4

6

7

10

8

11

12

Ratio outil LA)

Stabilité de l'outil après réglage (système TTS) Doc Kennametal Hertel

Lubrification En p r o d u c t i o n de série, elle s ' e f f e c t u e s o u s - p r e s s i o n par le c e n t r e de la b a r r e (à p r o x i m i t é de l ' a r ê t e de c o u p e ) , p e r m e t t a n t u n e a m é l i o r a t i o n de l ' é t a t d e s u r f a c e par : la r é f r i g é r a t i o n de l ' a r ê t e d e c o u p e et l ' é v a c u a t i o n d e s c o p e a u x d u f o n d de t r o u (les r a y u r e s p r o v o q u é e s par c o p e a u x s o n t é v i t é e s ) , (fig. 1.33, f i g . 1.28, f i g . 1.29). FIGURE 1.33 Schéma de barre d'alésage avec lubrification par son centre.

Cycle d'alésage À utiliser en alésage avec barre é q u i p é e d ' u n seul o u t i l . L'outil ne d e v a n t pas rayer l'alésage au retour, ce cycle (de CN) p r o v o q u e : r o t a t i o n b r o c h e et a v a n c e t r a v a i l ; a r r ê t i n d e x é b r o c h e et d é g a g e m e n t de l ' o u t i l (qq m m . de l ' a l é s a g e ) ; r e t o u r r a p i d e de la barre. Nota. La barre est placée d a n s la b r o c h e , avec l ' o u t i l g r a i n en Y p o s i t i f .

WÊÊÊÊÊÊÊÊBÊÊÊÊamÊÊBm Alésages très longs ou en ligne

^ • • • • • • • • H

Ils s o n t réalisés avec d e s b a r r e s d ' a l é s a g e s o u t e n u e s à leur e x t r é m i t é par u n e l u n e t t e f i x e ( o p p o s i t i o n à la f l e x i o n ) (fig. 1.24).


21

warn

Outils associés sur barre.

D e u x o u t i l s t r a v a i l l a n t en o p p o s i t i o n (avec Kr= 90°), é l i m i n e n t les e f f o r t s r a d i a u x q u i p r o v o q u e r a i e n t u n e f l e x i o n de b a r r e (fig. 1.23).

^ ^ J ^ B a r r e s d'alésage à outils réglables Utiliser des c a r t o u c h e s p o r t e - o u t i l à r é g l a g e m i c r o m é t r i q u e : a s s u r e n t p r é c i s i o n et f l e x i b i l i t é d i a m é t r a l e des alésages.

Cartouche micrométrique. SYSTEME DE A ECROU

PRE-CHARGEMENT

DOUBLE

Flessoti ... ¡-.¡i ••••

ondulé spécial

D ' u n e f l e x i b i l i t é d i a m é t r a l e de 2.5 à 10 m m p o u r diam è t r e s de 26 à 90 m m . Elle s u p p o r t e la p l a q u e t t e de c o u p e (carbure, r e v ê t u e , cermet). Sa p o s i t i o n d a n s s o n l o g e m e n t en b o u t de b a r r e est perp e n d i c u l a i r e , p a r a l l è l e o u i n c l i n é e s u r l ' a x e (fig. 1.34 et 1.35). La p o s i t i o n i n c l i n é e i n v e r s e p e r m e t de d r e s s e r la face a r r i è r e d ' u n a l é s a g e , s u r M O C N , en c y c l e a u t o m a t i q u e (fig. 1.36 et 1.37).

FIGURE 1.34 Cartouche à réglage micrométrique. Doc. Nikken

Distanzring'Wasíwf

Scftnecke/Wofm

GÄ-MICROBOBE Eínheifífrí,/ SKalenkonus/Graduated dial

FIGURE 1 . 3 5

Cartouche à réglage micrométrique. Doc. Gildemeister-Devlieg VeistBlIscmûssel

SchneckentadWorm wheel

Adlustmenl moneti

AnzugsschrauUc'lodf/ng screw

FedersciwibeniSp«/)0s FIGURE 1.36 Appareil à lamer en tirant. Doc. Nikken

22

Guide de l'usinage

FIGURE 1.37 Cycle d'utilisation de l'outil à lamer en tirant. Doc. Nikken FIGURE 1.38

Schéma de cartouches micrométriques groupées sur une barre d'alésage.

à plusieurs cartouches Utilisées p o u r l ' o b t e n t i o n s i m u l t a n é e de plus i e u r s a l é s a g e s , e n t r a v a u x de s é r i e (fig. 1.38). Barres à 3 o u t i l s en é b a u c h e et en f i n i t i o n de m o y e n n e à g r a n d e capacité : a m é l i o r e prod u c t i v i t é et s t a b i l i t é de la barre (fig. 1.39).

FIGURE 1.39

Tête d'alésage tribore Doc. Gildemeister-Devlieg

Modules porte-plaquette en bout de barre Plusieurs cartouches peuvent équiper une barre (courte, longue, a n t i v i b r a t o i r e ) s e l o n les o u t i l s à u t i l i s e r (fig. 1.40) : m i s e e n œ u v r e r a p i d e et r é d u c t i o n de l'outillage.

FIGURE 1.40

Outil d'alésage de finition «Novex» pour petit diamètres. Doc Walter

1. Procédés d'alésage 20

Modules porte-plaquette de précision. À réglage m i c r o m é t r i q u e (sans m o d i f i c a t i o n de cote de l o n g u e u r ) : Précision de réglage inférieur à 0,01 m m . Avec l u b r i f i c a t i o n par le c o r p s d ' o u t i l . C h a n g e m e n t rapide d ' o u t i l s préréglés p o u r d i a m è t r e de 10 à 500 m m , l o n g u e u r 80 à 200 m m , avec des plages de d i a m è t r e s : 10 à 28 m m , l o n g u e u r 30 m m (outil à aléser) (fig. 1.41); 26.5 à 165 m m (réglage d i a m é t r a l de 6.4 à 44 m m ) ; 150 à 500 m m (réglage d i a m é t r a l de 30 à 55 m m ) (fig. 1.42).

Barres d'alésage à deux modules porte-plaquette réglables diamétralement. A l é s a g e é b a u c h e des d i a m è t r e s de 25 à 580 m m , l o n g u e u r s m o d u l a b l e s avec g r a n d e s plages de réglage selon capacité (fig. 1.43). WÊSÊ

Têtes d'alésage à deux modules porte-plaquette réglables.

Alésage ébauche de g r a n d s d i a m è t r e s : 135 à 500 m m avec plages de réglage 45 à 50 m m long u e u r 100 à 140 m m . (fig. 1.44).

24

Guide de l'usinage

FIGURE 1.43

Barre d'alésage «Balanee-Cut» à cartouche avec contact d'appui par épaulement. Doc. Nikken

FIGURE 1.44

Tête d'alésage à deux cartouches porte-plaquette réglables «Novex». Doc. Walter.

Barres d'alésage multi-outils O u t i l s s p é c i f i q u e s p o u r u n e o p é r a t i o n d'alésage en g r a n d e série : u s i n a g e s i m u l t a n é d ' a l é s a g e s c o a x i a u x (fig. 1.45). G r o u p e de cartouches porte-outils interchangeables, avec r é g l a g e f i n d i a m é t r a l e m e n t .

FIGURE 1.45

Barre d'alésage multi-outils Doc. Walter


25

Lames d'alésage sur barre A v e c une o u d e u x l a m e s en b o u t de barre. U s i n a g e en é b a u c h e et f i n i t i o n d ' a l é s a g e s , de capacité s t a n d a r d 25.4 à 180 m m . Utilisés en t r a v a u x de petite série à u n i t a i r e (fis. 1.46).

FIGURE 1.46 Schéma de barre d'alésage avec lame.

Têtes à aléser et surfacer U s i n a g e , avec un seul p o r t e - o u t i l , d a n s u n e g r a n d e p l a g e de d i a m è t r e s p o u r : a l é s a g e s c o n c e n t r i q u e s , s u r f a ç a g e a v a n t et a r r i è r e , f o n ç a g e de g o r g e s , t o u r i l l o n n a g e , é v e n t u e l l e m e n t f i l e t a g e et p e r ç a g e . Utilisés en t r a v a u x u n i t a i r e et petites séries, avec u n é q u i p e m e n t m o d u l a i r e des o u t i l s et de leurs s u p p o r t s . Capacités d i a m é t r a l e s de 250 à 1100 m m . (avec r a l l o n g e s s u p p o r t d ' o u til) l o n g u e u r 100 à 390 m m . (fig. 1.47). Les m o u v e m e n t s d ' a v a n c e s o n t a u t o m a t i q u e s (à CN).

FIGURE 1.47

Tête à aléser multi-opérations. Doc. Andrea

Conditions de coupe des barres d'alésage Vitesse de coupe. F i n i t i o n et é b a u c h e (à la barre d'alésage) : 80 à 250 m / m i n m a t é r i a u x et les l o n g u e u r s à usiner (fig. 1.48).

ai^ ( p l a q u e t t e s en carbure) selon les

Vitesses d'avance F i n i t i o n (à la barre d'alésage) de 0.05 à 0,15 m m / t o u r , s e l o n les l o n g u e u r s à usiner. Ébauche de 0.15 à 0,60 m m / t o u r , s e l o n d i a m è t r e s et l o n g u e u r s à usiner (fig. 1.48).

Choix des conditions de coupe à la barre d'alésage. Plus la l o n g u e u r et le d i a m è t r e à usiner sont g r a n d s , plus la vitesse de c o u p e et l ' a v a n c e le s o n t aussi (dans les l i m i t e s d o n n é e s ) .

26

Guide de l'usinage

Diamètres d'alésage

Vitesses de coupe

Avance

(mm/tour)

(mm)

(m/min )

Ebauche

Finition

Matieres

Aciers

0 < 20

80 à 100

0,10 à 0,20

0,05 à 0,15

(non alliés, alliés, de

20 à 30

90 à 120

0,20 à 0,35

0,05 à 0,15

cémentation)

30 à 45

120 à 140

0,20 à 0,45

0,05 à 0,15

45 à 60

120 à 140

0,30 à 0,50

0,06 à 0,15

60 à 80

120 à 140

0,40 à 0,60

0,08 à 0,15

80 à 120

120 à 140

0,40 à 0,60

0,08 à 0,15

0 > 120

120 à 140

0,40 à 0,60

0,10 à 0,20

Fontes

0 < 20

60 à 120

0,10 à 0,20

0,05 à 0,15

(malléable, grise, GS)

20 à 30

60 à 120

0,15 à 0,30

0,05 à 0,15

30 à 45

60 à 120

0,20 à 0,40

0,05 à 0,15

Alliages de bronze

45 à 60

60 à 120

0,20 à 0,40

0,05 à 0,15

et de laiton

60 à 80

60 à 120

0,20 à 0,45

0,05 à 0,20

80 à 120

60 à 120

0,20 à 0,45

0,05 à 0,20

0 > 120

60 à 120

0,20 à 0,45

0,05 à 0,20

Alliages d'aluminium

0 < 20

100 à 140

0,10 à 0,20

0,05 à 0,15

20 à 30

130 à 160

0,15 à 0,30

0,05 à 0,15

30 à 45

180 à 220

0,30 à 0,40

0,05 à 0,15

45 à 60

180 à 220

0,40 à 0,50

0,05 à 0,15

60 à 80

200 à 250

0,40 à 0,60

0,05 à 0,20

0 > 80

200 à 250

0,40 à 0,60

0,05 à 0,20

FIGURE 1.48 Conditions de coupe et d'avance des barres d'alésage avec outils carbure. (Ordre de grandeur).

[ S y s t è m e automatique d'alésage de précision S y s t è m e i n t é g r a b l e à la p l u p a r t des m a c h i n e s d ' u s i n a g e «Sandvik autocomp» (fig. 1.49). O b t e n t i o n d ' a l é s a g e s de q u a l i t é avec r é p é t a b i l i t é , ( s e m i - f i n i t i o n et f i n i t i o n en cycle a u t o m a t i q u e ) : u n e j a u g e de m e s u r e d é t e c t e la d i m e n s i o n de l'alésage usiné et adresse l ' i n f o r m a t i o n à un m o n i t e u r de c o m m a n d e p o u r o r d r e de c o r r e c t i o n d i m e n s i o n n e l l e a g i s s a n t sur la b a r r e d'alésage déformante.

Données opération/outil,*™

Contrôleur machine {Automate}

FIGURE 1.49 Schéma de principe du système de mesure «Autocomp» relié à une barre d'alésage. Doc. Sandvik-Coromant


27

4.8

Têtes d'alésage de forme

U s i n a g e de f o r m e s axiles en i n t é r i e u r et e x t é r i e u r avec un o u t i l d ' e n v e l o p p e travaillant par tourbillonnement (fig. 1.50). T ê t e s d ' a l é s a g e «formbore» pour t o u r s à CN, c e n t r e s de t o u r n a g e , aléseuses à CN, f r a i s e u s e s à CN, c e n t r e s d ' u s i n a g e (fig. 1.51). U t i l i s a t i o n en t r a v a u x u n i t a i r e s et p e t i t e s s é r i e s de f o r m e s débouc h a n t e s o u n o n de f a i b l e p r o f o n d e u r , avec p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e m e n t d u p r o f i l usiné et de sa p r o f o n d e u r .

FIGURE 1.50 Exemples de formes obtenues avec une tête d'alésage «Formbore» Doc. Gildemeister-Devlieg

Ausfûfirungsbeispiel FORMBORE GrôBe 1 0 20 mm Maschine Index GSC42

5.

FIGURE 1.51 Tête d'alésage de forme «Formbore» Doc. Gildemeister-Devlieg

Alésage à la fraise

O b t e n t i o n d ' a l é s a g e s en c o n t o u r n a g e d e p r o f i l c i r c u l a i r e sur m a c h i n e s à CN avec fraise cylind r i q u e d e u x t a i l l e s , à l ' a i d e d ' u n cycle f i x e de f r a i s a g e , à partir d ' u n alésage brut. Le cycle f i x e de f r a i s a g e c i r c u l a i r e p r o v o q u e l'alésage avec accostage et le d é g a g e m e n t tang e n t i e l s à la surface u s i n é e (alésage réalisé sans m a r q u a g e de l'outil) (fig. 1.25). Précision obtenue. C o u r a m m e n t de q u a l i t é 7, la fraise étant p a r f a i t e m e n t c y l i n d r i q u e . Limite de longueur des alésages : celle de la l o n g u e u r des arêtes de c o u p e de fraise. Utilisation. En alésage é b a u c h e - et f i n i t i o n - des pièces à p a r o i s (carters) o b t e n u e par m o u lage, f o r g e a g e , m é c a n o - s o u d u r e (trous b r u t s o b t e n u s avec la pièce). Les alésages s o n t réalisables d é b o u c h a n t s o u avec é p a u l e m e n t ( h a u t e u r m a x i d o n n é e par la fraise). Les é p a u l e m e n t s (alésage et dressage) s o n t o b t e n u s s i m u l t a n é m e n t . Le d i a m è t r e d u t r o u b r u t d o i t être s u p é r i e u r à celui de la fraise (qui c o u p e u n i q u e m e n t en périphérie). Conditions de coupe. Celles d u f r a i s a g e (voir c h a p i t r e « p r o c é d é de fraisage»). Obtention de surfaces concentriques aux alésages ( g o r g e s , c h a n f r e i n s , r a i n u r e s de c i r c l i p s de t o u s d i a m è t r e s ) avec fraises de f o r m e au p r o f i l c o r r e s p o n d a n t , en cycle f i x e de f r a i s a g e circulaire.

28

Guide de l'usinage

6.

Mise en œuvre Puissance de coupe

La p u i s s a n c e d i s p o n i b l e à la b r o c h e des d i f f é r e n t e s m a c h i n e s - o u t i l s e m p l o y é e s est g é n é r a l e m e n t s u f f i s a n t e (faible s u r é p a i s s e u r d ' u s i n a g e ) , sauf é v e n t u e l l e m e n t en alésage d ' é b a u c h e , avec o u t i l s d ' e n v e l o p p e (fraises, barres d'alésage).

i

Barres d'alésage Utiliser la f o r m u l e p o u r t o u r n a g e : Pu=Ka.f.s.VcW.-n (voir c h a p i t r e « p r o c é d é s de t o u r n a g e » ) .

Fraises deux tailles. Utiliser la f o r m u l e p o u r le f r a i s a g e : Pu = s. I. n. z. Fz. /C/6120. -q (voir c h a p i t r e « p r o c é d é s de fraisage»).

Outillage porte-pièce(s) I d e n t i q u e s à c e u x u t i l i s é s en f r a i s a g e , s u r f r a i s e u s e s et c e n t r e s d ' u s i n a g e , a u x c o n d i t i o n s essentielles : - n o n d é f o r m a t i o n des p i è c e s s o u s les actions de f i x a t i o n et de c o u p e . - accessibilité à u n m a x i m u m de faces à usiner (fig. 1.52); ( v o i r c h a p i t r e « p r o c é d é s d e fraisage»).

FIGURE 1.52

Porte-pièce modulaire sur équerre. Doc. Norelem

Rappel (fraisage) Pièces volumineuses. À m a i n t e n i r en p o s i t i o n par des é l é m e n t s m o d u l a i r e s s i m p l e s (brides, c h a n d e l l e s , cales, butées,...) avec des a p p u i s c o m p l é m e n t a i r e s à l ' i s o s t a t i s m e , é v i t a n t des d é f o r m a t i o n s p o s s i b l e s s o u s les e f f o r t s de c o u p e . Pièces de dimensions moyennes ( = 800 m m m a x i au cube). M a i n t e n i r en m o n t a g e s m o d u laires s t a n d a r d s ( o p t i m i s a t i o n de l ' o u t i l l a g e ) . Pièces de petites dimensions. A g r o u p e s en p a n o p l i e d a n s un p o r t e - p i è c e .


29

6.3

Machines Machines à broche verticale (perceuses, centres d'usinage,...)

Pour usiner des pièces c o m p o r t a n t des alésages de petits d i a m è t r e s ( o b t e n u s par perçage et alésage à l'alésorr) : Les o p é r a t i o n s d ' a l é s a g e s o n t à g r o u p e r d a n s la phase avec les a u t r e s o p é r a t i o n s (fraisage, perçage, t o u r n a g e , . . . ) sur les m a c h i n e s - o u t i l s utilisées (capacités palettes = 500 au c u b e m a x i ; t a b l e = 1 000 x 500 m m ) (voir c h a p i t r e « p r o c é d é s de fraisage»).

Centres d'usinage à broche hc™ Pour u s i n a g e de pièces de = 200 à 1 000 au c u b e (selon les c a p a c i t é s - m a c h i n e ) avec accès à un m a x i m u m de faces sur la pièce, (axe d ' i n d e x a g e palette), (fig. 1.53).

FIGURE 1.53

Schéma d'un centre d'usinage 4 axes X, Y, Z; B. broche horizontale.

Aléseuses de grande capacité. M a c h i n e à t a b l e f i x e ( p o i d s i m p o r t a n t des pièces : plusieurs t o n n e s ) . Les axes n u m é r i s é s s o n t a f f e c t é s à l ' e n s e m b l e banc m o n t a n t - c h a r i o t p o r t e - b r o c h e , a s s u r a n t l'accès à u n m a x i m u m de s u r f a c e s s u r la pièce en p o s i t i o n f i x e .

FIGURE 1.54

Schéma d'un coulisseau radial d'aléseuse à broche horizontale.

Usinage des pièces très volumineuses. U t i l i s e r des a l é s e u s e s - f r a i s e u s e s à b r o c h e h o r i z o n t a l e , a y a n t u n m a x i m u m d e f l e x i b i l i t é , o b t e n u par : u n c o u l i s s e a u à d é p l a c e m e n t radial, p e r m e t t a n t le s u r f a ç a g e de g r a n d s d i a m è t r e s , (fig. 1.54); un m a x i m u m d ' a x e s n u m é r i s é s (5 m i n i m u m ) ; é v e n t u e l l e m e n t , d e u x b r o c h e s en parallèles : u n e b r o c h e de p u i s s a n c e ( o p é r a t i o n s de s u r f a ç a g e très i m p o r t a n t e s ) et u n e b r o c h e de v i t e s s e ( a u t r e s o p é r a t i o n s : p e r ç a g e , alésage, f r a i s a g e ) ; u n f o u r r e a u de b r o c h e m o b i l e : p o u r l'accès d ' o u t i l s aux surfaces é l o i g n é e s d u nez d e b r o c h e (fig. 1.55). FIGURE 1.55

Schéma de fourreau de broche mobile.

30

Guide de l'usinage

1.

Soudage

33

1.1

33

Généralités

1.2

Les procédés de soudage

36

1.3

Brasage et soudo-brasage

37

1.4

Soudage oxyacétylénique

40

1.5

Soudage par a l u m i n o t h e r m i e

41

1.6

Soudage à l'arc électrique avec électrode enrobée

42

1.7

Soudage électrique TIG

44

1.8

Soudage électrique MIG

46

1.9

Soudage électrique M A G

49

1.10 Soudage sous flux conducteur

50

1.11 Soudage à l'arc plasma

52

1.12 Soudage par résistance

54

1.13 Soudage par points

54

1.14 Soudage à la molette

57

1.15 Soudage par bossages

58

1.16 Soudage par étincelage

59

1.17 Soudage par résistance-étincelage

59

1.18 Soudage par arc t o u r n a n t

60

1.19 Soudage par friction

60

1.20 Soudage par e x p l o s i o n

62

1.21 Soudage par ultrasons

63

1.22 Soudage par faisceau d'électrons

64

1.23 Soudage au laser

67

2.

3.

Procédés d'assemblage par adhésion

72

2.1

Généralités

72

2.2

Classification des colles

72

2.3

Choix des colles

74

2.4

Caractéristiques du collage

74

2.5

Caractéristiques des assemblages

75

2.6

Essais mécaniques

78

2.7

Mise en œ u v r e

80

2.8

Utilisation

80

A s s e m b l a g e par rivetage et sertissage

81

3.1

81

Rivetage-sertissage par m o u v e m e n t s c o m b i n é s

3.2

Rivetage par a u t o p o i n ç o n n a g e

82

3.3

Sertissage

82

1.

Soudage

a

^Généralités Procédé d ' a s s e m b l a g e p e r m a n e n t , étanche si la s o u d u r e est c o n t i n u e , des m a t é r i a u x métalliques quelles q u e s o i e n t leurs épaisseurs. C'est la f u s i o n localisée des pièces à a s s e m bler, avec o u s a n s m é t a l d ' a p p o r t , q u i p r o v o q u e la liaison après s o l i d i f i c a t i o n (fig. 2.1). La s o u d u r e s ' e f f e c t u e en p h a s e l i q u i d e sans p r e s s i o n des pièces, o u e n p h a s e p â t e u s e , s o u s u n e p r e s s i o n des pièces.

10 i' ' 2 p—

e a."

.

i

Phase liquide Elle p r o v o q u e l o c a l e m e n t des m o d i f i c a t i o n s m é t a l l u r g i q u e s (résilience et A % d i m i n u e n t ) et m é c a n i q u e s ( d é f o r m a t i o n s ) . U n e s o u d u r e en p h a s e l i q u i d e est e f f e c t i v e lorsqu'il y a mouillage, soit l'étalement du liant en f u s i o n (fig. 2.2). Le m o u i l l a g e s ' o b t i e n t par la p r o p r e t é des surfaces à assembler, la t e m p é r a t u r e de s o u d a g e , l'affinité des m a t é r i a u x , pièces et a p p o r t .

V

10"1

>

-o 3

/

10" 2 . 1

»vA-

O

y' 106 105 104 103 Flux thermique maxi qm

102

1. Flamme - 2. Plasma - 3. Arc - 4. Laser

FIGURE 2.1 Surface chauffée selon procédé.

Phase pâteuse

Mouillage

Les m o d i f i c a t i o n s , m é t a l l u r g i q u e s et m é c a n i q u e s , s o n t très localisées.

¡fc

Cordon

Non mouillage

Gouttes

Oxydation thermique Les m é t a u x s ' o x y d e n t à l'air d ' a u t a n t p l u s q u e leur t e m p é r a t u r e s'élève. L ' o x y d e s ' o p p o s e à la liaison p i è c e s / a p p o r t ; il est nécessaire de s ' o p p o s e r à la c o n t a m i n a t i o n a t m o s p h é r i q u e d u m é t a l f o n d u par des f l u x de gaz (inerte o u actif) o u le v i d e : FIGURE 2.2 Mouillage des soudures. en s o u d a n t à l ' a b r i d e l ' o x y g è n e , e n a t m o sphère inerte, évitant l ' o x y d a t i o n ; en r é d u i s a n t l ' o x y d e par c o m b i n a i s o n avec u n f l u x m o i n s d e n s e q u e l ' a p p o r t : le f l u x r e m o n t e a v a n t l ' a t t e i n t e de la t e m p é r a t u r e de s o u d a g e .

La p l u s c o u r t e p o s s i b l e : le g r a i n c o n s t i t u t i f d u m é t a l o u de l ' a l l i a g e des pièces à s o u d e r ne d e v a n t pas g r o s s i r d a n s la zone a f f e c t é e t h e r m i q u e m e n t ( m o d i f i c a t i o n des c a r a c t é r i s t i q u e s métallurgiques).

Dilatation thermique L'inertie des parties f r o i d e s e n v i r o n n a n t e s à la s o u d u r e et le m a i n t i e n des pièces à a s s e m b l e r s ' o p p o s e n t à la d i l a t a t i o n v o l u m i q u e d u m é t a l c h a u f f é : la d i l a t a t i o n s ' e f f e c t u e s u i v a n t le p l u s g r a n d d e g r é de liberté, soit g é n é r a l e m e n t l'épaisseur.


33

Refroidissement des pièces Les p a r t i e s n o n c h a u f f é e s s ' o p p o s e n t au r e t o u r à la f o r m e i n i t i a l e , e n g e n d r a n t des d é f o r m a t i o n s s o u s des c o n t r a i n t e s de c o m p r e s s i o n et d ' e x t e n s i o n , d u e s a u x états successifs d u m a t é r i a u . Les c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s et m é t a l l u r g i q u e s de la s o u d u r e d é p e n d e n t p a r t i c u l i è r e m e n t d u refroidissem e n t des pièces a s s e m b l é e s , q u i v a r i e r o n t avec l'énergie d u s o u d a g e et la vitesse de c h a u f f e .

dimensions symbole complémentaire

symbole élémentaire \

^

/

jL

au cas: dirigée vers / pièce préparée /

symbole suplémentaire

j / / n° prnrpdp rlp qm iHagp (complémentaire)

Soudabilité des métaux et alliages Elle n é c e s s i t e : u t i l i s a t i o n d ' u n m é t a l d ' a p p o r t sensiblem e n t i d e n t i q u e aux pièces à a s s e m b l e r ; c o n d i t i o n s t e c h n o l o g i q u e s s p é c i f i q u e s au p r o c é d é m i s en œ u v r e (flux d é s o x y d a n t , a t m o s p h è r e neutre..). S o u d a b i l i t é des p r i n c i p a u x m é t a u x et a l l i a g e s : A c i e r s : s o u d a b i l i t é d ' a u t a n t m e i l l e u r e q u e la t e n e u r en c a r b o n e est f a i b l e . F o n t e g r i s e : s o u d a b l e avec a p p o r t à h a u t e t e n e u r en s i l i c i u m et f l u x d é s o x y d a n t ( f o r m a t i o n d ' o x y d e de fer à éliminer). A l l i a g e s d ' a l u m i n i u m : s o u d a b l e s avec f l u x d é s o x y d a n t (formation d'oxyde d ' a l u m i n i u m à éliminer).

Traitements thermiques Les recuits s o n t c o u r a m m e n t a p p l i q u é s sur les pièces soudées.

Recuit d'homogénéisation

a) Indications normalisées des soudures sur dessins.

Schémas soudures

Symboles

K^jR^J - A . II V Y

)

M a i n t i e n e n t r e 1 000 et 1 200° C d u r a n t 2 à 4 heures et r e f r o i d i s s e m e n t lent, q u i r é g u l a r i s e la s t r u c t u r e et a f f i n e le g r a i n .

Recuit de relaxation ou détente M a i n t i e n e n t r e 550 et 650 °C d u r a n t q u e l q u e s m i n u t e s et r e f r o i d i s s e m e n t lent.

Recuit de coalescence Maintien

à température

n

m a x i m a l e Ac1 durant 2 à

4 heures et r e f r o i d i s s e m e n t lent.

Recuit de recristallisation M a i n t i e n e n t r e 500 et 700 °C d u r a n t q u e l q u e s m i n u t e s ,

(D

et r e f r o i d i s s e m e n t lent c o n t r ô l é .

Recuit de normalisation M a i n t i e n à t e m p é r a t u r e s u p é r i e u r e à A c 3 + 50 °C d u r a n t q u e l q u e s m i n u t e s et r e f r o i d i s s e m e n t lent.

O

Représentation des soudures Définies par les n o r m e s NF E 04 020 et 021, avec représ e n t a t i o n g r a p h i q u e : s y m b o l e s sur les dessins (au lieu de la r e p r é s e n t a t i o n c o n v e n t i o n n e l l e t o u j o u r s possible) (fig. 2.3 a...e). b) Symboles élémentaires principaux.

34

Guide de l'usinage

Soudures

Symboles

Numéros normalisés des principaux procédés de soudage

Soudure plate Soudure convexe

Brasage tendre aux gaz

942

Brasage tendre au four

943

Brasage fort aux gaz

912

Brasage fort au four

913

Soudo-brasage aux gaz

971

Soudo-brasage à l'arc

972

Oxyacétylénique

311

Soudure concave

Soudures

Symboles

Soudure périphérique

J è —

Soudure sur chantier

Aluminothermie N° procédé de soudage

<

S

71

Arc électrique électrode enrobée

111

Electrique TIG

141

Electrique MIG

131

Electrique MAG

135

Bords relevés

Flux conducteur

136

complètement fondus

Arc plasma

149

Par points

21

Bords droits

A la molette

22

Par brossage

23

Par étincelage

24

Par résistance-étincelage

26

Par arc tournant

25

c) Symboles supplémentaires. Soudures

En V

d) Symboles complémentaires.

En Y

Par friction

42

Par explosion

441

Par ultrasons

41

En U Par faisceau d'électrons Reprise à l'envers

76

Au laser

751

D'angle

Pénétration non totale

En bouchon ou en

1

„

entaille

li m m m n°1 n°2 UIIIUI mum e « -1

J *

Par points

e) Dimensions des soudures.

Cordon continu Cordon discontinu

En ligne continue avec recouvrement

Dimension Nb. d'éléments de soudure Longueur soudée


FIGURE 2.3 Définition symbolique normalisée des soudures.

35

Les procédés de soudage Les d i f f é r e n t s procédés d ' a s s e m b l a g e par s o u d a g e utilisent les énergies t h e r m o c h i m i q u e , électrique par arc ou par résistance, mécanique, à énergie focalisée.

Procédés de soudage utilisant l'énergie thermochimique Brasage et soudo-brasage, utilisant la c o m b u s t i o n oxyacétylénique pour produire la f u s i o n du métal d ' a p p o r t de nature différente des pièces à assembler. S o u d a g e o x y a c é t y l é n i q u e , utilisant la c o m b u s t i o n d ' u n m é l a n g e o x y g è n e - a c é t y l è n e pour f o n d r e les bords des pièces à souder avec un métal d ' a p p o r t de m ê m e nature. S o u d a g e a l u m i n o t h e r m i q u e , avec la r é d u c t i o n de l ' o x y d e de fer par l ' a l u m i n i u m sous une t e m p é r a t u r e de soudage.

Procédés de soudage utilisant l'énergie électrique par arc Soudage à l'arc avec électrode fusible protégée par un enrobage, et d ' u n métal sensiblement identique aux pièces à souder. S o u d a g e TIG, avec électrode réfractaire et métal d ' a p p o r t , sous a t m o s p h è r e de p r o t e c t i o n gazeuse inerte. Soudage MIG, avec électrode fusible en fil c o n t i n u , sous a t m o s p h è r e de protection gazeuse inerte. Soudage M A G , avec électrode fusible en fil c o n t i n u , sous a t m o s p h è r e de protection gazeuse active. Soudage sous flux conducteur, avec métal d ' a p p o r t dont la f u s i o n est protégée sous un flux pulvérulent. Soudage par plasma d'arc, sans apport, à l'aide d ' u n gaz ionisé, un plasma.

Procédés de soudage utilisant l'énergie électrique par résistance Soudage par points, avec c o m p r e s s i o n des pièces à un point de soudure. Soudage à la molette, avec c o m p r e s s i o n des pièces un support, f o r m a n t électrodes. Soudage par bossages, avec c o m p r e s s i o n de points à souder. Soudage par étincelage, avec accostage bout à bout soudage et de forgeage.

souder entre deux électrodes produisant à souder, entre une molette t o u r n a n t e et localisés par des bossages sur les pièces des pièces à assembler, avec pression de

Procédés de soudage utilisant l'énergie mécanique Soudage par friction, avec chauffe des bouts à souder par rotation d ' u n e pièce produisant la soudure par forgeage. Soudage par explosion, avec d é t o n a t i o n d ' u n e charge explosive p r o v o q u a n t une onde de choc d é f o r m a n t la pièce réceptrice sur l'autre pièce. Soudage par ultrasons, avec des vibrations ultrasoniques produisant des frictions locales réalisant la f u s i o n des pièces en contact.

Procédés de soudage utilisant l'énergie focalisée S o u d a g e par faisceau d'électrons, produisant un faisceau d ' é l e c t r o n s focalisés aux bords à souder réalisant la f u s i o n par c o n v e r s i o n d'énergies. S o u d a g e au laser, en focalisant l'énergie d ' u n faisceau concentré de l u m i è r e c o h é r e n t e de forte puissance réalisant la f u s i o n des bords à souder.

36

Guide de l'usinage

Brasage et soudo-brasage Généralités A s s e m b l a g e p e r m a n e n t o ù la b r a s u r e ( m é t a l o u alliage d ' a p p o r t ) est d i f f é r e n t e d u m a t é r i a u des pièces à a s s e m b l e r et la t e m p é r a t u r e de f u s i o n est i n f é r i e u r e à celle des pièces à s o u d e r . Le m é t a l o u alliage d ' a p p o r t est c h a u f f é à sa t e m p é r a t u r e de f u s i o n . Les pièces à a s s e m b l e r d o i v e n t être à cette m ê m e t e m p é r a t u r e , p o u r o b t e n i r le f i l t r a g e (écoul e m e n t par c a p i l l a r i t é d u e à la f l u i d i t é ) . La c a p i l l a r i t é p e r m e t de braser les pièces en t o u t e s p o s i t i o n s , y c o m p r i s par le bas d ' u n e m b o î t e m e n t en p o s i t i o n v e r t i c a l e . La r é s i s t a n c e m é c a n i q u e de la b r a s u r e d é p e n d d e : n e t t o y a g e p r é a l a b l e des p i è c e s ; a t t e i n t e en t e m p é r a t u r e de f u s i o n de l ' a p p o r t a s s u r a n t le m o u i l l a g e ( é c o u l e m e n t de la brasure) (fig. 2.4). T e n s i o n s i n t e r n e s et d é f o r m a t i o n des pièces a s s e m b l é e s s o n t r é d u i t e s (basses t e m p é r a tures). Les pièces t r a i t é e s s o n t b r a s é e s sans m o d i fier leur s t r u c t u r e m é t a l l i q u e .

mouillage

nonmouillage

diffusion infiltration

FIGURE 2.4 Mouillage de la brasure.

Mise en œuvre A s s e m b l e r les pièces par r e c o u v r e m e n t o u e m b o î t e m e n t : assure l ' a c c r o c h a g e par capillarité (fig. 2.5 et 2.6.). Recouvrement. A u m o i n s égal à t r o i s épaisseurs des pièces. E m b o î t e m e n t . A v e c j e u m i n i : 0,02 m m p o u r b r a s u r e s à base d ' a r g e n t o u de n i c k e l ; 0,2 m m p o u r b r a s u r e s à base d e c u i v r e et d ' a l u m i n i u m (fig. 2.7). D i f f é r e n t e s m é t h o d e s . B r a s a g e t e n d r e , brasage f o r t , s o u d o - b r a s a g e .

FIGURE 2.5 Brasage par recouvrement.

Cuivre-zinc et cuivre-plomb

0,05 à 0,25

Aluminium-silicium

0,10 à 0,20

Cuivre-or

0,02 à 0,05

Argent-manganèse

0,05 à 0,15

Cuivre-argent-zinc-cadmium

0,02 à 0,15

FIGURE 2.7 Jeux d'emboîtement pour différents apports. FIGURE 2.6 Brasage par emboîtement.

Pièces assemblées E n s e m b l e des m é t a u x et alliages, s e m b l a b l e s o u d i f f é r e n t s , d i f f i c i l e m e n t o u n o n s o u d a b l e s .


37

Brasage tendre Il s ' e f f e c t u e à une t e m p é r a t u r e de f u s i o n inférieure à 450 °C : 180 °C à 280 °C, s e l o n la c o m p o s i t i o n des a p p o r t s (fig. 2.8).

Types de brasage

% Sn

% Ph

f°

De plombier

30

70

280

Au tiers ou

35

65

260

De chaudronnier

40

60

250

Claire

50

50

220

tendre

Principales utilisations Pâteuse longtemps; peut être modelée

Apports Ce s o n t des a l l i a g e s à base d ' é t a i n : é t a i n plomb, étain-argent, étain-antimoine, selon les m a t é r i a u x à braser ou/et l ' u t i l i s a t i o n des pièces a s s e m b l é e s , s o i t : a c i e r s : a p p o r t en c u i v r e - z i n c ; alliages d ' a l u m i n i u m : a p p o r t en a l u m i n i u m silicium ;

de charge

Fine

60

40

200

b r a s u r e s en é l e c t r i c i t é - é l e c t r o n i q u e : a p p o r t en c u i v r e - o r ;

Extra-fine

95

5

220

r é s i s t a n c e à la c o r r o s i o n : a p p o r t en a r g e n t manganèse; résistances mécaniques à c h a u d : apport à base de nickel ;

Renforcement de raccords brasés Peu fluide, mais peu cassante Fluide pour cuivrerie et ferblanterie Très fluide, cassante pour cuivrerie Cassante, pour conserverie

FIGURE 2.8 Composition et utilisation des brasures

tendres étain-plomb.

u t i l i s a t i o n s en g é n é r a l : a p p o r t en c u i v r e - a r g e n t - z i n c - c a d m i u m .

Flux R é d u c t e u r d ' o x y d e s : d o i t c o r r e s p o n d r e à c h a q u e m a t é r i a u à braser. Constitution. B o r u r e d ' é t h y l e , d ' a l c a l i s , d ' a c i d e s et a g e n t m o u i l l a n t (de s t a b i l i t é nécessaire p o u r p r o t é g e r les s u r f a c e s a v a n t la f u s i o n de l ' a p p o r t et s u r n a g e r sur le bain a v a n t solidification). Les r é s i d u s de f l u x s o n t très c o r r o s i f s : à é l i m i n e r i m p é r a t i v e m e n t (par lavage). U n a n t i m o u i l l a n t p e r m e t , é v e n t u e l l e m e n t , de localiser l ' é c o u l e m e n t de l ' a p p o r t .

Utilisation P l o m b e r i e , f e r b l a n t e r i e (alimentaire...) c u i v r e r i e , a s s e m b l a g e s délicats (brasures s p é c i f i q u e s ne d e v a n t pas s u b i r d ' e f f o r t s m é c a n i q u e s : la résistance d é p e n d de celle de l ' a p p o r t ) . i H S'effectue à t e m p é r a t u r e supérieure à 450 °C, avec a p p o r t s en a l l i a g e de c u i v r e (cuivre-zinc) d'argent, d ' a l u m i n i u m (alumin i u m - s i l i c i u m ) (fig. 2.9).

Brasage fort

Utilisation

mm

flHH Brasure

t° fusion

-

% Co

Résistance

Malléabilité

« % Zn

Acier/acier

1 000

80

20

Très bonne

Très bonne

Acier/cuivre

900

70

30

Bonne

Bonne

Utilisation

Cuivre/cuivre

850

60

40

Bonne

Bonne

Avec apports adaptés, assemb l a g e de m a t é r i a u x g é n é r a l e m e n t c u i v r e u x , des alliages d'aluminium.

Métaux 750

40

60

Bonne

Faible

38

cuivreux

FIGURE 2.9 Composition et utilisation de brasures fortes en laiton.

Guide de l'usinage

Soudo-brasage S o u d u r e h é t é r o g è n e ( a p p o r t d i f f é r e n t des pièces à a s s e m b l e r ) . Les pièces ne s o n t g é n é r a l e m e n t pas à c h a u f fer à la t e m p é r a t u r e de f u s i o n de l ' a p p o r t . La j o n c t i o n des pièces s ' e f f e c t u e en c o n t i n u , progressivement c o m m e tout soudage, créant le c o r d o n de b r a s u r e (fig. 2.10).

Apport T e m p é r a t u r e de f u s i o n s u p é r i e u r e à 450 ° C : a l l i a g e de c u i v r e ( c u i v r e , zinc, s i l i c i u m , d e f u s i o n à 880 ° C ) ; a l l i a g e d ' a r g e n t ; a l l i a g e d'aluminium.

FIGURE 2.10

Jonction des pièces en soudo-brasage.

FIGURE 2.11

Préparation de pièces pour soudo-brasage

Cordon de brasure Peu f l u i d e , l a r g e u r m i n i m a l e p o u r a s s u r e r s o n a c c r o c h a g e : t r o i s é p a i s s e u r s des pièces n o n c h a n f r e i n é e s ; c h a n f r e i n s u r pièces d ' é p a i s s e u r > 4 m m (fig. 2.11). L ' a s s e m b l a g e s ' e f f e c t u e en r e c o u v r e m e n t o u b o u t à b o u t (avec espace p o u r l o g e m e n t d u c o r d o n ) (fig. 2.12).

Flux En u t i l i s a t i o n p u l v é r u l e n t e o u g a z e u s e : p r o t è g e la zone en c o u r s de brasage de l ' o x y d a t i o n o u s c o r i f i e les o x y d e s qui s ' y f o r m e n t .

Utilisation Avec apports adaptés, assemblage de: aciers, c u i v r e et ses a l l i a g e s ( c u p r o - a l u m i nium...), f o n t e , a l u m i n i u m , pièces galvanisées.

et exemple.

Doc. Air liquide

pièces avec e > 4 m m e/2

pièces avec e < 4 m m

FIGURE 2.12 brasage.


Préparation des pièces plates pour soudo-

39

Soudage oxyacétylénique —

ninnili

Soudure autogène

—

B—WWW

de m a t é r i a u x de m ê m e n a t u r e , y c o m p r i s le m é t a l d ' a p p o r t , o b t e n u par

f u s i o n localisée et p r o g r e s s i v e des b o r d s à assembler.

De c o n s t i t u t i o n a p p r o x i m a t i v e m e n t i d e n t i q u e à celle des pièces à a s s e m b l e r . Event u e l l e m e n t la s o u d u r e s ' e f f e c t u e sans a p p o r t . T e m p é r a t u r e de f u s i o n ( 3 0 0 0 °C, f o u r n i e par l'inflammation d'un mélange oxygène-acétylène (fig. 2.13). C o r d o n de s o u d u r e : o b t e n u par la f u s i o n des b o r d s de pièces et de l ' a p p o r t ( a p p r o x i m a t i v e m e n t de m ê m e s c a r a c t é r i s t i q u e s q u e les pièces à a s s e m b l e r ) . U n f l u x d é c a p a n t p r o t è g e le m é t a l d e l ' o x y d a t i o n d u r a n t le s o u d a g e .

Débits et vitesses de soudage Bec d u c h a l u m e a u à a d a p t e r à l ' é p a i s s e u r e des pièces. Le débit d'acétylène est indiqué en l i t r e s / h e u r e , p o u r s o u d a g e b o u t à b o u t des pièces à plat de 1 m m d ' é p a i s s e u r (fig. 2.14).

Débits approximatifs S o u d u r e à p l a t , 100 e ; s o u d u r e d ' a n g l e e n extérieur, 75 e ; s o u d u r e d ' a n g l e en intérieur, 125 e. Les becs des c h a l u m e a u x o n t leur d é b i t ident i f i é par un n u m é r o (00,0,1,2,3) n o r m a l i s é NF A 84-541, p o u r les v a l e u r s d e 10 à 5 0 0 0 litres/heure d ' a c é t y l è n e (fig. 2.15).

Flamme oxyacétylénique Elle est c o n s i d é r é e c o m m e n o r m a l e avec le r a p p o r t des v o l u m e s o x y g è n e / a c é t y l è n e égal à e n v i r o n 1 ; o x y d a n t e avec u n excès d ' o x y g è n e ; c a r b u r a n t e avec un excès d ' a c é t y l è n e (fig. 2.16). P u i s s a n c e de c h a u f f e : elle est p r o p o r t i o n nelle à sa vitesse de p r o p a g a t i o n et se t r a n s met aux pièces par convection et rayonnement.

3 100°: zone de soudage 2 700°: zone réductrice 2 400°: zone oxydante

dard

mélange oxygène-acétylène

FIGURE 2.13

Flamme oxyacétylénique.

$ à plat

FIGURE 2.14

d'angle extérieur

Types d'assemblage pour soudage.

N° 00

de 10 à 63 l/h de C2H2

N° 0

de 100 à 400 l/h

N° 1

de 250 à 1 000 l/h

N° 2

de 1 000 à 4 000 l/h

N° 3

> 4 000 l/h

FIGURE 2.15

Débits des chalumeaux de soudage.

flamme oxydante (dard court)

FIGURE 2.16

d'angle intérieur

flamme carburante (dard long et effiloché)

Types de flammes non utilisables.

Vitesse de soudage V = k/e ; avec k, c o e f f i c i e n t de s o u d a g e d u m a t é r i a u = 12 p o u r aciers, 30 p o u r alliages d ' a l u m i n i u m , 60 p o u r alliages de c u i v r e ; e, épaisseur des pièces.

40

Guide de l'usinage

Mise en œuvre

e/2

C o r d o n de s o u d u r e : ¡1 p r o v o q u e u n e d é f o r m a t i o n de r e t r a i t : s'y o p p o s e r o u à localiser d a n s des z o n e s n e u t r e s , s u r des f o r m e s s y m é t r i q u e s (fig. 2.17). P r é p a r a t i o n des b o r d s à a s s e m b l e r : nécessaire en s o u d a g e à plat (fig. 2.18). Pièces m i n c e s : de p r é f é r e n c e s o u d e r sans m é t a l d ' a p p o r t , les b o r d s à a s s e m b l e r é t a n t relevés de e. Pièces p e u é p a i s s e s : b o r d s c h a n f r e i n é s en vé; éventuellement, bords non chanfreinés espacés de e/2. Pièces é p a i s s e s : b o r d s c h a n f r e i n é s des d e u x c ô t é s ( d e u x vés o p p o s é s ) ; é v e n t u e l l e m e n t , avec s o u d a g e d ' u n c ô t é a c c e s s i b l e : une rainure profonde. A u t r e s p o s i t i o n s d e s o u d a g e : d ' a n g l e intérieur et extérieur... a u c u n e p r é p a r a t i o n n'est nécessaire.

e = 15 à 4 m m

e < 15 m m

60 à 90°

G

60 à 90

e : 5 à10 m m

FIGURE 2.17

e >10 m m

Préparation des pièces à souder à plat.

fnnmmmir*. - i -

1 -

Soudage de f o r m e s symétriques FIGURE 2 . 1 8

Soudage en opposition

Cordons de soudure s'opposant à la défor-

mation.

Utilisation La p l u p a r t des m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s s o n t s o u d a b l e s par f u s i o n o x y a c é t y l é n i q u e . Pour c e r t a i n s m a t é r i a u x (aciers i n o x y d a b l e s et de t e n e u r en c a r b o n e s u p é r i e u r e à 0,25 %, f o n t e s , c u i v r e , a l l i a g e s c o n s t i t u é s d ' é l é m e n t s v o l a t i l s à la t e m p é r a t u r e de s o u d a g e ) : avec métal d'apport spécifique. S o u d a g e en une p a s s e : a s s e m b l a g e p e r m a n e n t en p a r t i c u l i e r des pièces peu é p a i s s e s : t u b e s et p r o f i l é s en c o n s t r u c t i o n m é t a l l i q u e ( m é c a n o - s o u d u r e ) , c h a u d r o n n e r i e . . . : t ô l e s en cartérisat i o n ( é l e c t r o m é n a g e r , transport...)

Soudage par aluminothermie Généralités Réaction c h i m i q u e e x o t h e r m i q u e de r é d u c t i o n de l ' o x y d e de fer par de l ' a l u m i n i u m en p o u d r e . On a : Fe 2 0 3 + 2 A l q u i d e v i e n t A l 2 0 3 + 2Fe p r o d u i s a n t e n v i r o n 180 000 calories. T h e r m i t : m é l a n g e c o n s t i t u é d ' a l u m i n i u m en g r a n u l é s , d ' o x y d e s de fer p u l v é r u l e n t a d d i t i o n n é d ' é v e n t u e l s é l é m e n t s d ' a d d i t i o n ( c a r b o n e , silicium...). L ' o x y d e de fer et les é l é m e n t s d ' a d d i t i o n p r o d u i s e n t l ' a l l i a g e d u c o r d o n . La r é a c t i o n c h i m i q u e est a m o r c é e par u n a p p o r t de c h a l e u r de 1 200 °C e n v i r o n et se p r o p a g e e n s u i t e r a p i d e m e n t (de 30 s e c o n d e s à 2 m i n u t e s ) d a n s le t h e r m i t j u s q u ' à la t e m p é r a t u r e de 2 4 0 0 °C m a x i m u m .

Mise en œuvre Les b o u t s de pièces à a s s e m b l e r , n o n o x y d é s , s o n t p r é c h a u f f é s a v a n t la c o u l é e de l ' a p p o r t en fusion.


41

Ils s o n t m a i n t e n u s d a n s un m o u l e ( d e s t r u c t i b l e , avec c o u l é e en s o u r c e et en chute) c o n s t i t u é d ' a l u m i n i u m en p o u d r e (fig. 2.19).

A s s e m b l a g e p e r m a n e n t b o u t à b o u t des f o r t e s s e c t i o n s d e p i è c e s m a s s i v e s ( c o n s t r u c t i o n lourde). a - CREUSET

poudre d'allumage charge

MOULE évent

obturateur

trou de coulée en source

c - Soudure effectuée avec masselotte

orifice de préchauffe

FIGURE 2.19

Schéma de moule de soudage par alumothermie.

Soudage à l'arc électrique avec électrode enrobée S o u d u r e a u t o g è n e de m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s de m ê m e n a t u r e , avec m é t a l d ' a p p o r t de électrode sens de soudage c o m p o s i t i o n sensiblement identique aux enrobage pièces à a s s e m b l e r . .métal d'apport (anode) La f u s i o n , localisée et c o n t i n u e , est o b t e n u e laitier solidifié au p o i n t d ' i m p a c t d ' u n arc é l e c t r i q u e créé insmétal déposé t a n t a n é m e n t e n t r e les pièces à a s s e m b l e r et l'extrémité d'une électrode. bain de fusion A u p o i n t d ' a r c , les d e u x pièces et le m é t a l pièce (cathode) d'apport fondent, créant une soudure autog è n e (fig. 2.20). Le c o u r a n t é l e c t r i q u e de s o u d a g e , c o n t i n u o u FIGURE 2.20 Schéma de la zone de soudure avec éleca l t e r n a t i f , est d é f i n i en t e n s i o n et intensité. trode enrobée. L'arc est o b t e n u par t h e r m o - i o n i s a t i o n , avec l'émission d'électrons d ' u n e cathode incand e s c e n t e (l'électrode) b o m b a r d a n t l ' a n o d e (les pièces) avec i o n i s a t i o n d u gaz situé e n t r e l'élect r o d e et les pièces. Il est f o n c t i o n de t r o i s p a r a m è t r e s : t e n s i o n aux b o r n e s , i n t e n s i t é d u c o u r a n t le p a r c o u r a n t , distance anode-cathode. L ' a n o d e , b o m b a r d é e é l e c t r o n i q u e m e n t , est p l u s c h a u d e q u e la c a t h o d e .

42

Guide de l'usinage

La d i f f é r e n c e de t e m p é r a t u r e d é p e n d de : l ' i n t e n s i t é d u c o u r a n t , la d i f f é r e n c e de p o t e n t i e l e n t r e a n o d e et c a t h o d e ; la d i s t a n c e e n t r e elles ( l o n g u e u r d'arc).

Intensité Pour une i n t e n s i t é d o n n é e , la t e n s i o n est en f o n c t i o n c r o i s s a n t e de la l o n g u e u r d ' a r c (fig. 2.21). En c o u r a n t c o n t i n u , l'arc est s t a b l e ; en c o u rant a l t e r n a t i f , la s t a b i l i t é de l'arc est assurée par a s s i s t a n c e ( d ' u n o s c i l l a t e u r h a u t e fréq u e n c e , d ' u n e n r o b a g e des électrodes...). Nota: Les i n t e n s i t é s d e s o u d a g e m a x i - m i n i s o n t i n d i q u é e s s u r le c o n d i t i o n n e m e n t des électrodes.

uv /1

30 • -

l o n g u e u r s d'arc : 2 et 4 m m

FIGURE 2.21

Tension en fonction de l'intensité de sou-

dage et de la longueur d'arc.

Electrode Sa f u s i o n c o n s t i t u e l ' a p p o r t de métal. Elle a m o r c e , m a i n t i e n t , d i r i g e l'arc é l e c t r i q u e et s ' o p p o s e , avec s o n e n r o b a g e , à l ' o x y d a t i o n par l'air a m b i a n t d u m é t a l en f u s i o n . Les é l e c t r o d e s s o n t

normalisées

avec des

d i a m è t r e s s t a n d a r d s (1.2, 1.6, 2, 2.5, 3.15, 4, 5, 6.3), et des c o u l e u r s c o n v e n t i o n n e l l e s spécifiant leurs c a r a c t é r i s t i q u e s (fig. 2.22). Le c h o i x est f o n c t i o n des pièces à a s s e m b l e r , . , . , . ( m a t é r i a u , epaisseur, m e t h o d e ) avec 0 elec-

couleur

Rose

Couleur

Rose

• • Rm R m 2

2 daN/mm a mm

FIGURE 2.22

— <40 <40

Rouge Rouge

40 àà 48 48 40

Jaune Jaune

48 àà 56 56 48

Blanc Blanc

Vert

56 àà 65 65 56

— >65 >65

Vert

Couleurs des électrodes de soudage. soudage,

t r o d e < é p a i s s e u r à souder.

Enrobage de l'électrode F u s i b l e , il se d é p o s e en laitier p r o t e c t e u r s u r le b a i n d ' a l l i a g e e n f u s i o n : s t a b i l i s e l'arc, d é s o x y d e l'alliage, f a v o r i s e la c r i s t a l l i s a t i o n . Sa f u s i o n est retardée par r a p p o r t au m é t a l de l ' é l e c t r o d e c r é a n t u n c a n o n d i r e c t e m e n t de l'arc et e n g e n d r a n t une a t m o s p h è r e i o n i s é e et d é s o x y d a n t e . Il a des e f f e t s é l e c t r i q u e , m é c a n i q u e , m é t a l l u r g i q u e . Électrique, par l ' a m o r c e et le m a i n t i e n de l'arc stable. M é c a n i q u e , par la v i s c o s i t é d u laitier m a i n t e n a n t le m é t a l en f u s i o n avec f o r m a t i o n d ' u n cratère g u i d a n t les g o u t t e s . M é t a l l u r g i q u e , par la p r o t e c t i o n d u m é t a l en f u s i o n c o n t r e l ' o x y d a t i o n , l ' a t t é n u a t i o n des effets de t r e m p e , le dégazage. Il est lié à l ' u t i l i s a t i o n de l ' é l e c t r o d e , s o i t : B a s i q u e , p o u r u n m a x i m u m d ' u t i l i s a t i o n s , e n t o u t e s p o s i t i o n s . Le t r a n s f e r t s ' e f f e c t u e en grosses gouttes. C e l l u l o s i q u e , p o u r g r o s t r a v a u x , p o s i t i o n d e s c e n d a n t e , d a n s c h a n f r e i n s , r e c h a r g e m e n t (de l ' h y d r o g è n e a u g m e n t e la t e m p é r a t u r e de l'arc, d o n c la p é n é t r a t i o n ) . À base de Rutile, p o u r t r a v a u x d e p r é c i s i o n , en t o u t e s p o s i t i o n s , d e b o n n e s q u a l i t é s m é c a niques. Le t r a n s f e r t s ' e f f e c t u e à f i n e s g o u t t e s , avec p r o d u c t i o n d ' u n m é t a l n o n o x y d é . A v e c a d j o n c t i o n de p o u d r e s m é t a l l i q u e s , p o u r t r a v a u x s p é c i f i q u e s .

Utilisation Construction métallique (charpente, chaudronnerie; construction mécanique

(machines,

appareillages,...) ; a s s e m b l a g e de t ô l e s d ' é p a i s s e u r m i n i m a l e s = 1 m m .


43

Soudage électrique TIG Généralités TIG = T u n g s t e n Inert Gas F u s i o n des pièces à a s s e m b l e r par l ' é n e r g i e c a l o r i f i q u e q u ' u n arc é l e c t r i q u e d é g a g e (à 3 0 0 0 °C) en é c l a t a n t d a n s u n e a t m o s p h è r e p r o t e c t r i c e , e n t r e u n e é l e c t r o d e réfractaire et les pièces à a s s e m b l e r (fig. 2.23).

Sens de soudage

gaz i n e r t e é l e c t r o d e i n f u s i b l e (-) en tungstène buse réfractaire 80° atmosphère protectrice

Torche de soudage

métal déposé

S u p p o r t e l ' é l e c t r o d e réfractaire, d i r i g e un jet d e gaz i n e r t e sur le m é t a l en f u s i o n , p r o t é g e a n t le bain de s o u d u r e de l ' o x y d a t i o n . Il y a o p p o s i t i o n à t o u t e r é a c t i o n c h i m i q u e et pas de p r o d u c t i o n de laitier. Elle est r e f r o i d i e par l'air a m b i a n t et la circul a t i o n d u gaz e n s o u d a g e de f a i b l e i n t e n s i t é ( = 150 a m p è r e s ) ; par l'eau au-delà de 150 A. L ' é l e c t r o d e , en t u n g s t è n e (avec a d d i t i o n de t h o r i u m p o u r les aciers) est au p ô l e n é g a t i f ( c a t h o d e ) ; s o n d i a m è t r e est en r a p p o r t avec l ' i n t e n s i t é de s o u d a g e (fig. 2.24).

bain de fusion p i è c e (+)

FIGURE 2.23

Schéma de la zone de soudage avec torche

TIG.

Diamètre des

Diamètre des

électrodes

buses

Métal d'apport A m e n é a u t o m a t i q u e m e n t d a n s la z o n e d e f u s i o n par d é v i d a g e d ' u n f i l à v i t e s s e constante.

Intensité

1

6 à9

15 à 50

1,6

9 à 11

60 à 150

2

11 à 13

100 à 200

2,4

13 à 15

130 à 250

3,2

15 à 18

220 à 300

4

15 à 18

300 à 400

5

18 à 22

350 à 550

I n t r o d u i t en b o r d u r e d u b a i n , il ne t r a n s f è r e FIGURE 2.24 Intensité de soudage en fonction du diapas d a n s l'arc, d ' o ù a u c u n e s u r c h a u f f e d e mètre de l'électrode. l ' a p p o r t : é v i t e la d é g r a d a t i o n chimique ( p u r e t é d u m é t a l c o n s e r v é e ) et la v o l a t i l i s a t i o n (pas de f u m é e nocive). Il peut c o n t e n i r des é l é m e n t s d é s o x y d a n t s ( s i l i c i u m , m a n g a n è s e ) . S o n d é v i d a g e est i n d é p e n d a n t de l ' a r c : s o u d a g e é v e n t u e l sans a p p o r t (facilite d é b u t et f i n de l'opération).

Vitesse de soudage 8 à 40 c m / m i n , s e l o n les é p a i s s e u r s à s o u d e r et les m a t é r i a u x . Les s o u d u r e s s ' e f f e c t u e n t m a n u e l l e m e n t et a u t o m a t i q u e m e n t , sauf p o u r TIG FORCE (essentiellement soudage manuel).

TIG FORCE A v e c une p r o t e c t i o n d u bain s o u s d o u b l e c i r c u i t gazeux, l'arc de s o u d a g e est r i g i d i f i é , assur a n t : r é d u c t i o n de l ' i n t e n s i t é de s o u d a g e ( j u s q u ' à 50 % ) ; a u g m e n t a t i o n d e l ' é p a i s s e u r soud a b l e ; d i m i n u t i o n de la d é f o r m a t i o n des pièces (fig. 2.25). Utilisation. E s s e n t i e l l e m e n t en s o u d a g e m a n u e l . L'arc est stable, c o n t r i b u a n t à une f u s i o n et u n e pénétration régulières.

44

Guide de l'usinage

électrode _ infusible

Sj P métal d'apport

^

gaz de protection métal d'apport

Schéma du procédé TIG. FIGURE 2.25

m

e

buse ^gaz annulaire ,3 de protection

Schéma du procédé TIG FORCE.

Forme des cordons de soudure. Soudage avec torches TIG et TIG FORCE.

Doc. Air liquide

n u

m -

A v e c p r é c h a u f f e d u m é t a l d ' a p p o r t , par effet J o u l e , la q u a n t i t é de s o n d é p ô t est réglable.

Gaz de soudage L ' a r g o n avec g é n é r a l e m e n t a d d i t i o n d ' h é l i u m et d ' h y d r o g è n e , c o n f o r m é m e n t à la n o r m e e u r o p é e n n e EN 439. C h i m i q u e m e n t n o n o x y d a n t , étant s p é c i f i q u e au m a t é r i a u à a s s e m b l e r , o n u t i l i s e : Aciers n o n et f a i b l e m e n t alliés. H é l i u m et h y d r o g è n e : a m é l i o r e n t la p r o d u c t i v i t é et les c o n d i t i o n s de t r a v a i l . A c i e r s i n o x y d a b l e s . M é l a n g e a r g o n - h é l i u m - o x y g è n e , m é t a l l u r g i q u e m e n t c o m p a t i b l e avec le matériau-pièces. S o u d a g e m o n o p a s s e sans c h a n f r e i n et m u l t i p a s s e s a v e c : f o r t e p é n é t r a t i o n de la s o u d u r e ; a m é l i o r a t i o n des p e r f o r m a n c e s et des c o n d i t i o n s de t r a v a i l ( r é d u c t i o n des o x y d e s d ' a z o t e ) (fig. 2.26). A l l i a g e s d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e . Le gaz est n é c e s s a i r e m e n t inerte p o u r p r o t é g e r m é t a l l u r g i q u e m e n t le m é t a l en f u s i o n . Une f o r t e t e n e u r en h é l i u m p e r m e t le s o u d a g e sans c h a n f r e i n ni é c a r t e m e n t des pièces. M é t a u x et alliages s p é c i a u x (titane, tantale...) U n e p r o t e c t i o n gazeuse c o m p l é m e n t a i r e s ' o p pose à la f r a g i l i s a t i o n des pièces par a f f i n i t é c h i m i q u e gaz-métal. U n e p r o t e c t i o n pré et p o s t - b a i n de f u s i o n est nécessaire p o u r éviter la c o n t a m i n a t i o n (fig. 2.27).

organ

A r / H : ¡NOXAL)

ARCAL 11

FIGURE 2.26 Pénétration des soudures TIG FORCE, sans chanfreinage des pièces. Doc. Air liquide FIGURE 2.27 Protection gazeuse pré et post-bain de fusion. Doc. Air liquide


Gox Am

45

Préparation des pièces C o m m e p o u r le s o u d a g e en g é n é r a l (vé, t u l i p e , x...) avec une p r o p r e t é des b o r d s indispensable. Le gaz d e v r a p o u v o i r c i r c u l e r s o u s les pièces m i n c e s et les aciers i n o x y d a b l e s d a n s la zone de s o u d a g e (latte avec c a n a l , b o r d s r e l e v é s des pièces) (fig. 2.28).

•

latte te formant formant \ avfir. les I fi c hnrHc n a l avec canal bords des pièces relevés

FIGURE 2.28 (e < 1 mm).

H

A / latte avec canal

Circulation du gaz sous les pièces minces

Utilisation Les m a t é r i a u x o x y d a b l e s s o n t p a r t i c u l i è r e m e n t s o u d a b l e s : aciers n o n et f a i b l e m e n t alliés, i n o x y d a b l e s , alliages d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e , alliages s p é c i a u x . Réalisation de s o u d u r e s de g r a n d e q u a l i t é m é t a l l u r g i q u e et e s t h é t i q u e ( i n d u s t r i e s c h i m i q u e s , a l i m e n t a i r e s , a é r o n a u t i q u e s , c h a u d r o n n e r i e d ' i n o x y d a b l e s . . . ) : pièces de f a i b l e é p a i s s e u r ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) ; s o u d u r e s en passes de f o n d .

Soudage électrique MIG Généralités M I G : M é t a l Inert Gas F u s i o n d e s p i è c e s à a s s e m b l e r par l ' é n e r g i e c a l o r i f i q u e q u ' u n arc é l e c t r i q u e d é g a g e s o u s a t m o s p h è r e p r o t e c t r i c e e n t r e un f i l - é l e c t r o d e f u s i b l e et les pièces à a s s e m b l e r (fig. 2.29).

Fil-électrode A u pôle p o s i t i f (anode) par t u b e de c o n t a c t c o n d u i s a n t le c o u r a n t . M é t a l d ' a p p o r t a m e n é a u t o m a t i q u e m e n t à vitesse c o n s t a n t e de 2 à 12 m / m i n , en f o n c t i o n des i n t e n s i t é s utilisées (50 à 500 a m p è r e s ) (fig. 2.30). S e l o n les é p a i s s e u r s à s o u d e r , son d i a m è t r e est de 0,5 à 2,4 m m . U t i l i s a t i o n d ' u n fil nu o u f o u r r é (fil c r e u x c o n t e n a n t un f l u x solide) (fig. 2.31). T o r c h e de s o u d a g e . R e f r o i d i e à l'air a m b i a n t j u s q u ' à e n v i r o n 350 a m p è r e s ; au-delà, par circul a t i o n d'eau. fil-électrode fusible (+) dévidoir , du fil

gaz inerte sens de soudage

buse réfractaire atmosphère protectrice

1-Aluminium 2-Acier inoxydable 3- Cuivre

45° métal déposé

pièce FIGURE 2.29 MIG.

46

bain de fusion

Schéma de zone de soudage avec touche

300

400

500

FIGURE 2.30 Dévidement de l'apport selon l'intensité de soudage (pour fil 0 1,6).

Guide de l'usinage

t r a n s T o r m a t e u r - r e a r e s s e u r o e u v r e u n e Tension c o n s t a n t e , d u fait de ses c a r a c t é r i s t i q u e s externes « plates».

fâj'SftlL X'I'SÏR

flux en poudre

La p o l a r i t é inverse ( é l e c t r o d e - a n o d e ) p r o d u i t des g o u t t e l e t t e s f i n e s et n o m b r e u s e s .

Régimes de transfert du métal d'apport et utilisation L'arc est p r o d u i t s o u s p l u s i e u r s r é g i m e s , la f u s i o n d u f i l - é l e c t r o d e et son d é p ô t v a r i a n t en f o n c t i o n de la d e n s i t é d u c o u r a n t ( A / m m 2 ) , soit les r é g i m e s p r i n c i p a u x de t r a n s f e r t d u m é t a l d a n s l'arc (fig. 2.32).

Régime pulvérisation axiale (SPRAY ARC) Le m é t a l t r a n s f è r e s o u s f o r t e s i n t e n s i t é s d a n s l'arc, en f i n e s g o u t t e s , t r è s r é g u l i è r e m e n t . U t i l i s a t i o n en s o u d a g e des f o r t e s é p a i s s e u r s (au-delà de 5 m m ) en p o s i t i o n à plat.

Régime court-circuit (SHORT ARC)

FIGURE 2.31

G

Différents fils fourrés ( 0 1,6 à 4 mm).

JL JL / Pulvérisation axiale

Court-circuit

Régime puisé Le m é t a l t r a n s f è r e d a n s l'arc par a l t e r n a n c e de c o u r t s - c i r c u i t s et de p é r i o d e s d'arc. FIGURE 2.32 Différents régimes de soudage. Le court-circuit s'établit au contact g o u t t e / p i è c e s p r o v o q u a n t le t r a n s f e r t , la f a i b l e t e n s i o n l i m i t e le d i a m è t r e des g o u t t e s . U t i l i s a t i o n en s o u d a g e de f a i b l e s é p a i s s e u r s , en t o u t e s p o s i t i o n s sans s u p p o r t arrière.

Régime puisé Un g é n é r a t e u r d e s o u d a g e , p r o v o q u a n t des p u l s a t i o n s , t r a n s f è r e le m é t a l en g o u t t e s d u diam è t r e désiré. U t i l i s a t i o n en s o u d a g e de f a i b l e s épaisseurs et en g r o s s e s g o u t t e s . L'arc est stabilisé par la s u p e r p o s i t i o n d ' u n c o u r a n t puisé.

Gaz de soudage Ils o n t u n e a c t i o n sur le m o d e de transfert du métal d'apport, génér a l e m e n t m é t a l l u r g i q u e , par leur c o m p o r t e m e n t c h i m i q u e et leur i n f l u e n c e au r e f r o i d i s s e m e n t d u bain (fig. 2.33).

FIGURE 2 . 3 3

Utilisation de gaz en soudage MIG des aciers. Doc. Air iiquide.


•

MEDIOCRE

47

Gaz neutre. L ' a r g o n , avec a d d i t i o n d ' h y d r o g è n e , d ' o x y g è n e o u d ' h é l i u m , s e l o n les m a t é r i a u x à s o u d e r et é v e n t u e l l e m e n t p o u r un r é g i m e d o n n é . L'hélium. À t o u s les r é g i m e s , en s o u d a g e m o n o o u m u l t i p a s s e s : o x y d a t i o n r é d u i t e d u c o r d o n ; n o c i v i t é r é d u i t e ; vitesse de s o u d a g e accrue ( = 1 5 %).

Matériaux soudables A c i e r s n o n et f a i b l e m e n t alliés, i n o x y d a b l e s , alliages d ' a l u m i n i u m , de c u i v r e , de nickel.

Soudage des aciers L'arc est stabilisé par un m é l a n g e f a i b l e m e n t o x y d a n t , f a c i l i t a n t le m o u i l l a g e . R é g i m e p u l s a t i o n axiale. A r g o n a d d i t i o n n é d ' u n f a i b l e p o u r c e n t a g e d ' o x y g è n e : r é d u c t i o n des t e n s i o n s s u p e r f i c i e l l e s d u bain. S o u d a g e en m o n o p a s s e et m u l t i p a s s e s . R é g i m e c o u r t - c i r c u i t . A r g o n a d d i t i o n n é d ' o x y g è n e et d ' h y d r o g è n e . S o u d a g e en p o s i t i o n . R é g i m e puisé. A r g o n a d d i t i o n n é de t o u s les gaz utilisés. S o u d a g e des aciers i n o x y d a b l e s aust é n i t i q u e s : q u a l i t é m é t a l l u r g i q u e ( s t a b i l i t é de l'arc avec o x y d a t i o n r é d u i t e ) r a p i d i t é de soudage.

Soudage des alliages d'aluminium, de cuivre, de nickel M é l a n g e a r g o n - h é l i u m (70 % m a x i m u m ) a s s u r e : s t a b i l i t é de l'arc avec un m i n i m u m de nociv i t é ( o x y d e s d'azote). S o u d u r e s d e q u a l i t é : c o m p a c i t é , p é n é t r a t i o n m a s s i v e , r é s i s t a n c e à la f i s s u r a t i o n à c h a u d (fig. 2.34).

FIGURE 2.34

Qualité et formes de soudures MIG.

Doc. Air liquide.

Utilisation S o u d a g e m a n u e l (appelé s e m i - a u t o m a t i q u e par suite de l ' a l i m e n t a t i o n d u fil en c o n t i n u ) . S o u d a g e a u t o m a t i q u e ( d o n t r o b o t i s é ) : s o u d u r e s en t o u t e s p o s i t i o n s et r a p i d i t é en c o n s t r u c t i o n s m a r i t i m e , civile, f e r r o v i a i r e , a u t o m o b i l e , c h a u d r o n n e r i e , m é t a l l e r i e , etc.

48

Guide de l'usinage

Soudage électrique MAG Généralités M A G = M é t a l A c t i v e Gas. S i m i l a i r e au p r o c é d é M I G , à la d i f f é r e n c e q u e le gaz est actif sur la zone de s o u d a g e . L'arc est p r o d u i t s o u s les m ê m e s r é g i m e s q u e le p r o c é d é s i m i l a i r e TIG ( p u l v é r i s a t i o n axiale, c o u r t - c i r c u i t , puisé). En r é g i m e puisé, la q u a l i t é des s o u d u r e s est excellente: compacité du métal, très bonne p é n é t r a t i o n (fig. 2.35).

••Ë

Gaz de soudage

Le gaz actif est u n m é l a n g e b i n a i r e o u tertiaire de gaz c a r b o n i q u e , d ' a r g o n , d ' o x y g è n e , d'hélium. Les é l é m e n t s o x y d a n t s d u m é l a n g e s t a b i l i sant l'arc s o n t actifs par leur a c t i o n sur la viscosité d u bain et la c o m p a c i t é de la s o u d u r e o b t e n u e (fig. 2.36). Ces m é l a n g e s p e u v e n t être p o l y v a l e n t s o u s p é c i f i q u e s à u n e u t i l i s a t i o n ( t e c h n i q u e et sécurité) et un r é g i m e d'arc.

mm

Q 1234FIGURE 2.35

amorce de l'arc formation de la goutte court-circuit: goutte séparée arc: soudage

Allure du transfert en régime puisé.

SoudageMAG avec ARC AL 21 « S i » !

Utilisation

A s s e m b l a g e e s s e n t i e l l e m e n t des aciers n o n alliés et f a i b l e m e n t alliés, en p r o d u c t i o n i n d u s t r i e l l e : s o u d a g e a u t o m a t i s é et r o b o t i s é en c o n t i n u et par p o i n t s . Les t ô l e s m i n c e s s o n t s o u d a b l e s e n t o u t e s p o s i t i o n s s o u s le r é g i m e puisé ( s u p e r p o s é au c o u r a n t de f a i b l e i n t e n s i t é , p e r m e t t a n t un plus f a i b l e d é g a g e m e n t de chaleur).

SoudageMAG — n » M < J ! W (argon/C02)

Soudage à plat Il s ' e f f e c t u e en r é g i m e sous arc l o n g , le t r a n s fert se p r o d u i s a n t en pluie, avec u n e i n t e n s i t é s u p é r i e u r e à 200 a m p è r e s (fig. 2.37 a).

Soudage en toutes positions

avec argon + C02 FIGURE 2.36

avec C02

Qualité et formes de soudures MAG. Doc. Air liquide

Il s ' e f f e c t u e en r é g i m e s o u s arc c o u r t , le t r a n s f e r t se p r o d u i s a n t en g r o s s e s g o u t t e s , avec u n e i n t e n s i t é i n f é r i e u r e à 200 a m p è r e s (fig. 2.37 b).

v

FIGURE 2.37 Régimes de soudage MAG.


a- Soudage à plat : soudage arc long

m

m

b- Soudage toutes positions : sous arc court

49

1.10

Soudage sous flux conducteur Généralités

J a i l l i s s e m e n t d ' u n arc é l e c t r i q u e sur un fil-électrode, situé sous une c o u c h e p u l v é r u l e n t e d e f l u x en p o u d r e p r o d u i s a n t la f u s i o n d u filé l e c t r o d e et des b o r d s des pièces à a s s e m b l e r (fig. 2.38). Le t r a n s f e r t d u m é t a l d ' a p p o r t (issu d u f i l - é l e c t r o d e - g é n é r a l e m e n t au pôle p o s i t i f - se d é r o u l a n t a u t o m a t i q u e m e n t ) s ' e f f e c t u e par g o u t t e l e t t e s e n r o b é e s de f l u x f o n d u , sans p r o j e c tions.

• • • • i

alimentation flux en poudre .

dévidoir

entraîneur fil

Sens de s o u d a g e \ ¡

récupération aspiration excès de flux

tube contact électrique

laitier

Le flux Il est c o n d u c t e u r d u c o u r a n t , à chaud, c o m m e l'enrobage du courant. Il p a r t i c i p e à la f o r m a t i o n d u bain et p r o v o q u e s o n lent r e f r o i d i s s e m e n t avec un i m p o r t a n t d é p ô t . La f i n e s s e d u f l u x agit sur la l a r g e u r du cordon. U n e f i n e g r a n u l o m é t r i e a s s u r e le

pièce

métal déposé bain de fusion

FIGURE 2.38

Schéma de zone de soudage sous flux conducteur.

m e i l l e u r m o u i l l a g e . Le c o r d o n sera plus large et la p é n é t r a t i o n s e n s i b l e m e n t p l u s f a i b l e . Une g r o s s e g r a n u l o m é t r i e f a v o r i s e le dégazage d u bain et la n o n - p o r o s i t é de la s o u d u r e . Il c o n t i e n t des é l é m e n t s d é s o x y d a n t s (agissant c o m m e l ' e n r o b a g e d ' é l e c t r o d e et p o u v a n t être c o n s t i t u é d ' é l é m e n t s d ' a d d i t i o n avec des c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s d u j o i n t a m é l i o r é e s ) . Il f o r m e u n e c o u c h e de laitier s u r la s o u d u r e . L ' e x c é d e n t , n o n f o n d u , est aspiré à l'arrière d u soudage.

L'arc Il est r é g u l é , c o m m e avec le p r o c é d é MIG. Il est stable en c o u r a n t c o n t i n u j u s q u ' à = 500 A ; audelà, c o u r a n t a l t e r n a t i f nécessaire ( n o n - d é v i a t i o n de l'arc). Le c o u r a n t de s o u d a g e est de f a i b l e t e n s i o n (25 à 40 volts). L'arc de s o u d a g e est i n v i s i b l e . Il se p r o d u i t s o u s l ' a p p o r t d u f l u x , ne nécessitant pas de prot e c t i o n v i s u e l l e ( m a s q u e de s o u d a g e ) p o u r o p é r a t e u r . Le b a i n est i m p o r t a n t , avec r i s q u e de f i s s u r a t i o n à c h a u d : respecter un r a p p o r t l o n g u e u r / p r o f o n d e u r d u bain = 1,5.

Cordon de soudure De b o n n e q u a l i t é ( c h i m i q u e , m é c a n i q u e , e s t h é t i q u e ) : la g a n g u e d u laitier p r o t è g e le b a i n d u r a n t sa s o l i d i f i c a t i o n . Il est lisse, b r i l l a n t , ne nécessitant pas d ' o p é r a t i o n de f i n i t i o n . Fil-électrode. D i a m è t r e m a x i 10 m m , en alliage de s o u d a g e désiré. Il reçoit le c o u r a n t près des pièces par un t u b e c o n t a c t e u r . Énergie de s o u d a g e t r è s élevée : g r a n d e p é n é t r a t i o n , vitesse de s o u d a g e très élevée (3 m / m i n ) .

50

Guide de l'usinage

Torches de soudage De t r o i s t y p e s : avec fil t o r o n n é , avec fil e n r o b é , s o u s f l u x m a g n é t i q u e .

gaz protecteur gaine du fil enrobé

Torche avec fil toronné Le f i l - é l e c t r o d e est e n t o u r é d ' u n t o r o n de fils d'acier c o n d u i s a n t le c o u r a n t à l ' e x t r é m i t é d u f i l : s u p p r e s s i o n des effets d ' i n d u c t i o n (fig. 2.39 a).

a- fil toronné

Torche avec fil enrobé

I

b- fil enrobé flux magnétique

Le f i l - é l e c t r o d e est d a n s u n e g a i n e c o n t e n a n t le f l u x q u i l ' e n r o b e : o b t e n tion de soudures relativement fines (fig. 2.39 b).

buse de dosage épaisseur du flux flux adhérent au fil

Torche sous flux magnétique Le f l u x contient des éléments m a g n é t i q u e s le f a i s a n t a d h é r e r au filé l e c t r o d e par le c h a m p m a g n é t i q u e agissant à la f u s i o n (fig. 2.39 c).

c- flux magnétique

FIGURE 2.39

Schéma des différentes torches de soudage.

Pièces à assembler À p r é p a r e r sans c h a n f r e i n (fig. 2.40) : é n e r g i e de s o u d a g e élevée. Le s o u d a g e s ' e f f e c t u e e s s e n t i e l l e m e n t à plat - sauf a p p a r e i l l a g e spécial - le f l u x d e v a n t être d é v e r s é sur l'arc p o u r le protéger. Une f i n e g r a n u l o m é t r i e d u f l u x s o u t i e n t l'arc en f u s i o n : s o u d a g e possible en position légèrement inclinée.

K Support à latte (cuivre)

Support à latte perdue

Pièces minces e < 6 mm Soudage en 2 passes de pièces e > 6 mm FIGURE 2.40

Préparation de pièces sans chanfreins.

Machines De f o n c t i o n n e m e n t a u t o m a t i q u e : avance de s o u d a g e , d é r o u l e m e n t de l ' a p p o r t et a m e n é e d u flux. L ' a p p o r t s ' e f f e c t u e : à u n f i l ; à d e u x f i l s s i m u l t a n é m e n t o u par f e u i l l a r d a u g m e n t a n t le d é b i t d ' a p p o r t et la vitesse de s o u d a g e . Le s y s t è m e de p r o d u c t i o n ( m a c h i n e de s o u d a g e , f i x a t i o n et p o s i t i o n n e m e n t des pièces, m o u v e m e n t d ' a v a n c e ) p o u r pièces d ' i m p o r t a n t e s d i m e n s i o n s , nécessite une p r o d u c t i o n de série.

Utilisation E x c l u s i v e m e n t en s o u d a g e des aciers (alliés, n o n alliés, i n o x y d a b l e s ) de g r a n d e s pièces ( l o n g s c o r d o n s de s o u d u r e ) : p o u t r e s de s e c t i o n c o n s t i t u é e en p l a q u e s s o u d é e s (caisson, IPN,... ) t ô l e s de r é s e r v o i r s s o u s p r e s s i o n , r a b o u t a g e de t ô l e s , etc.

Procédés d'assemblage

51

Soudage à l'arc plasma C'est u n s o u d a g e TIG o ù l'arc, é t r a n glé, c o n c e n t r e l ' é n e r g i e avec un jet de gaz p l a s m a g è n e , p r o v o q u a n t le s o u d a g e en p é n é t r a t i o n d a n s l ' é p a i s s e u r des pièces à a s s e m b l e r . Le gaz p l a s m a g è n e est p o r t é à l'état de p l a s m a par u n arc é l e c t r i q u e é t a b l i e n t r e u n e é l e c t r o d e r é f r a c t a i r e (en t u n g s t è n e ) f o r m a n t c a t h o d e , et g é n é r a l e m e n t les pièces à s o u d e r ( a n o d e ) (fig. 2.41). Le gaz t r a v e r s e u n e t u y è r e - r e f r o i d i e par f l u i d e c a l o r i p o r t e u r - le c o n s t r i c t a n t m é c a n i q u e m e n t et c i n é t i q u e m e n t , p r o v o q u a n t une forte ionisation, d ' o ù é l é v a t i o n de t e m p é r a t u r e (de 8 000 à 2 5 0 0 0 °C) l o c a l i s é e d a n s l ' a x e d e la colonne d'arc.

(-) électrode (tungstène) tuyère (circulation fluide caloriporteur)

gaz f r o i d isolant gaz

FIGURE 2.41

gaz plasmagène de p r o t e c t i o n annulaire

orifice de c o n s t r i c t i o n

Schéma de zone de soudage à l'arc plasma.

Le gaz ionisé, à s o n passage a u t o u r de l ' é l e c t r o d e , le p l a s m a , crée u n c h a m p é l e c t r o m a g n é t i q u e se m a n i f e s t a n t par effet de s t r i c t i o n t e n d a n t à r e g r o u p e r les p a r t i c u l e s ionisées - les plus c h a u d e s - d a n s l ' a x e de la c o l o n n e d'arc. Le d é b i t de la t u y è r e est f o n c t i o n de l ' i n t e n s i t é d u c o u r a n t . A v e c u n e i n t e n s i t é élevée, o n p o u r r a utiliser une t u y è r e c o n v e r g e n t e - d i v e r g e n t e , l i m i t a n t la f o r m a t i o n d ' a r c s p a r a s i t e s (fig. 2.42).

FIGURE 2.42

Schéma de tuyère

convergente-divergente.

Gaz de soudage Gaz plasmagène L'argon, d'un faible potentiel d'ionisation. L ' h y d r o g è n e , en a d d i t i o n de 2 à 5 %, sauf c o n t r a i n t e s m é t a l l u r g i q u e s : a u g m e n t e la c o n d u c t i bilité t h e r m i q u e , d ' o ù la vitesse de s o u d a g e .

Gaz de protection (gaz annulaire) A r g o n a d d i t i o n n é d ' h y d r o g è n e (10 % m a x i ) . D i f f u s i o n en p é r i p h é r i e d u j e t : l i m i t e une f u s i o n s u p e r f i c i e l l e aux b o r d s de la s o u d u r e (par d i l u t i o n d u jet p l a s m a a u t o u r d ' u n jet central) ; p r o t è g e de l ' o x y d a t i o n le m é t a l en f u s i o n (fig. 2.41). L ' h y d r o g è n e a m é l i o r e l'aspect d u c o r d o n , le m o u i l l a g e et a u g m e n t e la vitesse de s o u d a g e . L ' h é l i u m , en r e m p l a c e m e n t de l ' h y d r o g è n e néfaste au m é t a l des pièces à s o u d e r , en gaz d ' a d d i t i o n p o u r certains m a t é r i a u x (zirconium...).

Gaz envers de protection Nécessaire p o u r p r o t é g e r les m a t é r i a u x s e n s i b l e s à la c o n t a m i n a t i o n par l'air a m b i a n t (titane, tantale...) et p o u r les aciers i n o x y d a b l e s , c o m m e en s o u d a g e TIG (fig. 2.27). Nota: Un a p p o r t de m é t a l , en fil d é v i d é a u t o m a t i q u e m e n t d e v a n t la t o r c h e , peut ê t r e évent u e l l e m e n t effectué.

52

Guide de l'usinage

Régimes de soudage L'arc p r o d u i t p e u t ê t r e t r a n s f é r é o u s o u f f l é (fig. 2.43 a et b). Pour c h a c u n d ' e u x , le c o u r a n t de s o u d a g e est redressé avec u n e t e n s i o n à v i d e de 80 v o l t s minimum. L'arc é l e c t r i q u e , restant r e l a t i v e m e n t s t a b l e à f a i b l e i n t e n s i t é , p e r m e t la m i c r o s o u d u r e (microplasma ou miniplasma).

électrode (-)

tuyère (+)

a- Arc plasma soufflé

Soudage à l'arc plasma soufflé L'arc j a i l l i t e n t r e l ' é l e c t r o d e - c a t h o d e et la t u y è r e f o r m a n t a n o d e : s o u d a g e à f a i b l e énergie de m a t é r i a u x c o n d u c t e u r s o u n o n d e l'électricité. C'est un c o m p l é m e n t au s o u d a g e TIG. Vitesse de s o u d a g e 100 à 200 m m / m i n s o u s i n t e n s i t é de 0,2 à 30 a m p è r e s ; i o n i s a t i o n a u x i l i a i r e d u gaz.

Utilisation

FIGURE 2.43

Jl u

eu .

Schéma d'arcs plasma.

1

il

J
bout à bout

c bords relevés

FIGURE 2.44

Préparation de pièces minces.

FIGURE 2.45

Bain de fusion autour du «key-hole». Doc. Air liquide

M i n i et m i c r o p l a s m a en s o u d a g e a u t o m a t i q u e , sans m é t a l d ' a p p o r t , de pièces m i n c e s (0,01 à 1 m m ) . P r é p a r a t i o n des p i è c e s : en s o u d a g e en b o u t , avec j e u m a x i = 1/10 é p a i s s e u r de pièces (très délicat), à r e c o u v r e m e n t , à bords relevés (fig. 2.44).

Soudage de l'arc plasma transféré L'arc s ' é t a b l i t e n t r e l ' é l e c t r o d e - c a t h o d e et les pièces à s o u d e r (anode). Le jet de p l a s m a p r o v o q u e u n e f o r t e pénétrat i o n de f u s i o n , p r o d u i s a n t un t r o u de s e r r u r e (« K e y - h o l e ») q u i se r e f e r m e avec le déplacem e n t d u jet, f o r m a n t s o u d u r e . S o u d u r e en p r o f o n d e u r ( j u s q u ' à 10 m m ) avec c o m p a c i t é , sans s u p p o r t e n v e r s (fig. 2.45). S o u d a g e avec r a c c o r d e m e n t d u c o r d o n d é p a r t - a r r i v é e ( s o u d u r e circulaire). E f f e c t u é en p a s s a g e d ' u n c y c l e à jet d é b o u c h a n t à u n c y c l e d ' é v a n o u i s s e m e n t d e l'arc (jet n o n d é b o u c h a n t , puis e x t i n c t i o n ) .

pas d'évasement par fusion parasite

Utilisation O b t e n t i o n , par s o u d a g e a u t o m a t i q u e , de soud u r e s c o m p a c t é e s à f o r t e p é n é t r a t i o n (à j e t débouchant), d'excellente qualité métallurgique.

influence du gaz annulaire a- Avec gaz de protection FIGURE 2.46

b- Avec arc transféré

Schéma de soudures à l'arc plasma.

S o u d a g e en u n e s e u l e passe, g é n é r a l e m e n t sans m é t a l d ' a p p o r t et sans s o u t i e n à p o u r des é p a i s s e u r s de 3 à 10 m m (fig. 2.46 a et b). P r é p a r a t i o n des p i è c e s : a u c u n e en b o r d à b o r d .


envers

53

^••••HiiiffirniiiiM

Matériaux soudables

«

Les aciers alliés et f a i b l e m e n t alliés, les aciers inoxydables et les matériaux sensibles à l'oxydation d'épaisseur = 10 m m maxi. Les alliages de nickel et de titane, les alliages de cuivre en faible épaisseur. Nota: L ' a l u m i n i u m et ses alliages ne sont pas soudables par ce procédé.

Soudage par résistance Généralités Les différents procédés consistent à faire traverser un c o u r a n t de basse t e n s i o n et de f o r t e intensité, dans une zone très localisée des pièces à a s s e m b l e r m a i n t e n u e s en contact par r e c o u v r e m e n t ou bout à bout. L'effort appliqué sur les pièces en contact p r o v o q u e l'accostage de l'arc; la chauffe par effet J o u l e ; la f u s i o n des pièces à l'impact. Après c o u p u r e de courant, l'effort de contact assure le soudage des deux pièces sans métal d'apport. Des électrodes p r o v o q u e n t le contact des pièces. Elles sont nécessairement m e i l l e u r e s conductrices que les pièces à souder. L'échauffement E le plus i m p o r t a n t ayant t o u j o u r s lieu là où la résistance électrique R est la plus grande, soit au contact des pièces à souder, on a d o n c : R électrodes < R pièces, d ' o ù E pièces > E électrodes.

Types de soudage par résistance En r e c o u v r e m e n t : par points, à la molette, par bossages. En bout à b o u t : par étincelage, résistance-étincelage.

1.13

Soudage par points Généralités

Il est o b t e n u sur les pièces à r e c o u v r e m e n t m a i n t e n u e s entre deux électrodes en cuivre ou alliage de cuivre. Le contact s'établit p a r : c o m p r e s s i o n des pièces entre les d e u x électrodes refroidies par circulation d'eau ; accostage, faisant passer un courant (de forte intensité et basse tension) entre les deux électrodes. Il se p r o d u i t un é c h a u f f e m e n t puis une f u s i o n de métal dans la zone à plus grande résistivité et non refroidie, soit au contact des pièces dans l'axe des électrodes (fig. 2.47). Le noyau de métal f o n d u , refroidi, assure la soudure. Épaisseur de pièces > — 2 m m : un effort c o m p l é m e n t a i r e de c o m p r e s s i o n assure le forgeage de l'assemblage. Le t e m p s de soudage court, o b t e n u par la forte intensité, évite la d é f o r m a t i o n des pièces et la détérioration des électrodes.

54

Guide de l'usinage

effort de c o m p r e s s i o r j ^

y?

a

refroidissement électrode (eau) électrode mobile r1 et r2 = résistances de contact électrodes/pièces (modifiables) r3 et r4 = résistances ohmiques (non modifiables) r5 = résistance de contact entre pièces à assembler

noyau métal f o n d u pièce

E

^

i

électrode fixe

FIGURE 2.47

Schéma de la zone de soudage par points.

Leur e x t r é m i t é est a d a p t é e au m a t é r i a u et à l'épaisseur à s o u d e r p o u r a s s u r e r : le passage de la densité de c o u r a n t nécessaire ; la résistance m é c a n i q u e d u p o i n t s o u s l ' e f f o r t de c o m p r e s s i o n .

Soudage des aciers E x t r é m i t é des é l e c t r o d e s c o n i q u e s avec u n d i a m è t r e au s o m m e t d = 2e + 3 m m si e < 8 m m , et + 2 m m si e > 8 m m , avec e = é p a i s s e u r d ' u n e pièce à a s s e m b l e r (fig. 2.48 a).

Soudage des alliages d'aluminium E x t r é m i t é des é l e c t r o d e s s p h é r i q u e : c o n t a c t é l e c t r o d e / p i è c e r é d u i t (fig. 2.48 b).

a- Cônes de contact (soudage d'aciers)

FIGURE 2.48

b- Sphères de contact (soudage d'alliages d'aluminium)

Extrémités de contact des électrodes.

Mise en œuvre D i f f é r e n c e d ' é p a i s s e u r s des d e u x pièces à a s s e m b l e r : à l i m i t e r au r a p p o r t d ' e n v i r o n 1/3. D i a m è t r e au s o m m e t des é l e c t r o d e s : en r a p p o r t avec c h a q u e é p a i s s e u r d e pièce (fig. 2.49). Épaisseur t o t a l e s o u d a b l e :

d1

1

risque de collage

\

î d L X

= 20 m m , p o u r pièces de m ê m e épaisseur. P l u s i e u r s pièces p e u v e n t être soudées ensemble, simultanément.

1

Pièces d'épaisseurs différentes : d1 et d2 respectivement d'après e1 et e2

Pièces en nombre In insuffisant : de même épaisseur risque de shunt d1 et d2 d'après e FIGURE 2.49

Différents cas de souda-

ge par points.


55

Pas d'espacement Distance m i n i m a l e à respecter (la d é r i v a t i o n d u c o u r a n t p r o v o q u e le c o l l a g e pièce/élect r o d e ) (fig. 2.50). n ème

Distance e n t r e p o i n t s = 10 E avec E = épaisseur t o t a l e à s o u d e r ; Distance p o i n t / b o r d de pièce = 3E. A c i e r s i n o x y d a b l e s : p o s s i b i l i t é de r é d u i r e le pas.

1

«ln 11 = 3E In = 10E

A l l i a g e s d ' a l u m i n i u m , c u i v r e , a s s e m b l a g e de p l u s i e u r s p i è c e s : a u g m e n t e r le pas ( = 20 %).

I)

FIGURE 2.50

point 1er p o i n t

«•

1 1-

In _ .1

P°uraclers

Espacement des points de soudure.

Utilisation A s s e m b l a g e de pièces peu épaisses (tôlerie) de f o r m e s q u e l c o n q u e s , en t r a v a u x u n i t a i r e et de série. S o u d a g e en série de pièces m i n c e s en a c i e r : p o s s i b l e en m u l t i p o i n t s (fig. 2.51). Les m a c h i n e s à s o u d e r , m o n o o u m u l t i p o i n t s , s o n t fixes. A p p a r e i l s p o r t a t i f s p o u r s o u d a g e sur g r a n d s e n s e m b l e s m é t a l l i q u e s et c h a n t i e r s . R o b o t s de s o u d a g e p o u r g r a n d e série (chaîne d ' a s s e m b l a g e ) o u s y s t è m e de s o u d a g e en flexibilité.

FIGURE 2.51

Station de soudage robotisée

Doc. ARO SA

et schéma de soudage multipoints.

56

Guide de l'usinage

1.14

Soudage à la molette Généralités

Deux m o l e t t e s - é l e c t r o d e s , animées d ' u n m o u v e m e n t de r o t a t i o n , p r o v o points espacés q u e n t u n e s o u d u r e c o n t i n u e (à p o i n t s j o i n t i f s ) o u d i s c o n t i n u e (à p o i n t s espacés) des pièces s i t u é e s e n t r e les m o l e t t e s (fig. 2.52). Les m o l e t t e s , en c u i v r e o u a l l i a g e de cuivre, ont un d i a m è t r e relativement g r a n d (— 300 m m ) . molettes-électrodes Épaisseur t o t a l e des pièces à s o u d e r (de m ê m e é p a i s s e u r c h a c u n e ) : = 6 m m maxi. FIGURE 2.52 schéma de zone de soudage à la molette. L ' a s s e m b l a g e o b t e n u est étanche. Les p o i n t s de s o u d u r e s o n t d i s c o n t i n u s o u c o n t i n u s , s e l o n : la vitesse de r o t a t i o n des m o l e t t e s ; la f r é q u e n c e des i m p u l s i o n s d u c o u r a n t . M é p l a t sur la p é r i p h é r i e des m o l e t t e s - é l e c t r o d e s : d ' a u t a n t plus large q u e les pièces à s o u d e r sont épaisses ( l ' e f f o r t de c o m p r e s s i o n et l ' i n t e n s i t é a u g m e n t e n t ) . Vitesses de s o u d a g e : 1 à 40 m è t r e s / m i n , s e l o n l ' é p a i s s e u r et le t y p e de pièces à a s s e m b l e r (données machine).

Q

Utilisation A s s e m b l a g e de pièces de f a i b l e épaiss e u r : q u e l q u e s c e n t i è m e s de m m à — 4+4 m m m a x i .

pieces molettes

Pièces plates Les d e u x m o l e t t e s o p p o s é e s et t o u r n a n t e s p r o v o q u e n t le s o u d a g e en p o i n t s p l u s o u m o i n s r a p p r o c h é s , jusq u ' à la s o u d u r e en c o n t i n u .

linéaire, à r e c o u v r e m e n t

circulaire

Pièces tubulaires (longues) La pièce à s o u d e r p e u t être m a i n t e n u e en p r e s s i o n b o r d à b o r d par des galets. Les d e u x m o l e t t e s p r o v o q u e n t le soud a g e en c o n t i n u avec é c r a s e m e n t des b o r d s (fig. 2.53).

FIGURE 2.53

Schéma de soudage à recouvrement par molette.

vmolettes f/feiëctrodes) fil m é t a l l i q u e

Soudage bord à bord A v e c a p p o r t de d e u x b a n d e s m é t a l l i q u e s m i n c e s ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) p l a c é e s s u r le j o i n t , e n t r e les m o l e t t e s (de l a r g e u r a d a p t é e a u x b a n d e s ) ; o u avec un fil d ' a p p o r t s i t u é sur le j o i n t , sous u n e m o l e t t e (fig. 2.54).

K-+-M JIW aalets Dresseurs Pièce c i r c u l a i r e , s o u d a g e l i n é a i r e

FIGURE 2.54


avant soudage

!

^pièce

Pièces p l a t e s

Schéma de soudage bord à bord.

57

1.15

Soudage par bossages

WÊfëSËi

Généralités A s s e m b l a g e par p r e s s i o n des pièces à assembler entre deux plaques-élect r o d e s p r o v o q u a n t la s o u d u r e s i m u l t a née de t o u s les p o i n t s p r é a l a b l e m e n t d é f i n i s par des b o s s a g e s s u r u n e des d e u x pièces (fig. 2.55). Le c o u r a n t est c o n c e n t r é s u r les bossages q u i s ' é c r a s e n t s o u s leur é c h a u f f e m e n t et d i s p a r a i s s e n t en f o r m a n t le p o i n t de s o u d u r e .

blocs électrodes

Les p o i n t s d e c o n t a c t des é l e c t r o d e s , d é f i n i s par les b o s s a g e s , p e r m e t t e n t de situer les pièces en p o s i t i o n , r é d u i s a n t l ' é n e r g i e nécessaire. E p a i s s e u r s d i f f é r e n t e s des p i è c e s à a s s e m b l e r : les b o s s a g e s s o n t à effect u e r sur la pièce la p l u s épaisse (réduit le d é s é q u i l i b r e de c h a u f f a g e ) . Effort de forgeage. Le d o u b l e de c e l u i d u s o u d a g e par p o i n t s p o u r a s s u r e r é c r a s e m e n t et a s s e m b l a g e . D i f f é r e n t e s p r é p a r a t i o n s de pièces. S e l o n f o r m e des p i è c e s à a s s e m b l e r : p l a t / c y l i n d r e , p i c o t / t r o u , pièce é p a u lée/plaque o u t u b e (fig. 2.56).

WÊÈÊÊÈKÊÊsm Utilisation -

FIGURE 2.55

tronconique e: 2 à 6 mm

n £

3

après soudage a- soudage plaque/tube

plaque

•

«bossage»

picot

après soudage b- soudage cylindre en bout/plaque FIGURE 2.56

sphérique e>6mm

FIGURE 2.57 Formes de bossages et ordre de grandeur des dimensions.

58

Schéma de zone de soudage par bossage.

bossage préalable!

A s s e m b l a g e , en t r a v a u x de série, des pièces d'épaisseur très faible ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) à = 6 m m m a x i , p o u r des i n t e n s i t é s de c o u r a n t de s o u d a g e p l u s f a i b l e q u e par p o i n t s o u à la m o l e t t e (fig. 2.57).

calotte sphérique e<2mm

il

piece avec bossage

Schéma de soudage par bossage.

Épaisseur pièce e (mm)

Hauteur bossage h (mm)

0,2 à 0,5

0,5

2,5

0,5 à 0,8

0,7

3,5

0,8 à 1,5

1

4

1,5 à 2

1,2

4,5

2à3

1,5

5,5

3à5

1,7

6

5à7

1,8

7

Diamètre point d (mm)

Guide de l'usinage

1.16

Soudage par étincelage Généralités

S o u d a g e b o u t à b o u t , les pièces à a s s e m b l e r f a i s a n t é l e c t r o d e s s o n t accostées s o u s press i o n axiale p r o v o q u a n t la f u s i o n des s e c t i o n s en c o n t a c t , avec é t i n c e l a g e (fig. 2.58). Les b o u t s à a s s e m b l e r , b r u t s de d é c o u p e , o n t des aspérités p r o v o q u a n t un a c c o s t a g e progressif. A u p r e m i e r c o n t a c t , les a s p é r i t é s f o n d e n t sous la s u r c h a r g e é l e c t r i q u e , p r o v o q u a n t des c r a t è r e s ; ce p r o c e s s u s c o n t i n u e j u s q u ' a u c o n t a c t t o t a l des d e u x b o u t s à s o u d e r . Les gaz d é g a g é s c h a s s e n t l'air a m b i a n t , e m p ê c h a n t la c o n t a m i n a t i o n de la s o u d u r e . Pression de c o n t a c t .

mors fixe (+) mors mobile (-)

inn it

piece

piece

l-L^H , >

{

y

C

1- étincelage

1

t

course étincelage 2- forgeage _F

A v a n t c o u p u r e d u c o u r a n t : a m o r c e le s o u d a g e d u m é t a l en f u s i o n . A p r è s c o u p u r e d u c o u r a n t , la p r e s s i o n axiale de f o r g e a g e (5 à 25 d a N / m m 2 ) p r o v o q u e la s o u d u r e des d e u x pièces avec u n e d i m i n u t i o n de l o n g u e u r ( q u e l q u e s m m ) . Sections maximales soudées bout à b o u t : — 120 c m 2 , de pièces en s e c t i o n et résistivité p o u v a n t être d i f f é r e n t e .

—1— pièces soudées

£

Utilisation A s s e m b l a g e d e pièces a x i l e s , g é n é r a l e m e n t b r u t d e d é c o u p e , en m a t é r i a u x et s e c t i o n s identiques ou non.

1.17

course forgeage

FIGURE 2.58

Cycle de soudage par étincelage.

Soudage par résistance-étincelage Généralités

S o u d a g e b o u t à b o u t , les pièces f a i s a n t é l e c t r o d e s , avec a l t e r n a n c e de c h a u f f e par e f f e t J o u l e et par é t i n c e l a g e , l i m i t e n t la p u i s s a n c e é l e c t r i q u e c o n s o m m é e (fig. 2.59).

pieces soudées

I

course étincelage

piece piece

Pièces de s e c t i o n s d i f f é r e n t e s . Éviter la f o r m a t i o n de c r i q u e s p a r : - r é d u c t i o n p l u s g r a n d e s e c t i o n égale à p l u s petite s e c t i o n ; o u p l u s petite sect i o n m a i n t e n u e d a n s le m o r s m o b i l e (fig. 2.60).

mors fixe

mors mobile

transformateur FIGURE 2.59

Schéma de zone de soudage par résistance-étince-

läge.


59

pièces à assembler

partie support partie active

* ,

éviter criques

FIGURE 2.60 lage.

Pièces à assembler par résistance-étince-

lEXS?

outil de coupe

FIGURE 2.61

Soudage de deux matériaux différents,

Pièces de conductibilité différente. M a i n t e n i r d a n s le m o r s m o b i l e , la m o i n s c o n d u c t i b l e . S e c t i o n s m a x i m a l e s s o u d é e s : = 60 c m 2 , avec des i n t e n s i t é s de 10 000 à 40 000 a m p è r e s et s o u s des e f f o r t s de 1 500 à 4 0 0 0 0 d a N .

Utilisation A s s e m b l a g e de p i è c e s : de m a t é r i a u x d i f f é r e n t s (aciers i n o x y d a b l e s , g a l v a n i s é , é t a m é , n o n alliés...) ; de f o r t e s e c t i o n : ne d e v a n t pas s u b i r de chocs t h e r m i q u e s (fig. 2.61).

Soudage par arc tournant Généralités S o u d a g e en b o u t , o ù les e x t r é m i t é s des d e u x pièces à a s s e m b l e r s o n t c h a u f f é e s par un arc é l e c t r i q u e q u i se d é p l a c e c i r c u l a i r e m e n t a u t o u r d e la s u r f a c e de c o n t a c t , avec u n c h a m p m a g n é t i q u e créé. À l'état p â t e u x , les pièces s o n t s o u d é e s en f o r g e a g e , par une f o r t e p o u s s é e axiale.

Utilisation A s s e m b l a g e de pièces de m a t é r i a u x d i f f é r e n t s ( c o m m e en s o u d a g e par f r i c t i o n ) .

Soudage par friction Généralités

i •-

sna—

S o u d a g e en b o u t , o ù , après c o n t a c t des e x t r é m i t é s de pièces à a s s e m b l e r , la t e m p é r a t u r e de s o u d a g e est o b t e n u e par f r i c t i o n avec un m o u v e m e n t de r o t a t i o n (80 à 150 m / m i n ) d ' u n e des d e u x pièces (ou les d e u x ) , t r a n s f o r m a n t l ' é n e r g i e m é c a n i q u e de f r o t t e m e n t en é n e r g i e calorifique. U n e p o u s s é e axiale p r o v o q u e la s o u d u r e par f o r g e a g e , après arrêt (brutal) de la r o t a t i o n . La l o n g u e u r t o t a l e des pièces est r é d u i t e (4 à 5 m m ) , le r e f o u l e m e n t p r o v o q u a n t un b o u r r e l e t c i r c u l a i r e (fig. 2.62). Le b o u r r e l e t peut être é l i m i n é par u s i n a g e sur la m a c h i n e à s o u d e r ( p r o d u c t i o n de série). Temps de soudage. Très r a p i d e : 3 à 12 s e c o n d e s , s e l o n les m a t é r i a u x , avec a c c o s t a g e (1 à 3 secondes) ; c h a u f f e par f r i c t i o n (1 à 5 secondes) ; f o r g e a g e (1 à 4 secondes).

60

Guide de l'usinage

Précisions obtenues Les p i è c e s é t a n t m a i n t e n u e s e f f i c a c e m e n t : c o a x i a l i t é 0,1 à 0,4 m m , i n d e x a t i o n 0,5 à 0,10 degré. Q u a l i t é de s o u d u r e : s a i n e , s a n s i n c l u s i o n s , de c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s é q u i v a l e n t e s aux pièces a s s e m b l é e s (pas de f u s i o n de m é t a l , g r a i n a f f i n é par f o r g e a g e ) .

Matériaux soudabies La p l u p a r t des m é t a u x et a l l i a g e s m é t a l liques. Les d e u x pièces à a s s e m b l e r p e u v e n t être de matériaux différents. Pièces l o n g u e s (câbles...) : S o u d a g e avec u n e b a g u e i n t e r m é d i a i r e r e c e v a n t le m o u v e m e n t de r o t a t i o n (fig. 2.63).

Section des pièces S e c t i o n s de j o n c t i o n c y l i n d r i q u e s , pleines o u tubulaires. D i a m è t r e s s o u d a b i e s de q u e l q u e s m m à = 200 m m . Une des d e u x s e c t i o n s , au m o i n s , sera c y l i n d r i q u e à la j o n c t i o n . Elles p e u v e n t être d i f f é r e n t e s , m a i s il est préf é r a b l e q u ' e l l e s s o i e n t i d e n t i q u e s (par é p a u l e m e n t ) (fig. 2.64).

••iiiiiiiiiiiiiii""

Utilisation

• • • • —

1- Rotation pièce(s) et accostage

Approche rapide 2- Friction

ftnrf»

poussée de friction zone plastique

3- Forgeage -

—

— -

poussée de forgeage

bourrelet FIGURE 2.62

Cycle de soudage par friction.

pièces à assembler , F

bague intermédiaire (pièce en rotation) FIGURE 2.63

Soudage de pièces longues. pièces à assembler

A s s e m b l a g e de pièces avec p o s i t i o n a n g u laire n o n nécessaire, s o i t : pièces en m a t é -

%

sections identiques

FIGURE 2.64 Exemple de soudage de pièces de sections différentes.

r i a u x d i f f é r e n t s ne p o u v a n t pas être soudés avec d'autres procédés (fig. 2.65). (Acier n o n allié/acier rapide, acier i n o x y d a b l e / t i t a n e , a l u m i n i u m / c u i v r e . . . ) ; pièces t r è s l o n g u e s (câbles...) ; pièces t u b u l a i r e s (tubes de f o r a g e . . . ) .

FIGURE 2.65 Soudabilité par friction de différents matériaux.


61

• M M M M I W M W M ^

i i i i i uni l i n 11111 iiiiii i n n n M i i IIIBIIIIIIIIIIII i i i i i

m i ii

m u ii

Les m a c h i n e s étant s p é c i f i q u e s , la p r o d u c t i o n est e f f e c t u é e en t r a v a i l de série. M a c h i n e s de s o u d a g e inertiel. Réalisation de s o u d u r e s à f i b r e s o r i e n t é e s en spirale. On utilise l ' é n e r g i e c i n é t i q u e d ' u n v o l a n t , avec arrêt n a t u r e l p r o g r e s s i f de la r o t a t i o n ( v o l a n t d'inertie).

Soudage par explosion Généralités A s s e m b l a g e par u n e d é f o r m a t i o n plast i q u e c o n s i d é r a b l e q u i se p r o d u i t à l'interface des pièces, suite à la d é t o n a t i o n d ' u n e c h a r g e e x p l o s i v e p r o v o q u a n t une o n d e de choc q u i p r o j e t t e u n e pièce sur l ' a u t r e (fig. 2.66). La d é f o r m a t i o n p l a s t i q u e o b t e n u e p r e n d u n e f o r m e o n d u l é e en v a g u e s d e 0,1 à 0,5 m m , a s s u r a n t l ' a s s e m b l a g e par accrochage mécanique. Un d é b u t de f u s i o n peut être a t t e i n t s o u s r é c h a u f f e m e n t p r o v o q u é par le choc. La f o r c e de p l a q u a g e est s u p é r i e u r e à 300 d a N / c m 2 .

Explosif

amortisseur

explosif

détonateur

support-pièces

tôle de placage (tôle volante) tôle de résistance (cible)

pièces assemblées

FIGURE 2.66 plates.

Schéma de soudure par explosion de pièces

Il p e u t être c o n c e n t r é a u - d e s s u s de la t ô l e à p l a q u e r , o u c o n s t i t u é d ' u n e f e u i l l e p l a s t i q u e d ' e x plosif placée sur l ' a m o r t i s s e u r .

jpg^jjj^jj^jjj^jjjigjjig' Qualité de l'assemblage Elle d é p e n d t o u t p a r t i c u l i è r e m e n t de la v i t e s s e de p r o p a g a t i o n de l ' o n d e de c h o c : elle d o i t être s u f f i s a m m e n t g r a n d e ( e x e m p l e : s u p é r i e u r e à 225 m / s p o u r l ' a l u m i n i u m ) et i n f é r i e u r e à la vitesse d u s o n d a n s la cible.

Elles ne s e r o n t pas o x y d é e s p o u r o b t e n i r u n a s s e m b l a g e sain. La pièce à p l a q u e r s u r celle de base reçoit la c h a r g e e x p l o s i v e , p r o t é g é e par un a m o r t i s s e u r en p l a s t i q u e , ( m a n c h o n d a n s pièce t u b u l a i r e à p l a q u e r ; p l a q u e c o u v r a n t la surface de la pièce à plaquer). Cette pièce, la t ô l e v o l a n t e , est p l a n e , g é n é r a l e m e n t i n c l i n é e (15 à 25°) sur la pièce réceptive, la t ô l e de base.

A s s e m b l a g e de t ô l e s , bi o u t r i - m é t a l l i q u e s : de g r a n d e s d i m e n s i o n s , en m a t é r i a u x d i f f é r e n t s ( o b t e n t i o n de c o n d i t i o n s s p é c i f i q u e s d ' u t i l i s a t i o n : r i g i d i t é et a n t i c o r r o s i o n avec a l u m i n i u m / a c i e r , etc.). A s s e m b l a g e de t u b e s sur des pièces m é t a l l i q u e s en m a t é r i a u x i d e n t i q u e s o u d i f f é r e n t s avec r a p i d i t é ; zone n o n affectée t h e r m i q u e m e n t (fig. 2.67).

62

Guide de l'usinage

a

amortisseur

pièces assemblées 1

pièces à assembler

FIGURE 2.67 Schéma de soudage de pièce plate avec pièce tubulaire.

Soudage par ultrasons Généralités A s s e m b l a g e par v i b r a t i o n s u l t r a s o n o r e s d a n s la z o n e de j o n c t i o n des pièces à a s s e m b l e r , p r o v o q u a n t des f r i c t i o n s avec d é f o r m a t i o n s p l a s t i q u e s localisées et i n t e r p é n é t r a t i o n m o l é c u l a i r e ( g r i f f a g e i n t e r m o l é c u l a i r e ) (fig. 2.68). L ' é n e r g i e t r a n s m i s e par la pièce au c o n t a c t d e la s o n o t r o d e , à la pièce inférieure en a p p u i sur l ' e n c l u m e , se t r a n s f o r m e en chaleur. La t e m p é r a t u r e s ' é l è v e et p r o v o q u e la liaison des d e u x pièces ( a n a l o g i e au soudage par f r i c t i o n ) .

amplificateur de mouvement transducteur

sonotrode pieces point d'impact enclume

La f r é q u e n c e des u l t r a s o n s est égale o u FIGURE 2.68 Schéma simplifié de soudage par ultrasons. s u p é r i e u r e à 2 0 0 0 0 hertz. La t r a n s m i s s i o n s ' e f f e c t u e à une vitesse v a r i a n t avec la célérité d u m a t é r i a u . Le v e n t r e des v i b r a t i o n s se s i t u e à l ' i n t e r f a c e des d e u x pièces à a s s e m b l e r , o ù s ' e n g e n d r e u n système d'ondes stationnaires.

Sonotrode De f o r m e a d a p t é e aux pièces à s o u d e r , elle d o i t être à la m ê m e f r é q u e n c e de r é s o n a n c e d u système électro-acoustique.

Enclume Sur l a q u e l l e repose la pièce i n f é r i e u r e ; placée en o p p o s i t i o n à la s o n o t r o d e , elle d o i t être m a s sive p o u r agir en d é f l e x i o n des o n d e s .

Générateur haute fréquence P e r m e t au c o n v e r t i s s e u r é l e c t r o - a c o u s t i q u e ( t r a n s d u c t e u r et a m p l i f i c a t e u r ) de f o n c t i o n n e r à amplitude constante. Un s u p p l é m e n t de p u i s s a n c e d u g é n é r a t e u r c o m p e n s e la d i m i n u t i o n d ' a m p l i t u d e q u i se crée au c o n t a c t s o n o t r o d e / p i è c e .


63

Transducteur Du t y p e p i é z o - é l e c t r i q u e avec c é r a m i q u e a y a n t u n p o i n t d e Curie élevé.

Amplificateur de mouvement G é n é r a l e m e n t de f o r m e b i c y l i n d r i q u e , d o n n a n t l ' a m p l i t u d e la plus élevée. •

un

—

i n M M i i a É ^ ^

in

••ni

Les pièces à a s s e m b l e r d o i v e n t être p r o p r e s ( e x e m p t e s de graisse). A s s e m b l a g e : p r i n c i p a l e m e n t des f e u i l l e s m é t a l l i q u e s de f a i b l e é p a i s s e u r (2 m m m a x i ) ; d e m a t é r i a u x i d e n t i q u e s o u d i f f é r e n t s et d ' é p a i s s e u r s très d i f f é r e n t e s ; de m a t é r i a u x t r è s réfract a i r e s , n o n s o u d a b l e s par les a u t r e s p r o c é d é s ; de m a t i è r e s p l a s t i q u e s : i n s e r t s m é t a l l i q u e s d a n s pièce en p l a s t i q u e (voir c h a p i t r e « P l a s t u r g i e »).

1.22

Soudage par faisceau d'électrons Généralités

Assemblage par conversion de l ' é n e r g i e c i n é t i q u e en é n e r g i e t h e r m i q u e d'un faisceau d'électrons accélérés s o u s h a u t e t e n s i o n et focalisés au v o i s i n a g e des p i è c e s à a s s e m b l e r (fig. 2.69).

Canon à électrons Constitué d'un système cathodeanode qui, porté à haute température dans u n v i d e p o u s s é , crée l'effet t h e r moïonique dégageant un nuage d'électrons. U n v i d e s e c o n d a i r e de 1 0 " 5 t o r r est assuré d a n s l ' é m e t t e u r ( a n o d e - w e h n e l t - c a t h o d e ) ; d a n s la c h a m b r e de s o u d a g e r é g n e r a u n v i d e de 10" 2 à 10"5torr (obtenu en quelques secondes).

Effet thermoïonique P r o v o q u e la v a p o r i s a t i o n i n s t a n t a née d u m a t é r i a u avec f i n i t i o n d ' u n t r o u c a p i l l a i r e q u i se r e m p l i t d u m é t a l e n f u s i o n avec le d é p l a c e m e n t d u faisceau, produisant la soudure après s o l i d i f i c a t i o n . L'apport d'énergie étant plus rapide q u e s o n é v a c u a t i o n par c o n d u c t i o n ,

1- champ électrostatique (vide secondaire 10 5 torr) 2- champ électromagnétique (vide 10"2 à 10"3)

ceptée p a t \e t a i s c e a u , créant u n cra-

t è r e t a p i s s é de métal

64

liquide.

Doc. TECHNÊTA

Guide de l'usinage

Cathode En t a n t a l e - t u n g s t è n e , c h a u f f é e i n d i r e c t e m e n t (par effet J o u l e ) o u d i r e c t e m e n t . Produit avec l ' a n o d e , le c h a m p é l e c t r i q u e accélérant les é l e c t r o n s q u i s o n t p r é c i p i t é s sur les pièces à s o u d e r par u n t r o u situé d a n s l ' a n o d e . Un w e h n e l t p o l a r i s é n é g a t i v e m e n t c o n f o r m e le c h a m p é l e c t r i q u e et accélère les é l e c t r o n s sort a n t de l ' a n o d e au p o s i t i f .

e

Faisceau d'électrons Focalisé sur les pièces à s o u d e r par des lentilles m a g n é t i q u e s : p r o d u i t u n e g r a n d e c o n c e n t r a t i o n de p u i s s a n c e et p r o v o q u e la f u s i o n des pièces à la zone d ' i m p a c t . Des b o b i n e s d e d é f l e x i o n , par c h a m p m a g n é t i q u e , d i r i g e n t le faisceau et r é g u l e n t la zone d ' i m pact. Le j o i n t de s o u d a g e o b t e n u est f i n : la visée est t r è s précise ( c a m é r a , écran TV, etc.).

Caractéristiques des soudures De g r a n d e q u a l i t é (très saines), le s o u d a g e s ' e f f e c t u a n t s o u s v i d e . C o n t r a i n t e s t h e r m i q u e s et d é f o r m a t i o n s très r é d u i t e s ; zone affectée t h e r m i q u e m e n t é t r o i t e ( l i m i t e r é c h a u f f e m e n t à la soudure). Le j o i n t p r é s e n t e un r e n f l e m e n t à l'impact.

Profondeur Elle peut être i m p o r t a n t e et v a r i e s e l o n : la p o s i t i o n d u s o u d a g e ; la focalisation;

la v i t e s s e de

sou-

d a g e (fig. 2.70).

Soudage à plat P é n é t r a t i o n m a x i 150 m m : l i m i t e causée par le m é t a l en f u s i o n au f o n d d u c r a t è r e (par s o n p r o p r e

FIGURE 2.70

Soudage par faisceau d'électrons.

poids).

Doc. TECHNETA

Soudage en corniche P é n é t r a t i o n m a x i 500 m m : le m é t a l en f u s i o n n'est pas e n t r a î n é au f o n d d u cratère par s o n p r o p r e poids.

pénétration p

puissances PI et P2

Focalisation P1 < P2

Étant m a x i m a l e , avec a u g m e n t a t i o n de la p u i s s a n c e , la p é n é t r a t i o n l'est é g a l e m e n t j u s q u ' à u n e l i m i t e (fig. 2.71).

focalisation

FIGURE 2.71

Pénétration de la soudure sui-

vant focalisation et puissance. Doc. TECHNÉTA


65

Vitesse de soudage D i m i n u a n t , la p é n é t r a t i o n t e n d v e r s une l i m i t e m i n i m a l e (fig. 2.72).

pénétration p largeur renflement I

Matériaux soudables puissance P = c t e

La p l u p a r t des m é t a u x et alliages. S o u d a g e en p a r t i c u l i e r : les a l l i a g e s s ' o x y d a n t f a c i l e m e n t ; des m a t é r i a u x réfractaires. Alliages composés d'éléments volatils ( f o n t e s , zinc etc.) s o n t à é c a r t e r (inclus i o n s gazeuses d a n s le j o i n t ) : s o u d a g e avec c a n o n à p u l s a t i o n s é v i t a n t sa p o l l u tion. «SS.

pénétration

vitesse de soudage Vs FIGURE 2.72 soudage.

Pénétration de la soudure suivant la vitesse de Doc. TECHNÉTA

Mise en œuvre

S o u d a g e g é n é r a l e m e n t en u n e passe, sans m é t a l d ' a p p o r t , en b o r d à b o r d , sans j e u de posit i o n n e m e n t (0,5 m m m a x i ) . Un fil d ' a p p o r t p e u t être a m e n é p o u r r e m p l i s s a g e d ' u n c h a n f r e i n . Passe de lissage. Réalisée en d é f o c a l i s a n t le faisceau : r é d u c t i o n de d é f a u t s de surface. Surfaces à souder. D o i v e n t a v o i r : b o r d s à a n g l e v i f ; e x e m p t i o n d ' i m p u r e t é s ( o x y d a t i o n , huiles). À a s s e m b l e r après p r é p a r a t i o n (sous huit h e u r e s m a x i ) . pénétration

Pièces Pièces et o u t i l l a g e s en matériaux magnétiques: à démagnétiser avant soudage (rémanence 1 gauss maxi). Pièces s o u d é e s peu d é f o r m é e s à la local i s a t i o n d u f a i s c e a u : a s s e m b l a g e de pièces p r é a l a b l e m e n t u s i n é e s q u a l i té = 10 et Ra 3.2).

risque de criques puissance P = cte vitesses de ••soudage croissantes

In et hn < 11 et h

Vitesses de soudage Elles s o n t r a p i d e s (100 m m / m i n à plusieurs m / m i n ) . À très g r a n d e vitesse, la s e c t i o n f o n d u e est plus f a i b l e et le r e f r o i d i s s e m e n t plus rapide ( r i s q u e de criques). À v i t e s s e t r o p f a i b l e , la zone a f f e c t é e t h e r m i q u e m e n t est plus large (fig. 2.73).

FIGURE 2.73 Formes des soudures à différentes vitesses de soudage. Doc. TECHNÉTA

Utilisation En p r o d u c t i o n de série, a s s e m b l a g e s permanents très divers, difficilement r é a l i s a b l e s avec d ' a u t r e s p r o c é d é s de s o u d a g e (fig. 2.74).

FIGURE 2.74 Différentes soudures produites par faisceau d'électrons.

66

en bout à bout superposition en angle

par transparence

en opposition à éviter

Guide de l'usinage

Machines U n i t é s d e p r o d u c t i o n , p o u r u t i l i s a t i o n en g r a n d e série ( é l e c t r o m é n a g e r , etc.) et de q u a l i t é maximale. Elles c o m p r e n n e n t : le c a n o n à é l e c t r o n s , une e n c e i n t e de s o u d a g e s o u s v i d e o ù s o n t installées les pièces m o b i l e s s o u s le faisceau. A p p a r e i l l a g e de v i b r a t i o n s d u faisceau : p o u r e f f e c t u e r é v e n t u e l l e m e n t des s o u d u r e s élargies. Puissance des m a c h i n e s : j u s q u ' à 200 kW p o u r g r o s s e s u n i t é s de s o u d a g e .

Sécurité Nécessite des v e r r e s au p l o m b p o u r h u b l o t s de s u r v e i l l a n c e ( p r o t e c t i o n des o p é r a t e u r s c o n t r e les r a y o n s X).

—

.—

,—.—r

___

___

Soudage au laser

1.23

Généralités F o c a l i s a t i o n d ' u n faisceau de l u m i è r e c o h é r e n t e p r o d u i s a n t une d e n s i t é de p u i s s a n c e s u f f i sante p o u r o b t e n i r un bain de f u s i o n et la j o n c t i o n au r e f r o i d i s s e m e n t d u b a i n , sans a p p o r t (fig. 2.75).

l

miroir à 100 %

/ fenêtre de sortie

1

laser (YAG ou C0 2 )

l l

optiques de traitement du faisceau

résonateur / faisceau laser faisceau focalisé

FIGURE 2.75

Schéma de principe des lasers de soudage Doc.

LASAG-Industrial-lasers

Le f a i s c e a u laser est t r a n s m i s d a n s l ' a t m o s p h è r e , à dist a n c e de p l u s i e u r s m è t r e s sans être affaibli. Il p e u t être d é v i é (par m i r o i r o u f i b r e o p t i q u e ) . La f o c a l i s a t i o n d é p e n d : de la l o n g u e u r d ' o n d e X. de la f o c a l e de la lentille f, d u d i a m è t r e d u faisceau D a v a n t focal i s a t i o n (fig. 2.76).

FIGURE 2 . 7 6

focale trop longue : p convient et d trop grand

focale trop courte : p trop petit et d très petit

Focalisation du faisceau de lumière.


67

La l u m i è r e laser est réfléchie, en partie, par le m a t é r i a u q u i la r e ç o i t ; le r a y o n , a b s o r b é o u r é f r i n g e n t , p r o d u i t la f u s i o n . Le t a u x d ' a b s o r p t i o n d u m a t é r i a u v a r i e s u i v a n t : la l o n g u e u r d ' o n d e d u faisceau ; la t e m p é r a t u r e d u m a t é r i a u (fig. 2.77). Les f o r t s g r a d i e n t s de t e m p é r a t u r e et d e p r e s s i o n c o m m u n i q u e n t , sur u n e f a i b l e larg e u r : des t r a n s f e r t s de c h a l e u r a u x pièces, e n g e n d r a n t la f o r m a t i o n d ' u n é t r o i t c o r d o n de s o u d u r e .

YAG

co 2

Aciers non alliés

35

6

Aluminium

25

3

Cuivre

9

2

Tungstène

31

4

Verre

5

94

Papier

25

95

Matériaux

FIGURE 2.77

Taux d'absorption de quelques matériaux.

La p r e s s i o n de v a p e u r dans la cavité p r o d u i t un b o u r r e l e t s u p e r f i c i e l sur le c o r d o n (fig. 2.78). La zone affectée t h e r m i q u e m e n t est r é d u i t e : p e u d e d é f o r m a t i o n s et de c o n t r a i n t e s résid u e l l e s ; d i m i n u t i o n de f i s s u r a t i o n s à f r o i d .

Gaz de protection A r g o n o u h é l i u m , il p r o t è g e : le b a i n de la c o n t a m i n a t i o n , la l e n t i l l e de la t ê t e de s o u dage. Il d o i t ê t r e d i f f i c i l e m e n t i o n i s a b l e , a g i s s a n t d a n s la c r é a t i o n d u p l a s m a avec des v a p e u r s m é t a l l i q u e s p r o d u i t e s par le faisceau laser. Il peut é g a l e m e n t a v o i r u n e i n f l u e n c e sur la p é n é t r a t i o n d u faisceau.

FIGURE 2 . 7 8

Soudure au laser.

Doc.

LASAG-lndustrial-lasers

Plasma Fait é c r a n a u t o u r d u b a i n de f u s i o n , e m p ê c h a n t t o u t e l ' é n e r g i e d ' a t t e i n d r e les pièces (fig. 2.79).

Soudabilité du matériau Elle est f o n c t i o n d e : sa c o n d u c t i b i l i t é t h e r m i q u e , sa t e m p é r a t u r e de f u s i o n , s o n o p a c i t é FIGURE 2.79 Plasma localisant l'énergie. en phase v a p e u r ; le c o e f f i c i e n t d ' a b s o r p t i o n d u faisceau. Le c o r d o n de s o u d u r e est o b t e n u par c o n d u c t i o n o u par p é n é t r a t i o n en f o n c t i o n de la puissance d u faisceau laser.

Soudage par conduction A v e c des p u i s s a n c e s i n f é r i e u r e s à 1 kW, la p é n é t r a t i o n de c h a l e u r d a n s les pièces se fait par c o n d u c t i o n t h e r m i q u e , l ' é n e r g i e d u faisceau étant a b s o r b é e à la surface de la pièce.

Soudage par pénétration Avec c r é a t i o n d ' u n t r o u de s e r r u r e de d i a m è t r e é q u i v a l e n t à celui d u faisceau f o c a l i s é (analogie avec la s o u d u r e par faisceau d ' é l e c t r o n s ) : la p r o f o n d e u r de p é n é t r a t i o n d u faisceau laser est = 10 l a r g e u r d u c o r d o n de s o u d u r e (zone f o n d u e ) (fig. 2.80).

68

Guide de l'usinage

faisceau laser

cavité (trou de serrure)

¥

FIGURE 2.80

Cordon de soudure au laser.

Photo. LASAG-Industrial-lasers

Matériaux soudables Ceux a s s e m b l é s par f u s i o n , avec les c a r a c t é r i s t i q u e s de faisceau à haute d e n s i t é d ' é n e r g i e : aciers n o n et f a i b l e m e n t alliés, i n o x y d a b l e s , t i t a n e , alliage d ' a l u m i n i u m , de c u i v r e , etc. M a t é r i a u ayant u n e certaine t e n e u r en gaz d i s s o u s : risque de f i s s u r a t i o n à c h a u d , la s o u d u r e p o u v a n t être p o r e u s e (le b a i n n'a pas s u f f i s a m m e n t de t e m p s p o u r t o t a l e m e n t dégazer, la vitesse de r e f r o i d i s s e m e n t étant élevée).

Lasers de soudage De d e u x t y p e s : à s o l i d e YAG, à gaz C 0 2 .

Laser à solide YAG Il f o n c t i o n n e en m o d e c o n t i n u o u en m o d e puisé avec un r e n d e m e n t de 5 % m a x i . La s o u r c e laser i r r a d i e les pièces p o u r a t t e i n d r e la t e m p é r a t u r e de f u s i o n . Le p o m p a g e o p t i q u e d u b a r r e a u YAG est o b t e n u par u n f l a s h de l u m i è r e b l a n c h e de f o r t e p u i s s a n c e , é m e t t a n t d a n s le p r o c h e d ' i n f r a r o u g e (la l o n g u e u r d ' o n d e est de 0,7 à 1,06 Mm). L ' é n e r g i e f o u r n i e par i m p u l s i o n s est f a v o rable au s o u d a g e par p o i n t s (fig. 2.81). La v i t e s s e de p a s s a g e d u f a i s c e a u p r o d u i t u n e f a i b l e é p a i s s e u r de c o r d o n .

lampes flash

L A _ Â J barreau deYAG s o u d u r e par p o i n t

FIGURE 2.81

Schéma des lasers YAG.

Mode continu La p u i s s a n c e m a x i m a l e est f a i b l e ( e n v i r o n 1 500 w a t t s ) .

Mode puisé La p u i s s a n c e de crête peut a t t e i n d r e j u s q u ' à 20 kW par e x c i t a t i o n d i s c o n t i n u e d u m i l i e u actif ( f r é q u e n c e des p u l s a t i o n s m a x i 500 hertz).


69

Laser à gaz C 0 2 Il f o n c t i o n n e en p r i n c i p e en m o d e c o n t i n u , o u en m o d e puisé. Le p o m p a g e é l e c t r i q u e d ' u n m i l i e u g a z e u x actif ( m é l a n g e de C 0 2 , d ' h é l i u m et d ' a z o t e ) est d ' u n t r è s b o n r e n d e m e n t (15 % m a x i ) : o b t e n t i o n de f o r t e s p u i s s a n c e s (fig. 2.82). La l o n g u e u r d ' o n d e , d a n s l ' i n f r a r o u g e , est de

10,6 pm. mmmam

excitation électrique

FIGURE 2.82

* Mise en œuvre

Schéma des lasers CO,

MMHH

J e u e n t r e pièces à la j o n c t i o n , i n f é r i e u r à la t a c h e f o c a l e (0,2 à 0,4 m m ) : s e l o n é p a i s s e u r des pièces, q u e l q u e s c e n t i è m e s à q u e l q u e s d i x i è m e s de m m (fig. 2.83).

épaisseur des pièces 4(mm)

Pièces E x e m p t e s de graisses et d ' o x y d e s . État d e s u r f a c e r é g u l i e r p o u r c o n s e r v e r la m ê m e r é f l e x i o n de la l u m i è r e laser. A s s e m b l a g e : de d i f f é r e n t e s m é t h o d e s ( b o r d à b o r d , p o i n t à p o i n t ) ; en t o u t e s p o s i t i o n s (faible l a r g e u r de la zone f o n d u e et s o l i d i f i c a t i o n r a p i d e (fig. 2.84). 0,01 0,05 0,10 FIGURE 2.83

0,20

0,3

jeu *"(mm)

Jeux de soudage des pièces.

%y//s//SA

bords relevés FIGURE 2.84

en équerre

à emboîtement

Différentes soudures par laser.

Photo LASAG-Industrial-

Vitesses de soudage Elles s o n t rapides. Laser C 0 2 = 40 m / m i n m a x i , s o u d a g e en u n e passe j u s q u ' à 25 m m d ' é p a i s s e u r avec 20 k W de puissance. Laser YAG - 400 m m / m i n m a x i . III I Laser YAG p u i s é . A s s e m b l a g e p e r m a n e n t avec p r é c i s i o n , d e pièces d e f a i b l e é p a i s s e u r ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m à q u e l q u e s m m ) d e v a n t s u b i r un m i n i m u m de c o n t r a i n t e s .

70

Guide de l'usinage

S o u d a g e en c o n t i n u , b o r d à b o r d et p o i n t à p o i n t (énergie par i m p u l s i o n s ) . Laser C 0 2 c o n t i n u . A s s e m b l a g e p e r m a n e n t , à g r a n d e vitesse (et f o r t e s puissances) de pièces épaisses, en c o n t i n u , b o r d à b o r d et par t r a n s p a r e n c e .

Machines de soudage P o s s i b i l i t é d e d é v i e r le r a y o n pour souder: à distance (quelques mètres); à des e n d r o i t s p e u a c c e s s i b l e s ; en plusieurs endroits simultaném e n t par d i v i s i o n d u faisceau. D é v i a t i o n d u faisceau. Par m i r o i r (laser C 0 2 ) o u par f i b r e o p t i q u e (laser YAG) (fig. 2.85). Opération annexe. La d é c o u p e , en p a r t i c u l i e r , p e u t s ' e f f e c t u e r sur la m a c h i n e .

•••

<

faisceau laser laser CO2

M I

g. Sécurité mmmmm

Le r a y o n laser est d a n g e r e u x p o u r les y e u x des o p é r a t e u r s : l u n e t t e s d e p r o t e c t i o n spécifiques impératives.


FIGURE 2.85

Schéma de déviation du faisceau laser (C0 2 ).

71

2 . P r o c é d é s d'assemblage par adhésion ^Généralités Collage de deux pièces assurant un assemblage p e r m a n e n t p o u v a n t supporter des charges aussi i m p o r t a n t e s que par les autres procédés d'assemblage. Type d'assemblage normalisé NF. T 76.001/011.

Classification des colles Classement par familles ayant des caractéristiques spécifiques de performances d'adhésion, en f o n c t i o n des différents types d'assemblage (en bout, en équerre...).

• m m ^ m m »

Principales familles de colles

a.»«.—mu«

Les acrylites, les cyanoacrylates, les époxydes, les silicones: de caractéristiques différentes, elles sont d'utilisation spécifique. Exemple de différentes colles cyanoacrylates (fig. 2.86).

Guide de sélection ^ '

WEICON Contact

VA,20

VA 8312

VA 100

VA 300

VA 1500

+

+

++

+

+

-H-

++

++

++

++

++

++

+

Matériaux Métal

Plastiques

Caoutchouc Elastomères EPDM

+

VA 2500 HT

VA 250 Black

Gel

VA 1460

VM 20

V M 120 V M 2000 <

+

+

++

++

++

+

++

"H-

++

+

+

+

+

+

+

++

+

+ _

+

+

+

+

+

+

+

++

++

++

+

+

+

++

+

++

++

++

+

+

++

+

*

'

+

'

++

++

++

+

+

++

4*

+.

+

»

+

+ I — i -

Bois

Bois de balsa

+

Verre/Céramique

+

Cuir

+

+

Approprié (+) Très approprié (++) Dans !e cadre des recommandations susmentionnées, il est possible de coller E ¡métaux sur matières plastiques..

72

H m B H

i d'autres combinaisons, p. ex. métaux sur caoutchouc et

Guide de l'usinage

WEICON Contact liquide

VA 2 0

VA 8 3 1 2

VA 100

'«•pes d'ester

VA 3 0 0

VA 1500

VA 2 5 0 0 HT

VA 2 5 0 Black

Gel

jjSBpll

.'scosité à + 2 0 ° C - P a - s ) Brookfield

<20

20-40

60-120

200-300

= o d s volumlque à - 2 I T C (g/cm»)

1.04

1.05

1,06

1,07

= o n t éclair selon »ûel-Pensky ; < N 5 5 2 1 3 en ° C ^¿tiérence initiale* = r secondes sur atmmium»

V M 120

VM 2000

méthyle

Bquide Incolore, VA 2 5 0 0 H T opaque, VA 2 5 0 Black noir

utilisé de préférence pour le collage de matières synthétiques et de caoutchouc

Propriétés

V M 20

alcooxyéthyle

éthyle

Constitution

VA 1 4 6 0

1000-

résistance aux hautespresque gel, ne utilisé de préférence pour coller températures, inodore, sans tes métaux coule pas élasticité résiduelle efflorescence 1700-

1500

20003000

20003000

6000090000

120-200

20-40

100-130

1.08

1.06

1,06

1,08

1,02

1,10

1,10

1,12

2000

87

30-60

30-60

sur caoutchouc i essai N O R A »

2-15

2-10

s i r P V C rigide »

5-60

5-30

30-60

60-90

3-20

2-10 •

10-60

10-60

.'ii.^

90-120

40-80

90-120

90-120

30-60

50-70

50-70

70-90

5-30 1

25-50

20-40

20-30

10-60

10-60 : ;

10-60

10-90

10-120

25-100

40-80

40-80

20-150

30-120

30-150

30-120

. •Déterminés à + 2 3 ° C et 5 0 % d'humidité de l'air. D a n s les temps ndiqués, une résistance de maniement peut être atteinte.

1) Aluminium, Type Al C u M g 2pl„ non-prétraité 2) Caoutchouc d'essai Nora, poil 3) P V C rigide Tiovidur* EN, non-prétraité

W E I C O N Contact - durci

à la température

tous types de - 2 0 ° C à env. + 8 0 ° C (à court terme - 3 0 ' C à + 1 0 0 ° C ) - VA 2 5 0 0 H T et VA 2 5 0 Black à + 1 3 5 ° C

Secteur de ramollissement en °C « i c e de réfraction

n

D2»

1,49 (correspond a u verre) / non-applicable pour les types VA 2 5 0 0 H T et VA 2 5 0 Black

' M u f f / y*

Wsistivité spécifique selon DIU 53482(Omni) Constante diélectrique i 1 MHz DIN 53483*

160-170

Er

5,4

Rjgidrté diélectrique selon DIN 53481" (KV/mm) Solubilité e n

»10"

: y'a ;

11-13

Formamide de diméthyle, oxyde sulfonique de diméthyle, n'rtrile d'acétone, alcalis. Le contact prolongé avec l'ester acétique, l'acétone et le chlorure de méthylène peut taire gonfler la colle durcie.

- Suivant l'exemple de la norme DIN, mesurés sur joints collés

FIGIRE 2.86

Caractéristiques et sélection des colles cyanoacrylates Xeicon-contact. Doc. P. W. Weidling et Sohn, importateur SAFI


73

Choix des colles

2.3

N é c e s s i t é de c o n n a î t r e l ' e n s e m b l e des c o n t r a i n t e s à s u b i r par les pièces a s s e m b l é e s , s o i t : m é c a n i q u e s (traction, c i s a i l l e m e n t , c o m p r e s s i o n , p e l a g e ) ; t h e r m i q u e s et c l i m a t i q u e s d ' e n v i r o n n e m e n t ( t e m p é r a t u r e , h u m i d i t é , n u i s a n c e s ) ; c h i m i q u e s ( p e i n t u r e s . . . ) ; d ' u t i l i s a t i o n (durée de vie, e f f o r t s à t r a n s m e t t r e , v i b r a t i o n s . . . ) . Choisir une colle de p r é f é r e n c e d ' u n seul c o m p o s a n t , à prise rapide en t e m p é r a t u r e a m b i a n t e .

Colles pour matériaux métalliques C h o i s i r la c o l l e d ' u n e f a m i l l e d o n n é e , s e l o n les cas d ' u t i l i s a t i o n , et en p a r t i c u l i e r p o u r m a t é riaux m é t a l l i q u e s (aciers, alliages d ' a l u m i n i u m , alliages de cuivre) s o i t :

Colles époxydes Pour u n e b o n n e résistance m é c a n i q u e ( c o h é s i o n , a d h é s i o n ) , pas de retrait, chocs.

mais sensible

aux

Colles cyanoacrylates Pour u n e très b o n n e résistance m é c a n i q u e , u n e b o n n e résistance a u x s o l v a n t s , m a i s sensibles à l'eau; à prise instantanée.

Caractéristiques du collage m

m

mi

mu

F o n c t i o n d u c h o i x o p t i m i s é de la colle, de la p r é p a r a t i o n des surfaces, d ' u n e parfaite m i s e en œuvre (données technologiques). Sa r é s i s t a n c e d é p e n d d e : l ' a d h é s i o n , f o r c e d ' a d h é r e n c e à v é r i f i e r par essai m é c a n i q u e ; la c o h é s i o n , plasticité p l u s o u m o i n s g r a n d e d u j o i n t (fig. 2.87). L ' a s s e m b l a g e est assuré en r e s p e c t a n t les d o n n é e s t e c h n o l o g i q u e s , s o i t : g r a m m a g e , m o u i l lage, t e m p s o u v e r t , vie en pot.

FIGURE 2 . 8 7

Comportement mécanique de la colle dans sa masse (cohésion) Doc. Loctite

74

iongueur de recouvrement

Guide de l'usinage

Grammage D o n n e la c o h é s i o n de l ' a d h é s i f : c'est le respect de l ' é p a i s s e u r d u j o i n t , p o u r ne pas m o d i f i e r les p r o p r i é t é s m é c a n i q u e s d u c o l l a g e .

D o n n e l ' a d h é s i o n d e la c o l l e d é p o s é e sur u n e surface : c'est le c o n t a c t i n t i m e pièce/colle (analogie avec les s o u d u r e s ) . L ' a d h é s i o n est la f o r c e interfaciale de l i a i s o n s c h i m i q u e s des d e u x surfaces a s s e m b l é e s .

Temps ouvert Permet le m o u i l l a g e de la pièce n o n e n c o l l é e sur celle q u i est e n c o l l é e : c'est le t e m p s passé entre l ' a s s e m b l a g e des d e u x pièces p r é p a r é e s . U n d é p a s s e m e n t de t e m p s o u v e r t p r o v o q u e u n e p e a u de s u r f a c e s u r la c o l l e , n u i s a n t au mouillage.

C o n c e r n e les colles à b i - c o m p o s a n t s : à m é l a n g e r a v a n t u t i l i s a t i o n p o u r é t a l e m e n t aisé sur la surface à encoller. C'est le t e m p s d i s p o n i b l e e n t r e le m é l a n g e e f f e c t u é et le d é p ô t de la colle. Avec d é p a s s e m e n t de vie en p o t , la c o l l e c o m m e n c e à d u r c i r : l ' é t a l e m e n t est d i f f i c i l e et le mouillage moins bon.

Caractéristiques des assemblages peut être é t a n c h e o u isolant.

Surfaces d'adhésion A c o n c e v o i r en f o r m e , d i m e n s i o n s , état de surface, p o u r r é p o n d r e a u x c o n t r a i n t e s m é c a n i q u e s en u t i l i s a t i o n . .'érifier, p o u r les d e u x pièces à a s s e m b l e r par r e c o u v r e m e n t o u e m m a n c h e m e n t : c o n t r a i n t e : e t r a c t i o n ( p e r p e n d i c u l a i r e à la surface e n c o l l é e ) ; c i s a i l l e m e n t (parallèle à la surface encolesi ; é v e n t u e l l e m e n t t o r s i o n ( a s s e m b l a g e s c y l i n d r i q u e s ) (fig. 2.88 p a g e s u i v a n t e ) , - . e c u n e colle s o u p l e , a s s e m b l a g e de b o n n e résistance à la f a t i g u e .

I doit t r a v a i l l e r en t r a c t i o n - c i s a i l l e m e n t . - éviter. Pelage, c l i v a g e , a s s e m b l a g e de m a t é r i a u x à c o e f f i c i e n t de d i l a t a t i o n d i f f é r e n t s . Epaisseur de j o i n t . Incidence sur c o m p o r t e m e n t m é c a n i q u e d u c o l l a g e ( a d h é s i o n , c o h é s i o n ) : es p e r f o r m a n c e s m é c a n i q u e s d i m i n u e n t avec s o n d é p a s s e m e n t d ' é p a i s s e u r o p t i m a l e .

^mtmÊmmmsmm:

Adhésion par recouvrement

« i « « ! —

_ongueur de recouvrement efficace lQ Se d é t e r m i n e d ' a p r è s : l ' é p a i s s e u r S de la : ece la p l u s m i n c e et d ' u n f a c t e u r de -me f de v a l e u r c o u r a n t e 0,06. I - admet l0 (mm) = V5/0,06 , valeur limite f - deçà de l a q u e l l e l ' a d h é s i o n est c o n s i : i - é e c o m m e i n s u f f i s a n t e (fig. 2.89).


FIGURE 2.89

Recouvrement par collage d'assemblages plans.

75

principales sollicitations

S o l u t i o n s proposées ^ 3 0 °

V

^

« I —

1

"

1 ,

1 —

> .

11

t^

1

•

.

1 1

1

'

i

i

l

1

, 1

1

'

1

i ,|

76

m

!

L+-J

m

,1

Si Guide de l'usinage

Charges de pelage = mauvais

Mauvais

Solutions de conception possibles

Solutions de conception oossibles

FIGURE 2 . 8 8

Différents

a s s e m b l a g e s p a r collage Doc.

Loctite

2. Procédés d'assemblage 77

Résistance à la rupture en traction du joint T 0 (Mpa) = 0,6. TR, avec TR = c a r a c t é r i s t i q u e de la c o l l e utilisée. Charge de r u p t u r e F r 0 a d m i s s i b l e . Pour v é r i f i e r si elle est s u p é r i e u r e à la f o r c e à l a q u e l l e l'ass e m b l a g e est s o u m i s , s o i t : F r 0 (N) = TRO. I 0 . h, avec h = l a r g e u r de l ' a s s e m b l a g e .

Adhésion par emmanchement Longueur de recouvrement A s s e m b l a g e s c y l i n d r i q u e s t u b e / t u b e o u c y l i n d r e (fig. 2.90), p r e n d r e h = TTD, avec D ( m m ) = diamètre d'emmanchement. A s s e m b l a g e s t u b e / t u b e o u c y l i n d r e , a p p l i q u e r L0 ( m m ) = TTDT,./ F.

Résistance à la torsion Pour e m m a n c h e m e n t s c y l i n d r i q u e s Fr(N) = 2 . M C / D, avec m o m e n t d u c o u p l e M c ( m m ) .

W//MM W/MMMA

FIGURE 2.90

Recouvrement par collage d'assemblages cylindriques.

Doc. Loctite

Essais mécaniques Le c o l l a g e nécessite q u e des essais s o i e n t e f f e c t u é s p o u r v é r i f i e r si les c o n t r a i n t e s d ' u t i l i s a t i o n s o n t respectées. Les essais m é c a n i q u e s p e r m e t t e n t de v é r i f i e r les l i m i t e s des a s s e m b l a g e s par a d h é s i o n , en f o n c t i o n des s o l l i c i t a t i o n s d ' u t i l i s a t i o n , s o i t : t r a c t i o n , c o m p r e s s i o n , c i s a i l l e m e n t , pelage, clivage. É g a l e m e n t t e m p é r a t u r e m a x i et m i n i a d m i s e s , c o h é s i o n (fig. 2.91). É v e n t u e l l e m e n t résistances a u x c h o c s et aux s o l v a n t s .

78

Guide de l'usinage

t

I

-

t

!

Traction a(MPa) = charge à la rupture / surface du joint Compression^ a(N/mm2) = T limité à 450 N/mm2

, - 1 en té

Clivage Q(N/mm2) charge à la rupture / largeur du joint Pelage — ^ R(N/mm2) = charge à la rupture / largeur du joint

t

^

à 180° Cisaillement T(l\l/mm 2 ) =

charge à la rupà recouvrement simple ture/surface du joint t +-Ç

n | -*

M

de -60° C à +250° C

à recouvrement double

Choc — W(j/cm2) = énergie absorbée /surface du joint Température 6<° C)

Charge de traction

Charge de cisaillement

Charge de compression Zone de collage

Charge de pelage Zone de collage

Charge de clivage • Zcm de collage


FIGURE 2.91 Essais mécaniques des assemblages par collage et charges les plus courantes avec répartition des contraintes résultantes dans le joint collé. Doc. Loctite

79

[ Mise en œuvre Surfaces à encoller. I m p é r a t i v e m e n t d é c o n t a m i n é e s ( o x y d a t i o n , graisse...) p o u r assurer le mouillage. Encollage. I m m é d i a t e m e n t après nettoyage (éviter h u m i d i t é , poussière...). Avec dégraissage par p r o d u i t c h i m i q u e : collage i n s t a n t a n é m e n t après ou application d ' u n e couche de primaire.

Aciers D'après T o p f i x : dégraissage au trichloréthylène, sablage ou grenaillage, nettoyage au trichlor é t h y l è n e ; collage après évaporation. Ou dégraissage au t r i c h l o r é t h y l è n e , t r e m p e au bain d'acide sulfurique a d d i t i o n n é de bichromate de soude (4 %), d o u b l e rinçage à l'eau bouillante et à l'eau déminéralisée ; collage après séchage.

Alliages d'aluminium D'après F r a m u s i : dégraissage au t r i c h l o r é t h y l è n e , sablage, dépoussiérage, collage. Ou dégraissage au trichloréthylène, lessivage (avec une solution spécifique), séchage; collage.

Alliages de cuivre Dégraissage au t r i c h l o r é t h y l è n e , lessivage avec une s o l u t i o n spécifique ( c h l o r u r e ferrique, acide nitrique, eau), rinçage, séchage; collage i m m é d i a t .

Utilisation La p l u p a r t des m a t é r i a u x sont collables, i n d i f f é r e m m e n t ( m é t a l / b o i s , m é t a l / p l a s t i q u e . . . ) et d'épaisseurs quelconques. Les aciers inoxydables sont difficilement collables. Collage à utiliser: si les contraintes sont certaines; pour pièces mécaniques «sous-utilisées», à durée de vie non excessive. À effectuer g é n é r a l e m e n t à t e m p é r a t u r e a m b i a n t e (avec limites). Cohésion. Optimale avec respect des c o n d i t i o n s de mise en œuvre : t e m p s , t e m p é r a t u r e , pression de c o n t a c t ; durcissement à chaud pour certaines colles (50 à 60 °C). Opération de collage. S'effectue en manuel, s e m i - a u t o m a t i q u e , a u t o m a t i q u e , selon product i o n - p r o d u c t i v i t é et types de pièces à assembler.

80

Guide de l'usinage

3.

Assemblage par rivetage et sertissage Rivetage-sertissage par mouvements combinés

Fluage radial de la m a t i è r e s o u s un m o u v e m e n t de f r a p p e r e c t i l i g n e - a l t e r n a t i f , sans r o t a t i o n du p o i n ç o n (la b o u t e r o l l e ) i n c l i n é de q u e l q u e s d e g r é s et a n i m é s i m u l t a n é m e n t d ' u n e traject o i r e c i r c u l a i r e o u en rosette.

••E

Fluage orbital

Q

La b o u t e r o l l e t o u r n e o r b i t a l e m e n t (à vitesse rapide) d a n s son c ô n e d ' a c t i o n (fig. 2.92a).

••MKWiMHHHHiBiBK

fluage en rosette

_a b o u t e r o l l e d é c r i t (à vitesse lente) d a n s s o n c ô n e d ' a c t i o n , les m o u v e m e n t s en rosette prod u i s a n t des a s s e m b l a g e s de diverses f o r m e s (circulaire, carrée...) (fig. 2.92b).

•P»

Utilisation

Rivetage et sertissage u n i t a i r e à g r a n d e série sur pièces pleines o u creuses, picots et s o y a g e s , de s e c t i o n s d i v e r s e s .

a. Rivetage orbital

b. Rivetage en rosette

FIGURE 2 . 9 2

Principes de rivetage Doc. Guillemin SA


81

^Rivetage par autopoinçonnage A s s e m b l a g e de pièces m i n c e s (tôles) avec rivet insété sans p r é p e r ç a g e , à l'aide d ' u n o u t i l l a g e s t a n d a r d p o i n ç o n - m a t r i c e (fig. 2.93). Le rivet autopoinçonneur, d e f o r m e a d a p t é e à la m a t r i c e , s'évase dans la pièce i n f é r i e u r e (sans la percér) après avoir t r a v e r s é la o u les pièces s u p é r i e u r e s (fig. 2.94). L'outillage de r i v e t a g e (vérin) p e u t ère é q u i p é d ' u n presse-flan : a s s e m b l a g e t ô l e s fines. FIGURE 2.93 Schéma de principe de L'autopoinçonnage Doc. Bollhoff-Otalu SA

fraisée

Plastique 2,00 mm/ Aluminium 2,00 mm

Aluminium 2 x 1,20 mm

FIGURE 2.94 Exemples de rivetage Doc. Bollhoff-Otalu SA

Utilisation A s s e m b l a g e u n i t a i r e à g r a n d e série, é t a n c h e aux l i q u i d e s et gaz, sans a l t é r a t i o n des p i è c e s a s s e m b l é e s ( g a l v a n i sées, p r é l a q u é e s , etc.) d ' é p a i s s e u r t o t a l e m a x i 6,5 à 11 m m s e l o n m a t é r i a u x (fig. 2.95).

FIGURE 2.95 Exemple de pièce rivetée. Doc. Bollhoff-Otalu SA

Sertissage Assemblage d ' é c r o u s (à c r a n t a g e a n t i r o t a t i o n ) par d é f o r m a t i o n de l ' é c r o u localisée à l'arrière de la pièce (zone b o r g n e ) , à partir d ' u n l o g e m e n t c y l i n d r i q u e o u h e x a g o n a l (fig. 2.96). Utilisation. Dans t o u s les m a t é r i a u x sur pièces t e r m i n é e s (revêtues, etc.) de f o r m e plate, en c a i s s o n , p r o f i l é e , avec accessibilité d ' u n coté, p o u r v i s M 1 0 m a x i .

FIGURE 2.96 Sertissage d'un écrou noyé Bollhoff-Otalu SA , (écrou RIVKLE plus) Outillage

82

Écrou

Pièce

Assemblage

Guide de l'usinage

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Généralités

85

1.1

Mode d'action

85

1.2

Brochage d'intérieur

85

1.3

Brochage d'extérieur

86

Outils de brochage

86

2.1

Broches d'intérieur

86

2.2

Broches d'extérieur

88

2.3

Denture

88

2.4

Angles de coupe

90

2.5

Efforts de coupe

91

2.6

Précisions obtenues

92

Conditions de coupe

92

3.1

Vitesses de coupe

92

3.2

Épaisseur du copeau ou progression

92

3.3

Lubrification

92

Mise en œuvre

93

4.1

Forme des ébauches

93

4.2

Réduction d'usure des dents

95

4.3

Autres conditions d'usinage

95

Porte-pièce

96

5.1

Brochage d'intérieur

96

5.2

Brochage d'extérieur

96

Machines

97

6.1

M o u v e m e n t de coupe

97

6.2

Brochage circulaire

98

7.

Utilisation

98

8.

Rainurage

99

8.1

99

Utilisation

V

Généralités

Le b r o c h a g e c o n s i s t e à u s i n e r s i m u l t a n é m e n t , avec r a p i d i t é et p r é c i s i o n , des surfaces parallèles, d é b o u c h a n t e s et à d i r e c t r i c e s rect i l i g n e s o u hélicoïdales de f o r m e s i n t é r i e u r e s et e x t é r i e u r e s n o n l i m i t é e s par u n é p a u l e ment. Les b r o c h e s , o u t i l s de f o r m e , s o n t c o n s t i t u é e s d ' u n e série de d e n t s t r a v a i l l a n t s u c c e s s i v e m e n t . C h a q u e d e n t a s o n a r ê t e de c o u p e décalée de la p r é c é d e n t e d ' u n e d i s t a n c e de l ' é p a i s s e u r d u c o p e a u (la progression) (fig. 3.1).

G

progression e1, e2, ... : épaisseur de copeaux

FIGURE 3.1 Progression des dents de broche.

| Mode d'action L'ensemble des d e n t s g é n è r e le p r o f i l f i n i à p a r t i r d u p r o f i l b r u t , par le passage de la b r o c h e , au t r a v e r s de la pièce ( b r o c h a g e d ' i n t é r i e u r ) o u d e v a n t la pièce ( b r o c h a g e d ' e x t é r i e u r ) s u i v a n t le m o u v e m e n t de c o u p e r e c t i l i g n e (il n ' y a pas d e m o u v e m e n t d ' a v a n c e , la p r o f o n d e u r d e passe est d o n n é e par la p r o g r e s s i o n ) .

| Brochage d'intérieur Le b r o c h a g e s ' e f f e c t u e par le p a s s a g e de b r o c h e d a n s le t r o u d ' é b a u c h e . La b r o c h e d e t y p e a x i l e est a t t e l é e à la b r o c h e u s e par la t ê t e de t r a c t i o n . L ' e f f o r t de c o u p e p l a q u e et m a i n t i e n t la pièce s u r s o n a p p u i p e r p e n d i c u l a i r e a u m o u v e m e n t de c o u p e (fig.3.2). La f i x a t i o n d e la pièce n ' e s t g é n é r a l e m e n t pas nécessaire.

FIGURE 3.2

Schéma de brochage d'intérieur.

3. Procédés de brochage

85

J La b r o c h e , de t y p e p r i s m a t i q u e , est f i x é e au c o u l i s s e a u de la m a c h i n e (fig. 3.3). Le b r o c h a g e s ' e f f e c t u e g é n é r a l e m e n t à partir de l ' é b a u c h e d u p r o f i l b r u t (de f o r g e a g e , m o u l a g e , etc.).

A-A

profil à obtenir

Il est s i m u l t a n é p o u r u n a s s o c i é e s sur u n e pièce petites pièces (fig. 3.4). La o u les pièces s o n t à m e n t p o u r s ' o p p o s e r à la

coulisseau machine support-broche

g r o u p e de f o r m e s o u u n e g r a p p e de m a i n t e n i r efficacep o u s s é e latérale.

'TA

table-machine support-pièce

FICURE 3.3 Schéma de brochage d'extérieur.

2.

FIGURE 3.4 Schéma de pièces coulées en grappe pour brochage simultané d'extérieur.

Outils de brochage

Les b r o c h e s s o n t s p é c i f i q u e s à c h a q u e f o r m e à o b t e n i r ( c a n n e l u r e s à f l a n c s parallèles et en d é v e l o p p a n t e , d e n t e l u r e s r e c t i l i g n e s , r a i n u r e s de c l a v e t a g e . . . ) .

Broches d'intérieur Elles s o n t c o n s t i t u é e s de l'attelage, d u g u i d e , de la d e n t u r e , de la q u e u e (fig. 3.5).

86

Guide de l'usinage

€

FIGURE 3.5 Conception de broches d'intérieur.

Attelage De d i f f é r e n t e s f o r m e s , à a c c r o c h a g e m a n u e l ou a u t o m a t i q u e , de d i m e n s i o n s p e r m e t t a n t son p a s s a g e d a n s le t r o u d ' é b a u c h e d e la pièce (fig. 3.5 et 3.6).

wmÊÊÊÈÊBËHÊÊm. Guide 'WÊÊSssamÊamm

plat d ' o r i e n t a t i o n

Ql

31

g o r g e de f i x a t i o n

a- broche axile

A s s u r e la m i s e en p o s i t i o n b r o c h e / p i è c e ; s o n d i a m è t r e est i n f é r i e u r , avec j e u f o n c t i o n n e l , au t r o u d ' é b a u c h e .

Queue P e r m e t d ' a s s u r e r le m a i n t i e n a r r i è r e d e la broche en fabrication, affûtage, m a n u t e n t i o n , stockage. Il

y

b- broche plate

FIGURE 3.6 Schémas d'attelages des broches.

1 ••••Il

Il

fil——WHiMWilMimi—MMWK

P r o g r e s s i o n d e d e n t s , à p a r t i r d ' u n e f o r m e c y l i n d r i q u e de d é p a r t q u i p r o g r e s s e j u s q u ' à la f o r m e finale du profil à obtenir. C o m p r e n d des d e n t s d ' é b a u c h e , de d e m i - f i n i t i o n , de f i n i t i o n et de réserve f i g . 3.5). Les CllflÉBHMHHHHHHHHHHHHHHHHHH^^B S o n t t a i l l é e s d a n s le c o r p s (outil en ARS) o u r a p p o r t é e s (outils en c a r b u r e ) sur u n c o r p s en acier. Dents d'ébauche. Les arêtes de c o u p e , p o u v a n t c o m p r e n d r e des b r i s e - c o p e a u x , é b a u c h e n t la f o r m e à obtenir. Dents de demi-finition. Elles p r o f i l e n t la f o r m e désirée. Dents de finition. D ' u n n o m b r e r é d u i t à q u e l q u e s d e n t s , elles c a l i b r e n t la f o r m e au p r o f i l f i n a l . Dents de réserve. G é n é r a l e m e n t au n o m b r e de c i n q , elles s o n t de la f o r m e d u p r o f i l f i n a l , augm e n t a n t la d u r é e de v i e des b r o c h e s , après des a f f û t a g e s successifs.


87

2.2

Broches d'extérieur

Un o u t i l l a g e de b r o c h a g e d ' e x t é r i e u r est constitué d ' u n g r o u p e de broches élément a i r e s ( p o u r c h a c u n e des d i f f é r e n t e s f o r m e s de pièce) d e s e c t i o n s p r i s m a t i q u e s , a s s e m blées d a n s un s u p p o r t p r i s m a t i q u e f i x é a u c o u l i s s e a u de la b r o c h e u s e (fig. 3.7). Chaque broche élémentaire c o m p r e n d essent i e l l e m e n t la d e n t u r e ( é b a u c h e , d e m i - f i n i t i o n , f i n i t i o n , réserve), c o n ç u e c o m m e les b r o c h e s d'intérieur.

Denture

ISS!;

Les broches d'intérieur, de t y p e axile, o n t u n e denture annulaire. Les broches d'extérieur, de t y p e p r i s m a t i q u e , ont une denture droite ou oblique (fig. 3.8). La d e n t u r e o b l i q u e p e r m e t l ' a t t a q u e p r o g r e s sive d a n s la m a t i è r e , r é d u i s a n t les r i s q u e s de r u p t u r e de dents.

MC MC

a- denture droite

b- d e n t u r e o b l i q u e

FIGURE 3.8 Schéma de dentures de broches d'extérieur. m

m

H

Nombre de dents d'une broche

I M B ^ I I — —

Il est f o n c t i o n de la s u r é p a i s s e u r t o t a l e d ' u s i n a g e et des é p a i s s e u r s d e c o p e a u x ( p r o f o n d e u r s de passe). Pour c h a q u e o p é r a t i o n ( é b a u c h e , d e m i - f i n i t i o n , f i n i t i o n ) o n a n d e n t s = s u r é p a i s s e u r d ' u s i n a g e de l ' o p é r a t i o n / é p a i s s e u r d u c o p e a u . On c o n s i d è r e , s e l o n la s u r é p a i s s e u r t o t a l e d ' u s i n a g e : Finition. 2 à 10 d e n t s , p o u r u n e s u r é p a i s s e u r d ' u s i n a g e de 0,05 à 0,1 m m . Demi-finition. 5 à 15 d e n t s , p o u r u n e s u r é p a i s s e u r d ' u s i n a g e de 0,2 à 0,4 m m . Ébauche. Le n o m b r e de d e n t s est à d é t e r m i n e r en f o n c t i o n d e la s u r é p a i s s e u r restante, (totale, m o i n s d e m i - f i n i t i o n et f i n i t i o n ) j u s q u ' a u m a x i m u m l i m i t é par la l o n g u e u r de b r o c h e a d m i s e (course de la m a c h i n e ) . Nota : p o u r u n e d e n t u r e nécessitant u n e l o n g u e u r s u p é r i e u r e à la c o u r s e - m a c h i n e , e n v i s a g e r d e u x b r o c h e s , o u u n e m o d i f i c a t i o n é v e n t u e l l e de la pièce.

88

Guide de l'usinage

C e s t la distance e n t r e d e u x arêtes de c o u p e c o n s é c u t i v e s . On a d m e t ce pas P en f o n c t i o n de a l o n g u e u r à b r o c h e r L, avec P = 0.4 L p o u r L < 16 m m et 1.75 vT p o u r L > 16 m m .

Ils d o i v e n t p e r m e t t r e d e l o g e r les c o p e a u x p r o d u i t s d u r a n t le p a s s a g e d e c h a q u e d e n t d a n s la l o n g u e u r b r o c h é e (les c o p e a u x s ' é v a c u e n t a p r è s le c o n t a c t dent/pièce (fig. 3.9).

FIGURE 3.9 Logement de copeaux inter-dents.

Section inter-dents Elle est d é f i n i e par (fig.3.10) :

section inter-dents (triangle rectangle)

La h a u t e u r d u l o g e m e n t h = P/3 ; l ' a n g l e d e c o n t r e - d é p o u i l l e ( a ' = 30° à 50° ; le r a y o n de r a c c o r d e m e n t c o n t r e - d é p o u i l l e / f a c e de c o u pe s u i v a n t e r = P/5.

Dents d'ébauche : p/3 ; r = p/5 ; a'

V é r i f i e r la c a p a c i t é d u l o g e m e n t de c o p e a u x par r a p p o r t au v o l u m e de c o p e a u x p r o d u i t s p o u r u n e d e n t ( a s s i m i l e r la s e c t i o n de l ' i n t e r -

FIGURE 3.10

Section d'inter-dents.

FIGURE 3.11

Section d'inter-dents allongé.

dents à un triangle rectangle). V o l u m e de l ' i n t e r - d e n t s Vi : o n a d m e t Vi > 3 v o l u m e s de c o p e a u x .

Logement de copeaux Si i n s u f f i s a n t o u h a u t e u r h t r o p g r a n d e ( r é d u i s a n t e x c e s s i v e m e n t la s e c t i o n d u n o y a u de broche) : a d o p t e r une d e n t u r e a l l o n g é e (fig. 3.11).

A v e c a c c r o i s s e m e n t de 0,1 à 1 m m par d e n t d ' u n e f r é q u e n c e d e 3 à 5 d e n t s , p o u r é v i t e r le b r o u tement.


89

mmmÊÊÊÊÊmÊÊOÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊBm

B r i S f t - e o p e a IIX

Sur les d e n t s d ' é b a u c h e et de d e m i - f i n i t i o n , ils s o n t o b t e n u s par des r a i n u r e s sur les faces de d é p o u i l l e (fig. 3.12 et 3.13).

annulaire

1 e r e dent annulaire

FIGURE 3.13 Brise-copeaux sur dents d'ébauche (alternance des dents).

FIGURE 3.12 Brise-copeaux sur dents d'ébauche, broche cylindrique.

Témoin d'affûtage S u r f a c e n o n d é p o u i l l é e de 0,1 à 1 m m de l a r g e . À c o n c e v o i r s u r les faces d e d é p o u i l l e des d e n t s de f i n i t i o n et d e réserve : p o u r a f f û t a g e s successifs t o u t en c o n s e r v a n t les d i m e n s i o n s d u p r o f i l à obtenir. IWIIllHIllilIBIIIIIIM B r o c h a g e de f o r m e s i n t é r i e u r e s à d i r e c t r i c e s h é l i c o ï d a l e s ( é c r o u à pas r a p i d e , c a n n e l u r e s et r a i n u r e s h é l i c o ï d a l e s . . . ) d ' a n g l e m a x i 45°, par r o t a t i o n et t r a n s l a t i o n s i m u l t a n é e s de la b r o c h e (fig. 3.14). FIGURE 3.14 Schéma de broche à denture hélicoïdale.

C o u p e -y 0 , et d é p o u i l l e a 0 (en particulier) s o n t faibles p o u r c o n s o l i d e r les d e n t s et p e r m e t t r e un m a x i m u m d'affûtages (outils de f o r m e , a f f û t é s sur la face de c o u p e (fig. 3.15 et 3.16).

Dépouille a 0 Matériaux Ébauche 1/2 finition

Finition et réserve

Coupe

Fontes et aciers

3° à 1°30

0°30 à 1 °

0° à 1°

Aciers : 10° à 20e i Fontes : 5° à 15e

Alliages légers

3° à 5°

1° à 3°

0° à 3°

15° à 25e •

Laitons et bronzes

o° à r

0° à 1°

0°30 à 0°

0° à 10°

FIGURE 3.16 Ordre de grandeur des angles de coupe -y0 et de dépouille des dents de broche. broche.

90

Guide de l'usinage

Efforts de coupe Efforts a p p l i q u é s sur l ' o u t i l (fig. 3.17), p o u r u n e dent.

a - Broche plate

â

b - Broche cylindrique

FIGURE 3.17 Efforts de coupe appliqués sur une dent de broche.

Effort de refoulement, ou effort de pénétration Fp Il s ' é q u i l i b r e sur la d e n t o p p o s é e ( b r o c h e d ' i n t é r i e u r ) o u sur s o n s u p p o r t ( b r o c h e d ' e x t é r i e u r ) .

Effort tangentiel, ou effort de coupe Fc Fc = S . K a . z avec S ( m m 2 ) = s e c t i o n d u c o p e a u en ébauche (largeur brochée / x p r o g r e s s i o n e) ; z = n o m b r e de d e n t s en t r a v a i l simultanément ; K a = p r e s s i o n s p é c i f i q u e de c o u p e d a N / m m 2 (fig. 3.18).

a - Broche plate

b - Broche cylindrique

Matériaux

—

e < 0,1

e = 0,1 à 0,25

e>0,3

Aciers R < 90

360

260

190

Aciers R > 90

470

360

250

Aciers au chrome

520

380

270

Fontes grises, GS

300

200

150

Bronzes

340

240

180

Laiton

160

110

80


140

100

70

FIGURE 3.18 Pressions spécifiques de coupe en brochage (ordre de grandeur) et définition de I.

Vérification rigidité de la broche L'effort de t r a c t i o n de la b r o c h e u s e Ft, d o i t être s u f f i s a n t . Il f a u t Ft > Fc. La section m i n i m a l e d u n o y a u de b r o c h e Sn d o i t s u p p o r t e r , sans se r o m p r e , l ' e f f o r t de tract i o n . Il f a u t Ft < Rp. Sn, avec Rp = Résistance p r a t i q u e o u c h a r g e u n i t a i r e ( = 1 6 d a N / m m 2 ) . Nota : L'effort m a x i m a l de t r a c t i o n a d m i s s i b l e est g r a v é sur c h a q u e b r o c h e .

Puissance utile de brochaç P u w = Fc . Vc / 60, avec Vc = m / m i n .


91

Précisions obtenues D i m e n s i o n n e l l e : q u a l i t é 6, e x c e p t i o n n e l l e m e n t 5. État de surfac : 0,8 Ra, e x c e p t i o n n e l l e m e n t 0,4 Ra.

3.

Conditions de coupe pVitesses de coupe

Elles s o n t f a i b l e s p o u r éviter u n e rupt u r e et u n e u s u r e p r é m a t u r é e des d e n t s d e la b r o c h e . S e l o n les m a t é r i a u x à b r o c h e r , elles v a r i e n t d e 2 à 50 m / m i n , la m e i l l e u r e d u r é e de v i e d ' o u t i l étant r e c h e r c h é e (fig. 3.19). Le t e m p s d ' u s i n a g e est c o u r t , la f o r m e à o b t e n i r étant réalisée d u r a n t la c o u r s e aller de la b r o c h e ( l o n g u e u r m a x i e n v i r o n 1,50 m). Les vitesses de r e t o u r de b r o c h e s o n t de 10 à 50 m / m i n .

Broches Matériaux Acier rapide

Carbure

Aciers R < 90

2 à 12

12 à 50

Aciers R > 90

2à 8

8 à 40

Aciers au chrome

2à6

6 à 30

Fontes grises, GS

2 à 10

10 à 30


5 à 15

15 à 50

Bronzes - Laitons

3à 8

8 à 30

Vç. Selon complexité du profil et longueur à brocher. FIGURE 3.19 Vitesses de coupe recommandées en brochage.

Épaisseur du copeau ou progression C'est la d i f f é r e n c e d i m e n s i o n n e l l e e n t r e d e u x d e n t s c o n s é c u t i v e s . Elle est de 0,01 à 0,5 m m , en f o n c t i o n de chaque opération (ébauche, demif i n i t i o n , f i n i t i o n ) et d u m a t é r i a u à usiner (fig. 3.20). La p r o g r e s s i o n sera c o n s t a n t e p o u r l ' e n s e m b l e des d e n t s d ' u n e b r o c h e devant effectuer essentiellement une o p é r a t i o n de f i n i t i o n .

Épaisseur du copeau e Matériaux Ébauche

Demi-finition

Aciers R < 90

0,08 à 0,30

Aciers R > 90

0,05 à 0,20

Aciers au chrome

0,04 à 0,15

Fontes grises, GS

0,08 à 0,30

0,10 à 0,05

Bronzes - Laitons

0,08 à 0,20

0,20 à 0,05


0,10 à 0,40

0,20 à 0,08

Finition

0,05 à 0,02 0,02 à 0,01

0,05 à 0,02

FIGURE 3.20 Épaisseurs de copeaux recommandées en brochage.

Lubrification Elle d o i t être a b o n d a n t e , avec u n e h u i l e de c o u p e e n t i è r e , v i s q u e u s e , a d h é r e n t e , f o r t e m e " a n t i - s o u d u r e et a n t i - u s u r e : elle d o i t assurer au m a x i m u m la p r o t e c t i o n des arêtes de c o u p e e~ l ' o b t e n t i o n d ' u n état de surface de q u a l i t é . B r o c h a g e de f o r m e s l o n g u e s : l ' h u i l e de c o u p e s o l u b l e assure l ' é v a c u a t i o n des calories.

92

Guide de l'usinage

4.

Mise en œuvre •

M

B

Forme des ébauches Face d'appui de la pièce

J B B H H H I H H H I

Elle d o i t être p e r p e n d i c u l a i r e au m o u v e m e n t de c o u p e . A usiner a v a n t b r o c h a g e p o u r assurer un a p p u i plan.

i

Formes de section cylindrique (alésages débouchants) Les é b a u c h e s s o n t o b t e n u e s à p a r t i r d ' u n t r o u q u i sera :

Cas général O b t e n u par p e r ç a g e , m o u l a g e de p r é c i s i o n , c a l i b r a g e en f o r g e a g e .

Grande série À partir d ' u n t r o u m o u l é o u f o r g é , les b r o c h e s utilisées a u r o n t des d e n t s d ' é b a u c h e de section polygonale (hexagonale...), décalées a n g u l a i r e m e n t les unes des autres, (fig. 3.21).

Petite série Trou alésé à u n e c o t e de d e m i - f i n i t i o n a v a n t b r o c h a g e ( f i n i t i o n ) avec une b r o c h e à d e n t u r e e s s e n t i e l l e m e n t de f i n i t i o n et de réserve.

iii : i ar^ 1

Î Î Â l l i p

FIGURE 3.21 Dents d'ébauche de broche d'alésage de trous brut de forgeage et moulage.

Matériaux non ferreux, ductiles O b t e n t i o n des alésages de p r é c i s i o n avec u n e b r o c h e c o m p o r t a n t des d e n t s de c a l i b r a g e ( t r a v a i l l a n t par r e f o u l e m e n t ) (fig. 3.22). FIGURE 3.22 Dents de calibrage pour matériaux ductiles. broche plate

Alésages avec rainure centreur broche/pièce pièce (alésée) table (support pièce)

Ils s o n t g é n é r a l e m e n t o b t e n u s en d e u x phases : alésage - o u b r o c h a g e - de la f o r m e a l é s a g e ; b r o c h a g e de la r a i n u r e avec u n e broche plate m a i n t e n u e dans un centreur p o u r p e t i t e s séries (fig. 3.23), o u à section tria n g u l a i r e avec p o r t é e s c y l i n d r i q u e s . En petites séries, p l u s i e u r s r a i n u r e s p o u v a n t être b r o c h é e s , r a i n u r e par r a i n u r e , la pièce est f i x é e sur un p o r t e - p i è c e diviseur. FIGURE 3.23 Schéma de brochage d'une forme complémentaire à un alésage usiné.


93

Formes polygonales Elles s o n t b r o c h é e s à partir d ' u n t r o u d ' é b a u c h e , avec u n e b r o c h e à d e n t u r e en c o u p e alternée, de p r é f é r e n c e o b l i q u e .

Alésages cannelés (centrage sur cercle extérieur) Les f o r m e s s o n t o b t e n u e s avec des b r o c h e s d i f f é r e n t e s s e l o n l ' i m p o r t a n c e des séries, à partir d e l'alésage usiné en f i n i t i o n o u d e m i - f i n i t i o n .

Grande série À p a r t i r de l'alésage usiné en d e m i - f i n i t i o n (ou b r u t précis) avec d e u x t y p e s de b r o c h e s : A v e c d e n t s d ' é b a u c h e et de f i n i t i o n alternée (circulaire et cannelée). A v e c d e n t s associées, l ' a v a n t de la b r o c h e p o u r l'alésage et l'arrière p o u r les c a n n e l u r e s .

Moyenne et petite série À p a r t i r de l'alésage usiné en f i n i t i o n - par alésage o u b r o c h a g e . La r é a l i s a t i o n des c a n n e l u r e s s ' e f f e c t u e avec u n e b r o c h e c a n n e l é e (fig. 3.24).

Longueur à brocher Il f a u t t o u j o u r s au m o i n s d e u x d e n t s en t r a v a i l s i m u l t a n é m e n t p o u r é v i t e r la v a r i a t i o n des e f f o r t s de c o u p e ( p o u v a n t p r o v o q u e r le b r o u t e m e n t et la d é t é r i o r a t i o n des a r ê t e s de c o u p e , v o i r e la r u p t u r e de broche). FIGURE 3.24 Schéma de broche d'usinage de cannelures.

Longueur à brocher trop faible E m p i l e r p l u s i e u r s pièces p o u r les b r o c h e r e n s e m b l e o u utiliser u n e b r o c h e à d e n t u r e o b l i q u e

Trop grand nombre de dents en travail simultanément Effort de c o u p e Fc t r o p g r a n d p o u r la résistance d u n o y a u m i n i m u m de la b r o c h e ou/et puissance de b r o c h a g e i n s u f f i s a n t e , il f a u t r é d u i r e le n o m b r e de d e n t s en t r a v a i l s i m u l t a n é m e n t utiliser u n e b r o c h e à d e n t u r e a l l o n g é e , o u , si p o s s i b l e , d i m i n u e r la l o n g u e u r à brocher.

Diminution longueur à brocher À e f f e c t u e r a u x e x t r é m i t é s d e la f o r m e p o u r a s s u r e r la c o n t i n u i t é d u b r o c h a g e é v i t a n t le b o u r r a g e de c o p e a u x d a n s les i n t e r - d e n t s : rupt u r e de b r o c h e (fig. 3.25).

0 D2 > D1 (diamètre m a x i de la broche)

y/////////m w//////////m TT

FIGURE 3.25 Diminution d'une longueur à brocher.

94

Guide de l'usinage

Petites séries L i m i t e r le b r o c h a g e au p r o f i l d i f f i c i l e m e n t u s i n a b l e (la f o r m e alésage étant o b t e n u e préalablem e n t en d e m i - f i n i t i o n o u f i n i t i o n ) .

Brochage d'intérieur Les d e n t s t r a v a i l l a n t sur t o u t e la p é r i p h é r i e de l ' o u t i l , la l o n g u e u r m a x i m a l e à b r o c h e r sera : au plus, égale à d e u x d i a m è t r e s de b r o c h e ; n o n m u l t i p l e d u pas de d e n t u r e (évite le r i s q u e de c o u p e saccadée avec état de s u r f a c e i r r é g u l i e r ) .

i

Réduction d'usure des dents Pour p r o t é g e r les arêtes c o u p a n t e s , e f f e c t u e r au p r é a l a b l e : Un d r e s s a g e de la face a t t a q u é e par les d e n t s p o u r s u p p r i m e r le c o n t a c t arête de c o u p e / s u r face b r u t e (de c o u l é e o u f o r m a g e ) . Un c h a n f r e i n d ' e n t r é e q u i évite é g a l e m e n t un é v e n t u e l é b a v u r a g e (de m ê m e p o u r c h a n f r e i n de Sortie) (fig. 3.26).

0 broché

0 broché

0 brut

0 brut

m

M

a _ Faces dressées (d'appui ; d'attaque).

b - Chanfreins (entrée, sortie) et face d'appui dressée.

FIGURE 3.26 Préparation de pièces à brocher en intérieur.

[Autres conditions d'usinage Évidement dans une forme À usiner après b r o c h a g e ( r a i n u r e , g o r g e . . . ) :

Sur une forme extérieure Pour ne pas a f f a i b l i r l o c a l e m e n t la pièce, évit a n t la p o s s i b l e d é f o r m a t i o n d ' u n e paroi m i n c e sous les e f f o r t s de c o u p e (fig. 3.27).

FIGURE 3.27 Usinage après brochage : évidement extérieur.

Dans une forme intérieure La c o u p e de c h a q u e d e n t d o i t être c o n t i n u e : évite le b o u r r a g e de c o p e a u x d a n s l ' é v i d e m e n t (risque de r u p t u r e de la broche) (fig. 3.28).

' / / / / / / / / / / / / / Z .

^ / / / / / / / / y M

FIGURE 3.28 Usinage après brochage : évidement intérieur.


95

Matériaux De d u r e t é s u p é r i e u r e à 100 d a N / m m 2 , p r o v o q u e n t une usure rapide des arêtes de c o u p e .

Traitement thermique d'homogénéisation A m é l i o r e l'état de s u r f a c e o b t e n u au b r o c h a g e ; évite l ' a r r a c h e m e n t de p a r t i c u l e s s u r la f o r m e brochée.

5.

Porte-pièce Brochage d'intérieur

L'effort de c o u p e p l a q u e la pièce s u r son a p p u i (fig. 3.29). L ' a l i m e n t a t i o n a u t o m a t i q u e ( c h a r g e m e n t , d é c h a r g e m e n t ) est aisé (fig. 3.29).

a - Avant brochage

b - Après brochage

FIGURE 3.29 Exemple de brochage avec alimentation automatique. Doc. A. KLINK-GMBH

mmmmmmmmmmmmm^ Poussée sur les dents en travail

MMMMMP»»»»»

À é q u i l i b r e r par l ' o u t i l l a g e si les d e n t s ne t r a v a i l l e n t pas en o p p o s i t i o n (cas des b r o c h e s plates de r a i n u r a g e nécessitant u n c e n t r e u r de b r o c h e d a n s l'alésage) (fig. 3.23).

Brochage d'extérieur Le p o r t e - p i è c e d o i t s ' o p p o s e r à la p o u s s é e des d e n t s en t r a v a i l : la o u les pièces s o n t à f i x e r e f f i c a c e m e n t sur leur s u p p o r t (fig. 3.3). En p r o d u c t i o n de g r a n d e série, le b r i d a g e est a u t o m a t i s é (assistance h y d r a u l i q u e de la brocheuse).

96

Guide de l'usinage

6.

Machines

Les b r o c h e u s e s t r a v a i l l e n t en t i r a n t , afin q u e l ' o u t i l ne f l a m b e pas s o u s l ' e f f o r t de c o u p e souv e n t très i m p o r t a n t ( p l u s i e u r s d e n t s en prise sur t o u t le p r o f i l de la f o r m e ) (fig. 3.30). Elles s o n t g é n é r a l e m e n t de c o n c e p t i o n v e r t i c a l e avec c o u r s e s de 0,600 à 2,400 m è t r e s , s e l o n les m a c h i n e s .

Mouvement de coupe Il est o b t e n u par vérin(s) h y d r a u l i q u e ( s ) : - m a c h i n e s de p u i s s a n c e 1 000 à 5 000 d a N , avec un vérin ; - m a c h i n e s de p u i s s a n c e 5 000 à 8 000 d a N , g é n é r a l e m e n t avec 2 v é r i n s en parallèle (fig. 3.31).

FIGURE 3 3 0 Brochage d'intérieur de groupe de pièces. Doc. A. KL1NK-GMBH

FIGURE 3 . 3 1

Schéma de brocheuse d'intérieur à deux vérins de traction. Doc. A. KLINK-GMBH


97

6.2

Brochage circulaire

B r o c h e s de t y p e c y l i n d r i q u e utilisées sur m a c h i n e s s p é c i f i q u e s (fig. 3.32).

FIGURE 3 . 3 2

Élément de broche circulaire pour machine spécifique. Doc.

7

Sandwik-coromant

Utilisation

P r o d u c t i o n de g r a n d e série, les b r o c h e s s o n t des o u t i l s s p é c i f i q u e s à c h a q u e f o r m e à o b t e nir, d o n c à a m o r t i r p o u r u n t y p e de p i è c e s donné. U s i n a g e de g r a n d e p r é c i s i o n ( f o r m e , d i m e n sions, état de surface) de f o r m e s d i f f i c i l e m e n t r é a l i s a b l e s par un a u t r e p r o c é d é d ' u s i n a g e (fig. 3.33) : p r o f i l s à c r a n s , à c a n n e l u r e s , à dentures, quelconques, finition d'alésage.

d'intérieur.

98

Doc. FRÔMAO

Guide de l'usinage

8.

Rainurage

Réalisation d ' u n e r a i n u r e , par passes successives d ' u n o u t i l m o n o - a r ê t e en c o u p e rectilignealternative, La g é n é r a t i o n de r a i n u r e est a u t o m a t i q u e : c o u p e en t i r a n t l ' o u t i l , r e t o u r o u t i l d é g a g é . P r o f o n d e u r de passe et h a u t e u r de r a i n u r e à p r o g r a m m e r en d é b u t d e cycle. L'outil est g u i d é d a n s u n c e n t r e u r q u i i n t è g r e u n c o i n de prise p r o f o n d e u r de passe. M a c h i n e à b r o c h e v e r t i c a l e (fig. 3.34). La pièce repose sur la table, avec des b a g u e s de cent r a g e s u p é r i e u r et i n f é r i e u r : u s i n a g e pièces de petite à g r a n d e d i m e n s i o n et m a s s e i m p o r tante. guide-outil fixation pièce centreur supérieur pièce prise d'avance fSÊ outil de coupe

I •

HP porte-outil

I pièce centreur inférieur pièce table porte-pièce

FIGURE 3.34 Schéma de rainurage (zone de travail). Doc. FRÓMAG

Utilisation T r a v a u x u n i t a i r e et de série en r a i n u r a g e : r a i n u r e s n o r m a l i s é e s et d e p r o f i l s q u e l c o n q u e s (outils de c o n c e p t i o n s i m p l e ) . Avec CN, b r o c h a g e r e c t i l i g n e et h é l i c o ï d a l de d e n t u r e s au p r o f i l q u e l c o n q u e (fig. 3.35).

FIGURE 3.35 Pièces obtenues sur rainureuse. Doc. FRÔMAG


99

PR

I 1.

2.

3.

4.

5.

Différents procédés de découpe

103

1.1

103

Généralités

Découpe au laser

104

2.1

Principe

104

2.2

Laser de découpe au C 0 2

2.3

Mise en œuvre

105

2.4

Machines de découpe laser

106

2.5

Sécurité

106

2.6

Utilisation

107

Découpe au jet d'eau

107

3.1

Principe

109

3.2

Eau de découpe

109

3.3

Jets de découpe

110

3.4

Mise en œuvre

110

3.5

Machines

111

3.6

Utilisation

112

Découpe par o x y c o u p a g e

113

4.1

Principe

113

4.2

Mise en œ u v r e

113

4.3

Utilisation

114

4.4

Machines de découpe

114

Découpe au jet plasma

115

5.1

Principe

115

5.2

Jets plasmagènes

116

5.3

Mise en œuvre

116

5.4

Machines

116

5.5

Utilisation

116

101

6.

7.

Découpe par p o i n ç o n n a g e

118

6.1

Généralités

118

6.2

Outillages de découpe

120

6.3

Conception des outillages

127

6.4

Mise en bande des pièces

131

6.5

Machines

132

6.6

Découpage fin

134

6.7

Grignotage

135

Découpe par cisaillage, t r o n ç o n n a g e , sciage

137

7.1

Cisaillage

137

7.2

Tronçonnage à l'outil de coupe

138

7.3

Tronçonnage aux outils t o u r n a n t s : meule et fraise-scie

139

7.4

Sciage

139

1.

Différents procédés de découpe [ Généralités

Les procédés de découpe permettent de p r o d u i r e des pièces et/ou des f o r m e s de pièces, généralement à partir de bruts en plaque (tôles, bandes), dans des matériaux métalliques. Certains procédés p e u v e n t d é c o u p e r d i v e r s p r o d u i t s n o n m é t a l l i q u e s (réfractaires, a l i m e n taires, plastiques...); d'autres procédés sont plus spécialement adaptés au débit de bruts en barres (profilés, étirés, laminés).

Principaux procédés de découpe • • • • • • •

Découpe Découpe Découpe Découpe Découpe Découpe Découpe

au laser (faisceau d'énergie) par action t h e r m i q u e . au jet d'eau (faisceau d'énergie) par action abrasive. par o x y c o u p a g e , par action t h e r m i q u e . au jet plasma, par action t h e r m i q u e . en p o i n ç o n n a g e et découpage, par action mécanique. en cisaillage, par action mécanique. en t r o n ç o n n a g e et sciage, par action m é c a n i q u e (coupe).

Critères de choix d'un procédé Le choix d ' u n procédé est f o n c t i o n de différents paramètres, et en particulier:

Nature du matériau Tel procédé ne peut pas d é c o u p e r certains m a t é r i a u x , et en particulier les m a t é r i a u x non métalliques.

Épaisseur à découper Chaque procédé a naturellement ses limites de découpe.

Qualité de la découpe Critères retenus : largeur de la s a i g n é e ; présence de dépouille, de bavures, de d é f o r m a t i o n s ; état de surface; m o d i f i c a t i o n localisée de la structure du matériau.

Coût de production Il est f o n c t i o n du procédé, de l'outillage et de la mise en œuvre pour une quantité à produire.

Quantité à produire Avec le matériau, la quantité c o n d i t i o n n e en particulier le choix du p r o c é d é : p r o d u c t i o n techn i c o - é c o n o m i q u e et productivité.

Outillage Procédé nécessitant peu ou pas d ' o u t i l l a g e spécifique à une découpe d o n n é e : g é n é r a l e m e n t , p r o d u c t i o n unitaire à petite série. Certains procédés p e r m e t t e n t la p r o d u c t i o n de série (petite à grande) sans outillage i m p o r t a n t .

4. Procédés de découpe

103

2.

Découpe au laser Principe Faisceau laser

U n f a i s c e a u laser à h a u t e d e n s i t é d ' é n e r g i e d é c o u p e t h e r m i q u e m e n t le m a t é r i a u à usiner. U n e s o u r c e de c h a l e u r est f o c a l i s é e j u s q u ' à obtenir un faisceau de faible diamètre ( = 0 , 1 m m d a n s les a c i e r s ; = 0,5 m m d a n s des m a t i è r e s fiables) (fig. 4.1). Sa f o c a l i s a t i o n s ' e f f e c t u e à la surface d u m a t é r i a u . A u p o i n t d ' i m p a c t se f o r m e u n « p u i t s c a p i l l a i r e » d o n t les p a r o i s , c o n s t i t u é e s par le m a t é r i a u à d é c o u p e r , p i è g e n t l ' é n e r g i e d u faisceau.

Gaz d'assistance

gaz inerte d'assistance sortie de gaz chassant le plasma

focalisation (faisceau de 0,1à qq. dixièmes de mm)

lentille buse de découpe puits capillaire (matière vaporisée)

zone affectée thermiquement étal en fusion

e x p u l s e de la s a i g n é e les p a r t i c u l e s d i m a t é r i a u en f u s i o n et p r o t è g e le d i s p o s i t i f de FIGURE 4.1 Schéma de découpe au faisceau laser, f o c a l i s a t i o n (lentilles) c o n t r e les r e m o n t é e s de v a p e u r m é t a l l i q u e et d ' é v e n t u e l l e s p r o j e c t i o n s d u m a t é r i a u d é c o u p é . Le jet chasse le p l a s m a q u i se f o r m e a u - d e s s u s de la pièce, é v i t a n t d ' o b s c u r c i r l ' a t m o s p h è r e e n t r e buse et surface u s i n é e (qui a r r ê t e r a i t le faisceau).

Découpe des métaux ferreux Le jet de gaz p r o v o q u e u n e r é a c t i o n e x o t h e r m i q u e e n t r e m é t a l f o n d u et o x y g è n e p r o d u i s a n t u n e a m é l i o r a t i o n de la c o u p e et de l'avance de d é c o u p e .

Laser de découpe au CO2 Ce s o n t les plus u t i l i s é s : ils s o n t f i a b l e s et d é l i v r e n t c o u r a m m e n t u n e puissance j u s q u ' à 15 k W avec l ' h é l i u m en gaz de c o u p e (fig. 4.2).

de 2 kW et

FIGURE 4.2 Schéma de principe d'un laser de découpe avec renvoi d'angle.

104

Guide de l'usinage

Laser à gaz moléculaire CO 2 continu ê milieu émetteur est un mélange gazeux (CO 2 , azote et hélium). L'énergie est f o u r n i e par une décharge électrique dans le gaz. Cette source de laser produit des faisceaux à onde continue d ' u n e puissance de 500 à 2 000 W. Le faisceau vaporise les matériaux tendres (bois, papier...).

mmmÊÊmÊÊÊimiÊÊÊÊÊBmÊam Laser YAG, au CO2 puisé

JMIB^^

L'énergie est t r a n s m i s e par p o m p a g e o p t i q u e , p r o d u i s a n t des faisceaux puisés d ' u n e puissance de 400 à 2 000 W.

... Mise en œuvre Le faisceau produisant une source d'énergie et de lumière, il i m p o r t e de connaître les paramètres optiques, t h e r m i q u e s et physiques, s o i t :

Coefficient d'absorption du matériau: c o r r e s p o n d à une longueur d ' o n d e donnée. Réflexivité du matériau. Pour connaître le pourcentage de puissance réfléchie sur la surface de la pièce. La réflexivité dépend de la t e m p é r a t u r e (elle d i m i n u e si la t e m p é r a t u r e augmente). Les propriétés optiques du matériau p e r m e t t e n t de d é t e r m i n e r la longueur d ' o n d e o p t i m a l e , d'où la réflexivité m i n i m a l e , soit puissance réfléchie/puissance incidente.

Paramètres thermiques Flux de chaleur, p r o v o q u é par le r a y o n n e m e n t laser: d é p e n d de la conductivité t h e r m i q u e et de la chaleur spécifique du matériau. Diffusivité, qui d é p e n d de l ' é c h a u f f e m e n t : elle est i n v e r s e m e n t p r o p o r t i o n n e l l e à la chaleur spécifique d u m a t é r i a u . La d i f f u s i v i t é p e r m e t de d é t e r m i n e r la vitesse d ' a b s o r p t i o n et de « c o n d u i t e d ' é n e r g i e » d ' u n matériau.

Indiquées dans des tableaux de données (par les constructeurs) : recherche de la découpe sans bavures, ou presque (cas des métaux, ou le métal f o n d u et o x y d é f o r m e une légère bavure, mais facilement détachable).

Conditions limites de découpe Pour les définir, il faut connaître : puissance du laser, constante de p o s i t i o n du foyer, distance buse/pièce, vitesse d'avance de découpe, gaz d'assistance et sa pression d'utilisation, refroidissement éventuel de la zone de découpe, qualité de la découpe (état de surface, bavures ou non...). •

•

•

•

•

•

•

•

•

I

iilllllllllJnitlftBaildKMftWWWWmMmmMBSWMWWSWMi

Se dirige facilement par déplacement de l'optique ou/et du porte-pièce, en particulier pour les lasers solides YAG ( l o n g u e u r d ' o n d e p e r m e t t a n t l ' a c h e m i n e m e n t du faisceau par f i b r e optique).


105

Machines de découpe laser Elles s o n t à CN t r o i s axes en g é n é r a l , avec pièce m o b i l e et laser f i x e o u pièce i m m o b i l e et laser m o b i l e , p e r m e t t a n t la d é c o u p e p l a n e (fig. 4.3). Capacité. De petite à g r a n d e d i m e n s i o n (table p o r t e pièce de 2 x 4 m). La vitesse d e d é c o u p e d é p e n d de la r i g i d i t é d y n a m i q u e ( i n e r t i e au c h a n g e m e n t de d i r e c t i o n ) . Investissement i m p o r t a n t . Nécessité d ' u n environnem e n t « p r o p r e » (local spécifique). Distance b u s e / s u r f a c e d e pièce. Elle doit être c o n s t a n t e ( c a p t e u r capacit i f de c o n t r ô l e p o u r surfaces non planes) pour u n e d é c o u p e de q u a l i t é régulière. A x e rotatif C. P e r m e t les

FIGURE 4.3 Tête de découpe laser avec pièces usinées.

Doc. Trumpf

d é c o u p e s c i r c u l a i r e s , sur des f o r m e s c y l i n d r i q u e s (tubes), s u i v a n t d i v e r s e s p o s i t i o n s a n g u laires ( p r o f i l s divers). Découpe 3D. A v e c m a c h i n e 5 axes, le faisceau laser d e v a n t resté n o r m a l à la surface d é c o u pée. C o m m a n d e numérique. Elle peut a v o i r des f o n c t i o n s d ' a s s i s t a n c e : lissage de c o u r b e s (3D), calcul de p a r a m è t r e s , a u t o d i a g n o s t i c . . .

wmmmm

H Sécurité

P r o t e c t i o n v i s u e l l e , anti-laser p o u r l ' o p é r a t e u r ( c a r t é r i s a t i o n ou/et lunettes). D é v e r m i n a t i o n . E n v i r o n après 100 heures de f o n c t i o n n e m e n t (=2 m i l l i o n s de tirs). R é g u l a r i t é d u d é b i t et de la t e m p é r a t u r e de l'eau ( d é s a m o r ç a g e des t u b e s ) . I n h i b i t i o n de la c o m m a n d e de t i r l o r s q u e le s e u i l m a x i de l ' é n e r g i e de p o m p a g e est a t t e i n t (laser YAG). A r r ê t de la m a c h i n e en cas de d é p a s s e m e n t de la p u i s s a n c e m a x i .

Incidents U n m a u v a i s r é g l a g e des m i r o i r s p r o v o q u e un d é s a l i g n e m e n t d u faisceau. Une n o n - p r o t e c t i o n de la lentille c o n t r e les p r o j e c t i o n s de m é t a l en f u s i o n p e u t p r o v o q u e r son claquage. U n e o x y d a t i o n des l a m p e s éclairs d e laser YAG p r o v o q u e un é c l a i r e m e n t n o n u n i f o r m e d u barreau.

106

Guide de l'usinage

Utilisation Matériaux Permet la d é c o u p e à g r a n d e vitesse de la p l u part des m a t é r i a u x , c o m m e les aciers t r e m p é s o u n o n , le t i t a n e , les i n o x y d a b l e s , le b o i s , le papier, le c a r t o n , le v e r r e , les p l a s t i q u e s , les c o m p o s i t e s (fig. 4.4). Le laser ne c o n v i e n t pas a u x m a t é r i a u x réfléchissants (cuivre, a l u m i n i u m . . . ) o u s e n s i b l e s à la c h a l e u r (tissus...). La d é c o u p e d e d i v e r s e s m a t i è r e s p l a s t i q u e s est n o c i v e : é m i s s i o n s de f u m é e s n o c i v e s p r o v o q u é e s par la chaleur. mÊmmmm

,

Précisions =111111111»

S a i g n é e de d é c o u p e . Elle est é t r o i t e ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) avec u n e d é f o r m a t i o n minime, d'origine thermique. P r é c i s i o n d i m e n s i o n n e l l e d e s d é c o u p e s . Elle est d u d i x i è m e de m m , avec des b o r d s d é c o u pés sans b a v u r e s et un état de s u r f a c e de m e i l l e u r e q u a l i t é q u ' a v e c les a u t r e s p r o c é d é s (fig. 4.5).

Puissance laser < 1000 W

Matériaux usinés Matériaux métalliques • Acier en tôles minces (allié ou non, galvanisé, inoxydable...) • Métaux frittés Matériaux non métalliques • Composite, plastique, bois, fibres synthétiques, cuir, tissus, carton, papier...

1000 à 2000 W

Matériaux métalliques

I

• Acier en tôles épaisses (20 mm): pièces de tous types Matériaux plastiques, composites > 2000 W

Matériaux métalliques • Acier blindé, traité, pièces tubulaires...

FIGURE 4.4

Principaux matériaux découpés par laser.

FIGURE 4.5

Précision

macro-géométrique en découpe laser. Alésage 0 30, épaisseur 1,5 mm dans acier rapide. Doc. Cari Hanser Verlag, Munich d'après revue « Production de précision suisse ».

Conditions de découpe Vitesse de découpe Elle est de 40 m / m i n m a x i et d é p e n d : d u m a t é r i a u et d e s o n é p a i s s e u r ; des p o s s i b i l i t é s techn o l o g i q u e s (type de laser, p e r f o r m a n c e s de la m a c h i n e , t r a j e c t o i r e s à suivre). Nota: Les c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s des m a t i è r e s à d é c o u p e r n ' o n t pas d ' e f f e t l i m i t a t i f sur la vitesse.


107

Effort de découpe. Nul, d o n c pas de d é f o r m a t i o n de pièce (la f i x a t i o n n'a pas à être efficace). Brûlure aux bords de saignée. Elle est évitée par la d é c o u p e à g r a n d e vitesse (CN à t r a i t e m e n t rapide des i n f o r m a t i o n s ) .

Épaisseur maximale découpée Elle est liée aux p a r a m è t r e s p h y s i q u e s (focalis a t i o n d u f a i s c e a u , a b s o r p t i o n d ' é n e r g i e ) et t e c h n i q u e s (puissance d u laser) (fig. 4.6). Les aciers ( n o n a l l i é s , i n o x y d a b l e s . . . ) s o n t d é c o u p é s j u s q u ' à 25 m m d ' é p a i s s e u r , avec u n e p u i s s a n c e de 15 000 W et u n e v i t e s s e d'avance d'environ 1 m / m m . Les bois, les p l a s t i q u e s et les c o m p o s i t e s s o n t d é c o u p é s j u s q u ' à e n v i r o n 30 m m d'épaisseur.

V m/min 1-Alliage d'aluminium 2- Acier inoxydable 3-Acier non allié 4- Plexiglas e : épaisseur matériau

(mm)

FIGURE 4.6 Ordre de grandeur de vitesse de découpe au laser 1000 W.

108

Guide de l'usinage

3.

Découpe au jet d'eau Principe

Une buse de f o c a l i s a t i o n f o r m e u n jet d ' e a u h a u t e p r e s s i o n o u u n jet c o h é r e n t de m é l a n g e eau haute p r e s s i o n et p a r t i c u l e s a b r a s i v e s , c o u p a n t le m a t é r i a u par effet de c i s a i l l e m e n t (fig, 4.7). La h a u t e p r e s s i o n d u jet f l u i d e t r a n s f o r m e l ' é n e r g i e p o t e n t i e l l e en é n e r g i e c i n é t i q u e (850 m/s sous 4 0 0 0 bar). L ' i n t r o d u c t i o n de l ' a b r a s i f = 0,1 -0,4 mm iO se f a i t en d é p r e s s i o n (par ymin Qm2O < effet Venturi). = 2 à 50 mm La m a t i è r e est d é s a g r é g é e et r e p o u s s é e d a n s la saignée. 3 Une f a i b l e c o n i c i t é d ' e n t a i l l e est créée avec étrang l e m e n t d u côté de la s o r t i e d u jet, et en p a r t i c u l i e r avec jet eau-abrasif.

1. Buse à eau 2. Tête de découpe abrasivc 3. Jet d'eau 4. Produit abrasif 5. Chambre de mélange 6. Buse abrasive 7. Jet d'eau abrasif

*

Coupe au jet abrasif Doc. Trumpf

Coupe au jet d'eau pure Doc. Flow-System

FIGURE 4.7 Schéma de buses de focalisation du jet d'eau.

Eau de découpe L'eau est filtrée, t r a i t é e et s o r t i e à une p r e s s i o n de 2 800 à 4 000 bars, puis injectée d a n s la buse (de q u e l q u e s d i x i è m e s de m m en d i a m è t r e ) a t t e i g n a n t une vitesse de p é n é t r a t i o n p e r f o r a n t le m a t é r i a u situé à q u e l q u e s m i l l i m è t r e s de la buse.

Vitesse de pénétration du jet (la coupe) D ' e n v i r o n 1 000 m/s à la s o r t i e de la buse d ' i n j e c t i o n , elle d i m i n u e e n s u i t e . A p r è s u n e zone de c o u p e par u s u r e , l ' é n e r g i e c i n é t i q u e résid u e l l e a g i t par e f f e t d ' a b r a s i f , avec r i s q u e d e f o r m a t i o n de stries d a n s la c o u p e (fig. 4.8).

Vitesse des particules V0

Trajectoire des particules

d i a m è t r e du jet

Zone d'usure (effet de coupe)

Zone de déformation

FIGURE 4.8 Phénomène de la découpe par jet d'eau. Doc. Flow-System


; Enlèvement successif par déformation (effort d'abrasion)

109

Vitesse de découpe (avance) De 30 m / m i n au m a x i m u m , d a n s des m a t é r i a u x de f a i b l e s é p a i s s e u r s (les tissus). Elle i n f l u e s u r la q u a l i t é de c o u p e : m e i l l e u r état de s u r f a c e et t r è s f a i b l e c o n i c i t é d ' e n t a i l l e à v i t e s s e d ' a v a n c e réduite.

• Jets de découpe Débit Il v a r i e en f o n c t i o n d u m a t é r i a u et sera s e n s i b l e m e n t c o n s t a n t j u s q u ' à une é p a i s s e u r à d é c o u per de 30 m m .

Jet d'eau pure C'est un o u t i l p r o p r e , s t é r i l e , ne p r o d u i s a n t ni c h a l e u r , ni e f f o r t , ni p o u s s i è r e , ni v a p e u r , ni f u m é e , et la s a i g n é e est fine. Nota:

Les m a t i è r e s d é c o u p é e s s o n t m o u i l l é e s .

Jet d'eau abrasif Les abrasifs m é l a n g é s à l'eau s o n t g é n é r a l e m e n t le g r e n a t et l ' o l i v i n e . Inconvénients. Il y a p r o d u c t i o n de p o u s s i è r e et de b r u i t , avec c o n i c i t é de l'entaille. Liquide résiduel. Très agressif, nécessitant i m p é r i e u s e m e n t un t r a i t e m e n t d ' é p u r a t i o n (décant a t i o n ) a v a n t rejet à l ' é g o u t .

Mise en œuvre Conditions technologiques En f o n c t i o n d u m a t é r i a u et de son épaisseur, elles s o n t à d é f i n i r d ' a p r è s des bases de d o n n é e s des c o n s t r u c t e u r s p o u r : v i t e s s e d ' a v a n c e ( d é c o u p e ) , p r e s s i o n d ' u t i l i s a t i o n , t y p e et d é b i t de l'abrasif.

Pression d'utilisation. Elle est n o r m a l e m e n t de 2 0 0 0 à 3 0 0 0 b a r s , s o u s u n d é b i t de 4 à 5 l i t r e s / m i n d ' e a u et 0,7 k g / m i n d ' a b r a s i f (fig. 4.9).

1

distribution d'eau

2

système hydraulique

3

Dispositif mutiplicateur de pression

4 filtre basse pression

FIGURE 4.9

Schéma de principe de la génération haute pression en découpe jet d'eau. Doc. Trumph

110

5

clapet anti-retour

6

modérateur de pulsation

7 filtre haute pression 8 tête de découpe 9

commande CNC

Guide de l'usinage

Buse d'injection Son d i a m è t r e v a r i e de 1 à 2,5 m m , en f o n c t i o n de sa d i s t a n c e à la pièce (10 m m m a x i m u m ) . Il d i m i n u e avec l ' a c c r o i s s e m e n t de la distance buse/pièce.

Pièce(s) à découper Sa f i x a t i o n sera « légère » ( a u c u n e f f o r t de d é c o u p e ) é v i t a n t une d é f o r m a t i o n de pièce(s).

La découpe Elle p e u t s ' e f f e c t u e r sur pièce (très) c h a u d e , f r o i d e , cassante, s o u s l'eau.

Machines La c o m m a n d e n u m é r i q u e p e r m e t la f l e x i b i l i t é de p r o d u c t i o n ( b i b l i o t h è q u e de f o r m e s , vitesse de t r a i t e m e n t , logiciel 3D, c o n t o u r n a g e q u e l c o n q u e . . . ) .

Machine à portique À CN de 2 o u 3 axes, avec t a b l e p o r t e - p i è c e de g r a n d e capacité ( p l u s i e u r s m 2 ) p o u vant supporter des charges i m p o r t a n t e s (1 000 d a N / m 2 , et plus) (fig. 4.10). La b u s e est o r i e n t a b l e s u r certaines m a c h i n e s ( d é c o u p e o b l i q u e ) (fig. 4.11).

FIGURE 4 . 1 0

Machine de découpe jet d'eau. Doc. Trumph

FIGURE 4.11 Exemple de découpe au jet d'eau.


Doc. Flow-Fmnce

111

Avec robot multi-axes (4 à 5) sur p o r t i q u e et CN 3D avec orientation du poignet porte-buse.

Optimisation Chargement machine Table de préparation, table i m m e r g é e dans l'eau, c o n v o y e u r avec accès des deux côtés de la table (axe X).

Multipostes de découpe A l i m e n t é s à partir d ' u n e unité d'intensification de pression.

Sécurités d'utilisation Elles sont impératives, t o u t particulièrement avec jet abrasif : non-accès à la zone de coupe, a n t i b r u i t p o u r l'opérateur et l ' e n v i r o n n e m e n t , récupération des poussières de d é c o u p e ; filtrage de l'eau usée avant rejet.

Ûtilisation Découpe de la plupart des matériaux métalliques ou non, réfléchissants, sensibles à la chaleur, matières diverses, avec une précision en largeur de découpe de 0,10 m m en m o y e n n e .

Découpe au jet d'eau pure Produits minces. Découpe particulièrement des matières minces et non métalliques : papier, carton, plastiques, caoutchouc, laine de verre, textiles, produits alimentaires...

wmmmBmmmmmmm

Découpe au jet d'eau abrasif

••mÊmmÊMBÊÊÊKÊBBmm

Matériaux durs Découpe particulièrement des aciers (toutes nuances), du titane, des céramiques...

Produits épais Découpe de plusieurs centaines de m m (et plus) par s u p e r p o s i t i o n de pièces h o m o g è n e s ou hétérogènes (acier et caoutchouc...) (fig. 4.11).

112

Guide de l'usinage

Découpe par oxycoupage Principe La f u s i o n localisée d u m a t é r i a u m é t a l l i q u e s o u s l ' a c t i o n de la c o m b u s t i o n d ' u n gaz c o m b u r a n t (acétylène, p r o p a n e , gaz de v i l l e , h y d r o g è n e ) avec a p p o r t d ' o x y g è n e pur, p r o d u i t une t e m p é rature de 1300 °C (fig. 4.12). La d é c o u p e est o b t e n u e par r é a c t i o n d ' o x y d a t i o n e x o t h e r m i q u e , avec t e m p é r a t u r e s d ' a m o r çage et de f u s i o n de l ' o x y d e f o r m é au plus égales à celle de f u s i o n d u métal. Le jet d ' o x y g è n e f u s i o n n e le m é t a l et é v a c u e les o x y d e s f o r m é e s p e r m e t t a n t le c o n t a c t p e r m a n e n t o x y g è n e / m é t a l (les o x y d e s s o n t à l'état l i q u i d e et s ' é v a c u e n t sans d i f f i c u l t é , chassées par le jet de c o u p e ) (fig. 4.13).

a

oxygène acétylène

jets de coupe

SU-

? /^/flammes ¡/s de chauffe Différentes buses flamme de chauffe / j e t de couoe (1 300°) r FIGURE 4.12

^

Schéma de chalumeau d'oxycoupage.

FIGURE 4.13

Schéma jet de découpe par oxycoupage.

I Mise en œuvre

Faible c o û t de p r o d u c t i o n ( m a c h i n e de c o n c e p t i o n s i m p l e ) .

Caractéristiques de la découpe - L a r g e u r de s a i g n é e de 0,3 à 2 m m , s e l o n les épaisseurs de tôle. - B o r d s de s a i g n é e : i r r é g u l i e r s , t h e r m i q u e m e n t affectés ( f u s i o n et a r r a c h e m e n t de métal).

Maintien de la plaque Sans b r i d a g e (pas d ' e f f o r t s latéraux). Le p o i d s de p l a q u e est s u f f i s a n t p o u r s o n m a i n t i e n sur table.

Sécurité d'utilisation - C a r t é r i s a t i o n de la zone de d é c o u p e ( p r o j e c t i o n s de p a r t i c u l e s m é t a l l i q u e s chaudes). - Port de lunettes. Pour v i s u a l i s e r la d é c o u p e en t o u t e sécurité.


113

H M H H i :

Trajectoires du (ou des) frhalumfian(x)

tbmmm^

O b t e n u e s par c o m m a n d e n u m é r i q u e à vitesse de 100 à 600 m m / m i n , o u par s y s t è m e de lect u r e o t i q u e ( m o i n s précis).

Utilisation D é c o u p e de t ô l e s é p a i s s e s ( j u s q u ' à 500 m m d ' é p a i s s e u r ) s u i v a n t des p r o f i l s q u e l c o n q u e s ; d é c o u p e de p l u s i e u r s pièces en s i m u l t a n é sur m a c h i n e à p l u s i e u r s c h a l u m e a u x . —

•

lllllllllllil|llllllllllllllllllllllllllll

D é c o u p e des aciers à f a i b l e t e n e u r en c a r b o n e : r é a c t i o n d ' o x y d a t i o n e x o t h e r m i q u e , t e m p é r a t u r e s d ' a m o r ç a g e et de f u s i o n n o n s u p é r i e u r e s à celle de f u s i o n d u m é t a l .

Matériaux dont les oxydes formés sont réfractaires (non fondus) Fontes et aciers inoxydables D é c o u p e avec un jet de sable associé au c h a l u m e a u : é v a c u a t i o n des o x y d e s .

Cuivre, laiton, nickel, alliages d'aluminium D é c o u p e avec un jet de p o u d r e de fer associé a u c h a l u m e a u : a p p o r t c a l o r i f i q u e par c o m b u s t i o n de la p o u d r e d e f e r p r o v o q u a n t d e s c o m b i n a i s o n s f u s i b l e s et l ' é v a c u a t i o n des o x y d e s (fig. 4.14).

acétylène oxygène cuve à poudre de fer air sous pression

14 Schéma de découpe avec apport calorifique.

. La p r o g r a m m a t i o n s p é c i f i q u e facilite i o t h è q u e d e p r o g r a m m e s , de f o r m e s î a x i m a l e avec le m i n i m u m de chutes, i n é r a l e m e n t é q u i p é e s d ' u n seul c h a l u -

109 Guide de l'usinage

Doc. revue « Métiers » de NUM 5u Photo Oxymill

Doc. Air liquide

a FIGURE 4.15

5.

Machines d'oxycoupage multi-chalumeaux à CN.

Découpe au jet plasma —III1

Principe Un arc é l e c t r i q u e est créé e n t r e u n e é l e c t r o d e en t u n g s t è n e et la p l a q u e à d é c o u p e r , p r o v o q u a n t la i o n i s a t i o n i n t e n s e d ' u n gaz o u d ' u n m é l a n g e de gaz. Des d é c h a r g e s é l e c t r i q u e s s o n t p r o v o q u é e s d a n s le gaz s o u m i s à l ' a c t i o n d ' u n c h a m p à h a u t e f r é q u e n c e , à l ' i n t é r i e u r d ' u n chalumeau générateur d ' u n arc électrique c o n t i n u . La d i f f é r e n c e de p o t e n t i e l e n g e n d r e un jet d e p l a s m a très c o n c e n t r é q u i f u s i o n n e la m a t i è r e et l ' e x p u l s e h o r s d e la s a i g n é e (énergies t h e r m i q u e et c i n é t i q u e ) (fig. 4.16). La c o n c e n t r a t i o n de l'air p e r m e t d ' o b t e n i r de très hautes t e m p é r a t u r e s ( 3 0 0 0 0 °C) q u i prov o q u e n t la f u s i o n d u m é t a l .

FIGURE 4.16 Schéma de torche à projection gazeuse de découpe au jet plasma.


115

5.2

Jets plasmagènes

P r i n c i p a u x gaz p a l s m a g è n e s u t i l i s é s : air c o m p r i m é , azote, m é l a n g e a r g o n - o x y g è n e , h y d r o gène. On utilise é g a l e m e n t l'eau.

I Mise en œuvre La l o c a l i s a t i o n d ' é n e r g i e dans la t o r c h e assure u n e d é c o u p e aux b o r d s assez r é g u l i e r s , s u r t o u t p o u r les f a i b l e s épaisseurs.

Plasma à haute définition En c o n f i n a n t au m a x i m u m le jet p l a s m a d a n s la buse, la q u a l i t é des b o r d s d é c o u p é s é q u i v a u t à la d é c o u p e au laser.

Sécurité d'utilisation Il est nécessaire de se p r o t é g e r des n u i s a n c e s ( p o l l u t i o n de l'air, b r u i t , r a y o n n e m e n t ) .

Machines À CN : g e s t i o n v i t e s s e s et a c c é l é r a t i o n s en f o n c t i o n des t r a j e c t o i r e s , avec « a j u s t e m e n t » en c o n t i n u de la distance b u s e / s u r f a c e de la p l a q u e et d é b i t de gaz. O p t i m i s a t i o n par b i b l i o t h è q u e de f o r m e s et f o n c t i o n s d ' i m b r i c a t i o n s .

Utilisation D é c o u p e des m é t a u x c o n d u c t e u r s d ' é l e c t r i c i t é , ferreux o u n o n , d ' é p a i s s e u r s j u s q u ' à 50 m m . Vitesses de d é c o u p e de 1 à 6 m / m i n , s e l o n les é p a i s s e u r s , p o u r un c o û t de p r o d u c t i o n r e l a t i v e m e n t p e u élevé (fig. 4.17).

Doc. Air liquide

FIGURE 4 . 1 7 Doc. revue «Métierx» de NUM Sa - Vhoto SAF

116

Opération de découpe au jet plasma.

Guide de l'usinage

Torche à projection gazeuse. D é c o u p e des m é t a u x réfractaires, aciers i n o x y d a b l e s , a l u m i n i u m (fig. 4.18).

Torche à injection d'eau. D é c o u p e p r a t i q u e m e n t sans b a v u r e s et n o n d é v i é e des aciers au c a r b o n e , en a v a n c e r a p i d e (6 m / m i n ) . L'affectation de la zone t h e r m i q u e et les d é f o r m a t i o n s (sur f a i b l e s épaisseurs) s o n t peu i m p o r t a n t e s (fig. 4.19).

V m/min j j a z plasmagène (en vortex) 1- Alliages d'aluminium 2-Aciers inoxydables

insert zirconium ou afnium dans barreau refroidi : électrode

e : épaisseur pièces gaz plasmagène : argon-oxygène-hydrogène

(

e (mm) 10

20

30

40

50

60

70

FIGURE 4.18 Vitesses de découpe au jet plasma avec torche à projection gazeuse.


FIGURE 4.19 Schéma de torche à écoulement vortex (d'eau) de découpe au jet plasma.

117

6.

Découpe par poinçonnage Généralités

; ....

D é c o u p e , par a c t i o n m é c a n i q u e de cisaillage sous une «frappe» (course d ' o u t i l r e c t i l i g n e a l t e r n a t i v e ) d ' u n e f o r m e intérieure ou extérieure à l ' a i d e d ' u n o u t i l de f o r m e , le p o i n ç o n , d a n s u n m a t é r i a u en f e u i l l e (fig. 4.20).

(<=> o

O)

,

..:..

I

„I.

I

I

.J

Pièce obtenue par poinçonnage formes intérieures et découpe du profil extérieur outil 3 - découpe profil extérieur outil 2 - poinçonnage d'une boutonnière et du trou outil 1 - poinçonnage boutonnière centrale

N é c e s s i t e un o u t i l l a g e s p é c i f i q u e à la f o r m e o u a u x f o r m e s à p r o d u i r e dans u n e f r a p p e . O u t i l l a g e d e d é c o u p e . Se c o m p o s e d ' u n e m a t r i c e et d ' u n p o i n ç o n ajustés, d o n t la s e c t i o n d r o i t e r e p r o d u i t la f o r m e à o b t e n i r .

FIGURE 4.20 Schéma de découpe par poinçonnage d'une pièce en production de série.

I

bande de tôle pour découpe en continu

groupes d'outils espacés dans l'outillage

• W W M a H M M B M j j É i i i M É i a a t M M M En t ô l e r i e f i n e , d é c o u p e j u s q u ' à u n e é p a i s s e u r m a x i m a l e de 6 m m .

Grande série Avec des o u t i l l a g e s s p é c i f i q u e s s e l o n la p r o d u c t i o n . O u t i l l a g e s très p r o d u c t i f s , m a i s o n é r e u x .

Petites séries Avec des o u t i l l a g e s é l é m e n t a i r e s , en d é c o u p e sur p r o f i l é s p o u r m é t a l l e r i e (fig. 4.21).

Chaudronnerie nez de fixation

Avec des m a c h i n e s puissantes pour d é c o u p e r des é p a i s s e u r s s u p é r i e u r e s à la t ô l e r i e fine.

T ^ plaque supérieure .porte-poinçon poinçon

butée

dévêtisseur pièce

matrice forme poinçonnée piece FIGURE 4.21 Schéma d'outillage élémentaire de découpe.

118

Guide de l'usinage

Mise en œuvre - Travaux de grande série P r o d u i t b r u t . T ô l e , en b a n d e de l a r g e u r c o n s t a n t e , q u i assure s o n g u i d a g e s o u s l ' o u t i l l a g e de l o n g u e u r de 1 à 2 m è t r e s , o u en b o b i n e p o u r la d é c o u p e en c o n t i n u . Il p e u t être p r é a l a b l e m e n t d é c o u p é , à profiler, en reprise de f i n i t i o n par arasage o u d é t o u r a g e .

Différentes opérations de découpe

Miiiiwiwiii'i'iííiii iHiiimija'iri

les d i f f é r e n t e s o p é r a t i o n s de d é c o u p e s o n t : (fig. 4.22)

Découpage D é c o u p e d ' u n f l a n ( b r u t d e pièce à u s i n e r e n reprise, par e m b o u t i s s a g e o u pliage). La d é c o u p e p r o d u i t u n a j o u r d a n s la b a n d e .

Découpage

Poinçonnage

I

Poinçonnage D é c o u p e de d é b o u c h u r e s ( t r o u s de petit d i a m è t r e ) .

Crevage

Pl.gce

chute Crevage

Encochage

D é c o u p e de f o r m e s petites et n o n circulaires.

Encochage

a

D é c o u p e de f o r m e s d é b o u c h a n t e s .

Détourage D é c o u p e , en r e p r i s e d e f i n i t i o n de p r o f i l , c o n t o u r p r é a l a b l e m e n t d é c o u p é et d é f o r m é .

d'un

Grignotage D é c o u p e par p o i n ç o n n a g e s successifs s u i v a n t u n profil.

Arasage D é c o u p e , en reprise de f i n i t i o n d i m e n s i o n n e l l e et d ' é t a t de s u r f a c e , d ' u n c o n t o u r p r é a l a b l e m e n t découpé.

Détourage

"CT

dévêtisseur

pièce découpe (flan) dépouille j

\£1 L

ES ,allonqement


matrice

chute

mm chutes

Arasage piece chute

D Piece

g

Grignotage

pièce

FIGURE 4.22

poinçon

piece

I chute Différentes opérations de découpe.

—wmÊÊÊÊÊÊsr Principe

f i n

Le m a t é r i a u est c i s a i l l é , s o u s l ' e f f o r t exercé par le p o i n ç o n sur la t ô l e à d é c o u per. Il est s o u m i s à u n e d é f o r m a t i o n élast i q u e , p u i s il s ' e f f e c t u e u n g l i s s e m e n t avec d é c o h é s i o n et r u p t u r e (fig. 4.23 et 4.24).

FIGURE 4.23 Action de l'outil de découpe.

119

FIGURE 4 . 2 4

Principe de la découpe.

Jeu fonctionnel. D i m i n u e l ' é c r o u i s s a g e d u m a t é r i a u q u i se p r o d u i t au d r o i t d u p r o f i l cisaillé. S ' o p p o s e à une a m o r c e de f i s s u r a t i o n d u m a t é r i a u s u i v a n t le sens des f i b r e s . On a d m e t . A c i e r s d o u x et l a i t o n : e / 2 0 ; aciers d e m i - d u r s : e / 1 5 ; a l l i a g e s d ' a l u m i n i u m : e/10; avec e = é p a i s s e u r à d é c o u p e r . U n e c o n t r a i n t e l a t é r a l e F2 p r o v o q u e u n e l é g è r e m o d i f i c a t i o n d i m e n s i o n n e l l e d e la f o r m e découpée.

Mm»««»«»«—»« !n imHH iWM aim iiiBaM i mBaMB iBBaMgî^w^

Élasticité du matériau. .mÊammam

La d é c o u p e t e r m i n é e , l ' é l a s t i c i t é d u m a t é r i a u a t e n d a n c e à p r o v o q u e r le f r o t t e m e n t de la b a n d e sur le p o i n ç o n , c o i n ç a n t la d é b o u c h u r e o u le f l a n d a n s la m a t r i c e , ce q u i nécessite dévêt i s s e u r et d é p o u i l l e .

Dévêtisseur E n t o u r e le p o i n ç o n , p l a q u a n t la b a n d e sur la m a t r i c e a u retrait d u p o i n ç o n .

Dépouille A p r è s u n e h a u t e u r l i m i t é e h = 4 à 5 m m en s e c t i o n c o n s t a n t e de la f o r m e à d é c o u p e r ( p o u r rect i f i c a t i o n o c c a s i o n n e l l e de la face de c o u p e ) : é v a s e m e n t de la f o r m e d a n s la m a t r i c e , assurant l ' é v a c u a t i o n n a t u r e l l e de la d é b o u c h u r e o u d u flan.

[Outillages de découpe • I I M ^ Les d i f f é r e n t s o u t i l l a g e s s o n t c o n ç u s p o u r a s s u r e r : • La d é c o u p e des pièces avec m i s e en p o s i t i o n d u b r u t ( g u i d a g e de la b a n d e de t ô l e o u d u flan). • L'évacuation des d é c h e t s et le d é g a g e m e n t d u p o i n ç o n de la bande. • Le r e m p l a c e m e n t o u la réfection des pièces d ' u s u r e . On peut distinguer: o u t i l d é c o u v e r t ; o u t i l s c o u v e r t s (à c o n t r e - p l a q u e dit « p a r i s i e n » à engren a g e et à c o u t e a u ; o u t i l à s u i v r e ; o u t i l à p r e s s e - b a n d e ; o u t i l à p i l o t a g e ; o u t i l s u i s s e ; o u t i l de reprise, de d é t o u r a g e , de d é c o u p e à la r e t o u r n e , de c r e v a g e , d ' e n c o c h a g e , de d é c o u p e en longueur.

120

Guide de l'usinage

Outil découvert O u t i l l a g e é l é m e n t a i r e de d é c o u p e constit u é p a r : u n p o i n ç o n et sa m a t r i c e , sans

mm Jî

g u i d a g e relatif, ce q u i nécessite u n e m i s e en p o s i t i o n p o i n ç o n / m a t r i c e p r é c i s e ; u n dévêtisseur;

un

presse-bande

en

d é c o u p e de t ô l e < 1 m m ( o p p o s i t i o n à la d é f o r m a t i o n ) (fig. 4.25).

plaque supérieure plaque porte-poinçon poinçon

Utilisation. D é c o u p e e n p l e i n e t ô l e d e f o r m e s s i m p l e s , e n t r a v a u x n o n sériels. Nota:

I

Les presses à CN a s s u r e n t le m a i n -

t i e n en p o s i t i o n

poinçon/matrice

P

avec

presse-bande dévêtisseur

I

matrice

précision. pièce produite

FIGURE 4.25

Schéma d'outil découvert.

Outil couvert à contre-plaque ou « parisien », à engrenage O u t i l l a g e de d é c o u p e c o n s t i t u é p a r : un p o i n ç o n et sa m a t r i c e avec leurs p l a q u e s de f i x a t i o n ; un g u i d e - b a n d e ; u n e c o n t r e - p l a q u e g u i d a n t le p o i n ç o n et p r o v o q u a n t le d é c r o c h e m e n t de la bande du p o i n ç o n ; une butée appelée «engrenage» assurant l'engrènement pas à pas (après c h a q u e frappe) plaque supérieure (fig. 4.26). Utilisation. D é c o u p e , en p e t i t e s séries, plaques d'agpui de f o r m e s s i m p l e s ( c y l i n d r i q u e , carrée...) plaque porte-poinçon sans a j o u r s , d a n s la b a n d e d ' é p a i s s e u r m i n i m a l e — 1 m m ( r i s q u e de d é f o r m a t i o n poinçon de la pièce en d e s s o u s d u m m ) . contre-plaque Nota: Le p o i n ç o n reste c o n t i n u e l l e m e n t g u i d é par la c o n t r e - p l a q u e q u i est solidaire de la m a t r i c e (sécurité de f o n c t i o n nement).

guide-bande matrice

Pièces c o m p o r t a n t u n a j o u r s i m p l e ( t r o u s ) : p o i n ç o n n a g e p o s s i b l e avec la découpe, c o m m e un outil à suivre.

jeuJ

couloir (passage bande) k J=2 à

j

4-

+ ! in CD

a

-4-

!

Vue de dessus matrice

+ engrenage (butée d'avancement au pas) sens d'avancement de la bande pièce produite

FIGURE 4.26 Schéma d'outil couvert à contre-plaque et engrenage.


121

a suivre Outillage c o m p o r t a n t plusieurs poinç o n s avec m a t r i c e s c o r r e s p o n d a n t e s , installés par g r o u p e s successifs. P r o d u c t i o n d ' u n e pièce f i n i e ( d é c o u p e et a j o u r a g e ) à c h a q u e f r a p p e (fig. 4.27). Pas d ' a v a n c e m e n t : assuré par u n e b u t é e (type o u t i l à e n g r e n a g e o u o u t i l à c o u teau). E n s e m b l e des p o i n ç o n s d ' a j o u r a g e : à diviser en plusieurs g r o u p e s , en fonct i o n de leur n o m b r e et de la p r o x i m i t é des a j o u r s (fragilité d e la matrice). P o i n ç o n n a g e des a j o u r s : a v a n t la découpe du profil fini. Précision d e p o s i t i o n n e m e n t , e n reprise d ' u n t r o u é b a u c h é par u n p o i n ç o n préc é d e n t : a s s o c i e r u n p i l o t e au p o i n ç o n d'ajourage final du trou. Utilisation. En p r o d u c t i o n de série, p o u r des pièces c o m p o r t a n t des f o r m e s intérieures (ajours) obtenues avec la découpe.

I I

| Mt

poinçon de découpe

2 poinçons d'ajours

a

-o c <0 -Q

.bande matrice

m

œ pièce obtenue (à chaque frappe)

> T3

-I

+

4 - 4 0 o

H -

Vue dessus matrice

! ° j LPJ

L

4-

Pas

engrenage (butée d'avancement)

FIGURE 4.27

Schéma d'outil à suivre.

Outil couvert à suivre, dit à couteau O u t i l l a g e à s u i v r e , o ù la b u t é e - le cout e a u - est un p o i n ç o n r e c t a n g u l a i r e Vue dessus d ' a v a n c e m e n t d é c o u p a n t sur u n côté de matrice 4 - 4 - 4 la b a n d e u n e l o n g u e u r e x a c t e m e n t bande égale au pas et de f a i b l e l a r g e u r (environ 3 m m ) (fig. 4.28). couteau (découpe La bande. De l a r g e u r a u g m e n t é e de du pas) celle de l ' e n c o c h e (du pas d ' a v a n c e m e n t en b u t é e s u r ce p o i n ç o n , a p r è s c h a q u e frappe). Le couteau. A s s u r e la p r é c i s i o n de l ' a v a n c e m e n t de la b a n d e (au pas) perFIGURE 4.28 Schéma de guidage d'un outil à couteau. m e t t a n t le f o n c t i o n n e m e n t de la presse en c o n t i n u . P r o v o q u e un effet de chasse, l i m i t a n t l ' é p a i s s e u r des b a n d e s ( e n v i r o n 2 m m m a x i ) . Découpe de bandes r e l a t i v e m e n t larges o u o u t i l l a g e à p l u s i e u r s g r o u p e s de p o i n ç o n s . Placer d e u x c o u t e a u x en les d é c a l a n t : d u m ê m e côté de la b a n d e ; d e c h a q u e c ô t é en d é c o u p e de la t ô l e en r o u l e a u (fig. 4.29). Couteaux à b é q u e t ou à d é c r o c h e m e n t (le p l u s r é s i s t a n t ) . S u p p r i m e n t t o u t e s b a v u r e s de d é c o u p e (fig. 4.30).

122

Guide de l'usinage

couteau 2

2 poinçons d'ajourage bande bande couteau a décrochements bavure en retrait du champ de bande couteau 1

FIGURE 4.29 Couteaux guide-bande (large) en production simultanée de pièces.

FIGURE 4.30

a

Couteau à décrochement.

Coût de l ' o u t i l l a g e s u p é r i e u r à l ' o u t i l l a g e à e n g r e n a g e , et perte de t ô l e un peu p l u s élevée (larg e u r de bande). Utilisation. D é c o u p e en série de pièces c o m p o r t a n t des a j o u r s p r o d u i s a n t à c h a q u e f r a p p e une pièce ( q u i a u r a i t été o b t e n u e en p l u s i e u r s s é q u e n c e s : a j o u r a g e s s u c c e s s i f s o u n o n , p u i s découpe).

Outil à presse-bande O u t i l l a g e de d é c o u p e à s u i v r e d o n t la c o n t r e - p l a q u e (fixe) est r e m p l a c é e par u n p r e s s e - b a n d e m o b i l e g u i d é par le o u les p o i n ç o n s . Des ressorts p l a q u e n t les p o i n ç o n s s u r la b a n d e , é v i t a n t sa déformation durant la découpe (fig. 4.31).

M M

Le g u i d a g e d u p o i n ç o n d a n s sa m a t r i c e est a s s u r é par des c o l o n n e s de g u i d a g e (2 o u 4, s e l o n les d i m e n s i o n s de l'outillage). Coût de l'outillage. S u p é r i e u r a u x outillages à couteau. Utilisation. D é c o u p e de t ô l e s m i n c e s ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) la b a n d e é t a n t m a i n t e n u e s u r la m a t r i c e d u r a n t la f r a p p e .

liBfc

plaque supérieure poinçon presse-bande dévêtisseur guide-bande matrice . plaque inférieure

I colonne de guidage

FIGURE 4.31

Schéma d'outil à presse-bande.

Outil à pilotage O u t i l l a g e à p r e s s e - b a n d e d o n t l ' a v a n c e m e n t au pas et la p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e m e n t de la b a n d e s o n t a s s u r é s par des c e n t r e u r s (les pilotes) d a n s des t r o u s p o i n ç o n n é s en p r e m i è r e séquence. Les p o i n ç o n s des t r o u s d e p i l o t e s s o n t s i t u é s en t ê t e des o u t i l s , à d i s t a n c e d ' u n pas d e la d é c o u p e f i n a l e (fig. 4.32). Le p r o c e s s u s de f a b r i c a t i o n est m é c a n i s é par l ' a m e n a g e a u t o m a t i q u e de la b a n d e (ou d u rouleau). Utilisation. D é c o u p e de t ô l e s m i n c e s ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) en série, avec un m i n i m u m de p e r t e de t ô l e ( p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e m e n t de la b a n d e ) .


123

pilotes poinçon de découpe

poinçons d'ajourage poinçons trous de pilotes

dans une frappe: découpe poinçonnage bande

trous de pilotes

pièce produite FIGURE 4.32

Schéma d'outil à pilotage.

O u t i l c o m b i n é de d é c o u p e ( p o i n ç o n n a g e et a j o u r a g e ) à p r e s s e - b a n d e o ù p o i n ç o n et m a t r i c e s o n t inversés. Le p o i n ç o n n a g e des a j o u r s et la d é c o u p e d u p r o f i l s o n t e f f e c t u é s en u n e seule f r a p p e . La p r é c i s i o n de p o s i t i o n des d i f f é r e n t e s f o r m e s est excellente, en f o n c t i o n de la p r é c i s i o n de l ' o u t i l l a g e ( q u e l q u e s c e n t i è m e s d e m m ) (fig. 4.33). La p r é c i s i o n de r é p é t a b i l i t é est assurée ( p r o d u c t i o n de série). Matrice de découpe ( d é t o u r a g e ) . Elle c o n t i e n t les p o i n ç o n s d ' a j o u r a g e . Poinçon de détourage. Il c o n t i e n t les m a t r i c e s d ' a j o u r a g e . Pièce produite. Elle est e x t r a i t e de la m a t r i c e par u n éjecteur ( p l a q u e au p r o f i l d é c o u p é , a c t i o n née par ressorts o u tiges). Automatisation. Par a m é n a g é a u t o m a t i q u e de la b a n d e (avec des r o u l e a u x , sans p r é c i s i o n ) . Les d é b o u c h u r e s de p o i n ç o n n a g e des a j o u r s s o n t é v a c u é e s par des p o n t s i n f é r i e u r s à la s e m e l l e (gravité). Utilisation. D é c o u p e de t ô l e s m i n c e s ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) , d u fait de la c o n c e n t r a t i o n des o u t i l s de d é c o u p e d a n s l ' o u t i l l a g e et de leur c o m p l e x i t é é v e n t u e l l e de f o r m e . Formes de tôles (bruts). S a n s p r é c i s i o n ; la m i s e en p o s i t i o n d u b r u t est sans i n f l u e n c e sur la q u a l i t é de p r o d u c t i o n des pièces. Coût de fabrication. Très élevé ; c o n c e v o i r cet o u t i l l a g e p o u r la série i l l i m i t é e .

124

Guide de l'usinage

poinçons d'ajourage matrice de découpe éjecteur dévêtisseur poinçon de détourage avec matrices d'ajourage)

Ql

plaque inférieure

bande

FIGURE 4.33 Schéma d'outil suisse ou outil bloc.

pièce produite en une frappe

Outil de reprise Outillage essentiellement de poinçonnage de f l a n s p r é a l a b l e m e n t d é c o u p é s et à placer n é c e s s a i r e m e n t d a n s u n drageoir avant découpe. Drageoir. G a b a r i t de m i s e en p o s i t i o n précise d u f l a n sur la m a t r i c e . A m o v i b l e p o u r p r é c h a r g e m e n t (hors m a c h i n e ) de pièces de petites d i m e n s i o n s . Détrompeur. É v e n t u e l l e m e n t , s i t u a n t la pièce sans i n c e r t i t u d e . Utilisation. P o i n ç o n n a g e d ' a j o u r s en p r o d u c t i o n de p e t i t e s séries, le c o û t d ' o u t i l l a g e d e v a n t être faible. Les f l a n s d ' é p a i s s e u r s u p é r i e u r e au m m s o n t repris d a n s u n o u t i l l a g e d u t y p e à c o n t r e - p l a q u e (fig. 4.34). Les f l a n s d ' é p a i s s e u r i n f é r i e u r e au m m s o n t r e p r i s d a n s un o u t i l l a g e d u t y p e à p r e s s e - b a n d e (avec serre-flan).

poinçons d'ajourage . contre-plaque guide-drageoir trou de — pilote détrompeur

• A "NT*

a

piece

drageoir à cadre

FIGURE 4.34

Schéma d'outil de reprise (type à conlre-plaque).

Outil de détourage O u t i l l a g e d u t y p e d é c o u v e r t i n v e r s é ( p o i n ç o n sur la partie i n f é r i e u r e ) . Mise en position précise de la pièce. Reprise par c e n t r e u r d a n s la f o r m e e m b o u t i e préalablement. Décrochage de la pièce du centreur. Par un éjecteur s ' a p p u y a n t au d r o i t de la d é c o u p e (évitant une d é f o r m a t i o n de la pièce).


125

Évacuation du déchet Pièces inférieures au m2: Le d é v ê t i s s e u r r e m o n t e le d é c h e t p e r m e t t a n t s o n é v a c u a t i o n . Petites pièces: Le d é v ê t i s s e u r est r e m p l a c é par des c o u p e - d é c h e t s q u i s e c t i o n n e n t le déchet en p l u s i e u r s m o r c e a u x (fig. 4.35). Grandes

pièces.

Nécessité de cisailler le d é c h e t en m o r c e a u x p o u r s o n é v a c u a t i o n . O u t i l l a g e

c o n ç u en secteurs (lames) avec v a g u e s , f a v o r i s a n t l ' é v a c u a t i o n (fig. 4.36). Nota:

A s s o c i a t i o n é v e n t u e l l e de p o i n ç o n s d ' a j o u r a g e d a n s l ' o u t i l l a g e .

= 70°

matrice de détourage

FIGURE 4.35

Schéma d'outil de détourage.

FIGURE 4.36 pièce.

Coupe-déchet pour petite

Outil de coupe en longueur Outillage du type à suivre, pour p o i n ç o n n a g e de coupe e n l o n g u e u r et d ' a j o u r a g e dans la b a n d e .

poinçon de coupe

Poinçon. De f a i b l e l a r g e u r (5 à 10 m m ) l i m i t a n t la p e r t e de m a t i è r e . De l o n g u e u r s u p é r i e u r e à la l a r g e u r d e b a n d e ( e n v i r o n 1 m m par côté) (fig. 4.37).

poinçons d'ajourage

Utilisation. D é c o u p e , d a n s la b a n d e de l a r g e u r d u p r o d u i t f i n i , de p i è c e s l o n g u e s avec u n p r o f i l d o n n é et p o i n ç o n nage en b o u t de pièce s i m u l tanément.

ressorts d'appui bande

' V c ,,

i J L r b J : O l i T o l ÇQ~ >

Y

^

y

bande guide-bande

butée de longueur

FIGURE 4.37

126

— y j ç .

Schéma d'outil de coupe en longueur.

Guide de l'usinage

Outillage de crevage O u t i l l a g e de d é c o u p e partielle (sur 3 côtés) et de c a m b r a g e s i m u l t a n é d ' u n a j o u r (fig. 4.38). Poinçon. Il c o m p o r t e un a n g l e de c o u p e avec arête c o u p a n t e et u n r a y o n d u côté d u pliage. Poinçon pour ouïe. Il c o m p o r t e u n a r r o n d i sur les b o u t s et l ' a r r i é r e , l ' o u ï e s ' o b t e n a n t par allongement du métal. Utilisation Petite série. A v e c un o u t i l l a g e s p é c i f i q u e (prod u c t i o n f l e x i b l e avec m a c h i n e à CN). Grande série. Dans un o u t i l l a g e c o m b i n é .

FIGURE 4.38

Poinçons d'outil de crevage (pour ouïe).

Outillage d'encochage O u t i l l a g e de d é c o u p e d ' e n c o c h e s sur le b o r d d ' u n e b a n d e o u d ' u n f l a n , soit sur 3 côtés (fig. 4.39 a et b). O p p o s i t i o n à l ' e f f e t de c h a s s e . A v e c u n e p l a q u e de r é a c t i o n sur la m a t r i c e o u u n t a l o n sur le p o i n ç o n . Utilisation Petite série. A v e c un o u t i l l a g e s p é c i f i q u e (prod u c t i o n flexible). Grande série. Dans un o u t i l l a g e c o m b i n é .

poinçon flan matrice talon sur poinçon encoche obtenue

plaque de réaction b-

FIGURE 4.39

Schémas d'outils d'encochage.

poinçon

m

Conception des outillages L'outil de d é c o u p e c o m p r e n d la m a t r i c e (la p l a q u e de d é c o u p e ) les p o i n ç o n s et la p l a q u e p o r t e p o i n ç o n s (fig. 4.40).

Elle d o i t résister à l ' e f f o r t de d é c o u p e , s o n épaisseur est de 20 m m m i n i m u m (fig. 4.41). On a d m e t : 25 m m p o u r t ô l e s à d é c o u p e r d ' é p a i s s e u r e < 2 m m ; 3 0 m m avec 2 m m < e < 3 m m ; 35 m m avec 3 m m < e < 5 m m . D é c o u p e de f o r t e s é p a i s s e u r s . D é t e r m i n e r e en c o n s i d é r a n t u n e p o u t r e c h a r g é e u n i f o r m é m e n t , r e p o s a n t sur d e u x a p p u i s . Distance des b o r d s d ' e n t a i l l e aux côtés de la m a t r i c e : o n a d m e t 30 m m m i n i m u m . D é p o u i l l e d u p r o f i l : 3°, après 5 m m n o n d é p o u i l l é . D é p o u i l l e des t r o u s : p o u r les t r o u s plus g r a n d s q u e = 1 à 2 m m . M a t r i c e s avec é j e c t e u r : la d é p o u i l l e n'est pas nécessaire.


127

1. 2. 3. 4.

Plaque supérieure porte-poinçon Matrice Poinçon Guide-poinçon dévétisseur

FIGURE 4.40 Outil de centre d'usinage en poinçonnagegrignotage- pliage. Doc. Baltec

Modules éléments de matrice Conçus pour une f o r m e d o n n é e (trous, ajours) s ' i m p l a n t a n t dans une plaque porteé l é m e n t s m o d u l a i r e s : s i m p l i f i e la f a b r i c a t i o n de l ' o u t i l l a g e (fig. 4.42).

Matrices de grandes dimensions Réalisées par s e c t e u r s a s s e m b l é s , avec des v a g u e s d e c o u p e r é p a r t i s s a n t l ' e f f o r t de d é c o u p e (fig. 4.43).

Durée de vie P r o d u c t i o n a d m i s e de 3 0 0 0 0 à 1 0 0 0 0 0 pièces entre deux affûtages. On a : 5 m m n o n d é p o u i l l é m o i n s 1 m m de r é s e r v e ( l i m i t e des a f f û t a g e s ) = 4 m m u t i l e ; U s u r e par a f f û t a g e = 0,4 m m a d m i s ; 4 m m / 0 , 4 = 10 a f f û t a g e s , soit d u r é e de v i e : 300 000 à 1 m i l l i o n de pièces avant remplacement. A f f û t a g e : par r e c t i f i c a t i o n de la face s u p é rieure.

Poinçon Il d o i t résister à la c o m p r e s s i o n et au f l a m b a g e . On a d m e t sa l o n g u e u r de 60 à 80 m m à section c o n s t a n t e (pas de d é p o u i l l e ) . On v é r i f i e la résistance au f l a m b a g e par la f o r m u l e

128

Guide de l'usinage

a v e c : / = l o n g u e u r d u p o i n ç o n en m m ; E = m o d u l e d ' é l a s t i c i t é en N / m m 2 ; I = m o m e n t q u a d r a t i q u e de la s e c t i o n en m m 2 ; F = e f f o r t de d é c o u p e en N.

v a g u e coupe-déchet

face tranchante « 8

Formes cylindriques: 300 m a x i

I S . I T I - E . 0,05 d

V

dépassement du socle » 3

e.Rm

a v e c : d= 0 d u p o i n ç o n ; e = é p a i s s e u r de la t ô l e ; R m = résistance à la r u p t u r e par t r a c t i o n . Pénétration du poinçon dans la matrice. De q u e l q u e s m i l l i m è t r e s ; n u l l e en d é c o u p e d e c a r b u r e s m é t a l l i q u e s ( m a t é r i a u x très durs).

e : épaisseur du flan

FIGURE 4.43 dimensions.

Secteur linéaire pour matrice grandes

Poinçons de petite section S o n t é p a u l é s avec r a y o n de r a c c o r d e m e n t ; l o n g u e u r u t i l e : 10 à 15 m m m a x i (fig. 4.44).

Poinçons multiples Étager les g r o u p e s d e p o i n ç o n s d ' u n e d e m i - é p a i s s e u r de la t ô l e à d é c o u p e r . Le p o i n ç o n de d é t o u r a g e ( d é c o u p a n t la pièce) est le p l u s l o n g .

Poinçons de grandes dimensions. C o m m e les m a t r i c e s , p e u v e n t être c o n ç u s par secteurs i m p l a n t é s sur u n e s e m e l l e (fig. 4.45). M o d u l e s support poinçons. Peuvent s i m p l i f i e r f a b r i c a t i o n et m a i n t e n a n c e , en p a r t i c u l i e r p o u r les g r o s o u t i l l a g e s . Plaque porte-poinçons. D ' u n e é p a i s s e u r d e 20 à 30 m m . Durée de vie. P r o d u c t i o n a d m i s e de 1 0 0 0 0 à 40 000 pièces, s e l o n les m a t é r i a u x à d é c o u p e r . Durée de vie i d e n t i q u e à la m a t r i c e : n o m b r e u x a f f û t a g e s p o s s i b l e s (sections c o n s t a n t e s ) , par r e c t i f i c a t i o n de la face de d é c o u p e .

guidage

y

I diamètre poinçon

FIGURE 4.44

,d > e

Poinçon de petite section.

FIGURE 4.45 dimensions.

Schéma de secteur sur poinçon de grandes

Matrice. G é n é r a l e m e n t , en acier Z200 C12, t r a i t é à HRC = 58. Poinçons. M ê m e m a t é r i a u q u e m a t r i c e , t r a i t é à HRC = 62.


129

Ajustement poinçon matrice d poinçon (dimension de l'ajour)

d poinçon

La d é c o u p e p r o v o q u e u n f i s s u r a g e o b l i q u e du métal, nécessitant un jeu f o n c t i o n n e l e n t r e p o i n ç o n et m a t r i c e , en f o n c t i o n d u m a t é r i a u et de l ' é p a i s s e u r e à découper.

Jeu fonctionnel. On a d m e t : A c i e r d o u x , c u i v r e , l a i t o n : 0,05 e; acier d e m i d u r : 0,06 e ; acier d u r : 0,07 e ; alliages d ' a l u m i n i u m : 0,10 e. A f f e c t a t i o n d u j e u . A u p o i n ç o n o u à la m a t r i c e , s e l o n la f o r m e à o b t e n i r , f l a n o u ajour, s o i t : (fig. 4.46). Dimensionnement

|

d matrice (dimension du lan)

FIGURE 4.46

natrice

Dimensionnement des poinçons et matrices.

Découpe extérieure (des flans)

Découpe intérieure (des ajours, des trous)

Matrice

Cotes du flan (forme à obtenir).

Cotes de l'ajour augmentées du jeu fonctionnel.

Poinçon

Cotes du flan diminuées du jeu fonctionnel.

Cotes de l'ajour (forme à obtenir).

Effort de découpe C o u p e f r a n c h e . La surface d u p o i n ç o n est en t o t a l i t é au c o n t a c t de la t ô l e ; o n a F = k.Rc.l.e, avec: FendaN; k = c o e f f i c i e n t de c i s a i l l a g e (0,8 en c o u p e f r a n c h e ) ; Rc ( d a N / m m 2 ) = résistance de r u p t u r e au c i s a i l l e m e n t ; / ( m m ) = p é r i m è t r e de la s u r f a c e c i s a i l l é e ; e ( m m ) = é p a i s s e u r de la tôle. Résistance au c i s a i l l e m e n t Rc a d m i s e : Rc = 4/5 Re. On p e u t a d m e t t r e Rc = Re (forces de f r o t t e m e n t et usure o u t i l ) .

Effort de découpe supérieur à la puissance machine (presse) Pièces m o y e n n e s : Décaler en h a u t e u r des g r o u p e s d e p o i n ç o n s par r a p p o r t à d ' a u t r e s (de 0,5 e). G r a n d e s p i è c e s : D é c o u p e p r o g r e s s i v e avec v a g u e s de c o u p e ( e x e m p l e fig. 4.43).

Dévêtisseur et contre-plaque Leurs é p a i s s e u r s s o n t de 20 à 30 m m . E f f o r t nécessaire au d é v ê t i s s e u r : - D é c o u p e en p l e i n e m a t i è r e : e n v i r o n

barycentre des efforts Y

découpe pièce /

7 % de l ' e f f o r t d e d é c o u p e . -Découpe partielle (encochage...): e n v i r o n 3 % de l ' e f f o r t de d é c o u p e .

Position du nez de broche C e n t r e r la p a r t i e s u p é r i e u r e de l ' o u t i l l a g e s u r le nez d u c o u l i s s e a u de la presse, au p o i n t d ' a p p l i c a t i o n de la r é s u l t a n t e des e f f o r t s de d é c o u p e , le b a r y c e n t r e (fig. 4.47).

130

G3/

poinçonnage trou G5 i

flan

"W" di d2 - d3 d4

FIGURE 4.47 Position nez de broche sur plaque supérieure d'outil pour découpe et poinçonnage.

Guide de l'usinage

Barycentre des efforts de coupe. D é t e r m i n e r la p o s i t i o n de la r é s u l t a n t e R des e f f o r t s par la m é t h o d e des m o m e n t s , soit M o x F = d.F, d ' o ù M o x R = M o x F 1 + M o x F 2 + etc. Profil de découpe. Les arêtes de d é c o u p e s o n t d é c o m p o s é e s en é l é m e n t s s i m p l e s d o n t l ' e f f o r t a p p l i q u é au centre de g r a v i t é est p r o p o r t i o n n e l à la l o n g u e u r . Formes intérieures. Leur c e n t r e de g r a v i t é est au c e n t r e de leur surface.

Mise en bande des pièces

,

P o s i t i o n n e m e n t des pièces à d é c o u p e r d a n s la b a n d e o u le r o u l e a u .

(

WÊÊiaÊHmmÊÊBÊiÊmÊmmmmtmKÈËËÊÊiÊÊÊÊàk&s découpes En c o n t i n u sur la b a n d e o u le r o u l e a u et o r i e n tées p o u r o b t e n i r u n m i n i m u m d e d é c h e t s (fig. 4.48).

2 mm mini

Coefficient d'utilisation. S u r f a c e des p i è c e s d é c o u p é e s / s u r f a c e d e la b a n d e ; o n a d m e t 0,65.

pièces

Distance des découpes

bande

Avec les b o r d s de b a n d e et e n t r e e l l e s : a d m i s égal à l ' é p a i s s e u r de la t ô l e , avec un m i n i m u m de 2 m m . Nota: P o u r u n m i n i m u m de p e r t e , d é c o u p e r é v e n t u e l l e m e n t d a n s la b a n d e e n d e u x passages, avec r e t o u r n e m e n t .

2 mm min

FIGURE 4.48

Mise en bande de pièces.

Pièces circulaires. Les f l a n s p e u v e n t être t a n g e n t s ; respecter la d i s t a n c e aux b o r d s de b a n d e . Pièces à cambrer. À p o s i t i o n n e r d a n s la b a n d e en c o n s i d é r a n t le sens d u l a m i n a g e (par r a p p o r t au sens d u c a m b r a g e ) (voir c h a p i t r e « Procédés de f o r m a g e »).

Répartition des poinçons d'ajourage S ' e f f e c t u e après la m i s e en b a n d e . Espacer les p o i n ç o n s e n t r e e u x , i s o l é m e n t o u en g r o u p e s , p o u r ne pas a f f a i b l i r la m a t r i c e (fig. 4.49).

*

pas u

bihicu LUUJLL CD rari] ^

D é c o m p o s e r u n a j o u r en f o r m e s s i m p l e s à o b t e n i r avec p l u s i e u r s p o i n ç o n s o u g r o u p e s de p o i n ç o n s espacés.

bande

Ébauches Bandes. Cisaillées d a n s la t ô l e (de 1 x 2 m ) à la l a r g e u r nécessaire p o u r les pièces à d é c o u p e r . Rouleaux. De l a r g e u r 1 à 500 m m .


FIGURE 4.49

Répartition des poinçons sur outil de

découpe.

131

6.5

Machines

Presses à colonnes. La c o n c e p t i o n assure la rigidité nécessaire sous les efforts de découpe i m p o r t a n t s et répétés. Presses à col de cygne. Machines de petites d i m e n s i o n s : puissance peu i m p o r t a n t e ; cadence de frappe élevée (jusqu'à 400 coups/min). Pour la découpe de petites pièces.

Jusqu'à 100 m / m i n , avec une précision de p o s i t i o n n e m e n t de 0,2 m m sur MOCN. TMTWTlIBiTllF^^

m

M o u v e m e n t du p o i n ç o n ou de la matrice, relativement lent sur grosses machines (12 m / m i n dans matériaux durs). •

É

M

M

V

I

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

A l i m e n t a t i o n du brut sous la presse. En bande. A m é n a g é avec guides (longueur de bande = 2 m ) ; bandes de 1 m : possibilité sans guide. En rouleau (plusieurs centaines de mètres): a u t o m a t i s a t i o n de la p r o d u c t i o n .

Presses à commande numérique La CN g è r e : Course avec limites des vérins de frappe (points m o r t s haut et bas) ; Vitesse de découpe ( m o d u l a b l e p e r m e t t a n t la réduction de d é f o r m a t i o n de la pièce et du bruit de frappe). ni

IIIIIIIIIIIIIIIIIIII

LIN—

Ensemble machine «Trumatic 500 r o t a t i o n » d e T R I U M P H . Usinage direct dans la tôle (pas de bande à couper préalablement) en p o i n ç o n n a g e - g r i g n o tage-découpe en continu. Des outils standards (section c y l i n d r i q u e , prismatique...) sont stockés en m a g a s i n - m a c h i n e : p o i n ç o n n a g e et découpe d'ajours de tous types par rotation angulaire de l'outil (suivi de profil). Chaque outil peut c o m p o r t e r plusieurs e m p r e i n t e s différentes (fig. 4.50). L'ensemble outil (poinçon, matrice, éjecteur) peut être stocké en cassette o p t i m i s a n t le charg e m e n t en m a g a s i n - m a c h i n e (fig. 4.51). La CN peut gérer: m o u v e m e n t de positionnement de la tôle à vitesse rapide (en X Y) avec précision ( s o , 2 m m ) et répétabilité excellente ( = 0 , 0 5 m m ) ; évacuation des pièces et débouchures; axe Z pour crevage; contournage des profils à cadence de frappe élevée (jusqu'à 900 cp/min). Avec p r o g r a m m a t i o n interactive, CAO intégrée ou/et transférée... Utilisation. Production flexible en unitaire à petite série, d i r e c t e m e n t dans la tôle, de pièces c o m p l e x e s (quels que soient le n o m b r e d ' a j o u r s et les profils à obtenir) (fig. 4.52). Machines à col de cygne avec table de grande d i m e n s i o n (ss2500 X 1 300 maxi) (fig. 4.53).

• • • • • • • • • • • Groupage d'opérations: p o i n ç o n n a g e , d é c o u p e , g r i g n o t a g e , pliage, e m b o u t i s s a g e , estampage, p e r m e t t a n t la p r o d u c t i o n flexible de petites pièces en tôle d'épaisseur m a x i m a l e 4 m m . Autonomie de fonctionnement: c h a r g e m e n t des tôles avec disposition des ventouses de préh e n s i o n ; évacuation des squelettes avec r a n g e m e n t o r d o n n é . . .

132

Guide de l'usinage

FIGURE 4.50

Poinçons et matrices de centre d'usinage de la tôle en poinçonnage-grignotage-formage «Trumatic». Doc. Trumph

FIGURE 4 . 5 1

Cassette support-outil de poinçonnage-grignotage à charger sur machine. Doc. Trumph

FIGURE 4.52

Pièces produite et en cours de fabrication sur machine « Trumatic ». Doc. Trumph


133

FIGURE 4 . 5 3

Centre d'usinage de la tôle (poinçonnagegrignotage-déformation) «Trumatic 200 rotation ». Doc. Trumph

Découpage fin Découpe de précision L'outillage d o i t p r o d u i r e des pièces f i n i e s ( d é c o u p é e s et f o r m é e s si nécessaire). C o n c e p t i o n à c o l o n n e s : d o i t assurer un p a r f a i t g u i d a g e p o i n ç o n m a t r i c e .

Matrice

m

Elle c o m p o r t e u n f a i b l e r a y o n d ' e n t r é e (1/10 é p a i s s e u r t ô l e à d é c o u p e r ) sur la p é r i p h é r i e d u p r o f i l d é c o u p é : p r o v o q u e le f i l a g e d u m é t a l ( é l i m i n a t i o n partielle d e l ' a r r a c h e m e n t ) .

Plaque de pression Elle c o m p o r t e u n j o n c en saillie, d e s e c t i o n t r i a n g u l a i r e c o n t o u r n a n t le p r o f i l à d é c o u p e r ( f i g . 4 . 5 4 ) : m a i n t i e n de la t ô l e d u r a n t la d é c o u p e . D é c o u p e de t ô l e s épaisses (e > 4 m m ) : d e u x j o n c s décalés, en o p p o s i t i o n (un j o n c côté p o i n ç o n et u n j o n c côté matrice) (fig. 4.55).

Ejecteur M a i n t e n u en s o u s la f o r m e p e r : r é d u i t les t i o n s s u r la évacue la pièce

134

pression à découdéformap i è c e et finie.

FIGURE 4 . 5 4

ione supérieur i

Jonc de maintien de

bande.

r bande jonc inférieur

FIGURE 4.55 Double jonc de maintien de bande épaisse (> 4 mm).

Guide de l'usinage

—unum)

Jeu fonctionnel

««a»

Il est réduit au m i n i m u m : e n v i r o n 1/100 de l'épaisseur de la tôle à découper.

m

Effort de découpe

Il est plus i m p o r t a n t q u ' e n découpe classique. On a : Force de découpe F i — l.e.Rc + F2, avec F2 s 0.6 F1 (forces de pression du jonc et de la plaque de pression).

Précision État de surface : R = 1 à 5 fjim ; d i m e n s i o n s , de qualité 7.

Mise en œuvre Conception outillage Généralement c o m b i n a i s o n découpe - f o r m a g e - p o i n ç o n n a g e - estampage partiel. Cycles de production. Possible en plusieurs séquences: découpe du profil extérieur, transfert dans l'outillage, p o i n ç o n n a g e et f o r m a g e . Conception très précise: coût de f a b r i c a t i o n 50 % s u p é r i e u r aux outillages c o m b i n é s (outil suisse).

Découpe de petites pièces C o m p o r t a n t peu de p o i n ç o n n a g e et crevage (formes intérieures) : concevoir l'outillage à poinçon mobile.

Découpe de grandes pièces C o m p o r t a n t un g r a n d n o m b r e de f o r m e s intérieures à d é c o u p e r : outillage à p o i n ç o n fixe.

Découpe en grande série Production en une frappe, de pièces peu épaisses (quelques m m ) et de f o r m e c o m p l e x e : associer le f o r m a g e (pliage) à la découpe (découpage, p o i n ç o n n a g e , crevage).

Matériaux pièces Doivent avoir une excellente d é f o r m a b i l i t é à f r o i d (aciers, laitons, alliages d ' a l u m i n i u m ) .

Utilisation Production de petites pièces d i r e c t e m e n t au profil fini (dont le f o r m a g e ) , en grande série (autom o b i l e , cycle, horlogerie, photographie...). Les presses utilisées sont à triple effet, assurant successivement pression sur la tôle, découpe et éjection de la pièce.

[Grignotage Découpe de f o r m e s par poinçonnages successifs de débouchures de petites d i m e n s i o n s , suivant le profil à obtenir (fig. 4.56). L'outil de section, g é n é r a l e m e n t cylindrique, c o n t o u r n e le profil à cadence de frappe élevée et avance p r o g r a m m é e (par CN) (fig. 4.57). Une forte pression du presse-tôle assure la découpe franche. Utilisation. Sur centre de p o i n ç o n n a g e - g r i g n o t a g e - d é f o r m a t i o n , en p r o d u c t i o n f l e x i b l e de pièces en tôle de t o u s profils, u n i t a i r e m e n t à petites séries (non-nécessité d ' o u t i l l a g e spécifique).


135

I

FIGURE 4.56 Alésage-ébauche obtenu en grignotage. Doc. Baltec

1. Système de fixation poinçon Poinçon de grignotage Plaque porte-poinçon Guide-poinçon

2. 3. 4.

FIGURE 4 . 5 7

Outil de grignotage. Doc. Baltec

7.

Découpe par cisaillage, tronçonnage, sciage Cisaillage Généralités

D é c o u p e l i n é a i r e des t ô l e s ( d é c o u p e d e flans...) par s e c t i o n n e m e n t e n t r e d e u x l a m e s o p p o s é e s , l ' u n e étant f i x e et l ' a u t r e m o b i l e . Décohésion du matériau. I d e n t i q u e à la d é c o u p e par p o i n ç o n n a g e (fig. 4.58). Jeu fonctionnel. E s p a c e m e n t des d e u x l a m e s f a v o r i s a n t le p h é n o m è n e de r u p t u r e d u m a t é riau et a m é l i o r a n t l'état de surface. On a d m e t un jeu j = 0,03e (e = é p a i s s e u r à d é c o u p e r ) . M é t h o d e de cisaillage. S e l o n les m a c h i n e s , en c o u p e d r o i t e ( s i m u l t a n é m e n t s u r t o u t e la long u e u r de t ô l e ) o u en c o u p e p r o g r e s s i v e . Précision de découpe. Q u e l q u e s d i x i è m e s de m i l l i m è t r e (0,2 à 0,8 m m ) .

1

lame de coupe mobile

70 = 0 > déformation élastique \ —

I

1 "-0 -i * tole

^ ¡eu inter-lames (entrefer) lame d'appui fixe —J FIGURE 4.58

Effort de cisaillage Rc. E n v i r o n 0,8 Re. On a d m e t Rc coupe).

Mode d'action du cisaillage.

Re ( f r o t t e m e n t s et usure des arêtes de

WÊaÊÊmÊmÊÊÊmÊÊÊÊÊÊÊKËKÊm. Cisaillage en coupe droite Il s ' e f f e c t u e e n t r e d e u x l a m e s rectil i g n e s o p p o s é e s et p a r a l l è l e s , s u r t o u t e la l o n g u e u r de la pièce (fig. 4.59).

ß 0 = 90"

Capacité de cisaillage Longueur: celle d e s l a m e s (1 à 6 m è t r e s , s e l o n les m a c h i n e s ) . Épaisseur: M a x i m a l e d e 20 m m (grosses m a c h i n e s ) . lame fixe Angles de coupe Taillant |3 0 : g é n é r a l e m e n t 90°, perm e t t a n t d ' a v o i r d e u x arêtes de FIGURE 4.59 Schéma du cisaillage à coupe droite. c o u p e , par r e t o u r n e m e n t de la l a m e . Inclinaison d'arête \s = 0°30 à 2 ° : facilite la c o u p e par sa p r o g r e s s i v i t é et d i m i n u e l ' e f f o r t de cisaillage ; i n c o n v é n i e n t : p r o v o q u e le v r i l l a g e des d é c o u p e s de f a i b l e l o n g u e u r . Affûtage des lames. E s s e n t i e l l e m e n t sur la face de c o u p e . Presse-tôle. Il s ' o p p o s e au b a s c u l e m e n t de la t ô l e (effort de d é c o u p e i m p o r t a n t ) . Utilisation. D é c o u p e d a n s la t ô l e b r u t e , des f l a n c s et de pièces r e c t i l i g n e s de g r a n d e s d i m e n s i o n s ( p l u s i e u r s m è t r e s ) en p r o d u c t i o n u n i t a i r e et de série ( m a c h i n e s à CN). —

•••in

Cisaillage en coupe progressive

-mimÊÊÊÊammKÊÊmm

Découpe en continu. D e u x l a m e s c i r c u l a i r e s m o t o r i s é e s p r o v o q u e n t l ' a v a n c e m e n t de la t ô l e à d é c o u p e r (fig. 4.60). M a c h i n e s . Elles s o n t é q u i p é e s d e l a m e s à axes parallèles o u à axes inclinés.


137

lame circulaire =

9 0

°

* tôle - E -

FIGURE 4.60 Schéma du cisaillage à lames circulaires (coupe rectiligne).

FIGURE 4.61 Schéma du cisaillage à lames circulaires biconiques (détourage).

Angle d'Inclinaison d'arête: o b t e n u par la p o s i t i o n relative des d e u x l a m e s réglées p o u r perm e t t r e l ' e n t r a î n e m e n t d e la pièce (15 à 20°). Utilisation. D é c o u p e en c o n t i n u de g r a n d e s l o n g u e u r s . D é t o u r a g e de pièces p r é a l a b l e m e n t e m b o u t i e s d ' é p a i s s e u r m a x i = 2,5 m m avec l a m e s circulaires b i c o n i q u e s (fig. 4.61).

Tronçonnage à l'outil de coupe Généralités O p é r a t i o n d e t o u r n a g e à l ' o u t i l de c o u p e p o u r d é b i t e r des pièces de f o r m e c y l i n d r i q u e , b r u t e s o u t e r m i n é e s d ' u s i n a g e (voir chapitre « p r o c é d é s de t o u r n a g e »). Outil utilisé: à t r o n ç o n n e r : lame d é f o r m é d'une faible épaisseur p o u r l i m i t e r la perte de m a t i è r e (fig. 4.62). Écoulement du copeau. F a v o r i s é avec u n a n g l e d ' i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e (aciers = 1 0 ° ; FIGURE 4.62 Outils de tronçonnaalliages d ' a l u m i n i u m s 20°): ge (en tournage). é v i t e le b o u r r a g e d u c o p e a u Doc. Coromant Sandwik d a n s la g o r g e . Fragmentation du copeau. A v e c u n e arête de c o u p e i n c u r v é e o u à d e u x i n c l i n a i s o n s d ' a r ê t e o p p o s é e s (fig. 4.63).

Conditions de coupe Celles d u t o u r n a g e en g é n é r a l . Vitesse de coupe. En t r o n ç o n n a g e p r o f o n d : à r é d u i r e de m o i tié e n v i r o n ( p o r t e - à - f a u x de l a m e p o u v a n t entraîner des v i b r a tions). Vitesse d'avance. É v e n t u e l l e m e n t , à r é d u i r e p o u r é v i t e r des v i b r a t i o n s et p o u r les l a m e s m i n c e s . FIGURE 4.63

Plaquette de tronçonnage (profondeur limitée).

Doc. Coromant Sandwik

138

Guide de l'usinage

Utilisation En t o u r n a g e de pièces d a n s la b a r r e : d é b i t a p r è s r é a l i s a t i o n , de la p r o d u c t i o n u n i t a i r e à la g r a n d e série ( d é c o l l e t a g e de petites pièces...).

Tronçonnage aux outils tournants: meule et fraisescie Les capacités de c o u p e s o n t l i m i t é e s par le d i a m è t r e de l ' o u t i l ( r a y o n d ' o u t i l m o i n s r a y o n des bagues de m a i n t i e n ) .

> fl

— » — «pi niiiiiiii mil

^

Tronçonnage à la meule

ro—i

Outil meule. D i s q u e a r m é de f i b r e s m é t a l l i q u e s o u N y l o n . À utiliser a u x c o n d i t i o n s de c o u p e d u m e u l a g e r e c t i f i c a t i o n . La vitesse m a x i m a l e est i n d i q u é e sur c h a q u e m e u l e (sécurité d ' u t i l i sation p o u r éviter l ' é c l a t e m e n t ) .

Tronçonnage à la fraise-scie A p p e l é é g a l e m e n t sciage. Outil. L a m e c i r c u l a i r e avec d e n t s de c o u p e . Conditions de coupe. Celles d u f r a i s a g e , en g é n é r a l (voir c h a p i t r e « p r o c é d é s de f r a i s a g e »). Vitesses d'avance. À r é d u i r e de 20 à 50 % e n v i r o n s e l o n la p r o f o n d e u r de p a s s e : g r a n d n o m b r e de d e n t s en prise f r a g i l i s a n t l ' o u t i l . F r a g m e n t a t i o n d u c o p e a u o b t e n u avec une d e n t u r e à i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e alternée.

— B T , l

I Mil III!

Il mmiiilliii '

Machines

jmrnmrnammm lllll lin mil nil II II llllil lllllllllllllillll—III

Travaux de série. M a c h i n e s a u t o m a t i s é e s , avec r é g l a g e aux d i f f é r e n t s a n g l e s de d é c o u p e (programmation numérique). Travaux unitaires. Petites m a c h i n e s à avance m a n u e l l e . Travaux de fraisage. O p é r a t i o n de r é a l i s a t i o n de r a i n u r e s étroites. Utilisation. O p é r a t i o n s , avec m e u l e o u fraise-scie, de d é b i t s d ' é b a u c h e d a n s des barres (sect i o n s d i v e r s e s ) , des t u b e s , des p r o f i l é s d i v e r s , en p r o d u c t i o n u n i t a i r e et de série.

| Sciage O p é r a t i o n d ' u s i n a g e par c o u p e : d é b i t de b r u t s d a n s la b a r r e , avec des m a c h i n e s à l a m e d e c o u p e linéaire c o u r t e o u « c o n t i n u e ».

Sciage avec lame courte

J M I M I M M

M o u v e m e n t r e c t i l i g n e a l t e r n a t i f de l ' o u t i l . Retour d u c y c l e : l ' o u t i l est s o u l e v é , é v i t a n t la d é t é r i o r a t i o n des dents. Outil : l a m e à d e n t s m u l t i p l e s , g é n é r a l e m e n t en acier r a p i d e , n o n réaffûtée. Utilisation. Débit d a n s la barre, en p r o d u c t i o n u n i t a i r e et d e série de b r u t s p o u r u s i n a g e (tournage, f r a i s a g e . . . ) .


139

Sciage avec lame continue M o u v e m e n t c o n t i n u de l ' o u t i l . Outil. R u b a n c i r c u l a i r e , en acier rapide s ' a f f û t a n t sur m a c h i n e a u t o m a t i q u e . M o u v e m e n t d'avance. D o n n é à la pièce, s u i v a n t une t r a j e c t o i r e p o u v a n t être v a r i a b l e (faible l a r g e u r de lame). Utilisation. D é c o u p e de j e t s d e c o u l é e s sur pièces de f o n d e r i e , de d i m e n s i o n s p e u i m p o r t a n t e s , en t r a v a i l u n i t a i r e o u en petite s é r i e ; d é b i t dans la barre (fig. 4.64).

FIGURE 4.64

Scie à ruban.

Doc. RGA. industries

140

Guide de l'usinage

Différents procédés d ' é r o s i o n

14-3

Électroérosion

143

2.1

Généralités

143

2.2

Principe

143

2.3

Disymétrie de l'érosion

145

2.4

Générateur d ' i m p u l s i o n s

145

2.5

Diélectrique

145

2.6

Arrosage

147

2.7

Gap

147

2.8

Matériaux usinés

147

2.9


148

2.10 Productivité

149

2.11 Électrodes-outils

149

2.12 Porte-pièces

151

2.13 Machines d'enfonçage

153

2.14 Machines à fil

155

2.15 Machines de détourage ou « fraisage en électroérosion »

156

2.16 Utilisation

156

Électrochimie

157

3.1

Généralités

157

3.2

Électrolyte

157

3.3

Conditions t e c h n o l o g i q u e s

158

3.4


158

3.5

Matériaux usinés

158

3.6

Électrodes-outils

158

3.7

Outillage

158

3.8

Mise en œuvre

159

3.9

Sécurité

160

3.10 Machines

c

i

160

141

4.

Usinage c h i m i q u e

T51

4.1

Généralités

1Q1

4.2

Matériaux usinés

T61

4.3

Mise en œ u v r e

161

4.4

Utilisation

1Q2

4.5

Sécurité

162

1.

Différents procédés d'érosion

Les p r o c é d é s d ' é r o s i o n p e r m e t t e n t de réaliser des u s i n a g e s de f o r m e p o u v a n t être c o m p l e x e s , en u n e phase, d a n s des m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s q u e l l e q u e soit leur d u r e t é .

Électroérosion E n l è v e m e n t de la m a t i è r e par u n e s u c c e s s i o n de d é c h a r g e s é l e c t r i q u e s , avec o u t i l de f o r m e o u outil d'enveloppe.

Électrochimie E n l è v e m e n t de la m a t i è r e par d i s s o l u t i o n a n o d i q u e , avec o u t i l de f o r m e ( s t a t i q u e o u d y n a mique) dirigeant l'électrolyte.

«

Usinage chimique E n l è v e m e n t de la m a t i è r e par é r o s i o n à l'aide d ' u n a g e n t o x y d a n t .

r

2.

Electroérosion

mm

^Généralités L ' é l e c t r o é r o s i o n o u é t i n c e l a g e s ' e f f e c t u e s u i v a n t t r o i s t y p e s d ' u s i n a g e : e n e n f o n ç a g e avec o u t i l de f o r m e ; en d é c o u p e avec o u t i l - f i l ; en d é t o u r a g e o u f r a i s a g e avec o u t i l t o u r n a n t .

Principe E n l è v e m e n t d e m a t i è r e s u r u n e pièce métallique par une succession de décharges électriques à haute fréquence, n o n s t a t i o n n a i r e s , de t r è s c o u r t e d u r é e (quelques micro à quelques millisec o n d e s ) (fig. 5.1).

générateur de courant

électrode-outil (-) liquide diélectrique gap latéral

Canal ionisé C h a q u e d é c h a r g e é l e c t r i q u e se c o n c e n t r e sur u n e très petite zone q u i est p o r t é e a u x p o i n t s de f u s i o n et d ' é v a p o r a t i o n p r o v o quant l'élimination d'une faible quantité de m a t i è r e . La t r è s c o u r t e d u r é e de la d é c h a r g e ne perm e t pas la d i f f u s i o n de la c h a l e u r d a n s la pièce.

5. Procédés d'érosion

pièce (+)

| décharges électriques

FIGURE 5.1 Schéma de principe de l'électroérosion. (d'après Charmilles Technologies)

143

Les décharges sont appliquées entre l ' é l e c t r o d e - o u t i l et la pièce q u i o n t c h a c u n e u n e p o l a r i t é d i f f é r e n t e , en i m m e r s i o n dans u n l i q u i d e n o n c o n d u c t e u r , le diélectrique (fig. 5.2).

électrode-outil (-)

L'électrode-outil, généralement à polarité n é g a t i v e , et la pièce à p o l a r i t é p o s i t i v e , s o n t s o u m i s e s à u n e d i f f é r e n c e de p o t e n t i e l créant un c h a m p magnétique. FIGURE 5.2

Canal ionisé provoqué par la décharge électrique avec plasma constitué d'atomes métalliques M (ions positifs) et d'électrons e.

Phénomène de l'enlèvement de matière 11 est à la f o i s é l e c t r i q u e , t h e r m i q u e et mécan i q u e (fig. 5.3). Une décharge électrique s ' a m o r c e en appliq u a n t u n e t e n s i o n s u p é r i e u r e à la t e n s i o n de c l a q u a g e , e n f o n c t i o n de la d i s t a n c e élect r o d e - o u t i l / p i è c e et d u p o u v o i r i s o l a n t d u diélectrique. A u p o i n t o ù la d i s t a n c e é l e c t r o d e - o u t i l / p i è c e d e v i e n t la p l u s f a i b l e - q u e l q u e s c e n t i è m e s de m m - , les é l e c t r o n s d e l ' o u t i l , a t t i r é s par la pièce, p r o v o q u e n t u n c a n a l i o n i s é d a n s le d i é l e c t r i q u e o ù passe le c o u r a n t p r o d u i s a n t u n e é t i n c e l l e et f o r m a n t u n p l a s m a ( 8 0 0 0 à 12 000°) avec f u s i o n i n s t a n t a n é e des élect r o d e s (pièce et o u t i l ) p r o d u i s a n t u n c r a t è r e d i s s y m é t r i q u e e n t r e les p o l a r i t é s . U n e b u l l e de v a p e u r se f o r m e et l o r s q u e le p a s s a g e d u c o u r a n t s ' i n t e r r o m p t a p r è s la f u s i o n , la b u l l e i m p l o s e s o u s l ' a b a i s s e m e n t de t e m p é r a t u r e , p r o j e t a n t la m a t i è r e f o n d u e q u i se d i s p e r s e , s o l i d i f i é e en s p h é r u l e s s'évac u a n t d a n s la c i r c u l a t i o n d u d i é l e c t r i q u e . Ce cycle d ' é t i n c e l a g e d u r e q u e l q u e s m i c r o s e c o n d e s et se r é p è t e au n o u v e a u p o i n t o ù la d i s t a n c e o u t i l / p i è c e est la p l u s r a p p r o c h é e .

î,—Z. ~

iIwB

î. Formation de l'étincelle

Formation de la bulle de vapeur

bulle de vapeur

Implosion de la bulle de vapeur

Formation de sphérules de métal solidifié et formation d'une nouvelle étincelle

FIGURE 5.3 Phénomène d'enlèvement de matière.

144

Guide de l'usinage

Dissymétrie de l'érosion _ érosion d i s s y m é t r i q u e sur les é l e c t r o d e s pièce et o u t i l est d u e à : =r<-
Générateur d'impulsions S o n a c t i o n p e r m e t : de d i s p o s e r d ' u n e t e n s i o n s u f f i s a n t e d ' a m o r ç a g e ( s u p é r i e u r e à la t e n s i o n d e c l a q u a g e d u d i é l e c t r i q u e ) ; de m a i n t e n i r la d é c h a r g e e n l i m i t a n t le c o u r a n t et sa d u r é e ; d'as; j r e r des d é c h a r g e s répétitives.

Générateurs multicanaux - e r m e t t a n t d ' u t i l i s e r u n c o u r a n t i m p o r t a n t en é b a u c h e et une f a i b l e i n t e n s i t é en f i n i t i o n , avec oeu d ' u s u r e de l ' é l e c t r o d e - o u t i l et d é b i t r e l a t i v e m e n t g r a n d .

Diélectrique électrode-outil

Le l i q u i d e d i é l e c t r i q u e assure : Le passage du courant e n t r e les d e u x é l e c t r o d e s (outil et pièce) à partir d u c o u r a n t de c l a q u a g e . L'évacuation des sphérules métalliques ( m i c r o - c o p e a u x ) par c i r c u l a t i o n - i n j e c t i o n . «L'arrosage», en r e f r o i d i s s a n t les é l e c t r o d e s (fig. 5.4 et 5.5).

a- par pression

b- par aspiration FIGURE 5.4 Arrosage de la zone d'usinage

par l'électrode-outil. FIGURE 5.5

Arrosage de la zone d'usinage par la pièce. (d'après Charmilles

Technologies)


b- par aspiration

145

Caractéristiques Volatilité. Peu v o l a t i l , p o u r l i m i t e r s o n r e n o u v e l l e m e n t . Viscosité. La p l u s f a i b l e p o s s i b l e p o u r f a v o r i s e r l ' a r r o s a g e ( p a r t i c u l i è r e m e n t en d é b i t i m p o r t a n t : é b a u c h e , g r a n d e surface à usiner). Point d'inflammabilité. Élevée p o u r r é d u i r e la f o r m a t i o n de bulles de gaz (viscosité). mu

mi

Effectué par f i l t r a t i o n à 5 n-m. Nécessaire p o u r ne pas avoir u n e t r o p f o r t e c o n c e n t r a t i o n de p a r t i c u l e s de m é t a l en susp e n s i o n (éviter les arcs é l e c t r i q u e s , bien q u e ces p a r t i c u l e s m é t a l l i q u e s f a c i l i t e n t les d é c h a r g e s ) (fig. 5.6).

FIGURE 5.6 Schéma de circuit du liquide d'arrosage par pression.

Différents diélectriques En u s i n a g e par i m m e r s i o n de la pièce d a n s le d i é l e c t r i q u e (cas g é n é r a l ) , il f a u t une stabilité t h e r m i q u e du liquide dans l'enceinte d ' é l e c t r o é r o s i o n (fig. 5.7). On utilise de l'eau d é i o n i s é e et les h y d r o c a r bures.

Usinage orbital mode normal Usinage en plongée suivi d'orbites. Permet l'usinage, de l'ébauche à la finition,

Eau déionisée

d'empreintes de formes tridimension-

U t i l i s é e p o u r la d é c o u p e au fil et le m i c r o usinage. La d é i o n i s a t i o n a s s e r v i e a s s u r e u n n i v e a u bas et c o n s t a n t de c o n d u c t i b i l i t é d u diélectrique, p e r m e t t a n t d ' o b t e n i r un excellent état de surface.

Pétrole De f a i b l e v i s c o s i t é , il est utilisé p o u r les usinages f i n s et le c a r b u r e .

nelles. Axes d'usinage X , Y ou Z.

Pièce en acier traité.

FIGURE 5.7 Exemple d'usinage par immersion. Doc. Charmilles Technologie:

Huile S e l o n sa v i s c o s i t é (6 à 20 est), est utilisée p o u r l ' u s i n a g e de pièces de r u g o s i t é p e u précise (grosses pièces).

146

Guide de l'usinage

Arrosage • : effectue p a r : _ : j-til. A u c e n t r e o u l a t é r a l e m e n t . :lece. En p r e s s i o n , a s p i r a t i o n o u c o m b i n é p r e s s i o n - a s p i r a t i o n .

Usinage par aspersion (cas de la découpe au fil) L î r o n e de t r a v a i l d o i t ê t r e t e m p é r é e et le g é n é r a t e u r d o i t s ' a d a p t e r a u x d i f f é r e n t s r é g i m e s 5 ç . 5.8).

Pièces en carbure

?-.èces en acier traité

FIGURE 5.8 Exemples d'usinage par aspersion (découpe au fil) Doc. Charmilles

—1— I

Technologies

11111111111 Milli

Pour assurer une é r o s i o n o p t i m a l e , il est nécessaire d ' a v o i r u n d é b i t d ' a r r o s a g e précis.

[Gap Distance e n t r e l ' o u t i l - é l e c t r o d e et la surface t r a v a i l l é e . Il v a r i e de 0,001 à 0,5 m m , s e l o n : le t y p e r u s i n a g e ( é b a u c h e , d e m i - f i n i t i o n , f i n i t i o n ) ; l ' é t e n d u e de la surface t r a v a i l l é e . est m a i n t e n u c o n s t a n t par a s s e r v i s s e m e n t , c o n t r ô l é à l ' a i d e d ' u n s e r v o - m é c a n i s m e q u i c o m m a n d e l'avance.

Matériaux usinés L'étincelage s ' e f f e c t u e sur des m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s de t o u t e s d u r e t é s et réfractaires (aciers trempés, carbure, titane...). Ml

illlllf

III

LILLLL

I I

Elle n'a a u c u n effet sur l ' é l e c t r o d e - o u t i l , q u i est séparée de la pièce par le gap. C'est l ' a c t i o n t h e r m i q u e de l ' é t i n c e l a g e q u i p e r m e t l ' u s i n a g e de t o u s les m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s (fig. 5.9).


147

Porte-moyeu avant

L'idée d'une fabrication du porte-moyeu arrière en un seul bloc a été appliquée sur le porte-moyeu avant avec le même succès : légèreté et résistance du titane, optimisation par calcul des forces exercées sur la pièce, économie de fabrication d'un gabarit de soudure, temps d'usinage réduit de 30 %, répétabilité parfaite...

te bloc initial, /es chutes et la pièce.

FIGURE 5.9 Pièce en titane réalisée en électroérosion. Pièce de formule 1 West McLaren Mercedes. Doc Charmilles

Technologies

Structure superficielle Elle n'est p r a t i q u e m e n t pas m o d i f i é e et l'aspect é r o d é est m a t . C'est la r a p i d i t é de la d é c h a r g e é l e c t r i q u e q u i p r o v o q u e la n o n - a l t é r a t i o n s u p e r f i c i e l l e d u matériau usiné.

Aspect de surface L'aspect m a t , de c o u l e u r gris clair des surfaces é r o d é e s , est d û à la l u m i è r e , q u i , n ' é t a n t pas o r i e n t é e , se réfléchit d a n s t o u t e s les d i r e c t i o n s .

| Précisions obtenues

J u s q u ' à Q,\ Ra powr Vat'iet e\ Ra p o u r )e c a r b u r e . Il est d ' a u t a n t m e i l l e u r q u e le c o u r a n t est f a i b l e .

État de surface poli U s i n a g e à f a i b l e c o u r a n t (et très f a i b l e débit) en passe de f i n i t i o n .

m u in iiM m iiiwumuM u iy imMu immwm w ifinwwmMw H iw iH m itiw i s^^g^. Précision dimensionnelle Elle peut être de q u e l q u e s ^ m .

148

Guide de l'usinage

Productivité i

:

:

:

]

:

Débit de matière 3

Il v a r i e de 15 m m / h e u r e en u s i n a g e de g r a n d e p r é c i s i o n à 7 000 m m 3 / h e u r e en é b a u c h e , et s e l o n la capacité des m a c h i n e s .

Ils s o n t r e l a t i v e m e n t c o u r t s , en c o n s i d é r a t i o n des f o r m e s c o m p l e x e s p o u v a n t être o b t e n u e s .

| Électrodes-outils Elles d o i v e n t être c o n d u c t r i c e s de l'électricité avec u n e t e m p é r a t u r e de f u s i o n la p l u s élevée possible p o u r : Résister aux étincelles j a i l l i s s a n t à haute t e m p é r a t u r e ; Posséder une bonne conductibilité thermique a s s u r a n t l ' é v a c u a t i o n des calories.

Matériaux outils On utilise g é n é r a l e m e n t le g r a p h i t e , le c u i v r e , le c u p r o - t u n g s t è n e .

Graphite M a t é r i a u p r i o r i t a i r e p o u r les é l e c t r o d e s o u t i l s d ' e n f o n ç a g e , avec un très b o n rendem e n t d a n s la p l u p a r t des m a t é r i a u x à usiner (fig. 5.10). G r a n d e r é s i s t a n c e a u x t e m p é r a t u r e s élev é e s ; f a i b l e c o e f f i c i e n t de d i l a t a t i o n ; usin a g e par c o u p e f a c i l e (avec t o u t e f o i s d é g a g e m e n t de poussière). Classé en f o n c t i o n d e sa f i n e s s e de g r a i n s q u i c o r r e s p o n d à : d e n s i t é , résistance mécanique, choix d'utilisation. A i n s i , g r a i n s f i n s et f o r t e d e n s i t é p e r m e t t e n t une f a i b l e usure d ' o u t i l et un d é b i t m o y e n .

Cuivre Il a u n e e x c e l l e n t e c o n d u c t i b i l i t é t h e r m i q u e , m a i s u n e m é d i o c r e u s i n a b i l i t é par c o u p e .

FIGURE 5.10 Électrode-outil d'enfonçage en graphite (ébauches standards pré-usinées). Doc. revue Production Suisse

Cuivre-graphite Il a les c a r a c t é r i s t i q u e s f a v o r a b l e s de ses d e u x m a t é r i a u x c o n s t i t u t i f s .

Cupro-tungstène Il a des c a r a c t é r i s t i q u e s s u p é r i e u r e s au c u i v r e , m a i s il est t o u t e f o i s d i f f i c i l e à usiner par c o u p e .

Aluminium et laiton M o u l é s p o u r de g r o s o u t i l s , ils o n t une usure r a p i d e , à c o m p e n s e r par l ' u t i l i s a t i o n de p l u s i e u r s o u t i l s successifs.


149

Laiton en fil Utilisé s y s t é m a t i q u e m e n t en d é c o u p e .

Choix du matériau outil Il s ' e f f e c t u e en f o n c t i o n d u m a t é r i a u à usiner et de la f o r m e à o b t e n i r , s o i t g é n é r a l e m e n t :

Pièces en acier (traité ou non, réfractaire) On utilise : le g r a p h i t e en g é n é r a l ; Le c u p r o - t u n g s t è n e p o u r de très petites f o r m e s ; Le c u i v r e p o u r o b t e n i r un e x c e l l e n t état de surface.

Pièces en carbures métalliques, on utilise : Le c u p r o - t u n g s t è n e , en g é n é r a l ; Le g r a p h i t e p o u r les g r a n d e s d i m e n s i o n s .

Réalisation des outils de forme (pour enfonçage) On l ' e f f e c t u e par d i f f é r e n t s procédés de f a b r i c a t i o n : c o u p e , m o u lage, u s i n a g e c h i m i q u e , d é c o u p e par é l e c t r o é r o s i o n , a s s e m b l a g e . . . (fig. 5. 11).

Dimensionnement des sections d'outils Il se d é t e r m i n e en f o n c t i o n d u g a p et de la r u g o s i t é à o b t e n i r : d o n nées d e s o u s - d i m e n s i o n n e m e n t d ' a p r è s c o n s t r u c t e u r s , en f o n c t i o n d u réglage d u générateur.

Outil d'ébauche

Ébauche par tournage FICURE 5.11

Ébauche par fraisage

Usinage d'électrodes-outils d'enfonçage (en cuivre graphi-

te) sur support.

Doc. System 3 R

De s e c t i o n i n f é r i e u r e à celle de l ' o u t i l de f i n i t i o n c o r r e s p o n d a n t : q u e l q u e s d i x i è m e s à q u e l q u e s c e n t i è m e s , s e l o n les d i m e n s i o n s d ' o u t i l .

Porte-électrodes De c o n c e p t i o n s t a n d a r d i s é e ( m o d è l e s ITS de EROVA et ONE M i n u t e S e t - U p de 3R). Ils s ' a d a p t e n t à t o u t e s m a c h i n e s - o u t i l s , avec s u p p o r t ( t o u r s , f r a i s e u s e s , rectifieuses), p o u r : Fabrication d'électrodes sans d é m o n t a g e d u s u p p o r t et accès avec u n m a x i m u m de facilité. Transfert de l'électrode e n t r e machines d i v e r s e s , s a n s r é g l a g e et avec u n e g r a n d e p r é c i s i o n (2 ^ m ) (fig. 5.12, 5.13 et 5.14).

FIGURE 5.12

Porte-électrodc adaptable sur différentes machines-outils. Doc. System 3 R

150

Guide de l'usinage

Support 3 R - 600-86 pour

Support broche en queue

montage sur broche machine.

d'aronde pour électrode M u x i .

FIGURE 5.13 Maintien en position d'une électrode-outil en cours d'usinage, sur fraiseuse.

Q

Doc. Erova

Électrodes M a c r o er électrodes M i n i c l M i c r o avec leur élément

FIGURE 5 . 1 4

de maintien sur machine.

Fixation d'électrodes sur supports porte-outil de machines d'enfonçage. Doc. System 3 R

Ébauches d'électrodes de petites dimensions C o m m e r c i a l i s é e s en s e c t i o n s carrée o u c y l i n d r i q u e (fig. 5.14).

Porte-pièces De c o n c e p t i o n m o d u l a i r e , ils p e u v e n t ê t r e i n s t a l l é s par r o b o t ( a u t o m a t i s a t i o n t o t a l e et f l e x i b i l i t é ) (fig. 5.15).

3R-BD501-2

Le r é f é r e n t i e l d u p o r t e - p i è c e s (et d u p o r t e - o u t i l ) m é m o r i s é d a n s la CN en p e r m a n e n c e , accroît la prod u c t i v i t é , la q u a l i t é et l ' a u t o n o m i e - m a c h i n e ( s y s t è m e EMS de 3 R). La t a b l e p o r t e - p i è c e s d o i t être i n d é f o r m a b l e s o u s l'effet t h e r m i q u e et la c h a r g e des pièces ( m o u l e s m a s sifs).

Machines d'enfonçage Des p a l e t t e s à i n d e x a g e p r é c i s ( r é p é t a b i l i t é à 5 |xm) permettent: la m i s e en p o s i t i o n des pièces hors m a c h i n e ; l ' u s i n a g e p r é a l a b l e de pièces i n s t a l l é e s s u r p a l e t t e a d a p t a b l e à d ' a u t r e s m a c h i n e s de production


3R-914-10

FIGURE 5.15 Porte-pièce(s) modulaire pour machines d'enfonçage. Doc. System 3 R

151

(fraiseuses, rectifieuses m e s u r e (fig. 5.16).

MMtt

planes...)

Machines à fil

et

de pièces et plaque de fixation

•••••H

En d é c o u p e de pièces p e u épaisses, p o r t e pièces c o n ç u avec d e s rails é q u i p é s d ' é l é m e n t s d e m a i n t i e n et d e m i s e en p o s i t i o n (avec référentiel de pièces d i f f é r e n t e s à usiner d a n s u n e phase (fig. 5.17). La m i s e en p o s i t i o n des pièces peut s'effect u e r h o r s m a c h i n e , avec b u t é e s et c l a m e s standardisées par des constructeurs ( e x e m p l e : 3 R, Ruler S y s t e m ) . Des c a d r e s p o r t e - p i è c e s c o n s t i t u e n t des palettes p o u r m a c h i n e à fil.

supportpalette

Tables magnétiques S p é c i f i q u e s p o u r é l e c t r o é r o s i o n (avec f a i b l e c h a m p m a g n é t i q u e ) : m a i n t i e n d e pièces m i n c e s sans d é f o r m a t i o n é v e n t u e l l e , avec référentiel (fig. 5.18). FIGURE 5.16 Palette porte-pièces avec élément de mise en position précise sur machine. (Palette «Zéro fixe» de System 3 R)

Maintien d'une grande pièce.

Maintien de petites pièces.

FIGURE 5.17 à fil. Doc. System 3 R

152

Porte-pièces modulaires pour machines

FIGURE 5.18 érosion.

Table magnétique spécifique pour électro-

Doc. System 3 R

Guide de l'usinage

2.13

Machines d'enfonçage

G é n é r a l e m e n t à q u a t r e axes n u m é r i s é s (XYZC) sync h r o n i s é s et asservis en usinage. L'axe C ( r o t a t i o n d e la broche) p e r m e t d ' o p t i m i s e r la machine. Capacité des m a c h i n e s : s u r f a c e d e t a b l e p o r t e pièces de 0,5 m 2 à p l u s de 2 m 2 . M a g a s i n et c h a n g e u r d ' o u t i l s : p e r m e t l ' u s i n a g e sans s u r v e i l l a n c e (fig. 5.19). La b r o c h e et s o n s u p p o r t , c o n ç u s p o u r ne pas se d é f o r m e r : s o u s l ' a c t i o n de la c h a l e u r é v a c u é e durant l'usinage; éventuellement, pour grosses m a c h i n e s , s o u s le p o i d s de l ' é l e c t r o d e ( p l u s i e u r s c e n t a i n e s de daN).

Commandes numériques P r o g r a m m a t i o n des d é p l a c e m e n t s au d i x i è m e de micron. Avec cycles d ' u s i n a g e i n t é g r é s par f a m i l l e d e pièces et f o r m e s p a r a m é t r é e s ; t e c h n o l o g i e i n t é g r é e ( t y p e d ' é l e c t r o d e utilisée, état de s u r f a c e à o b t e n i r , m a t é riau à u s i n e r (fig. 5.20). Dispositif anti-collision génér a l e m e n t sur t o u s les axes (par détection d'efforts anormaux). Logique floue (éventuellem e n t ) c o n t r ô l a n t les c i r c u i t s , combinée à une c o m m a n d e adaptative.

FIGURE 5.19

Magasin d'électrodes-outils avec

chargeurs.

Doc. System 3 R

FIGURE 5 . 2 0

Cycle d'usinage de forme. Doc. Charnilles

Usinage de forme conique, suivant X, Y ou Z

Technologies

il

il

il

Mil

Usinage en plongée S u i v a n t u n des a x e s X , Y o u Z, p r i n c i p a l e m e n t u t i l i s é e n é b a u c h e de f o r m e s peu précises (fig. 5.21).

FIGURE 5 . 2 1

Cycle d'usinage ébauche en plongée. Doc. Charnilles


Technologies

153

Usinage directionnel O b t e n t i o n des a n g l e s i n t é r i e u r s v i f s , ( u s i n a g e s i m u l t a n é sur p l u s i e u r s axes) (fig. 5.22).

Usinage vectoriel O b t e n t i o n de f o r m e s d i v e r s e s avec des é l e c t r o d e s s i m p l e s (section carrée, ronde) par la c o m b i n a i s o n des m o u v e m e n t s t r i d i m e n s i o n n e l s avec la r o t a t i o n de la b r o c h e (fig. 5.23).

FIGURE 5.22

Cycle d'usinage direc-

tionnel.

Doc. Charnilles

Technologies

FIGURE 5 . 2 3

Cycles d'usinage vectoriel et orbital. Doc. Charnilles

Technologies

Usinage planétaire L'électrode se d é p l a c e d a n s le plan par r a p p o r t au centre de référence d u p r o f i l à obtenir. Réduit les t e m p s de p r o d u c t i o n (stabilité d ' u s i n a g e ) ; O b t e n t i o n d ' é t a t s d e s u r f a c e i d e n t i q u e s sur le f o n d et les p a r o i s d ' u n e f o r m e (fig. 5.24).

Usinage de formes coaxiales A v e c la b r o c h e r o t a t i v e , r é a l i s a t i o n de f o r m e s d ' i n t é r i e u r c y l i n d r i q u e s , c o n i q u e s , s p h é r i q u e s , hélicoïdales... (fig. 5.25).

Usinage de cavités profondes ( É v a c u a t i o n d i f f i c i l e des m i c r o - c o p e a u x , r e n d a n t l ' u s i n a g e instable). La CN e f f e c t u e la r é t r a c t i o n p é r i o d i q u e de l ' o u t i l p e r m e t t a n t la r é g é n é r a t i o n d u l i q u i d e d i é l e c t r i q u e .

X, Y = directions d'avance de la table de travail R = avance radiale P = mouvement planétaire Z = direction d'avance de la broche d'usinage FIGURE 5.24 taire.

Cycle d'usinage planéDoc. System 3 R

FIGURE 5 . 2 5

Cycles d'usinage rotatif et hélicoïdal. Doc. Charnilles

154

Technologies

Guide de l'usinage

2.14

Machines à fil

Elles p e r m e t t e n t la d é c o u p e a u t o m a t i q u e de f o r m e s d é b o u chantes d i v e r s e s , avec o u sans d é p o u i l l e , s o u s f a i b l e t e n s i o n et peu d ' é n e r g i e . G é n é r a l e m e n t à c i n q axes p r o g r a m m a b l e s ( X Y Z U V ) ; Les axes U et V p e r m e t t e n t de réaliser des d é p o u i l l e s s i m p l e s et é v o l u t i v e s ( j u s q u ' à 30°) (fig. 5.26). Épaisseur d é c o u p é e s u p é r i e u r e à 500 m m , s e l o n les c a p a c i t é s machine. Évacuation programmable des d é c o u p e s (sur certaines machines), pour enchaîner les cycles d ' é b a u c h e et de f i n i t i o n . D é p o u i l l e et c o n t r e - d é p o u i l l e (sur o u t i l l a g e s ) effectuées en r é p é t i t i o n de cycle.

Outil-fil D i a m è t r e de q u e l q u e s d i x i è m e s (0,2 en général) c a l i b r é avec p r é c i s i o n . G u i d é de c h a q u e c ô t é de la pièce et r e c u i t a u t o m a t i q u e m e n t durant son d é r o u l e m e n t continu.

Vitesses de défilement Elles s o n t v a r i a b l e s en c o n t i n u ( q u e l q u e s m m / s e c o n d e à 200 m m / s ) , p r o g r a m m a b l e s s e l o n les c o n d i t i o n s d ' u t i l i s a t i o n (épaisseur à d é c o u p e r , c h a n g e m e n t de d i r e c t i o n . . . ) .

Commande numérique Elle i n t è g r e l ' a s s e r v i s s e m e n t de l ' u s i n a g e . Des p r o g r a m m e s d e d é c o u p e ( d e n t u r e s , e l l i p s e s , h y p e r b o l e s , d i g i t a l i s a t i o n de p o i n t s pour formes quelconques...). La g e s t i o n t e c h n o l o g i q u e ( f i l t r a t i o n , i n t e n s i tés d e la p r e s s i o n , c o n d u c t i b i l i t é d u d i é l e c t r i q u e , vitesse d ' a v a n c e . . . ) . La p r o t e c t i o n d u f i l de sa r u p t u r e d a n s les zones à r i s q u e ( c h a n g e m e n t de s e c t i o n , entrée et sortie de pièce) (fig. 5.27). ( D é c o u p e en r é g i m e de f a i b l e p u i s s a n c e avec t e m p o r i s a t i o n , en f o n c t i o n d e l ' é p a i s s e u r découpée). A x e Z a s s u r a n t , en c o n t i n u , la l o n g u e u r m i n i m a l e d u fil en t r a v a i l .

FIGURE 5.26 Découpe au fil (après création dessin géométrique et simulation) sur machine Robofil. Doc. Chamilles

Technologies

Vitesse mm^/min

FIGURE 5.27

Asservissement de l'usinage en découpe au fil. Doc. Charnilles


Technologies

155

Machines de détourage ou «fraisage en électroérosion»

2.15

U s i n a g e par c o n t o u r n a g e d a n s le p l a n XY, avec des é l e c t r o d e s rotatives ( m a c h i n e R o b o m i l l 200 de C h a r m i l l e s T e c h n o l o g i e s ) (fig. 5.28). S t a b i l i t é d ' u s i n a g e q u e l l e q u e soit la prof o n d e u r de t r a v a i l . M e i l l e u r e p r é c i s i o n avec l ' é v a c u a t i o n r a p i d e des m i c r o - c o p e a u x d a n s la zone de t r a v a i l .

Outils-électrodes De p e t i t s d i a m è t r e s (1 à 12 m m ) , d a n s m a g a s i n avec c h a n g e u r a u t o m a t i q u e ; De s e c t i o n s i m p l e ( c y l i n d r i q u e , c a r r é e , rectangulaire) ; Vitesses d ' a v a n c e : de 0 à 3 600 m m / m i n , en c o n t i n u ; R o t a t i o n de b r o c h e : de 20 à 6 0 0 0 t r / m i n , en c o n t i n u .

Commande numérique Elle g é n è r e des cycles d ' u s i n a g e d i v e r s avec r é s o l u t i o n au d e m i - m i c r o n et c o m p e n s a t i o n d ' u s u r e de l ' é l e c t r o d e sur les t r o i s axes.

a

1

»

FIGURE 5.28

Machine d'électroérosion à broche tournante. Doc. Charnilles

Technologies

Utilisation

Pour les t r o i s t y p e s de m a c h i n e s . Production d'outillages d é f o r m é : m o u l e s d ' i n j e c t i o n , d ' e x t r u s i o n , de c o m p r e s s i o n , d e c o u l é e , des m a t r i c e s et p o i n ç o n s de f o r m a g e , f o r g e a g e , d é c o u p e ( p o i n ç o n et m a t r i c e p o u v a n t être o b t e n u s s i m u l t a n é m e n t avec m a c h i n e à fil). Production en petite série, de pièces p r o t o t y p e s précises, de pièces en m a t é r i a u réfractaire, de f o r m e s d ' i n t é r i e u r (rainures, d e n t u r e s . . . ) .

156

Guide de l'usinage

3.

Électrochimie Généralités

L'électrochimie consiste à enlever de la m a t i è r e sur des pièces m é t a l l i q u e s , par d i s s o l u t i o n anod i q u e dans une cellule d ' é l e c t r o l y t e à haute densité de c o u r a n t , l'électrode-outil étant la cathode (négatif) et la pièce l ' a n o d e (positif) (fig. 5.29). La réaction c h i m i q u e p r o d u i t de l ' h y d r o x y d e de fer et de l ' h y d r o g è n e .

fLECTROOE Éieçtreiyte

Le métal é r o d é précipite sous f o r m e d ' h y d r o x y d e ~iétallique en particules de q u e l q u e s pim. _es particules m é t a l l i q u e s s o n t évacuées par le quide électrolytique qui circule à grande FIGURE 5.29 Schéma de principe de L'électrochimie. • itesse ( e n v i r o n 30 m/s) s o u s f o r t d é b i t (30 à Doc. Dubuis-électrochimie 100 m 3 / h ) é l i m i n a n t les c a l o r i e s p r o d u i t e s par effet J o u l e . Une f o r t e p r e s s i o n (de 5 à 20 bars, s e l o n les m a c h i n e s ) est nécessaire p o u r o b t e n i r la vitesse : é c o u l e m e n t d u f l u i d e d a n s les i n t e r v a l l e s r é d u i t s e n t r e l ' é l e c t r o d e - o u t i l et la pièce ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) . Ces f o r t e s p r e s s i o n s e n g e n d r e n t des f o r c e s nécessitant la r i g i d i t é d u p o r t e - p i è c e et d u porteoutil. . érosion q u i agit dans t o u t e s les d i r e c t i o n s , est d é t e r m i n é e par la c o n d u c t i b i l i t é é l e c t r i q u e de e ectrolyte, la distance é l e c t r o d e - o u t i l / p i è c e et la résistance de t r a n s m i s s i o n métal/électrolyte. - a s de c o n t a c t é l e c t r o d e - o u t i l / p i è c e , u n g a p p e r m e t le passage de l ' é l e c t r o l y t e et é l i m i n e les :ourts-circuits. _a s t r u c t u r e m é t a l l i q u e des surfaces usinées n'est pas m o d i f i é e .

Électrolyte S o l u t i o n a q u e u s e d ' u n sel ( c h l o r u r e o u nitrate de s o d i u m ) m a i n t e n u e à t e m p é r a t u r e c o n s t a n t e avec recyclage (filtrage). La c o n c e n t r a t i o n est f o r t e (160 g/l), p o u r les g r o s d é b i t s ; f a i b l e (50 g/l) p o u r les débits réduits.

boîte de électrode-outil

Injection de l'électrolyte Par l ' é l e c t r o d e - o u t i l avec é v a c u a t i o n entre pièce et o u t i l , a s s u r a n t le passage d u c o u r a n t q u i crée la d i s s o l u t i o n de m a t i è r e sur la pièce c a t h o d e . Par le bas o u un côté de l ' o u t i l l a g e (boîte de p r e s s i o n ) avec r e t o u r côté o u t i l (corps d ' o u t i l ) (fig. 5.30).


pièce (+)

FIGURE 5.30 Schéma de circuit du liquide électrolytique injecté par l'outil.

157

Conditions technologiques

3.3

A m p é r a g e . Il a u g m e n t e avec l ' é t e n d u e des s u r f a c e s u s i n é e s , s i m u l t a n é m e n t , de 40 à 200 A / c m 2 . Tension d'usinage. Elle est de 6 à 20 v o l t s , redressée filtrée.

Précisions obtenues État de surface. De q u a l i t é 0,8 Ra, d ' a s p e c t poli. Dimensions. La p r é c i s i o n v a r i e de 0,1 à 0,05 m m .

^Matériaux usinés Tous les m é t a u x , quelles q u e s o i e n t leurs caractéristiques m é c a n i q u e s , m ê m e très réfractaires.

[Électrodes-outils G é n é r a l e m e n t en c u i v r e et ses alliages et e n acier à h a u t e t e n e u r en nickel. Caractéristiques. B o n n e s c o n d u c t i b i l i t é s é l e c t r i q u e et t h e r m i q u e : p o i n t de f u s i o n élevé.

»Outillage S p é c i f i q u e p o u r c h a q u e t y p e de pièces (fig. 5.31). M a i n t i e n pièce et é l e c t r o d e - o u t i l d a n s u n e b o î t e de p r e s s i o n (de préférence, s t a n d a r d ) .

FIGURE 5.31

158

Outillage spécifique d'ébavurage.

Doc. Dubuis-électrochimie

Guide de l'usinage

Dirige la c i r c u l a t i o n de l ' é l e c t r o l y t e , essentiell e m e n t s u r les s u r f a c e s à é r o d e r (fig. 5 . 3 2 ) : dans le sens t r a n s v e r s a l des s u r f a c e s rectangulaires; En p é r i p h é r i e des s u r f a c e s c i r c u l a i r e s (avec é v a c u a t i o n au c e n t r e de l'électrode).

FIGURE 5.32

i

a- surface type rectangulaire

b- surface type circulaire

Circulation de l'électrolyte sur la surface des électrodes-outils.

Mise en œuvre Deux m é t h o d e s sont e m p l o y é e s : u s i n a g e s t a t i q u e ( o u t i l sans m o u v e m e n t d ' a v a n c e ) (fig. 5.33). U s i n a g e d y n a m i q u e ( o u t i l recevant un m o u v e m e n t d'avance) (fig. 5.30).

0 1.5 flasque en X C 38

Rayon R : 0,2 m m à obtenir

Électroehimie statique É b a v u r a g e r a p i d e de pièces m é c a n i q u e s , en q u a l i t é c o n s t a n t e . A v e c l ' o u t i l l a g e a d a p t é , t o u t e s les b a v u r e s d ' u n e pièce s o n t s i m u l t a n é m e n t é l i m i n é e s (en q u e l q u e s dizaines de secondes). Plaque de contrepression I E

\

Avance nulle (statique)

h. w... Pot d'injection

FIGURE 5 . 3 3

Usinage par électro-chimie statique. Doc. AEG Elotherm (d'après CETIM)


Conditions d'usinage - Électrolyte : NaNOj - 200 g/1 - Tension d'usinage :12 V - Temps générateur : 30 s - Intervalle de départ : 0,5 mm - Intensité résultant de l'usinage: 3000 A - Injection d'électrolyse sous la pièce plus contre-pression en sortie d'usinage

159

Partie active de l'électrode À s i t u e r au d r o i t des b a v u r e s à é l i m i n e r : par e f f e t de p o i n t e , l ' é r o s i o n s ' e f f e c t u e sur la b a v u r e , p r o g r e s s i v e m e n t ( l ' a n g l e é b a v u r é se rayonne). L'électrolyte circulera essentiellem e n t sur les arêtes à é b a v u r e r (fig. 5.34). Surfaces non fonctionnelles de l'électrodeo u t i l à r e c o u v r i r d ' u n isolant.

Ebavurage d e trous incanti Deburring intersecting holes Zones à ébavurer Areas ta be deburred

Utilisation É b a v u r a g e et r a y o n n a g e d ' i n t e r s e c t i o n s d'accès d i f f i c i l e s u r des pièces t e r m i n é e s , a y a n t un g r a n d n o m b r e de bavures à é l i m i n e r ou f r a g i l e s et ne s u p p o r t a n t pas de c o n t r a i n t e s .

Electrodes multiples Multiple electrodes Ebovurage de trous secants Deburring intersecting holes

Électrochimie dynamique U s i n a g e par e n f o n ç a g e , avec o u t i l - é l e c t r o d e de f o r m e , d i r e c t e m e n t d a n s la masse. Les f o r m e s i n t é r i e u r e s p r o f o n d e s p e u v e n t nécessiter u n a v a n t - t r o u . Les a n g l e s v i f s s o n t p a r f a i t e m e n t réalisables. Usinage d'un profil constant. Isoler latéralement l'électrode, éventuellement. Vitesse d'avance. Elle v a r i e de 0,5 à 12 m m / m i n , s e l o n les c o n d i t i o n s d ' u s i n a g e .

Utilisation O b t e n t i o n de : f o r m e s c o m p l e x e s , d i f f i c i l e s o u i m p o s s i b l e s à réaliser par c o u p e ; p e r ç a g e s profonds de petit diamètre; moules; matrices; finition de formes forgées (fig. 5.35).

Electrodes monobloc Single electrodes

FIGURE 5.34 Schéma d'ébavurage de formes intérieures inaccessibles par coupe. Doc.

Dubuis-électrochimie

B o n n e r é p é t a b i l i t é en p r o d u c t i o n de série ( l ' é l e c t r o d e - o u t i l ne s u b i t a u c u n e usure).

FIGURE 5 . 3 5

Exemples d'usinage électrochimique dynamique. Doc.

Dubuis-électrochimie

Sécurité Nécessite l ' a s p i r a t i o n des v a p e u r s p r o d u i t e s

160

Réalisation d'aubes de turbine en alliage réfractaire

|Machines Elles p e r m e t t e n t l ' u s i n a g e de série (petites à g r a n d e s ) avec p l a t e a u p o r t e - p i è c e s rotatif et alimentation automatique.

Guide de l'usinage

4.

Usinage chimique VSIHi

L'usinage c h i m i q u e c o n s i s t e à e n l e v e r de la m a t i è r e sur des pièces m é t a l l i q u e s par c o r r o s i o n de la s u r f a c e t r a v a i l l é e , en m i l i e u l i q u i d e à l ' a i d e d ' u n a g e n t o x y d a n t (acide à 80° e n v i r o n ) . L'érosion s ' e f f e c t u e l e n t e m e n t ( q u e l q u e s d i x i è m e s de m m / h e u r e ) , et s i m u l t a n é m e n t sur t o u t e s les surfaces d é c o u v e r t e s . Le bain d o i t être r é g é n é r é p é r i o d i q u e m e n t . Un rinçage est nécessaire après u s i n a g e et d é m a s q u a g e des s u r f a c e s p r o t é g é e s . Outil. A g e n t o x y d a n t c h i m i q u e , ne p r o v o q u e a u c u n e c o n t r a i n t e m é c a n i q u e , ni b a v u r e s sur les pièces usinées.

Matériaux usinés La p l u p a r t des m é t a u x et alliages s o n t u s i n a b l e s par ce p r o c é d é , et p l u s p a r t i c u l i è r e m e n t les alliages d ' a l u m i n i u m . Usinage des aciers Le b a i n est c o n s t i t u é d e t r o i s a c i d e s ( c h l o r h y d r i q u e , n i t r i q u e et p h o s p h o r i q u e s e r v a n t de mouillant).

Mise en œuvre C o m m e p o u r t o u s t r a i t e m e n t s de s u r f a c e , la pièce à é r o d e r s u b i r a les o p é r a t i o n s p r é l i m i naires de d é g r a i s s a g e , rinçage, séchage.

a) f il

S

r

]

Préparation des surfaces Les s u r f a c e s ne d e v a n t pas ê t r e é r o d é e s s e r o n t p r o t é g é e s par m a s q u a g e (fig. 5.36). A p r è s r e c o u v r e m e n t t o t a l de la pièce au néop r è n e (par i m m e r s i o n et s é c h a g e à l ' a i r a m b i a n t ) les s u r f a c e s à a t t a q u e r s o n t d é c o u v e r t e s (gabarits) avec u n s o u s - d i m e n s i o n n e ment correspondant à la profondeur d'usinage.

1

L.

J

aire découverte masquage FIGURE 5.36 Évidement obtenu dans une pièce par usinage chimique (pièce non démasquée).


161

[utilisation U s i n a g e de surfaces a u x p r o f i l s d i v e r s et p e u p r o f o n d e s s u r des pièces m i n c e s , d é f o r m a b l e s , ne p o u v a n t pas être m a i n t e n u e s sur t a b l e (fig. 5.37). Les pièces usinées p e u v e n t être de p e t i t e s à g r a n d e s d i m e n s i o n s , en f o n c t i o n d e la capacité d u bac d ' i m m e r s i o n .

I

I

1 ir ii

'1

profil brut profil théorique à obtenir profil obtenu (par immersions successives)

i

i

i

»

FIGURE 5.37 Allégement progressif sur deux faces d'une pièce (par usinage chimique).

^Sécurité Ne pas aspirer les v a p e u r s d é g a g é e s q u i s o n t t o x i q u e s .

162

Guide de l'usinage

PROCÉDÉS DE FILETAGE

1.

2.

3.

4.

Généralités

165

1.1

165

Différents procédés de filetage

1.2

Différentes f o r m e s de filets

165

1.3

Tolérances de fabrication des filetages triangulaires

168

Filetage en multipasses

168

2.1

Généralités

168

2.2

M o u v e m e n t s générateurs

168

2.3

Outils de filetage

169

2.4

Conditions de coupe

171

2.5

Mise en œuvre

171

2.6

Utilisation

172

Filetage en m o n o p a s s e

172

3.1

Généralités

172

3.2


173

3.3

Outils de filetage

173

3.4

Conditions de coupe

174

3.5

Mise en œuvre

174

3.6

Utilisation

175

Filetage d'intérieur avec outil de taraudage

175

4.1

Généralités

175

4.2


176

4.3

Outils de taraudage

176

4.4

Conditions de coupe

178

4.5

Mise en œuvre

178

4.6

Appareillages. Pour taraudage à avance libre

181

4.7

Utilisation

182

163

5.

6.

7.

8.

164

Filetage d'extérieur avec outil filière

182

5.1

Généralités

182

5.2


182

5.3

Outils de filetage

183

5.4

C o n d i t i o n s de coupe

183

5.5

Utilisation

184

Filetage d'extérieur par f o r m a g e à f r o i d

184

6.1

Principe

184

6.2

Effort de f o r m a g e

186

6.3

Outils-molettes

187

6.4

Matériaux à fileter

187

6.5

Mise en œ u v r e

187

6.6

Machines

188

6.7

Utilisation

189

Filetage d'extérieur à l'outil-meule

190

7.1

Généralités

190

7.2

Outil

190

7.3

Machine et utilisation

190

Filetage par t o u r b i l l o n n a g e

191

8.1

Généralités

191

8.2

Outils de coupe

191

8.3

Machine et utilisation

191

Guide de l'usinage

1.

Généralités

Réalisation des filets, en intérieur et en extérieur selon les procédés, sur des f o r m e s généralement cylindriques (trous, alésages, cylindres) à l'aide d ' o u t i l s de f o r m e . Les m a c h i n e s utilisées sont spécifiques ou de p r o d u c t i o n des f o r m e s initiales (tours, fraiseuses, perceuses...). Selon la précision à obtenir, les d i m e n s i o n s (diamètre et l o n g u e u r du filetage), la p r o d u c t i o n à assurer, le type de pièces produites avec filetage, les procédés de mise en œ u v r e seront différents.

[ Différents procédés de filetage Filetage par coupe En multipasses, avec outils de tournage à un bec Sur machines de t o u r n a g e (tours, centres de tournage), en extérieur et intérieur.

En monopasse, avec outils de fraisage (les fraises à fileter) Sur machines effectuant du fraisage (fraiseuses, centres d'usinage, centres de tournage), en extérieur et intérieur.

En monopasse, avec des outils multi-arêtes (les tarauds) Sur machines d'usinage (perceuses, tours, fraiseuses...) en intérieur.

En monopasse, avec des outils multi-arêtes (les filières) Sur t o u r s et machines spécifiques.

Filetage par formage Avec des outils circulaires (les molettes) sur machines spécifiques ou sur t o u r s avec appareillage porte-molettes.

Différentes formes de filets Normalisés en profil (triangulaire, trapézoïdal, W h i t v o r t h , rond...) et en pas (à un ou plusieurs filets) répondant à des utilisations spécifiques d'assemblage non permanents, soit principalement:

(NF E 03.001- ISO 68), le plus c o u r a n t : le profil est triangulaire, avec différents pas correspondant aux diamètres (l'angle d'hélice du filet est d ' e n v i r o n 2° pour l'ensemble des diamètres (fig. 6.1 et 6.2).

6. Procédés de filetage

165

Diamètre nominal : d = D Hauteur théorique du filet : V3 H = p —— = 0,866 P 2 Hauteur du filet en contact : ~ D ' 1 = 0,541 P 2 Hauteur du filet de la vis : H1 =

D

H = d^dz 3

2

=

0 6 1 3 p

Diamètre moyen sur flanc: d 2, = D,2 = d - —4 = d - 0 , 6 5 P Diamètre intérieur de taraudage : (écrou) D 1 = d - 2H 1 = d - 1,082 P Diamètre du noyau de la vis (fond de filet) : d 3 = d - 2 h 3 = d - 1,226 P Rayon fond de filet : 0,144 P ; Rayon fond d'écrou : 0,072 P

Diamètre nominal (mm) 3 4 5 6 8 10 12 14-16 18-20-22 24-27 30-33 36-39 42-45 48-52 56-60 64-68 72 à 150

Pas gros (mm)

Pas fins (mm)

0,5 0,7 0,8 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

FIGURE 6.1 Filet triangulaire, profil ISO. d'après Norbert et Philippe

/

/ / / 1 1,25-0,75 1,25-1 1,5-1 1,5-1 2-1,5 2-1,5 3-1,5 3-1,5 3-1,5 4-2 4-2 6-4-2

FIGURE 6.2 Diamètres et pas ISO, filet triangulaire.

Filetage trapézoïdal symétrique (NF E 03.615 à 617), p o u r des u t i l i s a t i o n s s o u s f o r t e s charges. Le d i a m è t r e n o m i n a l est c h o i s i d a n s la série des d i a m è t r e s ISO (fig. 6.3). Le pas c h o i s i est le p l u s g r a n d pas c o m p a t i b l e avec les c o n d i t i o n s d ' e m p l o i et u n m a x i m u m de 0,25 m m de d i a m è t r e .

WÊmmmmÊÊÊÊÊÊÊB

Filetage rond pour vis à billes

IIIIIBMIIII^^

(NF E 22.201, ISO 3408 / DIN 69.051) p o u r u t i l i s a t i o n de g r a n d e p r é c i s i o n et e x c e l l e n t rendem e n t , en r é a l i s a t i o n r o u l é e o u rectifiée (fig. 6.4).

166

Guide de l'usinage

Ecrou

h - a . T2S Ï 2

FIGURE 6.3 Filet trapézoïdal symétrique.

Diamètre nominal (mm)

Pas (mm)

8

2,5

3500

12

5

3500

16

5

3500

16

16

3500

20

5

3500

20

20

3500

25

5

5000

25

25

5000

32

5

5000

32

32

5000

40

5

5000

40

40

5000

50

5900

50

5 40

63

10

63

40

5900 5900

80

10

5900

80

20

5900

5900

FIGURE 6.4 Dimensions des vis à billes roulées.

Doc. Norbert et Philippe

Autres filetages normalisés Pour des u t i l i s a t i o n s s p é c i f i q u e s , s o i t : Filetages p o u r t u y a u t e r i e dite « g a z » avec é t a n c h é i t é (NF E 03.004). et sans é t a n c h é i t é (NF E 03.005) (fig. 6.5). Filetages à f i l e t r o n d p o u r SNCF (NF E 00.016 à 032) (fig. 6.6). Filetages t r a p é z o ï d a u x a s y m é t r i q u e s p o u r artillerie (NF E 03.611). Filetages p o u r raccords d e c a n a l i s a t i o n s é l e c t r i q u e s (NF C 68.190, C 63.021 à 022). Filetages p o u r raccords d e v a l v e s p n e u m a t i q u e s (NF E 87.012). Filetages p o u r c ô n e s d ' a s s e m b l a g e des r o b i n e t s de b o u t e i l l e s de gaz (NF E 29.671 à 684) et p o u r r a c c o r d s de s o r t i e de gaz (NF E 29.652 à 660). Filetage m i n i a t u r e ISO p o u r m i c r o m é c a n i q u e (NF E 03.501 à 504).

FIGURE 6 . 5 Filet gaz.

Doc. Norbert et Philippe

6. Procédés de f i l e t a g e

FIGURE 6.6

Filet rond.

Doc. Norbert et

Philippe

167

| Tolérances de fabrication des filetages triangulaires Elles s o n t établies a n a l o g i q u e m e n t au s y s t è m e de t o l é r a n c e s de l'alésage n o r m a l . Le p r o f i l t h é o r i q u e est celui d é f i n i par le p r o f i l n o r m a l i s é et réalisé à la cote n o m i n a l e de t o l é rance 0.

Filetage d'extérieur : est au d i a m è t r e e x t é r i e u r h 13 et l ' i n t e r v a l l e de t o l é r a n c e est au n é g a t i f (h°-,T)-

L'écrou Filetage d'intérieur : est au d i a m è t r e d ' a l é s a g e H 15 et l ' i n t e r v a l l e de t o l é r a n c e est au p o s i t i f IT

K )-

Flancs du filet Les t o l é r a n c e s de r é a l i s a t i o n sur f l a n c s d u filet s o n t d a n s les q u a l i t é s 6 à 8 (h6 à h8 et H6 à H8) du diamètre nominal.

2.

Filetage en multipasses Généralités

Procédé de t o u r n a g e , o ù l ' o u t i l e f f e c t u e des passes successives répétées a u t o m a t i q u e m e n t sur t o u r s à CN et c e n t r e s de t o u r n a g e .

Mouvements générateurs L'outil reçoit le m o u v e m e n t d ' a v a n c e et la pièce le m o u v e m e n t d e c o u p e (fig. 6.7). Cycles fixes de filetage : à pas c o n s t a n t , i n t é g r é s d a n s les CN, avec des m e n u s p o u r r é a l i s a t i o n de f i l e t a g e s d i v e r s ( c y l i n d r i q u e , c o n i q u e , t r a n s v e r s a l , e n c h a î n é , à p l u s i e u r s filets) (fig. 6.8). Les passes successives s o n t à s e c t i o n constante. La p é n é t r a t i o n d ' o u t i l p e u t ê t r e à d r o i t e o u oblique.

FIGURE 6.7

Opération de filetage en multipasses. Doc. Vardex

168

Guide de l'usinage

FIGURE 6.8 Cycles de filetage sur M O C N .

Cycle de filetage cylindrique Réalisation des filets en un n o m b r e de passes à préciser, la CN d é t e r m i n a n t la p r o f o n d e u r de c h a q u e passe ( p o u r les pas n o r m a l i s é s ) . N o m b r e de passes. On a d m e t : de 5 à 7 pas à p r o d u i r e p o u r les aciers et b r o n z e d u r ;

§1

de 2 à 3 pas à p r o d u i r e p o u r les f o n t e s et les alliages d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e . diHBR

PfflHRffli

I d e n t i q u e au f i l e t a g e c y l i n d r i q u e , en précisant le d e m i - a n g l e d u c ô n e .

Cycle de filetage transversal I d e n t i q u e au f i l e t a g e c y l i n d r i q u e en p r o g r a m m a n t u n a n g l e de 90°. ••1111 Réalisation s i m u l t a n é e de f i l e t a g e s - de m ê m e pas - sur d e u x c ô n e s successifs. Nota Sur tour mécanique, le f i l e t a g e c y l i n d r i q u e est s e m i - a u t o m a t i q u e , seul les m o u v e m e n t s de c o u p e et d ' a v a n c e s o n t d o n n é s par la m a c h i n e (liaison r o t a t i o n b r o c h e p o r t e - p i è c e avec vismère guide d'outil).

Outils de filetage Ils s o n t c o n s t i t u é s d ' u n c o r p s p o r t e - p l a q u e t t e et d ' u n e p l a q u e t t e de f o r m e . Plaquettes de filetage. En c a r b u r e g é n é r a l e m e n t revêtu ; elles s o n t f i x é e s m é c a n i q u e m e n t sur le p o r t e - p l a q u e t t e , avec p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e m e n t ( r e m p l a c e m e n t facile). J u s q u ' à un a n g l e d ' h é l i c e d u f i l e t de d e u x d e g r é s ( p r o f i l ISO), les p l a q u e t t e s de f i l e t a g e , n o n d é p o u i l l é e s , s ' u t i l i s e n t sur p o r t e - p l a q u e t t e s t a n d a r d .


169

Plaquettes pour filetages ISO Elles s o n t de d e u x t y p e s de p r o f i l s , s o i t :

À profil plein U s i n e n t le f i l e t et s o n s o m m e t , p e r m e t t a n t l ' a r r a s a g e au d i a m è t r e n o m i n a l (facilite le c o n t r ô l e de l ' o p é r a t i o n ) . C h a q u e p l a q u e t t e c o r r e s p o n d à u n pas d é t e r m i n é (fig. 6.9).

r

- f

l

Détail A

5

.

du LExtrémité porte-plaquette R = droite (suivant dessin) t = gauche, symétrique

FIGURE 6.9 Plaquette indexée de filetage à profil plein.

Doc. Stellram

À profil partiel U s i n e n t le f i l e t et n o n le s o m m e t . U n e p l a q u e t t e d ' u n p r o f i l d o n n é réalise les f i l e t a g e s de pas d i f f é r e n t s . Ces p l a q u e t t e s s o n t c o n ç u e s p o u r des p l a g e s de pas (fig. 6.10).

Extrémité du porte-plaquette R = droite (suivant dessin) L = gauche, symétrique

FIGURE 6.10 Plaquette indexée de filetage à profil partiel.

Doc. Stellram

Filetage à grand pas L'angle d ' h é l i c e est à d é t e r m i n e r afin d ' i n c l i n e r l ' o u t i l ( o u l ' a f f û t e r ) , p o u r o b t e n i r u n a n g l e de d é p o u i l l e é v i t a n t le t a l o n n a g e sur le f l a n c q u i a t t a q u e le filet (fig. 6.11).

170

Guide de l'usinage

On d é t e r m i n e : L'angle d ' h é l i c e d u f i l e t /', s o i t : t g / = pas d u filet p / d i a m è t r e s u r f l a n c d2L'angle de d é p o u i l l e a f d a n s le plan d ' a v a n c e Pf, soit: af= i + 3° p o u r le f l a n c a t t a q u a n t le filet. Si n é c e s s a i r e , l ' a n g l e d e d é p o u i l l e o r t h o g o nale ct n , s o i t : t g «o = t 0 af ' C 0 S l P> avec tp = d e m i - a n g l e au s o m m e t d u filet.

FIGURE 6.11

Dépouilles latérales d'outil de, filetage à grand pas.

Conditions de coupe Vitesses de coupe R e l a t i v e m e n t i d e n t i q u e s aux d i f f é rentes o p é r a t i o n s

de

tournage:

Matière

Selon les m a t é r i a u x usinés, de 50 à 500 m / m i n p o u r les o u t i l s en carb u r e et de 5 à 80 m / m i n p o u r les o u t i l s en acier r a p i d e (fig. 6.12). Nota: tique

En u t i l i s a t i o n s e m i - a u t o m a sur

tour

mécanique,

la

v i t e s s e de c o u p e est de q u e l q u e s m / m i n , ( d é g a g e m e n t de l ' o u t i l en f i n de passe).

Vitesses d'avance

Carbure Vi (m/min)

Acier 40 à 70 Acier 70 à 90 Acier Rr> 90 Acier inoxydable Fonte HB =s 250 Fonte HB >250 Bronze - Laiton Bronze-Aluminium Alliages d'aluminium

150-200 100-150 70 à 100 50 à 70 80 à 140 50 à 80 200 à 300 80 à 120 300 à 500

ARS

Nuance P10 P20 M 20 P40 K10 K10 K10 K10 K10

Vi (m/min) 20 à 50 20 à 40 15 à 30 5 à 10 20 à 40 5 à 30 30 à 50 20 à 40 60 à 80

FIGURE 6.12 Vitesses de coupe conseillées en filetage multipasses.

Elles c o r r e s p o n d e n t a u x pas à obtenir.

Mise en œuvre L'ébauche, c y l i n d r i q u e o u alésage, sera usinée d a n s les t o l é r a n c e s d ' o b t e n t i o n des f i l e t a g e s , s e l o n les d i a m è t r e s n o m i n a u x . L'entrée d e f i l e t est g é n é r a l e m e n t e f f e c t u é e par u n c h a n f r e i n (du d e m i - a n g l e de s o m m e t de filet).


171

La s o r t i e o u t o m b é e de f i l e t , p e u t être effect u é e par u n e g o r g e ( p r o f o n d e u r d u f o n d de filet) à réaliser a v a n t le f i l e t a g e (fig. 6.13).

FIGURE 6 . 1 3 Opération

de fonçage de gorge de sortie de filet. Doc. Vardex

Utilisation En t o u r n a g e de pièces c y l i n d r i q u e s , s y s t é m a t i q u e m e n t ( s u p p r e s s i o n d ' u n e phase de filetage) sur m a c h i n e s p é c i f i q u e , sauf si le cahier des c h a r g e s s t i p u l e u n autre p r o c é d é ( f o r m a g e . . . ) .

3.

Filetage en monopasse Généralités P r o c é d é de f r a i s a g e avec des o u t i l s m o n o o u m u l t i arêtes de c o u p e , en interp o l a t i o n h é l i c o ï d a l e sur machines à commande numérique (fraiseuses, aléseuses, centres d'usinage) (fig. 6.14).

F r a i s a g e d e f i l e t a g e s i n t é r i e u r s le l o n g d ' u n a r c tangentiel 1-2 A p p r o c h e r a p i d e 2 - 3 E n t r é e d e l ' o u t i l le l o n g d ' u n a r c t a n g e n t i e l a v e c a v a n c e s i m u l t a n é e le l o n g d e l ' a x e Z 3-4 M o u v e m e n t hélicoïdal pendant une orbite complète 4-5 O r b i t e de l'outil p e n d a n t l'arc t a n g e n t i e l a v e c la p o u r s u i t e d e l ' a v a n c e d e l ' a x e Z 5-6 R e t o u r r a p i d e

FIGURE 6 . 1 4

Filetage à la fraise multidents. Doc. Vardex

172

Guide de l'usinage

3.2

Mouvements générateurs

O b t e n u s par un cycle f i x e i n t é g r é d a n s les CN. L'outil reçoit le m o u v e m e n t de c o u p e ( r o t a t i o n a u t o u r de l'axe d u p o r t e - o u t i l ) , et le m o u v e m e n t d ' a v a n c e hélicoïdal (circulaire d a n s le plan XY, et linéaire s i m u l t a n é s u i v a n t 2), e n v e l o p p a n t la f o r m e à fileter ( c y l i n d r e o u alésage). L'approche et la s o r t i e t a n g e n t i e l l e s de l ' o u t i l s o n t i n t é g r é e s d a n s le cycle de f r a i s a g e des filets.

Outils de filetage Ils s o n t c o n s t i t u é s d ' u n c o r p s c y l i n d r i q u e p o r t e - p l a q u e t t e et d ' u n e p l a q u e t t e d e f o r m e . Les p l a q u e t t e s s o n t i n d e x é e s avec p r é c i s i o n d a n s l e u r p o r t e - o u t i l , p e r m e t t a n t l e u r c h a n g e m e n t r a p i d e et précis. Elles s o n t t r i a n g u l a i r e s et de d e u x t y p e s : m o n o d e n t s et m u l t i d e n t s , a u x p r o f i l s a d a p t é s a u x diff é r e n t s f i l e t a g e s à o b t e n i r (courts o u l o n g s , à pas f i n , n o r m a l o u g r a n d ) .

Plaquettes multidents Elles s o n t r é v e r s i b l e s , possédant d e u x faces de c o u p e (fig. 6.15).

P l a q u e t t e : TM

R e m a r q u e : toutes les plaquettes possèdent 2 arêtes de coupe.

Porte*Hitil; TMC wmammmmmm FIGURE 6 . 1 5

Plaquette Dimensions (mm) L L, IC

O

D2

Gamme de pas pour ta normB ISO UN W PG

Longueur L« (mm)

Plaquettes multi-arêtes et porteoutil.

1/4'

70-85

12.0-20.0

12-20

11.5......•• 0.5-1.5

32-14

28-14

20-16

3/8*

90-95

22.0-43.0

16-20

17-20

0.5-2.0

32-11.5 26-11

20-16

15

Doc. Vardex

5/8'

»0-120 52.0-58.0

25-32

30-37

1.0-4.5

24-6

16

25

16-6

10

Plaquettes monodents Elles o n t t r o i s p o s i t i o n s d'indexage (forme triangulaire) (fig. 6.16).

FIGURE 6 . 1 6

Filetage à la fraise monodent. Doc. Sandvik

Coromant


173

Conditions de coupe Elles s o n t élevées, les p l a q u e t t e s étant en c a r b u r e revêtu : de 80 à 1 500 m / m i n , s e l o n les matér i a u x usinés (fig. 6.17). Matière de la pièce

Vitesse de coupe recommandée m/min VSX V3Û (ISO P1Û-P30) (ISO P20-P30)

VKX (ISO K05-K20)

Acier au carbone < 600 N/mm2

160 - 240

160 200

150 - 250

Acier au carbone 600 - 800 N/mm2

170-200

150 180

170 - 200

Acier allié 700 - 800 N/mm2

120-170

110 150

120-180

Acier allié 850 -1100 N/mm2

VK2 (ISO K10-K20)

-

110-150

100 130

110-150

Acier Inoxydable (austénitique < 700 N/mm2)

160 - 200

150 180

160 - 200

Ader inoxydable (martensitique < 1100 N/mm2)

150-180

140 170

150 - 200

Acier inoxydable (lerrilique < 800 N/mm2)

150 - 200

140 170

150 - 200

4-

Fonte d'acier < 500 N/mm2

710-200

150 180

710-200

-

Fonte d'acier 700-1000 N/mmz

120-180

120 150

120-180

-

Fonte malléable 150-340 HB

-

100-130

Fonte 100 - 200 HB

-

110-150

110-150

FIGURE 6 . 1 7

Bronze/Copper

-

120-180

120-170

Aluminium

-

200-400

660-980

VSX et VKX sont recouverts de TIN PVD

L'avance recommandée par arête de coupe et par rotation se situe entre 0,05 mm et 0,3 mm.

Vitesses de coupe recommandées pour fraises à fileter multidents (carbure revêtu). Doc. Vardex

Vitesses d'avance (suivant l'hélice) Elles v a r i e n t de 0,05 à 0,3 m m / t o u r , s e l o n les m a t é r i a u x et les pas ( d i m e n s i o n s des plaquettes).

Vf

Vf

yU

La vitesse d ' a v a n c e d ' i n t e r p o l a t i o n , au centre de l ' o u t i l , se d é t e r m i n e p a r : V et

f r

Vf

D + Dp D

Vf,-

Vf

„Vfi

p o u r les c y l i n d r e s , p o u r les alésages

avec l / f = f. n t r / m i n . D (fig. 6.18).

Puissance de coupe Elle est f a i b l e : p r o d u c t i o n de m i n i - c o p e a u x et é v a c u a t i o n facile.

j /0DO (outil) / 0 D pièce (cylindre)

/0DO

\ 0D

(alésage)

FIGURE 6.18 Détermination de la vitesse d'avance pour filetage à la fraise. D'après Doc. Sandvick

Coramant

i J 3.5

1 Mise en œuvre

1

filM

Le f i l e t a g e s ' e f f e c t u e en u n e seule passe (fraisage en o p p o s i t i o n o u en c o n c o r d a n c e ) en extérieur o u en i n t é r i e u r d a n s t o u s d i a m è t r e s , a u x pas à d r o i t e o u à g a u c h e (avec u n e m ê m e plaq u e t t e , d a n s une p l a g e d o n n é e de d i a m è t r e s ) .

174

Guide de l'usinage

Une g o r g e de d é g a g e m e n t d u f i l e t n'est pas nécessaire, la c o u p e ne p r o d u i s a n t pas de b a v u r e appréciable.

Utilisation E s s e n t i e l l e m e n t s u r m a c h i n e s à c o m m a n d e n u m é r i q u e de f r a i s a g e - a l é s a g e en f i l e t a g e c y l i n d r i q u e o u c o n i q u e , s y s t é m a t i q u e m e n t sur les pièces de t y p e p r i s m a t i q u e , d i r e c t e m e n t d a n s la phase d ' u s i n a g e ( c o m m e t o u t e s les autres o p é r a t i o n s de fraisage). L'état de surface et la c o n c e n t r i c i t é des f i l e t a g e s o b t e n u s s o n t e x c e l l e n t s . Nota: Des f i l e t a g e s d ' e x t é r i e u r p o u r r o n t être réalisés sur t o u r o u m a c h i n e s p é c i f i q u e , avec u n a p p a r e i l l a g e m o t o r i s a n t ( m o u v e m e n t de c o u p e ) u n e fraise t y p e t r o i s tailles d u p r o f i l à obtenir. La fraise est inclinée de l ' a n g l e d ' h é l i c e d u f i l e t (fig. 6.19).

FICUKE 6.19

Schéma de filetage à la fraise à fileter type 3 tailles.

4.

Filetage d'intérieur avec outil de taraudage ^Généralités

Le t a r a u d a g e s ' e f f e c t u e avec des o u t i l s de f o r m e - les t a r a u d s - en u n e passe, par le v i s s a g e de l ' o u t i l d a n s un t r o u p r é a l a b l e m e n t réalisé à un d i a m è t r e v o i s i n d u d i a m è t r e i n t é r i e u r de l ' é c r o u D2, réalisant le f i l e t a g e i n t é r i e u r c o r r e s p o n d a n t à celui de l ' o u t i l (fig. 6.20). Le d é v i s s a g e s ' e f f e c t u e par i n v e r s i o n d u sens de r o t a t i o n de l ' o u t i l .


175

7 (coupe) cone d'entrée

IT

a (dépouille) 0 de l'âme

CD A

S I

c

£ 1

peigne

Si

— H A M V

•^wvwvl

/ entrée inclinée

entrée droite a. Goujures droites

b. Goujures droites avec entrées inclinées

goujure c. Angles de coupe

largeur de peigne X angle d'hélice de la goujure

goujure de forme hélicoïdale , d. Taraud hélicoïdal

FIGURI-: 6.20

Outil-taraud.

Doc. Leclerc

Mouvements générateurs Le m o u v e m e n t de c o u p e est la r o t a t i o n donnée à l'outil. Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e c o r r e s p o n d au pas par t o u r d ' o u t i l . L'avance e s t : libre, le t a r a u d avance à s o n pas : t a r a u d a g e en g é n é r a l ;

garde g = 2 à 3 pas

V^p.

guidée, par la c o m m a n d e n u m é r i q u e : t a r a u d a g e à pas t r è s précis.

Cycle fixe de taraudage Intégré d a n s les CN, il p e r m e t u n e prog r a m m a t i o n s i m p l i f i é e ( d é f i n i t i o n de la p r o f o n d e u r de t a r a u d a g e ) (fig. 6.21).

arrêt temporisé : inversion sens de rotation broche d = 2 à 3 pas (dégagement ou arrêt avant fond de trou borgne) FIGURE 6.21 Cycle fixe de taraudage en CN.

m j O u t i l s d e taraudage Les t a r a u d s , o u t i l s de f o r m e n o r m a l i s é s NF E 66-103 à 120, o n t une e n t r é e c o n i q u e f a c i l i t a n t leur p o s i t i o n n e m e n t d a n s le t r o u à l ' a t t a q u e et a s s u r a n t la c o u p e p r o g r e s s i v e de l ' o u t i l avec r é p a r t i t i o n des e f f o r t s sur un p l u s g r a n d n o m b r e d e d e n t s (fig. 6.22).

176

Guide de l'usinage

Le c ô n e d ' e n t r é e des t a r a u d s - m a c h i n e est g é n é r a l e m e n t c o u r t : c i n q pas p o u r t r o u s d é b o u chants ; d e u x à t r o i s pas p o u r t r o u s b o r g n e s .

NUANCE ACIER

HSS-ES

HSS-2E

HSS-2E

TIN

STEAM HOMO

r DE SURFACE

HSS-2E

HSS-2E

HSS-2E

HSS-2C

TIN

STEAM HOMO

T Y P E DE T A R A U D R E C O M M A N D É

FORME DE L'ENTRÉE

/ /

G É O M É T R I E DU T R O U

H T

Zz VTTESSE DE

COUPE

M/MIN.

10-18

20-30

10-18

10-18

10-18

yp:

8-12

8-12

'LUBRIFIANT: O: HUILE DE COUPE E: ÉMULSION

FIGURE 6.22

Différents types de tarauds selon utilisation.

Doc. Perfor

Q

Diamètres des tarauds-machine De M 1 à M 64, les u t i l i s a t i o n s c o u r a n t e s é t a n t des d i a m è t r e s 3 à 24, p o u r t o u s t y p e s de filetages.

Goujures des tarauds

^mÊBBÊÊÊBÊmmmsÊiaÊaÊÊm

Des g o u j u r e s d r o i t e s o u hélicoïdales sur le f i l e t a g e d u t a r a u d , c o n s t i t u a n t la d e n t u r e avec les arêtes de c o u p e . Le sens d e l ' h é l i c e . Les g o u j u r e s d o n n e n t l ' i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e a u x d e n t s et d i r i g e n t les copeaux.

Goujures hélicoïdales à droite Avec hélice g é n é r a l e m e n t de 35 à 4 5 ° : p r o v o q u e n t le d é g a g e m e n t des c o p e a u x à l'arrière d u t a r a u d (évite le b o u r r a g e en f o n d de t r o u ) .

Goujures droites avec entrée suivant hélice à gauche (coupe GUN) ou hélice gauche: rfì p r o v o q u e n t le d é g a g e m e n t des c o p e a u x à l ' a v a n t d u t a r a u d . Goujures droites Les c o p e a u x ne s o n t pas d i r i g é s : leur é v a c u a t i o n s ' e f f e c t u e par g r a v i t é ( l u b r i f i c a t i o n , s o u f f l a g e ) (fig. 6.23).

FIGURE 6.23

A

Le copeau reste dans la goujure

Taraud à goujures droites Doc. Leclerc mi

M

i i i i i i i iiiiiwii iiiiiiiiiiiiiiiiii I IIIIIIII

Les t a r a u d s s o n t a f f û t a b l e s d a n s les g o u j u r e s (faces d ' a t t a q u e d ' o u t i l de f o r m e ) . Des c e n t r e s o u des p o i n t e s c o n i q u e s (petits d i a m è t r e s ) p e r m e t t e n t leur m a i n t i e n sur a f f û t e u s e .


177

»•MllIfflM

I

C o n t i n u e o u a l t e r n é e , elle est à a d a p t e r a u x t r a v a u x à e f f e c t u e r ( m a t é r i a u x à u s i n e r , t r o u s débouchants ou borgnes). Elle c o m p o r t e une d é p o u i l l e (surfaces en d é p o u i l l e d é t a l o n n é e s par r e c t i f i c a t i o n ) . lini

Ili III I

I

I

—

V

G é n é r a l e m e n t en acier r a p i d e r e v ê t u T I N ( d i m i n u e l ' e f f o r t d e c o u p e et l ' u s u r e , a s s u r e une b o n n e résistance à l ' a b r a s i o n , a u g m e n t a n t la d u r é e de vie d ' o u t i l ) .

Conditions de coupe Vitesses de coupe Elles s o n t p e u élevées (fragilité d ' o u t i l et d i f f i culté d ' é v a c u a t i o n des c o p e a u x ) : de 2 à 30 m / m i n s e l o n les m a t é r i a u x , le pas à o b t e n i r , le d i a m è t r e des t a r a u d s , le t y p e de t r o u s ( b o r g n e o u d é b o u c h a n t ) , et les relatives g r a n d e s a v a n c e s (fig. 6.24).

Vitesse d'avance (par tour) Elle c o r r e s p o n d au pas de l ' o u t i l .

a

Vitesses de coupe en taraudage en m/min Aciers

R =s 50 daN/mm2 50 >R <70 daN/mm2 70 >R <90 daN/mm2 > 90 daN/mm2 au nickel, cobalt

10 à 18 8 à 15 5 à 10 3à 6 2à4

Fontes

malléables, HB > 250 dure, HB 3= 250

6 à 12 3à6

Bronze

6 à 15

Laitons

15 à 22

Cuivre

12 à 25 d'aluminium'1' d'aluminium ' 2 '

15 à 30 10 à 25

Alliages de zinc (zamack)

10 à 18

Alliages

Titane

FIGURE 6 . 2 4

Vitesses de coupe recommandées en taraudage (tarauds en ARS revêtu).

2à5

Plastiques durs tendres

3à8 12 à 20

(1 ) copeaux courts (2) copeaux longs Taraudage par déformation: doubler la Vc.

Mise en œuvre Diamètres de perçage (avant taraudage, D1) Défini p a r : d i a m è t r e n o m i n a l d u f i l e t a g e D - 2 h a u t e u r s de f i l e t Pratiquement, on a d m e t : Pour les petits d i a m è t r e s ( 0 <10 m m ) d a n s t o u s m a t é r i a u x , Dl = D - pas. A u - d e l à de 10 m m : D1 = D (1,06 • pas) p o u r : aciers de R < 60 d a N / m m 2 , alliages d ' a l u m i n i u m et laiton. Dl = D- (1,10 • pas) p o u r : aciers de R < 80 d a N / m m 2 , f o n t e s , bronze.

178

Guide de l'usinage

Dl = D - (1,20 • pas) p o u r : aciers de R > 80 d a N / m m 2 et m a t é r i a u x d u r s . Matériaux très durs (aciers au nickel-cobalt...) p r e n d r e si p o s s i b l e : Dl = D— (1,30 • pas). Trous borgnes. P r o f o n d e u r de p e r ç a g e de l ' a v a n t - t r o u : l o n g u e u r d u t a r a u d a g e + 3 à 4 pas.

Tarauds à goujures droites, coupe GUN Pour t r o u s d é b o u c h a n t s p r o f o n d s , d a n s t o u s les aciers (de c o n s t r u c t i o n , à o u t i l s , i n o x y d a b l e s ) les a l l i a g e s de c u i v r e , les m a t é r i a u x à c o p e a u x l o n g s , les f o n t e s m a l l é a b l e s (< 160 HB) les m a t é r i a u x d u r s (titane et ses alliages...) (fig. 6.25).

FIGURE 6 . 2 5

Taraud à goujures droites, coupe GUN. Doc. Leclerc Le copeau est chassé vers l'avant.

I

Tarauds à goujures droites et filets alternés Pour t r o u s p r o f o n d s b o r g n e s et d é b o u c h a n t s , d a n s t o u s m a t é r i a u x : aciers j u s q u ' à 90 d a N / m m 2 , a l l i a g e d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e , les m a t é r i a u x à c o p e a u x l o n g s (fig. 6.26).

FIGURE 6 . 2 6

Taraud à goujures droites, et filets alternés. Doc. Leclerc Le copeau reste dans la goujurc.

Tarauds à goujures hélicoïdales, hélice à 35° à droite Pour t r o u s b o r g n e s peu p r o f o n d s d a n s les f o n t e s , les aciers et les alliages de c u i v r e .

Tarauds à goujures hélicoïdales, hélice à 45° à droite Pour t r o u s b o r g n e s profonds, dans t o u s m a t é r i a u x (fig. 6.27). Tarauds à f a i b l e h é l i c e à g a u c h e : éventuellement, pour gros filets (fig. 6.28).

FIGURE 6 . 2 7

Taraud à goujures hélicoïdales à droite. Doc. Leclerc


Le copeau remonte dans la goujure.

FIGURE 6.28

Tarauds pour filets trapézoïdaux. Doc.

Manigley

179

mmmamÊKmaÊÊÊÊÊÊKÊÊÊÊam Tarauds à coupe cuillère m/m Pour t r o u s d é b o u c h a n t s de f a i b l e p r o f o n d e u r (tôles...) et d e p e t i t s d i a m è t r e s ( j u s q u ' à 0 1 2 m m e n v i r o n ) d a n s les aciers j u s q u ' à 90 d a N / m m 2 , é v e n t u e l l e m e n t d a n s t o u s m a t é r i a u x (fig. 6.29).

rf

i 1

FIGURE 6.29

Taraud à coupe cuillère. Doc. Leclerc L e copeau est chassé vers l'avant.

mÊÊÊSiÊÊÊÊÊÊÊÊÊmmmiÊmÊÊÊmm Tarauds à refouler mmmm

rh i

De section p o l y g o n a l e , sans g o u j u r e (fig. 6.30): p o u r t r o u s b o r g n e s et d é b o u c h a n t s d a n s les m a t é r i a u x ductiles. Le t a r a u d , s o u m i s à u n e p r e s s i o n axiale q u i fait f l u e r le m é t a l d a n s ses f o r m e s e n c r e u x d e l ' e n t r é e c o n i q u e f o r m a n t le relief d u f i l e t , c a l i b r e e n s u i t e le f i l e t a g e e n se v i s s a n t .

i

AA

Les filets s o n t é c r o u i s et plus résistants (voir f i l e t a g e par f o r m a g e ) . Le s o m m e t des f i l e t s p r é s e n t e u n e zone f i s s u r é e , p o u v a n t être contre-indiquée (alimentaire, médical...).

AT

Le t a r a u d a g e , à e f f e c t u e r s o u s l u b r i f i c a t i o n é v i t a n t le g r i p p a g e , prod u i t u n e x c e l l e n t état de surface. Il est r e c o m m a n d a b l e d a n s l ' a l u m i n i u m à c o p e a u x l o n g s .

^TA

Pas de copeau, travail

Vitesses de coupe

par déformation.

D o u b l e d u t a r a u d a g e par c o u p e (pas d ' é v a c u a t i o n de c o p e a u x ) . M é t a u x non ferreux (alliages de cuivre, d ' a l u m i n i u m à copeaux l o n g s , de zinc) : de 20 à 30 m / m i n . A c i e r s n o n alliés et i n o x y d a b l e s : de 6 à 12 m / m i n .

FIGURE 6.30 Taraud à refou-

ler, sans goujures. Doc. Leclerc

Diamètre de perçage de l'avant-trou Il d o i t être précis, s o i t : d i a m è t r e n o m i n a l - (pas d u filet/2 ± pas/30). U n c h a n f r e i n d ' e n t r é e é v i t e la f o r m a t i o n d ' u n b o u r r e l e t sur la face d ' e n t r é e .

À l o n g u e q u e u e de d i a m è t r e i n f é r i e u r au d i a m è t r e de p e r ç a g e et g o u j u r e s d r o i t e s o u à c o u p e G U N (fig. 6.31). T a r a u d a g e en c o n t i n u de petites pièces c o u r t e s et d é b o u c h a n t e s (écrous), avec a p p a r e i l l a g e s p é c i f i q u e (le t a r a u d est a u t o c e n t r é par les pièces q u i d é f i l e n t d a n s u n g u i d e ) . D i a m è t r e s c o u r a n t s des t a r a u d s : de 3 à 24 m m , p o u r des l o n g u e u r s de 90 à 250 m m .

Filetage métrique I S O - à pas gros Goujures droites entrée longue Filets rectifiés et detalonnés Tolérance sur flancs : 6 H

180

FIGURE 6 . 3 1

Taraud long d'enfilade. A c i e r Super Rapide : HSS

Doc. Leclerc

Guide de l'usinage

—.h,—

Taraudage manuel

U s i n a g e p r o g r e s s i f des filets avec des t a r a u d s à g o u j u r e s d r o i t e s , en j e u d e d e u x o u t r o i s : é b a u c h e u r (6 pas d ' e n t r é e c o n i q u e ) ; f i n i s s e u r 2 pas d ' e n t r é e ) ; é v e n t u e l l e m e n t t a r a u d intermédiaire. Pour t o u s m a t é r i a u x , t o u t e s p r o f o n d e u r s des t r o u s b o r g n e s et d é b o u c h a n t s (fig. 6.32). FIGURE 6.32

Jeu d e tarauds-main.

Doc. Manigley

Grande précision du pas de filetage O b t e n u e , s e l o n les m a c h i n e s , par la CN o u par g u i d a g e avec une v i s - p a t r o n n e , le t a r a u d étant m o n t é r i g i d e d a n s la b r o c h e p o r t e - o u t i l .

Taraudage à vitesse différentielle T a r a u d a g e en b o u t d a n s l ' a x e de pièce: avec m o t o r i s a t i o n d u t a r a u d par vissage et d é v i s s a g e à vitesse diff é r e n t i e l l e , sans m o d i f i c a t i o n de la vitesse de c o u p e d u o u des o u t i l s u s i n a n t s i m u l t a n é m e n t (fig. 6.33).

FIGURE 6 . 3 3

Schéma de taraudage à vitesse différentielle.

VI

m I /Ai

V2 (différentielle) \ Vf2

Pour pas à droite: V2 > V1 - travail : vissage V2
Appareillages. Pour taraudage à avance libre Mandrins porte-taraud : A s s u r e n t u n e l i b e r t é a x i a l e à l ' o u t i l , p o u r sa n o n - r u p t u r e , à l ' i n v e r s i o n de sens (fig. 6.34 et 6.35). Nota: Des a p p a r e i l l a g e s de taraudage assurent l'invers i o n a u t o m a t i q u e de sens de r o t a t i o n de l ' o u t i l : p o u r équi-

FIGURE 6.34 Appareil à tarauder, type outil flottant. Doc. Nikken

FIGURE 6 . 3 5

Appareil à tarauder, avec trou d'arrosage. Doc. Nikken


181

Utilisation O b t e n t i o n rapide de f i l e t a g e s d ' i n t é r i e u r , en p a r t i c u l i e r d a n s les p e t i t s d i a m è t r e s (de 3 à 24 m m ) , s y s t é m a t i q u e m e n t sur M O C N (en p a r t i c u l i e r : p e r c e u s e s , fraiseuses, c e n t r e s d ' u s i n a g e ) par i n v e r s i o n a u t o m a t i q u e d u s e n s d e r o t a t i o n de la b r o c h e p o r t e - o u t i l (vissage et d é v i s s a g e d u t a r a u d ) (fig. 6.36).

123/4 ULTRA CNC 12314 ULTRA INOX CNC 12314 ULTRA TIN CNC 13113 ULTRA CNC 13113 ULTRA INOX CNC 13113 ULTRA TIN CNC

FIGURE 6.36 Tarauds spécifiques pour MOCN.

5.

Doc. Manigley

Filetage d'extérieur avec outil filière Généralités

Le f i l e t a g e s ' e f f e c t u e avec des o u t i l s de f o r m e - les filières - q u i réalisent le filet a g e sur la pièce a u d i a m è t r e n o m i n a l (fig. 6.37). Le d é v i s s a g e s ' e f f e c t u e par i n v e r s i o n d u sens de r o t a t i o n .

FIGURE 6.37 Filières rondes.

Doc. Manigley

j Mouvements générateurs I d e n t i q u e s au t a r a u d a g e : M o u v e m e n t de c o u p e d o n n é à l ' o u t i l . M o u v e m e n t d ' a v a n c e libre (la f i l i è r e avance à s o n pas) o u g u i d é (par CN o u v i s - p a t r o n n e ) .

182

Guide de l'usinage

Outils de filetage _es f i l i è r e s , o u t i l s m o n o b l o c s , c o m p o r t e n t un f i l e t a g e i n t e r r o m p u par des é v i d e m e n t s ( t r o u s , r a i n u r e s ) c o n s t i t u a n t la d e n t u r e - les p e i g n e s et assurant l ' é v a c u a t i o n des c o p e a u x ifig. 6.38).

entraînement (dans cage)

\

c o

y -

• • • • • • • d B M É H i a M H H H B B B _es t r o u s d ' é v i d e m e n t des f i l i è r e s dites « r o n d e s » (le c o r p s d ' o u t i l étant c y l i n d r i q u e ) d o n n e n t les a n g l e s d e coupe.

~X3

1

;

Jne vis de réglage p e r m e t d ' a j u s t e r a p r é c i s i o n d u f i l e t a g e par e x p a n s i bilité d u m é t a l ( p o u r filières f e n d u e s ) non a f f û t a b l e s (fig. 6.39). Les f i l e t s r o d é s et c e u x de l ' e n t r é e c o n i q u e rectifiés en d é t a l o n n a g e , assurent la c o u p e avec p r o g r e s s i v i t é et f a v o r i s e n t le p o s i t i o n n e m e n t à l'attaque. Les filières p o u r f i l e t a g e c o n i q u e , au pas d u gaz, n ' o n t pas de r é g l a g e (fig. 6.40).

V * i

â

0) C
/

t

FIGURE 6.38 Angles de coupe d'outil filière.

Diamètres des filières ^mÊSBSSÊÊKStttlÊétÊÊmammmmm G é n é r a l e m e n t de M 6 à M 33, et plus

A c i e r Super Rapide : HSS

Acier Super Rapide : HSS

Filets rodés

Filets rodés

Entrées rectifiées

Entrées rectifiées

p a r t i c u l i è r e m e n t de 3 à 24 m m p o u r t o u s t y p e s de f i l e t a g e s . Elles s o n t

FIGURE 6.39

conçues

extensible.

en

acier

rapide

(qualité

Filière ronde

FIGURE 6.40 Filière ronde fixe, au pas gaz, conique.

Doc. Lecierc

supérieure).

Doc. Leclerc

g| Conditions de coupe C o u p e s o u s l u b r i f i c a t i o n (section de c o p e a u x r e l a t i v e m e n t i m p o r t a n t e ) .

Vitesses de coupe I d e n t i q u e s à celles d u t a r a u d a g e . De 2 à 30 m / m i n s e l o n les m a t é r i a u x , en p a r t i c u l i e r d u fait des relatives g r a n d e s a v a n c e s (voir f i g . 6.24, vitesse de c o u p e en t a r a u d a g e ) .

Vitesse d'avance C o r r e s p o n d par t o u r , au pas de l ' o u t i l .


183

Utilisation G é n é r a l e m e n t u t i l i s é e s en f i l e t a g e de petits d i a m è t r e s , par v i s s a g e et dévissage avec i n v e r s i o n d u sens de rotat i o n de la pièce, l ' o u t i l étant m a i n t e n u dans u n e cage de g u i d a g e libre axialem e n t (fig. 6.41).

cage support-filière

fS a Me

Mf

ï

piece FIGURE 6 . 4 1

fourreau de contre-pointe

Support filière en production petite série.

Filières de décolletage U t i l i s é e s sur t o u r s a u t o m a t i q u e s en f i l e t a g e en b o u t de pièces, par v i s s a g e et d é v i s s a g e à vitesse d i f f é r e n t i e l l e sans m o d i f i c a t i o n de la vitesse de c o u p e d ' a u t r e s o u t i l s en t r a v a i l s i m u l t a n é ( i d e m t a r a u d a g e ) (fig. 6.42).

FIGURE 6 . 4 2

Filière creuse de décolletage. Doc. Leclerc

6.

Acier Super Rapide : HSS Filets rodés Entrées rectifiées

Filetage d'extérieur par formage à froid ^Principe

Le f i l e t a g e par f o r m a g e c o n s i s t e à f o r m e r , à f r o i d , à l ' a i d e de m o l e t t e s c y l i n d r i q u e s - les o u t i l s - q u i i m p r i m e n t leur f o r m e p é r i p h é r i q u e dans u n e pièce c y l i n d r i q u e (fig. 6.43). Le d i a m è t r e d e l ' é b a u c h e est accru, sans v a r i a t i o n d u v o l u m e de m a t i è r e . La pièce est libre en r o t a t i o n et s o n m o u v e m e n t résulte de l ' e n t r a î n e m e n t - par f r o t t e m e n t et e n g r è n e m e n t - des m o l e t t e s en r o t a t i o n c o m m a n d é e ( é q u i v a l e n c e à u n m o u v e m e n t de c o u p e ) d a n s le m ê m e sens et à m ê m e vitesse. Elle est c o m p r i m é e p r o g r e s s i v e m e n t e n t r e les m o l e t t e s a u x p r o f i l s i d e n t i q u e s , parallèles et t o u r n a n t d a n s le m ê m e sens et à m ê m e vitesse. La m a t i è r e f l u e p a r a l l è l e m e n t a u x faces des d e n t s des o u t i l s - m o l e t t e s .

184

Guide de l'usinage

Le f i l e t est f o r m é d u r a n t la r o t a t i o n des m o l e t t e s , par les a c t i o n s é l é m e n t a i r e s de c h a q u e f i l e t - o u t i l , la m a t i è r e f l u a n t p a r a l l è l e m e n t a u x f a c e s d e la d e n t u r e des m o l e t t e s . Il y a c r é a t i o n d ' u n c r a t è r e au s o m m e t des f i l e t s f o r m é s , causé par les crêtes p r o d u i t e s sur c h a q u e flanc (fig. 6.44). La j o n c t i o n des d e u x crêtes p e u t p r o v o q u e r u n e c r a t é r i s a t i o n a c c e p t a b l e en général, sauf pour utilisation sanitaire ( a l i m e n t a i r e , m é d i c a l e . . . ) o u s o u s agrès sion chimique. Les aciers i n o x y d a b l e s o n t p l u s particul i è r e m e n t u n r i s q u e de p l i s s u r e s au s o m m e t des filets.

FIGURE 6.43 Schéma de principe du formage de filets à froid. discontinuité intérieure Effet de cavitation

Actions élémentaires d ' o u t i l (pénétration par tour de pièce)

Effet de cavitation

Filet produit

FIGURE 6.44 Action des molettes cylindriques.

Doc. Escofier

Molettes à profil évolutif et entraxe fixe P r o d u c t i o n des f i l e t a g e s , sans cratère (fig. 6.45) (voir c h a p i t r e « O b t e n t i o n des d e n t u r e s par f o r m a g e »).

progression du profil des dents d'outil-molette

FIGURE 6.45 Action des molettes à profil évolutif.


Doc. Escofier

185

Les m o l e t t e s , é t a n t c i r c u l a i r e s , se retrouvent en position initiale après chaque révolution; les vitesses circonférentielles étant é g a l e s , la pièce t o u r n e a u t o u r d e son axe sans se translater (fig. 6.46).

FIGURE 6.46

d'où MB = M'B

Mouvements de rotation pièce et molettes.

IMillimiWWlIWI'WWHf'iP"

Caractéristiques des f i l e t a g e s o h t e n n s

Résistance m é c a n i q u e s u p é r i e u r e a u f i l e t a g e par c o u p e , a v e c : f o r t e a u g m e n t a t i o n de la d u r e t é , de la résistance à la t r a c t i o n et à la f a t i g u e ; e x c e l l e n t état de surface et g r a n d e précision.

Effort de formage A c h o i s i r e n f o n c t i o n des m a t é riaux à travailler, à savoir: - Si l ' e f f o r t d e f o r m a g e é t a i t t r o p i m p o r t a n t - pour avoir un n o m b r e réduit de révolutions des m o l e t t e s - la pièce s e r a i t a r r ê t é e en r o t a t i o n . - Si l ' e f f o r t d e f o r m a g e était relativ e m e n t f a i b l e , le n o m b r e de révol u t i o n s serait g r a n d et il y a u r a i t é c r o u i s s a g e excessif d u m a t é r i a u (fig. 6.47). Pour c h a q u e m a t é r i a u et c h a q u e p r o f i l de f i l e t a g e c o r r e s p o n d e n t des c o n d i t i o n s o p t i m a l e s d e f o r m a g e i n d i q u é e s par les c o n s t r u c t e u r s de m a c h i n e s .

186

E (effort de pénétration)

EA

EC EO n révolutions pièce par cycle RA

Ro

Rc

FIGURE 6.47 Variation du nombre de révolutions de pièce en fonction de l'effort de pénétration. Doc. Escofier

Guide de l'usinage

6.3

Outils-molettes

Outils m o n o b l o c s , en acier rapide, s ne s ' a f f û t e n t pas et leur u s u r e est e x c e s s i v e m e n t f a i b l e , ce q u i assure une q u a l i t é c o n t i n u e .

Denture À filets m u l t i p l e s de m ê m e a n g l e d ' h é l i c e q u e le f i l e t a g e à réaliser et de pas i n v e r s e . Le pas des m o l e t t e s est n é c e s s a i r e m e n t p r o p o r t i o n n e l au pas d u f i l e t a g e , et leur p r o f i l d é f i n i p o u r un e n t r a x e d o n n é : il f a u t d o n c un j e u de m o l e t t e s s e m b l a b l e s par t y p e d e pièce à produire (diamètre, pas, profil) (fig. 6.48). pas de la molette P = np pas de la pièce p La variation d'entraxe des m o l e t t e s d u r a n t le f o r m a g e n'a a u c u n e i n c i d e n c e sur les f i l e t a g e s normalisés, qui sont à faible angle d ' h é l i c e ( i n f é r i e u r à 4°) et il n ' y a pas de d i s t o r s i o n e n t r e la f o r m e des o u t i l s et la f o r m e o b t e n u e .

7

El ^-"•"""""I

O.T

_ TID pièce ttD' mr lette = nitD pièce

-

(

FIGURE 6.48 Caractéristiques géométriques des molettes.

Matériaux à fileter Ils d o i v e n t a v o i r u n b o n a l l o n g e m e n t ( m i n i m u m 7 %) et u n e b o n n e s t r i c t i o n . La résistance à la d é f o r m a t i o n p l a s t i q u e d é t e r m i n e l ' e f f o r t de f o r m a g e (et n o n la résistance mécanique). Un m a t é r i a u d u c t i l e d o n n e un e x c e l l e n t état de surface (à l ' i n v e r s e de la c o u p e ) . On m e t e n œ u v r e les aciers d e m i - d u r s , les a l l i a g e s d ' a l u m i n i u m ( d u c t i l e s ) et de c u i v r e , le m a g n é s i u m , le t i t a n e . . . Le nickel, le c h r o m e , le m a n g a n è s e , le m o l y b d è n e d a n s les aciers alliés a m é l i o r e n t la d u c t i l i t é let la résistance au f l u a g e , nécessitant u n e p l u s f o r t e pression).

1 6.5

1 Mise en œuvre Ébauches

Les é b a u c h e s c y l i n d r i q u e s d o i v e n t a v o i r un d i a m è t r e d é t e r m i n é avec p r é c i s i o n d i m e n s i o n nelle et c y l i n d r i c i t é : o b t e n t i o n d ' u n p r o f i l de filets « f i n i » avec b o n état de s u r f a c e (et p r o l o n g e m e n t de la d u r é e de vie des m o l e t t e s ) . D i f f é r e n t s p r o c é d é s d ' o b t e n t i o n des é b a u c h e s c o n v i e n n e n t ( t o u r n é e s , m a t r i c é e s . . . t r e m p é e s et revenues). Les pièces e s t a m p é e s à c h a u d s e r o n t recuites a v a n t f o r m a g e . Se référer aux d o n n é e s d u c o n s t r u c t e u r de m a c h i n e s p o u r les d i m e n s i o n s , et rectifier de préférence les é b a u c h e s .


187

T o l é r a n c e sur é b a u c h e égale au t i e r s de celle d u diamètre nominal du filetage, soit: h 13/3 (de 0,05 p o u r 0 3 à 0,30 p o u r 0 300). C h a n f r e i n d ' e n t r é e : De 15 à 30° s e l o n les pas à o b t e n i r et la d u c t i l i t é des m a t é r i a u x (pente la p l u s f a i b l e p o u r les m o i n s ductiles) (fig. 6.49). M a t é r i a u x durs. Le f o n d de f i l e t s d e v r a i t ê t r e r a y o n n é : é v i t e les a n g l e s v i f s p o u v a n t g é n é r e r des c r i q u e s .

D = diamètre ébauche

t

d3 = diamètre du noyau de la vis

R (daN/mm2) FIGURE 6.49

Chanfrein d'entrée recommandé sur ébauche en acier.

• • • • • • • • • •

«60 60 à 90 >90

Pièces à fileter ,

Pas de. . à.. (mm) 1,5

3

6

20° 18° 15°

25° 22° 20°

30° 28° 25°

—

S

H

T

—

S e l o n les m a c h i n e s et les m o l e t t e s e m p l o y é e s , les d i m e n s i o n s v a r i e n t de : En p l o n g é e : 1 à 300 m m de d i a m è t r e p o u r des l o n g u e u r s filetées de 40 à 300 m m j u s q u ' a u pas de 20 m m (filets t r a p é z o ï d a u x ) . En e n f i l a d e : de 50 à 250 m m de d i a m è t r e et des l o n g u e u r s de p l u s i e u r s m è t r e s (vis à billes jusq u ' a u d i a m è t r e des billes de 12,7 m m . . . ) .

•••••••••••••••tt

Vitesse de travail des molettes

w r a r a a M m

G é n é r a l e m e n t de 30 m / m i n m a x i m u m s o u s u n e p r e s s i o n de 80 à 200 KN. U n e p é r i o d e de c a l i b r a g e de d é c o m p r e s s i o n suit la p é r i o d e de d é f o r m a t i o n .

Machines A v e c des p o u s s é e s de 6 à 80 t o n n e s , s e l o n leurs capacités. À m o l e t t e s h o r i z o n t a l e s , le c h a r g e m e n t - d é c h a r g e m e n t s ' e f f e c t u e a i s é m e n t par le d e s s u s (filet a g e en p l o n g é e ) o u l a t é r a l e m e n t (filetage en enfilade). A u c u n a p p a r e i l l a g e n'est nécessaire, si ce n'est p o u r l ' a u t o m a t i s a t i o n de l ' a l i m e n t a t i o n (form a g e c o n t i n u ) et le s o u t è n e m e n t des pièces l o n g u e s (travail en e n f i l a d e ) , d ' o ù u n e m i s e en œ u v r e r a p i d e (fig. 6.50).

188

Guide de l'usinage

Travail en plongée

H 80 S N équipée pour travail en enfilade. V i s à billes

FIGURE 6.50 Phases de filetage par formage à froid.

Doc. Escofler

j g ^ | utilisation De la petite série à la série i l l i m i t é e . La p r o d u c t i v i t é est très g r a n d e et d i r e c t e m e n t p r o p o r t i o n n e l l e à la p u i s s a n c e des m a c h i n e s : p l u s la p u i s s a n c e est é l e v é e , p l u s la v i t e s s e d e r o t a t i o n p o u r r a ê t r e a c c r u e , d o n c le t e m p s réduit (dans les l i m i t e s des d o n n é e s d u c o n s t r u c t e u r , p o u r respecter l ' e f f o r t de f o r m a g e par matériau). Les t e m p s d e p r o d u c t i o n s o n t t r è s c o u r t s ( q u e l q u e s s e c o n d e s , avec 4 à 6 r é v o l u t i o n s des molettes). Avec des o u t i l s s p é c i f i q u e s et en t r a v a i l de p l o n g é e , (série i l l i m i t é e ) , p l u s i e u r s f i l e t a g e s peuv e n t être réalisés s i m u l t a n é m e n t sur une pièce.


189

7

Filetage d'extérieur à l'outil-meule —

I

| Généralités Réalisation avec des m e u l e s de f o r m e de f i l e t a g e s d ' e x t é r i e u r , d i r e c t e m e n t sur u n c y l i n d r e au diamètre nominal. Rectification de f i n i t i o n p o u r o b t e n i r un état de surface des filets de g r a n d e q u a l i t é (fig. 6.51).

FIGURE 6 . 5 1

Schéma de filetage à l'outil-meule.

Outil M e u l e plate taillée au p r o f i l d u f i l e t . Elle est inclinée sur l'axe de la pièce de l ' a n g l e d ' h é l i c e m o y e n n e d u f i l e t et se t r a n s l a t e axial e m e n t d u pas d u f i l e t a g e par t o u r de pièce (pièce et m e u l e recevant des m o u v e m e n t s de rotation).

Machine et utilisation La rectifieuse, de t y p e c y l i n d r i q u e d ' e x t é r i e u r , étant t o u t a u t o m a t i q u e (cycles d ' u s i n a g e , gest i o n d i a m a n t a g e et usure de m e u l e , passes d ' é b a u c h e , de f i n i t i o n , d ' é t i n c e l a g e . . . ) p e r m e t la r é a l i s a t i o n de f i l e t a g e s l o n g s de h a u t e q u a l i t é f o n c t i o n n e l l e (vis à billes...).

190

Guide de l'usinage

8.

Fi I etage par tourbillon n a ge Généralités

Réalisation de p r o f i l s à un pas d o n n é sur c y l i n d r e s de référence, à l ' a i d e d ' u n g r o u p e d ' o u t i l s m o n t é s sur u n e c o u r o n n e t o u r n a n t a u t o u r d u c y l i n d r e à f o r m e r (fig. 6.52). L'axe de la c o u r o n n e est décalé de l'axe d u p r o f i l à o b t e n i r et les outils t o u r n e n t à vitesse - de c o u p e - s u p é r i e u r e à celle de la pièce.

FIGURE 6.52

Tourbillonnage d'un profil.

A c t i o n de coupe des outils élémentaires

Opération de tourbillonnage d'une vis

Doc. Weingartner

Outils de coupe O u t i l s é l é m e n t a i r e s d e f o r m e c o n v e r g e a n t v e r s le centre de la cour o n n e (fig. 6.53). C h a q u e o u t i l é l é m e n t a i r e e n l è v e u n c o p e a u en v i r g u l e par f r a i s a g e à c h a q u e t o u r d u p o r t e - o u t i l , p r o v o q u a n t un e f f o r t t r a n s v e r s a l très réduit. FIGURE 6 . 5 3

Couronne porte-outil avec outils élémentaires. Doc. Weingartner

Machine et utilisation S p é c i f i q u e , de 5 à 6 axes n u m é r i s é s , p r o d u i s a n t des p r o f i l s en t o u r b i l l o n n a g e et p r o f i l a g e d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r , é v e n t u e l l e m e n t s y n c h r o n i s é s (fig. 6.54). P r o d u c t i o n de f i l e t a g e s de t o u s p r o f i l s (vis d ' e x t r u s i o n , d ' i n j e c t i o n . . . ) sur des pièces l o n g u e s et très l o n g u e s (12 m è t r e s m a x i sur m a c h i n e de W e i n g a r t n e r ) (fig. 6.55). Nota: le p o l i s s a g e de p r o f i l s t y p e à vis s ' e f f e c t u e sur m a c h i n e u t i l i s a n t l ' a b r a s i f f i x e sur b a n d e (fig. 6.56).


191

¡p

FIGURE 6.54 Tourbillonnage synchronisé avec un profilage. Doc. Weingartner

FIGURE 6.55 Différentes pièces réalisables en tourbillonnage. Machine VARIO de Weingartner

FIGURE 6.56 Opération de polissage à la bande abrasive sur machine spécifique. Doc. Weingartner

192

Guide de l'usinage

1.

2.

Généralités

195

1.1

Principe

195

1.2

Différents procédés

195

1.3

Taux de corroyage

196

1.4

Fluage du matériau

196

1.5

Solide de f r o t t e m e n t

197

1.6

Efforts de forgeage

197

1.7

Matériaux de forgeage

198

1.8

Pièces estampées et forgées

198

1.9

D i m e n s i o n s des pièces « brut de f o r g e »

199

1.10 Tolérances d ' e s t a m p a g e

199

1.11 Machines de forgeage

200

Forgeage libre

201 201

2.1

Généralités

2.2

Étirage

2.3

Estampage

2.4

Refoulement

2.5

Dégorgeage

2.6

Poinçonnage

2.7

Mandrinage

2.8

Bigornage

2.9

Rétreinte

203

2.10 Élargissement

204

201 201 202 202 202 203 203

193

3.

Estampage et matriçage Généralités

205

3.2

Définition du lopin

206

3.3

Roulage

207

3.4

Cambrage

210

3.5

Étirage

211

3.6

Gravures d ' e s t a m p a g e et matriçage

211

3.7

Joints de matrices

214

3.8

Dépouilles

215

3.9

Surface des plans de j o i n t

215

3.10 Outillage 4.

5.

205

3.1

Estampage horizontal

216 219

4.1

Généralités

219

4.2

Matrices

219

4.3

Bavure d ' e s t a m p a g e

220

4.4

Mise en œuvre

220

4.5

Pièces obtenues

221

4.6

Utilisation

221

Formage à chaud

222

5.1

Généralités

222

5.2

Bigornage ou l a m i n a g e circulaire

222

5.3

Rétreinte

222

5.4

Filage à chaud

223

5.5

Fluotournage à chaud

223

1.

Généralités Principe

Le f o r g e a g e c o n s i s t e à o b t e n i r des pièces m é t a l l i q u e s de f o r m e s et d e d i m e n s i o n s d i v e r s e s , par f l u a g e d u m a t é r i a u r e n d u p l a s t i q u e (en le c h a u f f a n t ) s o u s l ' a c t i o n d e c h o c s i m p o r t a n t s o u de p r e s s i o n élevée, à partir d ' u n l o p i n de m a t i è r e (fig. 7.1).

bavure

FIGURE 7.1

fluage du métal

lopin (ébauche)

pièce obtenue

Estampage d'un lopin.

Il p r o d u i t u n f i b r a g e l o n g i t u d i n a l d u m a t é riau, p e r m e t t a n t

la p r o d u c t i o n

mécaniques

meilleur

du

t a n c e / m a s s e (fig. 7.2).

de

pièces

rapport

résis-

FIGURE 7.2 Illustration de fibrage du métal forgé.

Différents procédés Le c h o i x d ' u n p r o c é d é est f o n c t i o n , en p a r t i c u l i e r , de la q u a n t i t é à p r o d u i r e , ce q u i c o n d i t i o n n e l ' o u t i l l a g e à utiliser. Les p r o c é d é s de f o r m a g e s o n t :

E f f e c t u é s o u s c h o c s , sans o u t i l l a g e s p é c i f i q u e à la pièce à o b t e n i r . La d é f o r m a t i o n d u v o l u m e de m a t i è r e à f o r ger s ' e f f e c t u e d a n s t o u t e s les d i r e c t i o n s (fig. 7.3).

chocs

Jt

fluage du métal

pilon

Estampage et matriçage E f f e c t u é s s o u s c h o c s o u p r e s s i o n , avec u n outillage spécifique pour chaque type de pièces à obtenir. La d é f o r m a t i o n d u v o l u m e de m a t i è r e à f o r g e r est o r i e n t é e et l i m i t é e d a n s une e m p r e i n t e , la g r a v u r e de la m a t r i c e .

7. Procédés de forgeage

ébauche

pièce obtenue

enclume j

FIGURE 7.3 Forgeage libre.

195

Nota: Ces d e u x t e r m e s d é f i n i s s e n t le m ê m e p r o c é d é ; d a n s la p r a t i q u e , o n d i s t i n g u e : Estampage: f o r g e a g e des aciers. Matriçage: f o r g e a g e des m é t a u x n o n f e r r e u x q u i s o n t p l u s c o u r a m m e n t f o r g é s e n o u t i l l a g e fermé.

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Formage à rhnurl M H M M M i M B B M i

Effectué s e l o n u n e o p é r a t i o n de f o r g e a g e ( b i g o r n a g e et rétreinte) et les p r o c é d é s de f i l a g e et fluotournage. Le m a t é r i a u est f o r g é à c h a u d p o u r f l u e r d a n s l ' o u t i l l a g e d ' e s t a m p a g e et d e m a t r i ç a g e (ou e n t r e les tas de f r a p p e en f o r g e a g e libre).

llliimM

Températures de forgeage msmÊÊmmmmmsaimÊmmmm

Elles se s i t u e n t e n t r e : 800 à 1 200°C, s e l o n le % de carbone, pour les aciers (fig. 7 . 4 ) ; 350 à 420°C p o u r les alliages l é g e r s ; 700 à 900°C p o u r le c u i v r e et le bronze.

1540

Zones de:

1380 1250 1050

Forgeabilité Ac3 + 50° Ac3 Ac1 Écrouissage FIGURE 7.4

Zone de forgeabilité des aciers au carbone.

•M

•

Taux de corroyage L'aptitude au f l u a g e - l ' é t i r e m e n t d u m a t é r i a u - est d é f i n i e par le t a u x de c o r r o y a g e p r a t i q u e : section initiale/section produite. Cette v a l e u r varie de 3 à 8.

I Fluage du matériau

î s

Le m a t é r i a u , i s o t h e r m e , f l u e d u côté des s u r f a c e s q u i s o n t libres, ce q u i p e r m e t de d é f i n i r : la m é t h o d e o p é r a t o i r e en f o r g e a g e libre ; les f o r m e s d ' é b a u c h e s en e s t a m p a g e - m a t r i ç a g e . Nota: La m a t i è r e f l u e p l u s a i s é m e n t en d i r e c t i o n (s) parallèle (s) au p l u s petit côté de la surface f o r g é e (fig. 7.5).

196

Guide de l'usinage

/ i

J l — ' — l j n

T

- R

\

/

/Surface non foraée FIGURE 7.5 Fluage du métal

\

A -

\

H 12 / 1 I. Surface non forgée

I2 < IL : fluage maxi parallèle à 12

Solide de frottement Dans la zone c h a u f f é e d u l o p i n , s o u s l ' e f f e t 3e f o r g e a g e , les f i b r e s d u m a t é r i a u , avec surfaces de c o n t a c t o u t i l / l o p i n , se d é v i e n t p l u s s n t e m e n t q u ' à la h a u t e u r m é d i a n e d u lopin. Ces d e u x v o l u m e s de f i b r e s s o n t d é s i g n é s s o u s le t e r m e de s o l i d e s de f r o t t e m e n t fig. 7.6). FIGURE 7.6 Schéma de déformation au forgeage de la matière chauffée.

solide de frottement /—i lopin (forme initiale) -J.. 4 ^ volume 111 1 l — d e s fibres J t f L h r * ' J déviées r

r \ solide de frottement

Efforts de forgeage P r a t i q u e m e n t , o n d é t e r m i n e par excès l'eff o r t de f o r g e a g e : F ( d a N / m m 2 ) = S. p. h. avec S ( m m 2 ) = s u r f a c e d u l o p i n o u d e la pièce après é c r a s e m e n t ( l ' e f f o r t c r o î t d u r a n t écrasement); P ( d a N / m m 2 1 = effort spécifique de déform a t i o n , f o n c t i o n d e la t e m p é r a t u r e de c h a u f f e et d u seuil de plasticité k d u matériau c o m p r e s s é ; h = h a u t e u r de la g r a v u r e .

Seuil de plasticité k = Rapport hauteur obtenue/diamètre d'un l o p i n c y l i n d r i q u e (fig. 7.7)

FIGURE 7.7 Seuil de plasticité d'aciers non alliés.


197

—

Détermination des efforts de forgeage

—

•

À d é f i n i r par e x c è s : Forgeage libre, au marteau-pilon (travail par chocs) = 2,5 F Forgeage libre à la presse ( m a c h i n e à f o r g e r h o r i z o n t a l e ) = F Forgeage avec outillage ( j u s q u ' à « f e r m e t u r e » des m a t r i c e s ) s de la pièce d é f i n i e au plan de j o i n t et d u c o r d o n de m a t r i c e s .

F en c o n s i d é r a n t S = surfaces

Matériaux de forgeage Tous les m é t a u x a y a n t u n e cert a i n e plasticité s o n t f o r g e a b l e s à des t e m p é r a t u r e s s p é c i f i q u e s , les c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s v a r i a n t en f o n c t i o n des t e m p é r a t u r e s de c h a u f f e (fig. 7.8). P r i n c i p a u x m é t a u x et a l l i a g e s c o u r a m m e n t utilisés: Aciers: d ' u s a g e c o u r a n t (A65, A48...) ; non alliés (XC10, XC18...) ; faiblement alliés (38 CD 4, 100 C6...) s o u s 900 à 1 200 °C, s e l o n les nuances. Alliages d ' a l u m i n i u m : (5754, 2 0 1 7 A . . . ) ; s o u s 350° à 500 °C s e l o n les nuances. Cupro-alliages (CU A l 9, Cu Zn 39 Pb2...) s o u s 750 à 900 °C. Laitons: (Cu Zn 33 Pb2...) s o u s 700 à 800 °C.

zones: ecrouissage

déformation désagrégation

daN/mm 2 (effort forgeage) coefficient de striction allongement % résistance aux chocs

résistance à la traction

1050

1250

T° de -forgeage

FIGURE 7.8 Allures de variations de caractéristiques mécaniques selon la température de chauffe.

Pièces estampées et forgées P r o d u c t i o n de p e t i t e s et g r o s s e s pièces, avec p r o d u c t i v i t é par r a p p o r t a u x a u t r e s p r o c é d é s d ' o b t e n t i o n de b r u t s m é t a l l i q u e s . Grosses pièces: p r o d u i t e s de 10 à 100 pièces à l ' h e u r e . Petites pièces: p r o d u i t e s j u s q u ' à p l u s de 1 000 pièces à l ' h e u r e avec des m a c h i n e s a u t o m a tiques. G é n é r a l e m e n t : de t y p e c y l i n d r i q u e , c o u r t e s pleines o u creuses, l o n g u e s pleines, q u i d e v r o n t s u b i r de f o r t e s s o l l i c i t a t i o n s , et en particulier, la f a t i g u e ( v i l e b r e q u i n s de m o t e u r s t h e r m i q u e s , pignonnerie...).

Pièces épaulées De f o r m e c y l i n d r i q u e avec u n s e u l é p a u l e m e n t , p r é s e n t a n t u n e g r a n d e d i f f é r e n c e de diam è t r e s : o b t e n u e é c o n o m i q u e m e n t par d e u x p r o c é d é s ( f o r g e a g e et s o u d a g e ) (fig. 7.9).

198

Guide de l'usinage

soudage par friction

f * FIGURE 7.9 Conception d'une pièce cylindrique épaulée.

forme forgée.

forme étirée-tournée

Dimensions des pièces «brut de forge» A u d e s s i n de d é f i n i t i o n d u « p r o d u i t f i n i » , a j o u t e r les s u r é p a i s s e u r s d ' u s i n a g e , définissant le p r o d u i t b r u t d e f o r g e (fig. 7.10).

Surépaisseurs d'usinage minimales

Pièce usinée partout

À c o n s i d é r e r , s e l o n les d i m e n s i o n s des f o r m e s , p o u r c h a q u e face (ou d e c h a q u e côté d'un diamètre) :

Dimension des formes

Jusqu'à 25 mm

Surépaisseurs d'usinage

0,5 à 1 mm

Pièce estampée

a

FIGURE 7.10 Formes d'une pièce usinée et brute de ibrgeage.

De 25 à 50 mm

De 50 à 100 mm

de 100 à 200 mm

de 200 à 400 mm

Au-delà de 400 mm

1 à 1,5 mm

1,5 à 2 mm

2 à 2,5 mm

3 à 4 mm

4,5 à 7 mm

Tolérances d'estampage À la d é f i n i t i o n d u p r o d u i t b r u t , a j o u t e r les d é p o u i l l e s , les r a y o n s de r a c c o r d e m e n t s u p p r i m a n t t o u t e s les arêtes, les t o l é r a n c e s d ' e s t a m p a g e ( d i m e n s i o n n e l l e , g é o m é t r i q u e , de d é p o r t ) . Nota: Pour t o u t e s les t o l é r a n c e s , s e l o n les c a r a c t é r i s t i q u e s des pièces à o b t e n i r par e s t a m p a g e au m a r t e a u - p i l o n , à la presse v e r t i c a l e , à la m a c h i n e à f o r g e r h o r i z o n t a l e , se r é f é r e r a u x normes.

Tolérances dimensionnelles Pour t o u t e s les d i m e n s i o n s , s u i v a n t u n e d i r e c t i o n , elles s o n t i d e n t i q u e s à c e l l e de la p l u s grande dimension. À répartir s u i v a n t 2/3 à l'écart s u p é r i e u r et 1/3 à l'écart inférieur, p o u r les q u a l i t é s n o r m a l i s é e s (F: n o r m a l , E: serrée).


199

Machines de forgeage C o n ç u e s p o u r s u p p o r t e r les d e u x m a t r i c e s de l ' o u t i l l a g e . La m a t r i c e « i n f é r i e u r e » est f i x é e sur le tas fixe. La m a t r i c e « s u p é r i e u r e » est s o l i d a r i s é e au tas o p p o s é q u i est m o b i l e p o u r e f f e c t u e r le t r a v a i l de d é f o r m a t i o n .

aiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii

Moutons et marteaux-pilons

'rnKtmrntatammmm/mm

M a c h i n e s - o u t i l s o ù le tas m o b i l e est a n i m é p o u r f r a p per, par c h o c s i m p o r t a n t s (fig. 7.11), à v i t e s s e de f r a p p e m i n i de six m è t r e s / s e c o n d e . Les m a r t e a u x - p i l o n s s o n t à s i m p l e o u d o u b l e e f f e t , p r o d u i s a n t 50 à 100 c o u p s / m i n u t e .

FIGURE 7.11

Schéma de déformation libre d'un lopin en forgeage par pression.

M a c h i n e s t r a v a i l l a n t par p r e s s i o n (fig. 7.12), avec des e f f o r t s i m p o r t a n t s et u n e f a i b l e vitesse d ' a v a n c e (1 m / s maxi). Ces m a c h i n e s s o n t d e c o n c e p t i o n v e r t i c a l e o u h o r i zontale. Presses verticales : p r o d u i s e n t des e f f o r t s d e 5 0 0 0 0 à 10000000 daN Presses horizontales. A p p e l é e s m a c h i n e s à f o r g e r h o r i z o n t a l e s , elles s o n t u t i l i s é e s en f o r g e a g e par r e f o u l e m e n t d ' u n e e x t r é m i t é de l o p i n s c y l i n d r i q u e s . Elles p e u v e n t ê t r e à c h a u f f a g e é l e c t r i q u e i n t é g r é , et sont automatisables.

pression

dO d2 d2 = d1 > dO d1

FIGURE 7.12 Schéma de déformation libre d'un lopin en forgeage par pression.

C o m p r e n d u n f o u r de c h a u f f e , u n e m a c h i n e d ' é b a u c h e ( m a r t e a u - p i l o n o u l a m i n o i r ) u n e m a c h i n e de f i n i t i o n ( m a r t e a u - p i l o n o u presse), u n e presse d ' é b a v u r a g e - d é b o u c h a g e .

200

Guide de l'usinage

2.

Forgeage libre | Généralités

F o r m a g e à c h a u d d ' u n l o p i n de m a t i è r e o u d ' u n e pièce s e m i - o u v r é e s i t u é e e n t r e d e u x tas, s o u s l'action de c h o c s i m p o r t a n t s . Selon la d é f o r m a t i o n p r o v o q u é e , les principales opérations de forgeage s o n t : étirage, estampage, refoulement, dégorgeage, poinçonnage, mandrinage, bigornage, rétreinte, é l a r g i s s e m e n t .

Etirage Allongement d'un lingot ou d'une pièce s e m i - o u v r é e par d i m i n u t i o n d e sa section.

chocs

il

L'allongement s'effectue du côté de la plus petite s e c t i o n d u l o p i n , d û à la résistance d u m a t é r i a u a d j a c e n t à la surface f o r g é e (fig. 7.13).

fluage du métal tas enclume

profil du lopin

Q

FIGURE 7.13 Opération d'étirage.

Estampage Mise au r o n d d ' u n l o p i n étiré par f o r g e a g e , e n t r e tas de f o r m e ou é t a m p e s (fig. 7.14).

ti

chocs

•

tas de forme

fW

profil du lopin

FIGURE 7 . 1 4

Opération d'estampage.


201

Refoulement A u g m e n t a t i o n de s e c t i o n d ' u n e zone d ' u n l o p i n , t o u t en r é d u i s a n t sa l o n g u e u r (fig. 7.15).

tl profil du lopin

FIGURE 7.15 Opération de refoulement.

Dégorgeage Réalisation d ' u n e o u d e u x g o r g e s sur u n l o p i n , afin de situer et p e r m e t t r e , par étirage, une modification de section (fig. 7.16).

tl

chocs

dégorgeoir

profil d'un lopin m

\

V H tas

FIGURE 7.16 Opération de dégorgeage.

Poinçonnage Réalisation dans un lopin d ' u n t r o u n o n c a l i b r é (de forme c o n i q u e ) (fig. 7.17). profil du lopin

FIGURE 7.17 Opération de poinçonnage.

202

1 re opération

2e opération

Guide de l'usinage

Mandrinage Calibrage d ' u n t r o u , o b t e n u préaablement par poinçonnage fig. 7.18).

ti'¡chocs mandrin

lopin : pièce poinçonnée FIGURE 7 . 1 8

bavure

Opération de mandrinage.

Bigornage Accroissement de diamètre d'une c o u r o n n e métallique prov o q u a n t un fibrage circulaire

n chocs

¡fig. 7.19).

•^x Vv* -Vi

bigorne (mandrin) 1

n

I I

a

Wài , 1. 14 ( t è - a - v

A

chevalet

FIGURE 7.19

Opération de bigornage.

Rétreinte D i m i n u t i o n de d i a m è t r e extérieur d ' u n l o p i n t u b u l a i r e , avec son a l l o n g e m e n t . A f i n de c a l i b r e r é v e n t u e l l e m e n t un alésage, on utilise u n m a n d r i n d u r a n t l ' o p é ration (fig. 7.20).

FIGURE 7 . 2 0

Opération de rétreinte.


203

2.10

Élargissement

Élargissement d'une extrémité de l o p i n o u de s e m i - o u v r é , généralement après dégorgeage (fig. 7.21).

tt

chocs

panne intermédiaire

AA

*7

o -

Ta section du lopin

FIGURE 7.21 Opération d'élargissement.

204

Guide de l'usinage

3.

Estampage et matriçage Généralités

Estampage ou matriçage : m ê m e procédé. Forgeage « n o n libre» à chaud, d'un l o p i n de m a t i è r e o u d ' u n e pièce semi-ouvrée, placée dans un o u t i l l a g e c o n s t i t u é de d e u x m a t r i c e s c o m p r e n a n t la o u les e m p r e i n t e s de la pièce à obtenir. S o u s l ' i n t e n s i t é des f o r c e s a p p l i q u é e s , le m a t é r i a u f l u e d a n s les matrices.

Roulage

Étirage

Cambrage (éventuel)

Répartition de la matière À définir préalablement pour remplir complètement les g r a v u r e s des m a t r i c e s de f i n i t i o n , par u n e o u plusieurs o p é r a t i o n s : étirage, roulage, cambrage du lopin, estampage, é b a u c h e de la f o r m e f i n a l e (fig. 7.22).

Ébauche

AT"

fÂ

bT'

"îî

DT

TD

=T

Te EE

FIGURE 7 . 2 2

Vue partielle de matrice inférieure d'estampage avec ensemble des opérations de forgeage non libre.


cordon et logement de bavure

c

Finition J

205

3.2

Définition du lopin

V o l u m e d u l o p i n à p r é v o i r g é n é r a l e m e n t s u p é r i e u r à celui de la pièce « b r u t de f o r g e » à obtenir ( i m p o s s i b i l i t é de r é p a r t i r e x a c t e m e n t la m a t i è r e dans les o p é r a t i o n s successives d ' é b a u c h e et pertes d ' e s t a m p a g e ) .

Les v o l u m e s de la m a t r i c e d ' é b a u c h e , de la m a t r i c e d e f i n i t i o n et d u l o p i n s o n t é g a u x .

C o r r e s p o n d g é n é r a l e m e n t à la p l u s g r a n d e s e c t i o n m a j o r é e é q u i v a l e n t e de la pièce ( s e c t i o n de la pièce et p e r t e s d ' e s t a m p a g e ) (fig. 7.23).

1 2

?

4_

(différentes _ sections)

) Pièce

section maxi pièce (h2.b2)

¡8

lopin

prise de fer FIGURE 7.23 Section du lopin d'une pièce.

section du lopin jziou 0 — section maxi pièce + pertes d'estampage

Longueur du lopin V o l u m e pièce/section du lopin + prise de fer ( m a i n t i e n d u l o p i n ) . L o p i n de s e c t i o n i n f é r i e u r e à la s e c t i o n initiale : p o u r pièce d o n t la p l u s g r a n d e s e c t i o n est c o u r t e (faible v o l u m e à r e m p l i r par r e f o u l e m e n t ) (fig. 7.24).

/"TV

W

piece

01 < 01 => section lopin < plus grande section pièce profil lopin (étiré) profil pièce

fluage du métal FIGURE 7.24 Lopin de section inférieure à la section maximale de la pièce.

206

Guide de l'usinage

Bavure et cordon de matrice Situés sur le p o u r t o u r de la pièce au niveau d u plan de j o i n t . P r o d u i t s par l ' é c o u l e m e n t d u m é t a l excédentaire qui d é b o r d e de l'emp r e i n t e de f i n i t i o n en p a r t i c u l i e r (fig. 7.25). Le c o r d o n de m a t r i c e ( o u de bavure) f r e i n e le f l u a g e d u m é t a l .

bavure tenue de pièce cordon de matrice

Pertes d'estampage La b a v u r e en p a r t i c u l i e r . Le p o u r c e n t a g e de perte v a r i e s e l o n les sect i o n s des pièces à o b t e n i r (fig. 7.26).

FIGURE 7.25 Bavure de métal excédentaire d'une pièce forgée.

Pourcentage de majoration de masse

section très épaisse

Varie p o u r u n e pièce d o n n é e , s e l o n a v a r i a t i o n de ses f o r m e s . Sections faibles ( f o r m e s plates) = 13 % de la masse d u l o p i n . Sections épaisses ( f o r m e s p r i s m a t i q u e s o u c y l i n d r i q u e s ) = 6 %. Sections très épaisses ( f o r m e s hautes) = 3 %. Raccordements

(toutes

section épaisse

c

section faible

sections)

s 18%. Perte au feu par oxydation à chaud, de 3 à 6 %. S ' a j o u t e à la masse d u o p i n d é f i n i e p o u r f o r g e r la pièce.

raccordements.

FIGURE 7.26 Zones de perte de métal à l'estampage.

I

3.3

Roulage

R é p a r t i t i o n de la m a t i è r e en s e c t i o n s é l é m e n t a i r e s : elles d o i v e n t c o r r e s p o n d r e a u x d i f f é r e n t e s s e c t i o n s de la pièce à o b t e n i r , par f o r g e a g e d u l o p i n d a n s u n e e m p r e i n t e s p é c i f i q u e de la m a t r i c e (fig. 7.27) o u par l a m i n a g e à c h a u d e n t r e des g a l e t s de f o r m e . mmÊBÊBÊKÊÊÊËmÈmmëêbbêm

Forme de roulage

À d é f i n i r s e l o n le p r o f i l de la pièce « b r u t de f o r g e » q u i peut ê t r e : p l e i n e (sans t o i l e ni c a m brure) ; avec toile(s), avec c a m b r u r e ( s ) . Elle est c o n s t i t u é e de f o r m e s successives d é f i n i e s en s e c t i o n s c y l i n d r i q u e s o u p r i s m a t i q u e s carrées), sans v a r i a t i o n s b r u s q u e s des s e c t i o n s ( b a v u r e i m p o r t a n t e ) . Son é t u d e p e r m e t de d é f i n i r les d i f f é r e n t e s s e c t i o n s et les m a s s e s : de la pièce, de la f o r m e rouée, d u l o p i n (pièce et pertes d ' e s t a m p a g e ) .


207

hn . bn = section sn 1 2

piece

carrés de côté c ou rond 0, de sections équivalentes aux sections pièce + pertes estampage FIGURE 7.27

prise de fer (maintien)

Forme de roulage d'une pièce.

Surfaces des sections de la forme de roulage À d é t e r m i n e r avec leurs é q u i v a l e n c e s en f o r m e s ( r o n d e s o u carrées) des s e c t i o n s de la pièce « b r u t de f o r g e » c o r r e s p o n d a n t e , m a j o r é e s des pertes d ' e s t a m p a g e .

Profil de la forme de roulage Tracé en c o n s i d é r a n t , p o u r c h a q u e s e c t i o n , le d i a m è t r e d u r o n d o u le côté d u carré é q u i v a l e n t en s e c t i o n à celle d u b r u t de f o r g e m a j o r é (des pertes d ' e s t a m p a g e ) .

Mise en œuvre du roulage Les f o r m e s de r o u l a g e s ' o b t i e n n e n t à l ' a i d e d ' u n outillage spécifique de laminage à c h a u d des l o p i n s ( g r a n d e p r o d u c t i v i t é en p r o d u c t i o n de série). Le l o p i n est i n t r o d u i t e n t r e d e u x d e m i - g a l e t s m o t o r i s é s q u i l ' e n t r a î n e n t en le l a m i n a n t à la f o r m e u s i n é e s u r le c o u p l e d e g a l e t s (fig 7.28).

Laminoir dit de retour Il c o m p r e n d p l u s i e u r s c o u p l e s de g a l e t s permettant, en f o n c t i o n du taux de réduction a d m i s , d ' o b t e n i r la f o r m e de r o u l a g e désirée. Les passes successives f o r m e n t des s e c t i o n s réduites différentes (exemple: ovale, puis _ _

208

Guide de l'usinage

prismatique) p e r m e t t a n t un meilleur e n t r a î n e m e n t (fig. 7.29). C h a q u e c o u p l e de g a l e t s est d é f i n i p o u r u n e passe de l a m i n a g e ( f o r m e et long u e u r a p p r o c h é e d e la partie à l a m i n e r ) .

o o

Taux de réduction Réduction maximale deux passes:

de s e c t i o n

entrées

lopins

entre

f galets (segments) cylindres porte-galets

fî% = (S 0 -S 1 /S 0 ) x 100, avec 5 0 s e c t i o n a v a n t u n e passe de l a m i n a g e ; 5 1 : S e c t i o n après cette passe. R % m a x i a d m i s : 45 % ( p r e m i è r e passe) à

FIGURE 7.29 Schéma d'outillage pour laminage de retour.

20 % ( d e r n i è r e passe) en t e m p é r a t u r e de f o r g e a g e (1 000 à 1 200 °C) avec d e m i - g a l e t s de d i a m è t r e s

i o d i a m è t r e s o u côtés d u l o p i n .

Pièces pleines sans toile de cambrure P o s i t i o n s des d i f f é r e n t e s s e c t i o n s d e la p i è c e : à situer par a p p r o x i m a t i o n , c o m p t e t e n u des variations du profil-pièce. C h a c u n e des s e c t i o n s , y c o m p r i s les zones de r a c c o r d e m e n t , est à a u g m e n t e r d u p o u r c e n t a g e de m a j o r a t i o n de m a s s e d û a u x pertes d ' e s t a m p a g e . On d é t e r m i n e , c o n n a i s s a n t les d i m e n s i o n s d u b r u t de f o r g e : - la f o r m e de r o u l a g e à e s t a m p e r à partir d u l o p i n ;

e

- les v o l u m e s de la pièce « b r u t de f o r g e » et d u l o p i n avec la b a v u r e d ' e s t a m p a g e .

Pièces avec une toile La t o i l e des pièces e s t a m p é e s , q u i relie les f o r m e s de la pièce, subsistera o u sera é l i m i née a p r è s r é a l i s a t i o n d e f o r g e a g e , s e l o n la d é f i n i t i o n d u p r o d u i t f i n i (usiné). Toile reliée à la b a v u r e de f o r g e a g e . Reliant les d e u x côtés d ' u n e e n t a i l l e : à é l i m i n e r par p o i n ç o n n a g e (fig. 7.30). G r a n d e t o i l e . La f o r m e de r o u l a g e peut être m o d i f i é e p o u r f a c i l i t e r le f l u a g e d u m a t é r i a u (fig. 7.31).

pièce (élément)

/ ,

\(

UJ

chocs

tl

AA

profil d'un lopin

û

déqo

n tcAlu leliée à la bavure

FIGURE 7.30 Pièce estampée avec bavure et toiles.


/forme de roulage ' forme théorique

FIGURE 7.31 Forme de roulage d'une pièce avec grande toile.

209

Épaisseur moyenne des toiles e Choisie e n f o n c t i o n de leurs d i m e n s i o n s et de la h a u t e u r m a x i d ' e m p r e i n t e h (par r a p p o r t au plan de j o i n t ) (fig. 7.32). Onadmet: h < 20 m m , e < 3 m m ; 20 30 40 h>

< h < 30,
e 6 e 7

s 4 mm; — 5 mm ; s 6 mm; mm.

Pièces avec une extrémité de forte section À refouler sur machine à estamper horizontale (fig. 7.33). Avant estampage, une extrémité v o l u m i neuse peut s'obtenir en é b a u c h e : refoulem e n t libre du matériau sous t e m p é r a t u r e c o n t i n u e de f o r g e a g e (par r é s i s t a n c e élect r i q u e ) (fig. 7.34). chauffage pièce (lopin cylindrique) — r l

Q

„

U—M1—1

v O /

\ matière refoulée enclume: fixe (une passe) ou asservie (plusieurs passes) selon volume à refouler

FIGURE 7.33 Schéma de refoulement d'une forme de grand diamètre dans l'outillage.

FIGURE 7.34 Schéma de refoulement libre en ébauche d'une forme de grand diamètre.

[ Cambrage D é f o r m a t i o n d u l o p i n , a p r è s r o u l a g e , s u i v a n t u n e c o u r b e d e g r a n d r a y o n ( c i n t r a g e ) o u de faible rayon (coudage). P e r m e t à la f o r m e de r o u l a g e de s ' i n s é r e r d a n s l ' e m p r e i n t e é b a u c h e .

Forme de roulage développée Sa l o n g u e u r se d é t e r m i n e en f o n c t i o n de l ' a l l o n g e m e n t au c a m b r a g e , d ' a p r è s r a y o n de c o u r b u r e r e t côté C o u d i a m è t r e 0 de la f o r m e r o u l é e (fig. 7.35). Le f l u a g e d u m é t a l d é p l a c e le CdG de la c a m b r u r e v e r s l ' i n t é r i e u r d e la f o r m e c o u r b é e : la f o r m e r o u l é e d é v e l o p p é e sera r é d u i t e en f o n c t i o n de la v a r i a t i o n d u d é p l a c e m e n t f d e la l i g n e des CdG.

210

Guide de l'usinage

FIGURE 7 . 3 5

Valeurs approchées de f en fonction du rayon de courbure r et de l'épaisseur de la forme roulée C ou 0 .

Pièces comportant plusieurs cambrages (cas des vilebrequins) L o n g u e u r de la f o r m e de r o u l a g e c o n s i d é r é e c o m m e i d e n t i q u e à la pièce « b r u t de f o r g e ». i.a f o r m e de c a m b r a g e est de m ê m e l o n g u e u r q u e la f o r m e de r o u l a g e .

Étirage - H o n g e m e n t d u l o p i n e f f e c t u é , en p r e m i è r e o p é r a t i o n , l o r s q u e les s e c t i o n s de la pièce s o n t --es d i f f é r e n t e s . _e l o p i n a u n e section é q u i v a l e n t e à celle de la p l u s g r a n d e s e c t i o n de la pièce. Sa l o n g u e u r oeut être très i n f é r i e u r e à celle de la pièce.

I Gravures d'estampage et matriçage i

_es o u t i l l a g e s c o m p r e n n e n t des g r a v u r e s p o u r les d i v e r s e s o p é r a t i o n s d e f o r g e a g e nécessaires à une pièce ; étirage, r o u l a g e , r e n v o i o u c a m b r a g e , e s t a m p a g e é b a u c h e , e s t a m p a g e finition.

Gravure ou empreinte d'ébauche Souvent nécessaire p o u r : - a s s u r e r la r é p a r t i t i o n d u m é t a l de la f o r m e de r o u l a g e ; - p e r m e t t r e le r e m p l i s s a g e de la g r a v u r e de f i n i t i o n , avec R s 2/3 h (fig. 7.36).


211

Matrices de finition

Matrices d'ébauche

matrice inférieure plan de joint piece

TV ' : \r

FIGURE 7 . 3 6

Gravures (ou empreintes) de finition et d'ébauche d'une pièce.

La g r a v u r e d ' é b a u c h e accroît la d u r é e de vie de l ' o u t i l l a g e ( r é d u c t i o n d ' u s u r e de la g r a v u r e de finition).

Gravures de grandes dimensions A f i n d ' a s s u r e r le r e m p l i s s a g e de f o r m e s r e l a t i v e m e n t g r a n d e s sans r i s q u e de d é f a u t s (criques et replis), la g r a v u r e d ' é b a u c h e a la f o r m e l o g a r i t h m i q u e : p e r m e t , en d é f o r m a t i o n libre, le f l u a g e d u m a t é r i a u ( c o n s i d é r é d a n s t o u t e s les d i r e c t i o n s possibles).

»

*

Les d i m e n s i o n s s o n t celles de la pièce « b r u t de f o r g e » (au m a x i m u m p o u r cotes intérieures ; au m i n i m u m p o u r cotes extérieures), m a j o r é e s d u retrait d u m a t é r i a u au r e f r o i d i s s e m e n t (fig. 7.36).

Rayons de raccordement et épaisseurs des formes élémentaires S o n t f o n c t i o n de la l a r g e u r / o u d u d i a m è t r e d d e la pièce, et de la m a c h i n e utilisée (presse o u m a r t e a u - p i l o n ) . On a d m e t r a y o n s d ' i n t é r i e u r r(- = 0 , 0 2 ; / o u d i n t é r i e u r ; r a y o n s d ' e x t é r i e u r r g = 0 , 0 1 5 ; / o u d extérieur. Les s i g n e s de r a c c o r d e m e n t de d e u x s e c t i o n s d i s t i n c t e s (petite et g r a n d e ) a s s u r e n t le f l u a g e de la f o r m e é b a u c h e d a n s la g r a v u r e de f i n i t i o n .

Logement de bavure De capacité s u p é r i e u r e à la b a v u r e p r é v i s i o n n e l l e . À r é p a r t i r g é n é r a l e m e n t sur les d e u x c o q u i l l e s , avec le c o r d o n de m a t r i c e (fig. 7.37).

212

Guide de l'usinage

Pièce obtenue par filage de la matière logement de bavure cordon de matrice

vvAr

Pièce obtenue par refoulement de la matière FIGURE 7.37 Logements de bavure fermés.

FIGURE 7 . 3 8

Valeurs approchées des dimensions de logement de bavure et cordon de matrice.

Logement de bavure fermé Il a u g m e n t e la surface d u plan de j o i n t , d o n c la p o r t a n c e . Nécessaire p o u r o u t i l l a g e sur m a c h i n e s à c h o c s (contact des m a t r i c e s ) (fig. 7.38). Logement de bavure ouvert Pour o u t i l l a g e utilisé sur presse, o ù la c o u r s e est réglable.

Cordon de matrice Situé en p é r i p h é r i e de la g r a v u r e , il p r o l o n g e le l o g e m e n t de b a v u r e p o u r : - retenir le m a t é r i a u q u i f l u e s o u s l'effet d e f o r g e a g e ; - p e r m e t t r e le r e m p l i s s a g e de la g r a v u r e a v a n t l ' é c o u l e m e n t de la m a t i è r e e x c é d e n t a i r e dans le l o g e m e n t d e b a v u r e (fig. 7.37 et f i g . 7.38). Sa l a r g e u r (4 à 12 m m ) , et sa f a i b l e h a u t e u r (de 1 à 3 m m ) p r o v o q u e n t un r e f r o i d i s s e m e n t d u m a t é r i a u f r e i n a n t le p a s s a g e de la m a t i è r e j u s q u ' a u r e m p l i s s a g e d e la g r a v u r e ( p h é n o m è n e de frettage). L ' é c o u l e m e n t d u m é t a l e x c é d e n t a i r e d a n s la b a v u r e s ' e f f e c t u e s o u s la p r e s s i o n r a d i a l e exercée sur la pièce f o r m é e . Cordon a l l o n g é : Pour pièces de f a i b l e l o n g u e u r o u d i a m è t r e ( / o u D) et de relative f o r t e épaisseur h, avec g o r g e de r a l e n t i s s e m e n t d u fluage (matière supplémentaire à prévoir dans le l o p i n (fig. 7.39).


213

Gravures de pièces en U La b a v u r e c e n t r a l e , la t o i l e , est i m p o r t a n t e . Elle c o m p o r t e u n c o r d o n de matrice. C o n c e v o i r des g r a v u r e s p o u r p r o d u i r e deux pièces s i m u l t a n é m e n t : réduct i o n de p e r t e de m a t i è r e (fig. 7.40).

AA

d e u x pièces

c o r d o n de matrice

FIGURE 7 . 4 0

Estampage simultané de deux pièces identiques avec grande toile.

Pièces en U à ailes courtes et espacées P r o c é d e r au c a m b r a g e a p r è s r o u l a g e de la f o r m e redressée ( i d e n t i q u e a u x pièces c a m b r é e s ) .

Gravures avec nervure ou bossage Les pièces c o m p o r t a n t u n e n e r v u r e o u un b o s s a g e nécessitent un fluage i m p o r t a n t qui limite à une h a u t e u r m a x i m a l e en f o n c t i o n d u d i a m è t r e o u de la l a r g e u r de la pièce. Les r a y o n s de r a c c o r d e m e n t s o n t d é f i n i s en f o n c tion du fluage suivant une courbe logarithmique, en p r e m i è r e a p p r o x i m a t i o n e e t r s 0,5 h (fig. 7.41).

FIGURE 7.41 Raccordement des formes filées.

| Joints de matrices Le j o i n t d e s d e u x m a t r i c e s c o n s t i t u t i v e s de l ' o u t i l l a g e p e u t être p l a n , brisé, p o l y é d r i q u e , courbe.

À r e c h e r c h e r ; les d e u x faces o p p o s é e s des m a t r i c e s f o r m e n t u n p l a n de j o i n t h o r i z o n tal, p e r p e n d i c u l a i r e à la d i r e c t i o n de f r a p p e .

H H Ì

Joint brisé

wmmm»

C o n s t i t u é de p l a n s d ' i n c l i n a i s o n s d i f f é rentes s e l o n la f o r m e de pièce à obtenir.

Joint brisé équilibré Les g r a v u r e s s o n t à u s i n e r de s o r t e q u e la r é s u l t a n t e des e f f o r t s de f r a p p e s o i t parallèle à la d i r e c t i o n de f r a p p e (fig. 7.42). FIGURE 7.42 Joint de matrices brisé équilibré.

214

Guide de l'usinage

La p o s i t i o n de la pièce d a n s les m a t r i c e s s ' o b t i e n t en t r a ç a n t le d y n a m i q u e des f o r c e s appliquées aux CDG des d i f f é r e n t e s f o r m e s .

Joint brisé non équilibré La pièce ne p o u v a n t être s i t u é e e n posit i o n é q u i l i b r é e d a n s les m a t r i c e s (bossages i m p o r t a n t s . . . ) : p r é v o i r u n t a l o n q u i s'opposera au glissement latéral (fig. 7.43).

Joints polyédrique et courbe A u s s i f a c i l e m e n t u s i n a b l e q u e les autres j o i n t s , s u r les m a c h i n e s - o u t i l s à c o m m a n d e n u m é r i q u e 4 o u 5 axes. Éventuellement prévoir un talon pour s ' o p p o s e r à un g l i s s e m e n t latéral.

talon

FIGURE 7.43 Joint de matrices brisé non équilibré.

Dépouilles 3

a r t e n t d u j o i n t de m a t r i c e s d é f i n i s s a n t la plus g r a n d e surface de la p i è c e : f a c i l i t e n t le f l u a g e d u m é t a l d a n s les g r a v u r e s et extraction de la pièce estampée fig. 7.44). _eur v a l e u r est à c o n s i d é r e r d a n s des plans p a r a l l è l e s à la d i r e c t i o n d e f r a p p e incidence d a n s la c o n c e p t i o n de m a t r i c e a j o i n t brisé). Elle sera p l u s i m p o r t a n t e sur les n o y a u x : palier le f r e t t a g e d u m é t a l au refroidissement.

c

1 à 6° (formes en creux) à 9° (formes en relief : noyaux)

FIGURE 7.44 Dépouilles sur matrice.

Valeurs courantes sur les parois des gravures Parois des formes en creux, (gravures) : "0 %, s o i t 6° sur m a r t e a u x - p i l o n s ; 5 %, soit 3° sur p r e s s e s ; 2 %, soit 1° sur m a c h i n e s à f o r g e r -orizontales. 3 arois des formes en relief (noyaux) : 16 %, soit 9° sur p i l o n s ; 10 %, soit 6° sur p r e s s e s ; 5 %, soit 3° sur m a c h i n e s h o r i z o n t a l e s .

Surface des plans de joint Surface e n t r a n t en c o n t a c t en f i n de m a t r i ç a g e : surface d e f r a p p e .

^ ^ • • • • « • • « • • • R ! Matrices pour machines à

—numrnIIIIIIIIIIMIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIWIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII>IIIIIIIIWIWIIIIIIIWI

2

Surface d u plan de j o i n t , au m o i n s égale à 400 c m , p o u r a b s o r b e r u n e é n e r g i e de 1 000 daj par

-ïpact. 7. Procédés de forgeage

215

D i s t a n c e i n t e r - g r a v u r e s et g r a v u r e s a u x b o r d s e x t é r i e u r s des m a t r i c e s : à c o n s i d é r e r d a n s le p l a n de j o i n t (fig. 7.45).

FIGURE 7 . 4 5

Distances minimales des empreintes sur matrice pour machines à chocs.

jcambrage \ébauche (finition metriçe «h1 ou h2

/étirage

I3> 1,5 A/section lopin

Matrices pour presse D i s t a n c e s i n t e r - g r a v u r e s et g r a v u r e s a u x b o r d s e x t é r i e u r s des m a t r i c e s s 2/3 dist a n c e s o u t i l l a g e s p o u r c h o c s (le p l a n de j o i n t ne reçoit pas de chocs).

Outillage La p o s i t i o n d e la o u des g r a v u r e s d a n s les m a t r i c e s d o i t p e r m e t t r e l ' o b t e n t i o n de la pièce s a n s d é p o r t de m a t r i ç a g e ( b a s c u l e m e n t de la m a t r i c e s u p é r i e u r e p a r n o n - a l i g n e m e n t de l'axe de f r a p p e avec la r é s u l t a n t e de r é a c t i o n d u l o p i n ) (fig. 7.46). FIGURE 7.46

Risque de déport de matrice.

Couple de matrices ayant une seule gravure

mam

La r é s u l t a n t e de r é a c t i o n (de la f o r m e à o b t e n i r ) est a l i g n é e avec l'axe de f r a p p e .

Couple de matrices ayant plusieurs gravures (ébauche et finition) L'axe de f r a p p e passe e n t r e les d e u x g r a v u r e s , au p l u s près de celle de f i n i t i o n (plus i m p o r t a n t e f f o r t d e f r a p p e ) et au v o i s i n a g e d u c e n t r e des blocs. P r a t i q u e m e n t , s i t u e r la r é s u l t a n t e d e la g r a v u r e d e f i n i t i o n à 1/3 de l ' e n t r a x e des d e u x résult a n t e s ( f i n i t i o n et é b a u c h e ) (fig. 7.47).

Les m a t r i c e s d o i v e n t ê t r e c o m p a c t e s , de f o r t e s s e c t i o n s , m a i n t e n u e s é n e r g i q u e m e n t s u r la machine (queues d ' a r o n d e s ) : résistance aux efforts i m p o r t a n t s ou aux chocs violents (fig. 7.48).

216

Guide de l'usinage

e : entraxe des gravures 1/3 e

résultante gravure finition R2 ^ résultante gravure ébauche R1 axe de frappe R

FIGURE 7.47 Axe de frappe des matrices.

FIGURE 7.48 Hauteur des matrices.

10 20 30 40 50 60 70 80

Durée de v i e m o y e n n e des m a t r i c e s : v a r i a b l e s e l o n la d i f f i c u l t é d ' o b t e n t i o n des pièces (avant r é f e c t i o n , u n o u t i l l a g e p e u t p r o d u i r e = 1 0 0 0 0 pièces en acier et s 2 5 0 0 0 pièces e n alliages d ' a l u m i n i u m o u de cuivre). Nota: C o û t de f a b r i c a t i o n d ' u n o u t i l l a g e d e f o r g e a g e . À d i f f i c u l t é de pièces é g a l e , s e n s i b l e ment identique à un outillage métallique de fonderie.


217

Outillage pour presses Conception modulaire possible (course de frappe réglable, atténuant l'effet de choc). Chaque élément modulaire porte-gravure est fixé sur un bloc de référence.

Outillage pour machines à chocs (marteau-pilon) La gravure supérieure contient les f o r m e s complexes et conséquentes à o b t e n i r : l'effort de forgeage appliqué en quelques m i l l i è m e s de seconde, la vitesse d ' i m p a c t fait monter la matière.

Outillage d'ébavurage Élimine la bavure par poinçonnage, généralement à chaud, i m m é d i a t e m e n t après l'estampage. Toile de débouchure. À enlever avant l'ébavurage : évite une déformation de la pièce. Bavure et débouchure. Peuvent être poinçonnées simultanément avec un même outillage.

Matrices fermées Pour estamper et matricer sans bavures des pièces non v o l u m i n e u s e s , en p r o d u c t i o n de grande série. Le lopin est défini et débité avec une précision suffisante.

Outillage de calibrage à froid Pour obtenir une dimension relativement précise (IT s 0,2 mm) sur une f o r m e généralement épaisse: écrasement de la pièce estampée sous deux enclumes. L'effort p r o v o q u e le dépassement de la limite élastique du matériau (retour élastique Ae= épaisseur de la pièce x limite d'élasticité/module d'élasticité). Prévoir une surépaisseur par face calibrée de s 0,4 m m , à l'estampage finition.

Outillage de redressage à froid Pour redresser des pièces estampées ayant une flèche hors tolérance : pièces longues et peu épaisses, avec débouchure. Deux enclumes, évidées en alternance, p r o v o q u e n t les d é f o r m a t i o n s de redressage (avec dépassement de la limite élastique).

Matrice comportant des noyaux Pour estampage intérieur ( f o r m e en relief dans les gravures) avec subsistance d'une toile dans la pièce estampée: hauteur limite pour non-contact entre deux noyaux opposés ou noyau et gravure opposée (fig. 7.49).

Matériaux pour outillages Ils doivent résister à la chaleur et aux chocs (en particulier sur les marteaux-pilons). Utilisation courante: marteaux-pilons, 55 NCD 16; presses (verticales) Z38 CD 5 ; machines à forger horizontales, 45 NC 17.

218

FIGURE 7.49 Forme des noyaux.

Guide de l'usinage

4.1

Généralités

O p é r a t i o n s ' e f f e c t u a n t par r e f o u l e m e n t s u r presses h o r i z o n t a l e s à f o r g e r , en p r o d u c t i o n de g r a n d e série de pièces t e r m i n é e s « b r u t de f o r g e » (sans r e p r i s e u l t é r i e u r e ) à p a r t i r de barres o u de l o p i n s de section g é n é r a l e m e n t c y l i n d r i q u e (fig. 7.50). La b a r r e o u le l o p i n , é n e r g i q u e m e n t m a i n t e n u e n t r e les d e u x m a t r i c e s , est e s t a m p é à une e x t r é m i t é par u n p o i n ç o n p l e i n o u c r e u x (bouterolle). L ' e x t r a c t i o n de la pièce e s t a m p é e est o b t e nue par o u v e r t u r e de l ' o u t i l l a g e (une m a c h i n e étant m o b i l e ) .

FIGURE 7 . 5 0

Schéma d'opérations d'estampage horizontal.

Matrices C o m p o r t e n t , p o u r c h a q u e o p é r a t i o n , l'alésage de m a i n t i e n d u b r u t et le l o g e m e n t d e la f o r m e à o b t e n i r (avec g u i d a g e d u p o i n ç o n ) (fig. 7.50 et 7.51). Le d é p a s s e m e n t de la barre o u d u l o p i n corr e s p o n d au v o l u m e de la f o r m e à o b t e n i r par estampage. Pour c h a c u n e des o p é r a t i o n s s u c c e s s i v e s d ' u n o u t i l l a g e , t o u t e la m a t i è r e en d é p a s s e m e n t est « t r a v a i l l é e » .

1re opération

3 :

autres o p é r a t i o n s

FIGURE 7 . 5 1

Dépassements de pièce dans les matrices.


219

••iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiM»iiiiii

Dépassement maximal par opération

H W M M — I

L o n g u e u r p r a t i q u e , p o u r éviter le f l a m b a g e , I = 2,5 d i a m è t r e s de l o p i n (1 r e o p é r a t i o n ) o u diam è t r e m o y e n d ' é b a u c h e (autres o p é r a t i o n s ) (fig. 7.51). Pièces nécessitant un e x c e l l e n t f i b r a g e , / = 1,5 d i a m è t r e de l o p i n o u m o y e u . Pièces avec f a i b l e d i f f é r e n c e des d i a m è t r e s l o p i n et f o r m e à o b t e n i r ( r a p p o r t m a x i 1,5) : / possible = 3,5 d i a m è t r e s de l o p i n o u m o y e u .

Dépassement important pour produire une pièce Plusieurs o p é r a t i o n s successives s o n t nécessaires. Le n o m b r e d ' o p é r a t i o n s se d é t e r m i n e c o m m e un e s t a m p a g e v e r t i c a l , en f o n c t i o n d u t a u x de r é d u c t i o n R %.

[Bavure d'estampage Très peu i m p o r t a n t e . L ' é b a v u r a g e ne nécessite pas d ' o u t i l l a g e s p é c i f i q u e . À e f f e c t u e r e n phase d ' u s i n a g e ( t o u r n a g e ébauche).

Mise en œuvre WÊÊÊÊÊBÊÊÊmmÊKHmm Estampage épaulement grand diamètre a g a g a » — — I m p o r t a n t e q u a n t i t é de m a t i è r e à f o r m e r . A e f f e c t u e r en p l u s i e u r s o p é r a t i o n s avec b o u t e r o l l e s p r o d u i s a n t des t r o n c s de c ô n e successifs (évitant le f l a m b a g e et a s s u r a n t l ' h o m o g é n é i t é d u m a t é r i a u ) . P r e m i è r e b o u t e r o l l e . Sa c o n i c i t é v a r i e en f o n c t i o n de la l o n g u e u r d u b r u t à r e f o u l e r (fig. 7.51). On a d m e t D = 1,5 d p o u r l>3dàD='\,2d p o u r 1= 10 d, avec D = g r a n d d i a m è t r e d u c ô n e de b o u t e r o l l e ; d = d i a m è t r e d u b r u t (petit d i a m è t r e d u cône).

Estampage de trous S ' o b t i e n t avec un o u t i l p o i n ç o n a p p o i n t é , p r o d u i s a n t le f l u a g e p é r i p h é r i q u e . Poinçon. A n g l e d e p o i n t e 6 0 ° : f o r m a g e p r o f o n d (2,5 d i a m è t r e s d u p o i n ç o n e n une o p é r a t i o n ) (fig. 7.52).

ébauche (collerette de retenue et centrage du poinçon)

estampage du trou (dp < d)

FIGURE 7.52

Schéma d'opérations d'estampage horizontal d'une forme tubulaire.

220

poinçon conique

2 %)

Guide de l'usinage

Diamètre poinçon < diamètre de la barre, de préférence. Maintien de la barre. Par une collerette de retenue, avec avant-trou de départ de p o i n ç o n (obtenue par estampage). Collerette de la f o r m e du produit fini ou à é l i m i n e r (par usinage) (fig. 7.52).

Estampage à déboucher Pour séparer la pièce du brut (barre), utiliser des diamètres poinçon et barre identiques.

ht

Logement de matrice

g

1

~

m

Pour l i m i t e r l ' e f f o r t du p o i n ç o n à l ' e x p a n s i o n a n n u l a i r e du m a t é r i a u : aire de la section de matrice ( 0 D) = S sections barre ( 0 d) et poinçon ( 0 dp), soit D 2 = d2 + dp2.

| Pièces obtenues Elles ne c o m p o r t e n t pas de dépouille et sont fibrées a n n u l a i r e m e n t , sans risque de criques.

Utilisation ~rès utilisé, en p r o d u c t i o n de grande série de pièces « brut de forge », t y p e c y l i n d r i q u e (arbres, pignons, boulonnerie...) pleines ou creuses. Des f o r m e s de section non c y l i n d r i q u e peuvent être obtenues, éventuellement.


221

5. 5.1

Formage à chaud

•

Généralités

Certains t y p e s de pièces s o n t p r o d u i t s par f o r m a g e à c h a u d , s e l o n une o p é r a t i o n de f o r g e a g e s p é c i f i q u e ( b i g o r n a g e et rétreinte) et des p r o c é d é s de f o r m a g e (filage, f l u o t o u r n a g e . . . ) .

5.2

Bigornage ou laminage circulaire

O b t e n t i o n sur m a c h i n e s p é c i f i q u e de bagues à partir d'ébauches cylind r i q u e s plates p o i n ç o n n é e s préalablem e n t en e s t a m p a g e (fig. 7.53).

FIGURE 7 . 5 3

Schéma de principe du laminage circulaire.

Utilisation P r o d u c t i o n en g r a n d e série d e b a g u e s f i b r é e s de petit à g r a n d d i a m è t r e s (audelà d u m è t r e ) sans perte de m a t i è r e .

Rétreinte Obtention, sur m a c h i n e spécifique à r é t r e i n d r e , de p i è c e s c y l i n d r i q u e s é p a u l é e s p l e i n e s et c r e u s e s , à p a r t i r d'ébauches cylindriques (pleines ou t u b u l a i r e s ) (fig. 7.54).

couronne de galets de frappe marteau de frappe pièce ébauche

FIGURE 7.54

Schéma de principe de rétreinte pièces cylindriques.

wMsmm: Utilisation

pièce obtenue

M

P r o d u c t i o n en g r a n d e série ( t e m p s très c o u r t , une à q u e l q u e s m i n u t e s ) de pièces f i b r é e s , sans p e r t e d e m a t i è r e .

222

Guide de l'usinage

Filage à chaud conteneur

Procédé a n a l o g u e au f i l a g e à f r o i d i x t r u s i o n , c h a p i t r e « p r o c é d é s de for-age»). _f m a t é r i a u c h a u f f é f l u e p l u s aisém e n t dans la f i l i è r e (fig. 7.55).

olive / poinçon pièce

FIGURE 7.55 Schéma de principe du filage à chaud. filage tubulaire

filière

Utilisation - r o d u c t i o n de pièces c y l i n d r i q u e s •ongues, p l e i n e s o u t u b u l a i r e s .

filage inverse

Fluotournage à chaud - r o c é d é a n a l o g u e au f l u o t o u r n a g e à •'oid (chapitre «procédés de f o r m a g e »). Le m a t é r i a u c h a u f f é f l u e s o u s la pression d u g a l e t - p r e s s e u r (fig. 7.56).

FIGURE 7.56 Schéma de principe du fluotournage à chaud.

Utilisation P r o d u c t i o n d e pièces c y l i n d r i q u e s creuses, d ' é p a i s s e u r n o n c o n s t a n t e .


223

1.

2.

3.

Généralités

227

1.1

227

Les différents procédés de f o r m a g e

Formage par e m b o u t i s s a g e

227

2.1

Généralités

227

2.2

D é t e r m i n a t i o n des flans

228

2.3

Emboutissage c y l i n d r i q u e

230

2.4

Emboutissage avec collerette

231

2.5

Emboutissage de c o n t r e - e m b o u t i s

232

2.6

Emboutissage des collets

233

2.7

Emboutissage t r o n c o n i q u e

234

2.8

Emboutissage h é m i s p h é r i q u e et similaire

235

2.9

Emboutissage p r i s m a t i q u e

236

2.10 Calibrage d ' e m b o u t i s

237

2.11 Détourage d ' e m b o u t i s

237

2.12 Outillages sans serre-flan

238

2.13 Outillages avec serre-flan

238

2.14 Conception des outillages

239

2.15 Outillages c o m b i n é s

241

Formage par pliage

243

3.1

Généralités

243

3.2

D é t e r m i n a t i o n du flan

243

3.3

Effort de pliage

244

3.4

Matériaux utilisés

245

3.5

Pliage en l'air

245

3.6

Pliage en matrice

246

3.7

Outillages de pliage

248

3.8

Presses-plieuses

249

225

6.

.

Formage par extrusion

250

4.1

Généralités

250

4.2

Filage direct ou avant

250

4.3

Filage inverse ou arrière

250

4.4

Filage latéral

251

4.5

Refoulage

251

4.6

Écrasage

251

4.7

Étirage

252

4.8

Caractéristiques des pièces

252

4.9

Réduction de diamètre des lopins au filage

253

4.10 Longueur filée par o p é r a t i o n

253

4.11 Matériaux filés

253

4.12 Mise en œuvre

253

4.13 Outillage de filage direct

254

4.14 Outillage de filage inverse

254

4.15 Effort d ' e x t r u s i o n

255

4.16 Outillage hydrostatique d'étirage

255

4.17 Tréfilage

255

4.18 Utilisation de l'extrusion

255

Formage par f l u o t o u r n a g e

256

5.1

Généralités

256

5.2

Formes cylindriques

256

5.3

Formes coniques et curvilignes

256

5.4

Outils-molettes

257

5.5


258

5.6


258

5.7

Utilisation

258

Formage sous haute énergie

258

6.1

Généralités

258

6.2

Formage électro-hydraulique

259

6.3

Formage par é l e c t r o m a g n é t i s m e

259

6.4

Formage par explosion

260

Cintrage

261

7.1

Généralités

2

7.2

Cintrages des tôles

261

7.3

Cintrage des tubes et des profilés

263

7.4

Pliages des profilés

265

61

Profilage à f r o i d

266

8.1

Généralités

266

8.2

Galets de profilage

266

8.3


267

8.4


267

8.5

Machines

267

8.6

Utilisation

267

1.

Généralités

P r o d u c t i o n de pièces m é t a l l i q u e s r e l a t i v e m e n t peu épaisses, en série, s o u v e n t t r è s g r a n d e s , par d é f o r m a t i o n p l a s t i q u e d u m a t é r i a u , à p a r t i r de b r u t s , p r i n c i p a l e m e n t en feuilles, en l o p i n s , en bandes. • Le c h o i x d ' u n p r o c é d é de f o r m a g e est f o n c t i o n d u t y p e de pièces à p r o d u i r e , ce q u i c o n d i t i o n n e le b r u t nécessaire. • La q u a n t i t é à p r o d u i r e c o n d i t i o n n e l ' o u t i l l a g e plus o u m o i n s o p t i m i s é , p o u r les pièces d o n t le b r u t est o b t e n u à p a r t i r de f l a n s d é c o u p é s d a n s la f e u i l l e de t ô l e m é t a l l i q u e . • Les d i m e n s i o n s et la f o r m e d u b r u t s o n t c o n d i t i o n n é e s , avec le p r o c é d é , par le t y p e de pièces à obtenir.

Les différents procédés de formage -

Formage Formage Formage Formage Formage

par e m b o u t i s s a g e , à partir de f l a n s m é t a l l i q u e s . par p l i a g e , à partir de f l a n s o u de b a n d e s m é t a l l i q u e s . par e x t r u s i o n , à p a r t i r de l o p i n s m é t a l l i q u e s . par f l u o t o u r n a g e , à p a r t i r de l o p i n s m é t a l l i q u e s . s o u s haute é n e r g i e , à partir de f l a n s épais et g é n é r a l e m e n t de g r a n d e s d i m e n s i o n s .

- F o r m a g e par p r o f i l a g e à f r o i d , à partir d ' u n e b a n d e m é t a l l i q u e . - F o r m a g e par c i n t r a g e , à p a r t i r de t u b e s , p r o f i l é s et tôles. - F o r m a g e par l a m i n a g e , à p a r t i r de b r u t s en t ô l e s épaisses et de l i n g o t s m é t a l l i q u e s issus de fonderie.

2.

Formage par emboutissage Généralités

D é f o r m a t i o n p l a s t i q u e d ' u n f l a n d a n s une m a t r i c e de f o r m e s o u s l ' a c t i o n d ' u n p o i n ç o n q u i p r o d u i t u n e f o r m e creuse d ' é p a i s seur t h é o r i q u e m e n t c o n s t a n t e et égale à celle d u f l a n (fig. 8.1).

flan à e m b o u t i r

FIGURE 8.1

Schéma d'emboutissage sur presse à double effet.


227

O p é r a t i o n e f f e c t u é e à f r o i d o u à c h a u d , s u i v a n t l ' é p a i s s e u r d u f l a n e t la f o r m e à o b t e n i r

¡^^wœrmo,écuiaire Opposition à

^

(jçf^sm^Tr^l^fmmMQn^^s

du

™té"au'«•

^

c a u s é e p a r fe d é p l a c e m e n t r a d i a l d u m a t é r i a u , à l ' a i d e d ' u n

s e r r e - f l a n q u i m a i n t i e n t le f l a n d u r a n t l ' e m b o u t i s s a g e d ' e m b o u t s p r o f o n d s ( l a m i n a g e d u m a t é riau e n t r e p o i n ç o n et matrice).

La précision d i m e n s i o n n e l l e des pièces obtenues est de qualité 10 à 8. Les matériaux e m p l o y é s d o i v e n t avoir un g r a n d a l l o n g e m e n t (A % > 30). La d é f o r m a t i o n permanente du flan p o u v a n t être très i m p o r t a n t e , le matériau est écroui (plus dur, plus fragile, % d ' a l l o n g e m e n t d i m i n u é ) .

Détermination des flans À partir de la fibre m o y e n n e . Considérer que l ' e m b o u t i a la m ê m e surface que le flan, son épaisseur ayant t h é o r i q u e m e n t une épaisseur constante. A u g m e n t e r de 2 à 4 m m le d i a m è t r e du flan pour effectuer un détourage du b o r d supérieur de la pièce. Rayon r d e raccordement paroi/fond. À négliger, inférieur au d i x i è m e du diamètre de la pièce à obtenir ( r < d/10). Déterminer le flan théorique. Son diamètre D pour les pièces à e m b o u t i r (en m a j o r i t é cylindriques) avec des f o r m u l e s établies a n a l y t i q u e m e n t (fig. 8.2).

d2 d1 „ H :

K

2

D = \Jd + 4/i

i

1*— 1

D = \J2d ou 1,1414d

„

|* ou

228

yd,2 + 4 h2

J d1

D = v'd2 + 4 (h2

r— •C

+ dh2)

À

>

a CM •E If

D = \jd2 + 4 [h2

+

d1

• h2)

4 dh

V

1,1414 v'd2 + 2dh .

d2

™5
D=

CM -C \t

* D = xjld2*

h

2

J d2

-C

D

=

yd2

+ 4 h2

+ 21
D

¡d2

+ d*

Guide de l'usinage

D = j d f l 2 [/ ~(dA + d 2 ) + 2 d 2 h ]

D = \/2CT/

D = \Jd2 + Adh

D =

/ V

d 1 T + 2/ ftt, + d2) + 4d 2 h + d 3 2 - d 2

d2

* d2

±

D = JdJ- + 4 d , • h

sz

— *

''jfcu d2

9 D = v^d,2 + 4 d , •fc+ 2/ (d, + d 2 )

2

D = \jd

-

D 2

1

+

+d

2> + 2d2hl

g

D = -/d 2 2 + 4d 1 (0,57r + h) - 0,39r 5

Q

J S

+ 2/ fcf, + d 2 )

D = \f(d-

2r)2 + 2 i r r ( d - 0,7r)

d2 d1

» ,

D = v/d12 + 2 / r d 1 + d 2 ) + d 3 2 - d 2 2 FIGURE 8.2

=W

S i

D3 HT .

D

D =

d2+2,28r

d~ - 0 , 3 9 r 2

Formules de calcul du diamètre de flan (formes simples).

D é t e r m i n a t i o n d i a m è t r e D d u flan. Pour u n e pièce de f o r m e d o n n é e , utiliser le t h é o r è m e de G u l d i n , s o i t f 2 = 2 fî • X /, (avec r = r a y o n d u f l a n ) . r p o u r r a être o b t e n u par la m é t h o d e d e t r a ç a g e d u p o l y g o n e f u n i c u l a i r e : r é s o l u t i o n des différents cas p o s s i b l e s , t o u t en c o n s i d é r a n t , le cas é c h é a n t , les r a y o n s de r a c c o r d e m e n t , s o i t : - d é c o m p o s e r le d e m i - p r o f i l en é l é m e n t s s i m p l e s (droites, cercles) ; - c o n s t r u i r e g r a p h i q u e m e n t l'axe de ce p r o f i l passant par son CdG ( d y n a m i q u e et f u n i c u l a i r e ) ; r/ ' z li m è t r e : Z. = X li + 2 rm;

pour obtenir rm =

^

; et d a n s le t r i a n g l e r e c t a n g l e inscrit d a n s u n d e m i - c e r c l e de dia-

d ' o ù 2J221 = J 2 J , soit D = yj 8 • Uri


• Li)

(fig. 8.3).

229

FIGURE 8.3

Détermination graphique du diamètre d'un flan.

Emboutissage cylindrique S ' e f f e c t u e sans d i f f i c u l t é s , d a n s les l i m i t e s des c o n t r a i n t e s créées par le m a t é r i a u et la f o r m e f i n a l e de l ' e m b o u t i , la pièce. La c o u r o n n e d é f i n i s s a b l e sur le f l a n e n t r e les d i a m è t r e s p o i n ç o n - f l a n o f f r e une résistance à la d é f o r m a t i o n , par des c o n t r a i n t e s internes de c o m p r e s s i o n (fibres raccourcies) et de t r a c t i o n (fibres allongées) d a n s le m a t é r i a u (fig. 8.4). Ces c o n t r a i n t e s internes d o i v e n t être inférieures à la résist a n c e à la r u p t u r e par t r a c t i o n R m de la c o u r o n n e - à e m b o u t i r - appelée section m o t r i c e , s i n o n il y aurait déchir u r e d u f l a n : p l u s i e u r s passes d ' e m b o u t i s s a g e p e u v e n t être nécessaires.

FIGURE 8.4 Contraintes dans la couronne à l'emboutissage.

Diamètre d'emboutissage limite dn D é t e r m i n é avec le c o e f f i c i e n t d e r é d u c t i o n k é t a b l i e x p é r i m e n t a l e m e n t et le d i a m è t r e D d u f l a n , o u de la c o u r o n n e d n de la passe p r é c é d e n t e (fig. 8.5).

Diamètre d'emboutissage limite de la première passe d^ - D • ky, p e r m e t t a n t de v é r i f i e r si une passe est s u f f i s a n t e p o u r f o r m e r la pièce.

Diamètre des passes d'emboutissage suivantes dn = d ( n - 1) • k2-

Rayons des emboutis Rayon intérieur du fond de la pièce Doit être au m o i n s égal à l ' é p a i s s e u r d u flan.

230

Guide de l'usinage

Matériaux

J ,«

dl

w FIGURE 8.5

M

s

Coefficient de réduction de matériaux d'emboutissage.

kl

k2

Acier d'emboutissage - ordinaire - spécial

0,60 0,54

0,80 0,75

Acier inoxydable - austénitique - ferrique

0,52 0,58

0,80 0,80

Aluminium (recuit)

0,55

0,80

Duralumin (recuit)

0,55

0,90

Laiton

0,55

0,75

Cuivre

0,60

0,85

Rayons r de raccordement Facilitent l ' e m b o u t i s s a g e avec r > 5e avec e = épaisseur d u f l a n (fig. 8.6).

Hauteurs des emboutis H a u t e u r c o n s i d é r é e c o m m e i d é a l e h < d i a m è t r e de l ' e m b o u t i par passe (fig. 8.6).

Hauteur maximale h de l'embouti Varie s e l o n les m a t é r i a u x avec u n m a x i m u m , sans recuit inter-passes, en f o n c t i o n d u d i a m è t r e d ' e m b o u t i d à o b t e nir, s o i t h = d • a, avec a : aciers d ' e m b o u t i s s a g e = 4 ; alliages d ' a l u m i n i u m = 5 ; c u i v r e , l a i t o n et zinc = 8.

FIGURE 8.6

Hauteur limite et rayon de

raccordement des emboutis cylindriques.

Recuit Rend au m a t é r i a u ses p r o p r i é t é s après é c r o u i s s a g e . À e f f e c t u e r au plus t ô t après la passe d ' e m b o u t i s s a g e .

Emboutissage avec collerette F o r m e r la c o l l e r e t t e à s o n d i a m è t r e e x t é r i e u r dès sa p r e m i è r e passe (ce d i a m è t r e ne p e u t pas être m o d i f i é après sa réalisat i o n ) (fig. 8.7). La d e r n i è r e passe d o i t c o n f o r m e r la f o r m e e m b o u t i e .

.d collerette.

m T P I FIGURE 8.7

Emboutissage d'une pièce avec collerette.

8. Procédés de formage

"TjJ 9*31

Emboutissage de contre-emboutis F o r m e s i t u é e au c e n t r e d ' u n e pièce e m b o u t i e , o b t e n u e , en règle g é n é r a l e , a v a n t l ' e m b o u t i extérieur, s u i v a n t les m ê m e s c o n d i t i o n s q u e l ' e m b o u t i s s a g e c y l i n d r i q u e . M é t h o d e nécessaire p o u r les c o n t r e - e m b o u t i s p r o f o n d s (fig. 8.8).

Contre-embouti peu profond Peut être f o r m é avec le m ê m e o u t i l l a g e q u i p r o d u i t l ' e m b o u t i - e x t é r i e u r , par a l l o n g e m e n t d u f o n d de pièce, en f i n de c o u r s e d ' e m b o u t i s s a g e (fig. 8.9). M é t h o d e l i m i t é e par l ' a l l o n g e m e n t a d m i s s i b l e d u m a t é r i a u et la p o s s i b i l i t é de r é d u i r e l'épaisseur d u f o n d de pièce.

t

-H T i p "

contre-emboutissage (forme intérieure)

~ T £ r

ssp.

embouti (forme extérieure)

FIGURE 8.8 Emboutissage d'une pièce avec contreembouti profond.

FIGURE 8.9 Schéma d'outillage d'emboutissage avec contre-embouti peu profond.

Contre-embouti sans réduction d'épaisseur De p r o f o n d e u r h < d/2, avec d = d i a m è t r e d u contre-embouti. Effectuer u n e p r e m i è r e passe de r e n v o i d ' u n e bosse, d ' u n d i a m è t r e de f o n d égal à celui d u c o n t r e - e m b o u t i (fig. 8.10). La s e c o n d e passe, l ' e m b o u t i s s a g e des d e u x f o r m e s , n é c e s s i t e de g r a n d s r a y o n s d ' o u tillage poinçon-matrice = 5 épaisseurs du flan.

renvoi de la bosse r = 5e

f # n FIGURE 8.10 Emboutissage d'une pièce avec contre-embouti d'épaisseur constante.

a

1

emboutissage avec contre-embouti peu profond h < d/2 conformation pièce

Contre-embouti débouchant F o r m é a p r è s p o i n ç o n n a g e p r é a l a b l e d ' u n t r o u c e n t r a l au d i a m è t r e i n f é r i e u r à c e l u i de la débouchure. Les d e u x e m b o u t i s s o n t e n s u i t e f o r m é s avec le m ê m e o u t i l l a g e , et la d é b o u c h u r e est e n s u i t e p o i n ç o n n é e à s o n d i a m è t r e (fig. 8.11).

232

Guide de l'usinage

flan avec trou "d'ébauche

pi

1-1

emboutissage avec contre-embouti poinçonnage débouchure pièce

n . FIGURE 8.11 Emboutissage d'une pièce avec contre-embouti débouchant.

débouchure

Emboutissage des collets Ils s o n t f o r m é s par e m b o u t i s s a g e d ' u n f l a n préal a b l e m e n t p o i n ç o n n é en s o n c e n t r e à u n diam è t r e d é t e r m i n é (fig. 8.12). Le d i a m è t r e d e p o i n ç o n n a g e d2 est f o n c t i o n d u d i a m è t r e d u c o l l e t d et de sa h a u t e u r h, s o u s la c o n d i t i o n : \jd2 - 4 d • h < d2< d-2h, avec h< d/2. ( A / A + 100) m e s u r é à la f i b r e n e u t r e et q u i est f o n c t i o n de la l i m i t e d ' a l l o n g e m e n t A % d u m a t é riau. O p p o s i t i o n à la f o r m a t i o n de c r i q u e s : e f f e c t u e r l ' e m b o u t i s s a g e en sens i n v e r s e d u p o i n ç o n n a g e .

Emboutissage d'un collet haut (supérieur à la hauteur maximale h)

flan avec trou

i pièce obtenue el < e FIGURE 8.12 Emboutissage d'une pièce avec collet.

t

-j

—I

«-• ~T1

Il est f o r m é en t r o i s passes : e m b o u t i s s a g e d ' u n e c o u p e l l e au d i a m è t r e d d u collet ; p o i n ç o n n a g e d u f o n d au d i a m è t r e d2 — 0,5 d ; e m b o u t i s s a g e d u f o n d à la h a u t e u r f i n a l e h (fig. 8.13). L ' é p a i s s e u r d u c o l l e t est r é d u i t e à = 3/4 e (e = é p a i s s e u r d u flan).

flan

>1 emboutissage coupelle

3 —

-C

d2 Nota : Les pièces e m b o u t i e s avec collet p e r m e t t e n t de r e m p l a c e r , à c o n d i t i o n m é c a n i q u e égale, des pièces é p a u l é e s o b t e n u e s par t o u r n a g e .

ld

1

4-

u

i

e

-C

.c t

-»

emboutissage du collet

e1 < e

FIGURE 8.13 Emboutissage d'une pièce avec collet haut.


233

O p é r a t i o n de p o i n ç o n n a g e d ' u n t r o u s u i v i de l ' e m b o u t i s s a g e : en une passe (outil épaulé) ; en d e u x passes a v a n t u n t a r a u d a g e (collets de petit d i a m è t r e ) (fig. 8.14). FIGURE 8.14

Soyage d'un collet de petit diamètre.

ÍH

^

outil

Emboutissage tronconique Il est o b t e n u dans les m ê m e s c o n d i t i o n s q u e les e m b o u t i s c y l i n d r i q u e s , d a n s la l i m i t e e x p é r i m e n t a l e : d i f f é r e n c e des d i a m è t r e s m a x i d e t m i n i d 1 d u t r o n c de c ô n e , d d 1 < 20 e (avec e = é p a i s s e u r d u flan) (fig. 8.15).

Emboutis avec d - d, > 20e ou angle du cône < 80° F o r m é s en p l u s i e u r s passes d ' e m b o u t i s s a g e c y l i n d r i q u e f o r m a n t l ' é b a u c h e et u n e passe de f i n i t i o n (calibrage).

flan

zone amincie

serre-flan poinçon

Évite la f o r m a t i o n d e plis s u r la p a r t i e inféFIGURE 8.15 Schéma d'emboutissage tronconique. rieure d u c ô n e et d ' é v e n t u e l l e s f i s s u r e s d a n s la zone a m i n c i e (fig. 8.16). D i a m è t r e s des passes s u c c e s s i v e s . À d é t e r m i n e r s e l o n le c o e f f i c i e n t de r é d u c t i o n d ' u n embouti. Les h a u t e u r s relatives hn ( i n t e r s e c t i o n p r o f i l s pièce/passe n) à d é f i n i r avec d é b o r d e m e n t extérieur d u p r o f i l - p i è c e — 10e, avec de g r a n d s r a y o n s de r a c c o r d e m e n t (8 à 10e) (fig. 8.17).

matrice

FIGURE 8.16 Schéma d'outillage de calibrage d'un embouti tronconique profond avec cône < 80°.

FIGURE 8.17

Passes d'emboutissage d'une pièce tronconique avec cône < 80°.

234

Guide de l'usinage

Rayons de raccordement du poinçon et de la matrice Valeur m a x i m a l e (10 e), en p a r t i c u l i e r sur le p o i n ç o n (fissures à éviter sur l ' e m b o u t i ) .

Emboutissage hémisphérique et similaire Ils s o n t o b t e n u s d a n s les m ê m e s c o n d i t i o n s q u e les e m b o u t i s t r o n c o n i q u e s . La c a l o t t e s p h é r i q u e , j u s q u ' à la d e m i - s p h è r e , est réalisable en u n e passe à la c o n d i t i o n d/e < 200 (avec d = d i a m è t r e d u p o i n ç o n ; e = é p a i s s e u r d u flan) (fig. 8.18).

Calotte sphérique avec d/e > 200. Plusieurs passes s o n t nécessaires. Les p o i n ç o n s s u c c e s s i f s o n t l e u r r a y o n d e c o u r b u r e R i d e n t i q u e à celui de la pièce f i n i e . D i a m è t r e s des p o i n ç o n s successifs (fig. 8.19). - p r e m i è r e passe : d=2 (R. cos. 45° + 10e) - passes s u i v a n t e s : dn = d n _ 1 + 20e. Le r a y o n rm de la m a t r i c e sera au m o i n s égal à d i x é p a i s s e u r s d u f l a n : a s s u r e r le p a r f a i t emboutissage.

FIGURE 8.18 Schéma d'outillage d'emboutissage de pièces hémisphériques avec d/e < 200.

Formes similaires (elliptique, msm parabolique) mem Le d i a m è t r e d u p o i n ç o n d ' e m b o u t i s s a g e est d é f i n i à p a r t i r de l ' i n t e r s e c t i o n de cercles de c o n s t r u c t i o n , p o i n t de d é p a r t de 10e, à m e s u rer sur é p u r e (fig. 8.20).

FIGURE 8.19 Emboutissage de pièces hémisphériques avec d/e > 200.

profil pièce L \ cercle de \ construction C1 ^10e <

d ooincon

première oasse

FIGURE 8.20 Emboutissage d'une forme elliptique (première passe).


235

I Emboutissage prismatique O b t e n t i o n s i m u l t a n é e des côtés par pliage et des r a c c o r d e m e n t s par e m b o u t i s s a g e (fig. 8.21).

emboutissage

FIGURE 8 . 2 1

Embouti prismatique et son développement théorique.

pliage

/X —1-1

flan théorique

Flan d'embouti prismatique Le f l a n t h é o r i q u e c o r r e s p o n d : au f o n d ; au d é v e l o p p e m e n t des côtés ; à q u a t r e secteurs d e 90° d ' u n e h a u t e u r i n f é r i e u r e à celle des côtés (à d é t e r m i n e r par é g a l i t é des surfaces)

(fig. 8.22). Rayon d ' u n secteur rs = Y S1.(4/JC).

FIGURE 8.22 Éléments de calcul des secteurs de raccordement des côtés.

Surface du raccordement latéral S1 S 1 = 1/4 surface d u secteur S 2 . S 1 = d • h = h (TC • rl/2) et S2 = n • R2s/4 d ' o ù rs (fig. 8.22) ; avec h, h a u t e u r de l ' e m b o u t i = d = 2 n r//4. Surface d u f l a n t h é o r i q u e à m o d i f i e r en un f l a n p r a t i q u e : g l i s s e m e n t latéral d u m a t é r i a u . Des essais p r é l i m i n a i r e s d ' e m b o u t i s s a g e p e r m e t t e n t de d é f i n i r ce f l a n p r a t i q u e s e l o n la h a u t e u r des pièces.

Emboutis prismatiques obtenus en une passe Ils s o n t f o r m é s en une passe aux d e u x c o n d i tions suivantes : - h <6 rl, avec rl r a y o n latéral de l ' e m b o u t i - un e m b o u t i c y l i n d r i q u e i n s c r i p t i b l e dans la pièce d o i t p o u v o i r ê t r e f o r m é en u n e s e u l e passe (fig. 8.23).

FIGURE 8.23 Éléments de limite d'emboutissage en une passe des emboutis prismatiques.

236

Guide de l'usinage

Emboutis prismatiques obtenus en plusieurs passes La s e c t i o n l i m i t e Sn des p o i n ç o n s successifs se d é t e r m i n e à l'aide d u c o e f f i c i e n t de r é d u c t i o n k2 (on c o n s i d è r e u n e surface), soit : S 1 = S0 • k^ ; Sn > kn, (avec SQ = s e c t i o n d u flan).

Emboutis dissymétriques et de grandes dimensions Pallier u n e é v e n t u e l l e f o r m a t i o n de plis, en plaçant un jonc - ou plusieurs éventuellem e n t - de r e t o u r d u f l a n , sur la m a t r i c e o u le serre-flan (fig. 8.24). FIGURE 8 . 2 4

Joncs de retenue sur outillage d'emboutissage prismatique.

joncs de retenue serre-flan

Calibrage d'emboutis Appelé également conformation ou frappe, p e r m e t , si n é c e s s a i r e , de f o r m e r c o m p l è t e m e n t la pièce : m i s e en h a u t e u r exacte d e la pièce ; r é d u c t i o n des r a y o n s de r a c c o r d e m e n t ; p l a n a g e de la c o l l e r e t t e (fig. 8.25).

pièce emboutie

I*»

<

éjecteur

planage FIGURE 8.25

Schéma d'outillage de calibrage d'un embouti.

Détourage d'emboutis D é c o u p e d u c o n t o u r e x t é r i e u r d e la pièce e m b o u t i e , en une passe s u i v a n t un p r o f i l précis, avec un o u t i l l a g e s p é c i f i q u e (fig. 8.26).

.outil de détourage

FIGURE 8 . 2 6

Schéma d'outillage de détourage d'un embouti.


237

2.12

Outillages sans serre-flan

À la r e m o n t é e d u p o i n ç o n , u n d é c r o c h e u r r e t i e n t la pièce q u i s ' é v a c u e par le d e s s o u s de l ' o u t i l l a g e en p a s s a n t au t r a v e r s de la m a t r i c e (fig. 8.27).

flan 2 à 5 mm

Décrocheurs , rayons

Ils s o n t p o n c t u e l s (flans épais) o u a n n u l a i r e s en p l u s i e u r s secteurs ( p o u r f l a n s m i n c e s , évit a n t de m a r q u e r la pièce) (fig. 8.28).

décrocheur

Utilisation F o r m a g e d ' e m b o u t i s d o n t la d i f f é r e n c e des d i a m è t r e s f l a n D e t e m b o u t i s d e s t D- d< 20e (avec e = é p a i s s e u r d u f l a n ) : r é s o r p t i o n des plis d ' e m b o u t i s s a g e .

piece

FIGURE 8.27 Schéma d'outillage d'emboutissage sans serre-flan.

FIGURE 8.28 Décrocheurs d'emboutis.

Outillages avec serre-flan U n é j e c t e u r i n t é g r é à la m a t r i c e é v a c u e la pièce par le h a u t (fig. 8.29). Presse u t i l i s é e : p o u r l ' e m b o u t i s s a g e de petites pièces, elle peut être à s i m p l e effet.

côté flan non embouti

côté flan embouti

iF

FIGURE 8.29

Outillage d'emboutissage avec serre-flan.

238

Guide de l'usinage

Outillage pour plusieurs passes S e r r e - f l a n et m a t r i c e o n t un r a y o n r

d

en = < n - 1 -

d

d'entrée

n>/2-

Passes r e l a t i v e m e n t n o m b r e u s e s . Celles interm é d i a i r e s à la p r e m i è r e et à la d e r n i è r e o n t leur r a y o n d ' e n t r é e r e m p l a c é par u n c ô n e d ' e n t r é e (40 à 45°) s u r s e r r e - f l a n , m a t r i c e et p o i n ç o n : facilite la c o n t i n u i t é d ' é p a i s s e u r de l ' e m b o u t i et a u g m e n t e la s u r f a c e d ' a p p u i d u s e r r e - f l a n (fig. 8.30).

Presses utilisées À s i m p l e effet. P o i n ç o n s u r la t a b l e avec le s e r r e - f l a n q u i est a c t i o n n é p l u s f a c i l e m e n t ( g u i d a g e a s s u r é par chandelles) (fig. 8.29). À d o u b l e effet. M a t r i c e s u r la t a b l e : le d o u b l e e f f e t , par le m o u v e m e n t d u p r e m i e r c o u l i s s e a u , a c t i o n n e le s e r r e - f l a n ; le d e u x i è m e c o u l i s s e a u , à l ' i n t é rieur d u p r e m i e r , a c t i o n n e le p o i n ç o n (fig. 8.1).

FIGURE 8.30 Schéma d'outillage d'emboutissage en

plusieurs passes.

(Conception des outillages S e m e l l e , m a t r i c e et s e r r e - f l a n d o i v e n t ê t r e de f o r t e épaisseur. D é t e r m i n e r les d i m e n s i o n s r e l a t i v e s des élém e n t s ( m a t r i c e , p o i n ç o n , s e r r e - f l a n ) en f o n c t i o n de l ' e m b o u t i à p r o d u i r e (fig. 8.31). Distance de s é c u r i t é f i n de c o u r s e d ' o u t i l : 5 à 15 m m e n t r e serre-flan et éjecteur. P o s i t i o n n e m e n t d u f l a n o u de l ' e m b o u t i (pièce o b t e n u e en p l u s i e u r s p a s s e s ) : p e t i t e s p i è c e s , par d r a g e o i r s ; g r a n d e s pièces par t r o u s p i l o t e s (sur zone a j o u r é e en d e r n i è r e passe).


côté flan embouti

Surfaces fonctionnelles (poinçon, matrice, serre-flan) Elles s o n t rectifiées et rodées, afin de f a v o r i s e r le g l i s s e m e n t d u f l a n , et r é s i s t a n t e s à l ' u s u r e ( d u r e t é HRc = 60). H a u t e u r c a l i b r a n t e de la m a t r i c e : d ' u n e v a l e u r m o y e n n e de 5e.

Rayons de raccordement Sur le p o i n ç o n et la m a t r i c e ( d ' e n t r é e r e , de calib r a g e r ) = 5e en m o y e n n e .


FIGURE 8.31 Jeux longitudinaux d'un outillage d'emboutissage.

239

Pièces à obtenir en plusieurs emboutis. R a y o n de r a c c o r d e m e n t d u p o i n ç o n p o u r passes interm é d i a i r e s (aux p r e m i è r e et d e r n i è r e ) — 10e : é v i t e r l ' a m i n c i s s e m e n t de m é t a l à la j o n c t i o n des emboutis. Rayon d u p o i n ç o n de d e r n i è r e passe : c o r r e s p o n d à celui de la pièce à o b t e n i r . R a y o n d ' e n t r é e Re : à d é t e r m i n e r par la f o r m u l e de K A C Z E M A R E K , s o i t : re=

i •

Rappel

D-d•

e, avec i = 0,8 p o u r les aciers, 0,9 p o u r les alliages d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e .

: D = d i a m è t r e d u f l a n : c(1 = d i a m è t r e de l ' e m b o u t i dans la passe ; e = é p a i s s e u r d u

flan.

Trous d'air Ils p e u v e n t être nécessaires sur les g r o s o u t i l l a g e s (fig. 8.29). Poinçon : favoriser son dévêtissage. M a t r i c e : assurer un m o u v e m e n t d ' a i r e n t r e m a t r i c e et serre-flan (fig. 8.29), é v i t a n t u n e d é f o r m a t i o n é v e n t u e l l e d ' e m b o u t i s en s ' o p p o s a n t à u n e c o m p r e s s i o n - a s p i r a t i o n d ' a i r d a n s le cycle.

Jeu fonctionnel

^

A f f e c t é a u x p o i n ç o n s : pièce de d i m e n s i o n e x t é r i e u r e précise. A f f e c t é à la m a t r i c e : pièce de d i m e n s i o n i n t é r i e u r e précise (fig. 8.32). J e u j a d m i s e n t r e p o i n ç o n et m a t r i c e : il se situe e n t r e un m i n i m u m et u n m a x i m u m , q u i c o r r e s p o n d à : 1,2 e > j > e + IT, avec IT = i n t e r v a l l e de t o l é r a n c e en f a b r i c a t i o n .

si 0 précis: jeu au p o i n ç o n

4 c

FIGURE8.32

si 0 précis: jeu sur matrice

Jeux axiaux poinçon et matrice.

Serre-flan S ' o p p o s e au g l i s s e m e n t d u f l a n s o u s l'effet d ' e m b o u t i s s a g e p o u r éviter la f o r m a t i o n de plis dans l'embouti. T r o p de p r e s s i o n d ' u n serre-flan d é c h i r e l ' e m b o u t i ; u n e p r e s s i o n i n s u f f i s a n t e g é n è r e des plis. La p r e s s i o n d u serre-flan d o i t être répartie p o u r e m b o u t i r des pièces d i s s y m é t r i q u e s (un o u p l u s i e u r s j o n c s a u g m e n t e n t la pression).

r

Jzzz

Décolleur Il peut être nécessaire, d a n s l'éjecteur, p o u r d é g a g e r la pièce q u i a d h é r e r a i t avec le

I

JkX/'

FIGURE 8 . 3 3

Décolleur sur éjecteur. g r a i s s a g e d u f l a n (fig. 8.33).

Effort d'emboutissage Fe Pour e m b o u t i r un f l a n , o n c o n s i d è r e : F e (daN) = it • d • e • Rm • k, p o u r o u t i l l a g e s : sans serref l a n ; avec serre-flan, en u t i l i s a n t une presse à d o u b l e effet (la f o r c e nécessaire au s e r r e - f l a n é t a n t i n f é r i e u r e à celle d u p o i n ç o n ) . avec : d = d i a m è t r e d u p o i n ç o n ( m m ) ; e = é p a i s s e u r d u flan ( m m ) ; Rm = résistance à la tract i o n ( d a N / m m 2 ) ; /c= r a p p o r t d u p o i n ç o n / d i a m è t r e D d u f l a n ( m m ) .

Outillage avec serre-flan utilisé sur presse à simple effet L'effort à p r o d u i r e c o r r e s p o n d à la s o m m e des e f f o r t s d ' e m b o u t i s s a g e et d u serre-flan F

240

Guide de l'usinage

On c o n s i d è r e F = n / 4 (D 2 - d 2 ) • p, avec p = p r e s s i o n s p é c i f i q u e d u s e r r e - f l a n ( d a N / c m 2 ) (fig. 8.34).

P (daN/cm2)

Matériaux

24 20 12 15 20

Acier d'emboutissage Acier inoxydable Aluminium (recuit) Duralumin (recuit) Laiton - Cuivre

FIGURE 8.34 Pressions spécifiques du serre-flan.

Cornes d'emboutissage Une v a r i a t i o n de résistance d u m a t é r i a u d u e au sens de l a m i n a g e de la t ô l e , en particulier, p r o v o q u e u n e i r r é g u l a r i t é de f o r m e au s o m m e t de l ' e m b o u t i . Nécessite le d é t o u r a g e de la pièce (fig. 8.35). Nota

: L'augmentation du rayon de matrice

d i m i n u e l'effort d'emboutissage.

FIGURE 8.35 Profil du sommet d'embouti.

1

1

2.15

Outillages combinés

Ils p e r m e t t e n t de réaliser p l u s i e u r s o p é r a t i o n s d i f f é r e n t e s d a n s u n e seule passe (un allerr e t o u r d u c o u l i s s e a u de presse). Très utilisés p o u r la p r o d u c t i o n en g r a n d e série de petites pièces e m b o u t i e s .

Outillage combiné d'emboutissage-découpe E f f e c t u e l ' e m b o u t i s s a g e d a n s la b a n d e de t ô l e et la d é c o u p e de la pièce d a n s le m ê m e cycle (boîtes m é t a l l i q u e s . . . ) (fig. 8.36).


côté flan embouti

éjecteur bande de tôle

poinçon découpe et matrice emboutissage matrice découpe serre-flan

FIGURE 8.36 Schéma d'outillage combiné emboutissage-découpe.

pppga

semelle

poinçon d'emboutissage

Outillage combiné d'emboutissage - poinçonnage - découpe P r o d u c t i o n d ' u n e pièce avec c o n t r e - e m b o u t i o u a j o u r a g e d a n s la b a n d e de t ô l e en u n e passe (fig. 8.37).


241

FIGURE 8.37

Schéma d'outillage combiné emboutissage-poinçonnagedécoupe.

Outillage combiné ou à suivre P r o d u c t i o n d a n s la b a n d e de m é t a l qui avance d ' u n pas après c h a q u e passe, d ' u n e pièce f i n i e , (fig. 8.38). L ' a v a n c e m e n t est assuré ( c o m m e en d é c o u p e ) p a r e n l è v e m e n t latéral d ' u n e p o r t i o n de t ô l e , sur un côté de la bande, à l'aide d u couteau (fig. 8.39). Les d i v e r s e s o p é r a t i o n s d ' e m b o u t i s s a g e et p o i n ç o n n a g e s o n t effectuées a v a n t d é c o u p e . On utilise ce p r o c é d é en p r o d u c t i o n d e g r a n d e série en p a r t i c u lier, d a n s d i v e r s e s industries (ménagère, automobile, motocycle, etc.).

FIGURE 8.38 Schéma d'outillage à suivre.

avancement tôle

UJOJ l|l t h J bande de tôle

242

L pas d'avancement

FIGURE 8 . 3 9

Avancement de la bande de tôle de l'outillage à suivre (fig. 8.38).

Guide de l'usinage

3.

Formage par pliage Généralités

P r o d u c t i o n , par d é f o r m a t i o n , de pièces de f o r m e d é v e l o p p a b l e et à p l i s r e c t i l i g n e s , s o u s l ' a c t i o n d ' u n e f o r c e - a p p l i q u é e avec le p o i n ç o n - a g i s s a n t s u i v a n t le pli à o b t e nir. Le f l a n (ou la pièce s e m i - f i n i e ) est m a i n t e n u d ' u n côté o u en a p p u i sur d e u x côtés o p p o s é s , p a r a l l è l e m e n t au sens d u pli, d a n s la m a t r i c e (fig. 8.40).

pliage en l'air

pliage en matrice (90°)

poinçon retracte

Angle de pliage A la c e s s a t i o n de l ' e f f o r t , l ' a n g l e de la f o r m e pliée d i f f è r e l é g è r e m e n t de l ' a n g l e de pliage a Q causé par l'élasticité d u m a t é r i a u . Ce r e t o u r é l a s t i q u e , le r e s s a u t , v a r i e en f o n c t i o n : d u m a t é r i a u ; de la m i s e en oeuvre d u p r o c é d é (en l'air o u e n f o n d de matrice) (fig. 8.40).

pliage en f o n d de matrice (grand angle) a 0 = angle de pliage (poinçon-matrice) a1 = angle de la f o r m e pliée ae = angle de retour élastique

Zone pliée L'épaisseur d u f l a n est sensiblement r é d u i t e avec : u n léger é l a r g i s s e m e n t à l'int é r i e u r d u pli, le f o i s o n n e m e n t f — 0,4 e/R, avec e é p a i s s e u r d u f l a n , R r a y o n de pliagei n t é r i e u r ; un léger r é t r é c i s s e m e n t de l'ext é r i e u r d u pli (fig. 8.41). Le p l i a g e s ' e f f e c t u e : avec u n o u t i l l a g e p o i n ç o n - m a t r i c e ( p e t i t e s p i è c e s en s é r i e ) ; en l'air avec u n o u t i l l a g e « f l e x i b l e » (pièces de g r a n d e s à petites d i m e n s i o n s ) .

FIGURE 8.40 Schémas des pliages.

FIGURE 8 . 4 1

Déformations de la zone pliée.

Détermination du flan S o u s l'effet du p o i n ç o n , les f i b r e s d u m a t é r i a u s o n t s o u m i s e s : - à la t r a c t i o n à l ' e x t é r i e u r d u pli, p r o v o q u a n t u n r é t r é c i s s e m e n t ; - à la c o m p r e s s i o n à l ' i n t é r i e u r d u pli, p r o v o q u a n t un é l a r g i s s e m e n t . Il y a é q u i l i b r e des d é f o r m a t i o n s sur la f i b r e neutre.


243

Longueur du flan fibre neutre S e l o n l ' a n g l e et le r a y o n R de p l i a g e , la f i b r e neutre se s i t u e d u m i l i e u de l ' é p a i s s e u r e d u f l a n v e r s l ' i n t é r i e u r d u pli. Sa p o s i t i o n d é f i n i t la l o n g u e u r d u f l a n (son d é v e l o p p e m e n t t h é o r i q u e ) (fig. 8.42). P r a t i q u e m e n t , o n a d m e t q u e la f i b r e n e u t r e est située à : e/2 avec R/e > 3 ; e/2,5 avec R/e - 2 ; e/3 avec R/e - 1. FIGURE 8.42

Définition longueur d'un flan.

Sens de pliage P e r p e n d i c u l a i r e au s e n s de l a m i n a g e , o u d a n s u n e d i r e c t i o n i n t e r m é d i a i r e (fig. 8.43), en p a r t i c u l i e r p o u r m a t é r i a u x é c r o u i s o u d u r s (aciers, laitons...). La p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e m e n t d u pliage est de q u e l q u e s d i x i è m e s de m m . L'angle de p l i a g e s ' o b t i e n t avec p r é c i s i o n après a n n u l a t i o n d u ressaut (0,5 à 2°).

FIGURE 8.43 Sens du laminage pour pliages concourants.

Rayon de pliage minimum À c o n s i d é r e r , p o u r éviter des c r i q u e s , en f o n c t i o n de l ' é p a i s s e u r d u f l a n et d u m a t é r i a u ( l i m i t e élastique). Plus le r a y o n de p l i a g e est f a i b l e et p l u s la d é f o r m a t i o n est g r a n d e . Rayon l i m i t e de p l i a g e R > e, avec e < 4 m m ; R — 2 e, avec e > 4 m m . Éviter la naissance de c r i q u e s causée par le d é p a s s e m e n t de la l i m i t e d ' a l l o n g e m e n t des f i b r e s e x t é r i e u r e s (les p l u s t e n d u e s ) .

Effort de pliage Il est p l u s i m p o r t a n t en p l i a g e e n m a t r i c e q u ' e n p l i a g e en l'air (2 à 3 f o i s s u p é r i e u r ) .

Effort de pliage en l'air Flan sur d e u x a p p u i s (fig. 8.44), à d é t e r m i n e r a p p r o x i m a t i v e m e n t par la f o r m u l e : 1,3. I. e2. Rn avec poinçon / = l o n g u e u r d u pli (à la f i b r e neutre) en m m , e - é p a i s s e u r d u f l a n en m m , d - distance des a p p u i s d u f l a n en m m , Rm = résistance à la r u p t u r e d a N / m m 2 .

matrice • v. appui

FIGURE 8.44

Pliage en l'air sur 2 appuis (à fond de forme en vé).

244

Guide de l'usinage

Effort de pliage en matrice À d é t e r m i n e r a p p r o x i m a t i v e m e n t , par la f o r m e : F = 0 , 7 - I • Rm • e (1+e/d) (fig. 8.45).

FIGURE 8.45

Pliage en matrice.

| Matériaux utilisés Tôles l a m i n é e s à f r o i d (pliables g é n é r a l e m e n t avec R = e) ; t ô l e s l a m i n é e s à c h a u d (qualités E).

Pliage en l'air À e f f e c t u e r à la m a c h i n e à p l i e r o u à la presse-plieuse, en p r o d u c t i o n u n i t a i r e o u de série, sur f l a n s de t o u t e s épaisseurs. U n v o l e t - p r e s s e u r m a i n t i e n t le f l a n d ' u n côté, le p l i a g e étant o b t e n u par b a s c u l e m e n t d ' u n v o l e t - p l i e u r , réglé au r a y o n de g i r a t i o n (fig. 8. 46).

volet-presseur butée réglable

0 appui piece volet-plieur

FIGURE 8.46

Schéma du pliage en l'air.

Pliages successifs sur un flan À l'aide d ' u n appui spécifique adapté v o l e t - p r e s s e u r (fig. 8.47).

au

FIGURE 8.47

Schéma de pliages successifs sur une pièce.

Extrémités des poinçons Pour ne pas m a r q u e r la pièce d a n s le pli i n t é r i e u r , p r é v o i r sur le p o i n ç o n : u n m é p l a t de 0,5 à 1 m m pour e < 4 m m ; un rayon de 4 à 6 m m p o u r e > 4 m m

* ^ ^ ^ H I ^HftrcJ

!

^

^ ^ ^ H

FIGURE 8 . 4 8

Extrémités des poinçons en pliage à fond de forme en vé.


Doc. Colly

245

Matrice en élastomère Pour f l a n s p l a s t i f i é s , p r é o x y d é s , en acier inoxydable, cuivre, laiton, a l u m i n i u m poli : évite de m a r q u e r la pièce d a n s le pli e x t é r i e u r (fig. 8.49).

Utilisation P r o d u c t i o n de pièces de g r a n d e et de petite l o n g u e u r , s e l o n la c a p a c i t é - m a c h i n e avec u n o u t i l l a g e s t a n d a r d , p o u r d i v e r s a n g l e s et plusieurs DIÌS

FIGURE 8.49 Pliage d'une pièce sans la marquer.

Pliage en matrice À e f f e c t u e r avec u n o u t i l l a g e p o i n ç o n - m a t r i c e s p é c i f i q u e au p r o d u i t à o b t e n i r , en p r o d u c t i o n de série p o u r petites à m o y e n n e s pièces de f a i b l e é p a i s s e u r (e = < 4 m m ) . L'outillage est c o n ç u p o u r e f f e c t u e r d i f f é r e n t s pliages (en vé, en é q u e r r e , en Z, en U, u n bordage).

Effort de pliage Il p e u t ê t r e c o n t i n u , par f l é c h i s s e m e n t o u avec f r a p p e , à f o n d de m a t r i c e (fig. 8.50). Le pliage avec f r a p p e a n n u l e le ressaut et l'effet est d o u b l e d u pliage.

FIGURE 8.50

Schéma d'outillage de pliage en matrice par frappe.

Angles de pliage relativement précis Écraser par f l é c h i s s e m e n t le g a l b e d u f o n d de pièces en U, avec le f o n d de m a t r i c e b o m b é (et le p o i n ç o n ajusté en creux) (fig. 8.51).

pièce o b t e n u e a ~ précis

FIGURE 8.51

Schéma d'outillage de pliage à angle précis en matrice.

Le f o n d de m a t r i c e , p o u r les d i f f é r e n t s t y p e s d ' o u t i l l a g e s , est c o n ç u en é j e c t e u r : assure le m a i n t i e n d u f l a n c o n t r e le p o i n ç o n , e n d é b u t d ' o p é r a t i o n ; d é g a g e la pièce f o r m é e en f i n d ' o p é r a t i o n (fig. 8.50 à 8.57).

246

Guide de l'usinage

Rayons sur arêtes du poinçon et de la matrice Ils s o n t a d m i s à d e u x é p a i s s e u r s d u flan.

Pliage en vé F o r m a g e à u n a n g l e d o n n é , d ' u n f l a n en posit i o n par les d r a g e o i r s (deux butées en o p p o sition) (fig. 8.52). La m a t r i c e d o i t ê t r e p l u s h a u t e q u e le p o i n çon p o u r résister à l'effet de c o i n d u p o i n ç o n . L'angle de p l i a g e d u v é d o i t ê t r e i n f é r i e u r à celui de la pièce (2 à 3°) p o u r c o m p e n s e r le ressaut. Les ailes d u f l a n plié n ' o n t pas à être e n g a gées t o t a l e m e n t d a n s la m a t r i c e .

matrice.

Pliage en équerre F o r m a g e à un a n g l e d e 90°, avec de p r é f é rence un o u t i l l a g e o ù le f l a n est s i t u é h o r i z o n t a l e m e n t sur la m a t r i c e (fig. 8.53). L'aile la p l u s g r a n d e est située sur l'éjecteur. L'aile la p l u s c o u r t e p é n é t r e r a t o t a l e m e n t d a n s la m a t r i c e , après s o n relevage. L'effet d e c h a s s e d u p o i n ç o n est c o m p e n s é par l'éjecteur et le d r a g e o i r , o u par l'éjecteur avec des pilotes de c e n t r a g e d u flan. L'éjecteur agit avec u n e f o r t e p r e s s i o n p o u r s ' o p p o s e r au g l i s s e m e n t d u f l a n , d u r a n t le pliage ( f r o t t e m e n t sur r a y o n de matrice).

FIGURE 8 . 5 3

Schéma d'outillage de pliage en équerre.

MËÊKH

Pliage en Z

a«.—

F o r m a g e , e n une o p é r a t i o n d e d e u x plis en é q u e r r e , par u n o u t i l l a g e avec s e r r e - f l a n (fig. 8.54). Le serre-flan d o i t agir avec u n e p r e s s i o n s u p p o s a n t au g l i s s e m e n t latéral d u flan.

FIGURE 8.54

Schéma d'outillage de pliage en Z.

Pliage en U F o r m a g e s i m u l t a n é m e n t de d e u x ailes o p p o s é e s sur u n f l a n , sans effet de chasse (fig. 8.55). Le p o i n ç o n d é p i n c é (1 à 2°) p e r m e t d ' o b t e n i r l ' a n g l e désiré, le ressaut a s s u r a n t la n o n - a d h é rence p i è c e / p o i n ç o n .


247

Une b a g u e d ' é j e c t i o n , située a u - d e s s u s de la m a t r i c e , é j e c t e r a si n é c e s s a i r e les pièces a d h é r e n t e s à la r e m o n t é e d u p o i n ç o n .

FIGURE 8 . 5 5

Schéma d'outillage de pliage en U.

Pliage en double U ici ailes extérieures) F o r m a g e , en u n e o p é r a t i o n , de pièces à b o r d c o u r t ( d o u b l e pli) (fig. 8.56).

FIGURE 8.56

Schéma d'outillage de pliage en double U.

F2

Bordage R o u l a g e d u b o r d d ' u n f l a n (de f a i b l e é p a i s seur) à l ' a i d e d ' u n o u t i l l a g e s p é c i f i q u e , après p l i a g e en U (fig. 8.57).

poinçon de bordage poinçon de maintien pièce

FIGURE 8.57

Schéma d'outillage de bordage après pliage.

Q ^ O u t Î M a g e s de pliage Pour p r o d u c t i o n en petites séries de petites pièces, peu précises a n g u l a i r e m e n t , sur presses d'emboutissage. Les e f f o r t s m i s en j e u d o i v e n t être p a r f a i t e m e n t é q u i l i b r é s e n t r e le p o i n ç o n et la m a t r i c e (guid a g e s par c o l o n n e s o u t a l o n ) . É l é m e n t s c o n s t i t u t i f s d u p o i n ç o n et de la m a t r i c e , de c o n c e p t i o n m o d u l a i r e : à situer en posit i o n r i g o u r e u s e (centreurs).

Raccordements Le g l i s s e m e n t de la t ô l e est f a v o r i s é par u n r a y o n r = 2e sur p o i n ç o n et m a t r i c e (fig. 8.58). Gros o u t i l l a g e s . C h a n f r e i n de 2 à 5 m m à 45°, raccordé par r a y o n s .

248

Guide de l'usinage

Jeu fonctionnel poinçon/matrice

largeur extérieure pièce précise le

largeur intérieure pièce précise li

le pièce - (2e + jeu)

*r

*

J e u j = 1/10e, à a f f e c t e r au p o i n çon o u à la m a t r i c e , s e l o n la position de p r é c i s i o n à obtenir (fig. 8.58). D i m e n s i o n extérieure précise : jeu au p o i n ç o n ; d i m e n s i o n intérieure précise : j e u à la m a t r i c e .

poinçon

poinçon

? % le p èce = cote précise

L J

li pièce = cote précise >|

L -4 Lr -

PI FIGURE 8 . 5 8

Jeu fonctionnel poinçon-matrice et rayons de raccordement.

M

le pièce matrice

matrice

li pièce + j e u + 2e

Course de l'éjecteur À l i m i t e r é v e n t u e l l e m e n t p o u r éviter son a d h é r e n c e à la pièce (cas des petits outillages).

Outillages de grande série ou de grandes dimensions Les pièces d ' u s u r e s e r o n t i n t e r c h a n g e a b l e s . Ces o u t i l l a g e s d e v r a i e n t réaliser la t o t a l i t é des d i v e r s e s o p é r a t i o n s de p l i a g e n é c e s s a i r e s à l ' o b t e n t i o n d u t y p e de pièces à p r o d u i r e .

Outillages combinés

*

Ils e f f e c t u e n t les d i v e r s e s o p é r a t i o n s de d é c o u p e , e m b o u t i s s a g e , p l i a g e (voir « Procédé d ' e m b o u t i s s a g e »). Les m a t r i c e s m u l t i f o r m e s à p o s i t i o n n e m e n t r a p i d e a s s u r e n t la f l e x i b i l i t é de p r o d u c t i o n .

Presses-plieuses M a c h i n e s d e t y p e m é c a n i q u e o u à p r o g r a m m a t i o n n u m é r i q u e avec m o u v e m e n t s h y d r a u liques : p o u r p l i a g e l o n g s (1 à 6 m s e l o n c a p a c i t é des m a c h i n e s , de p u i s s a n c e j u s q u ' à 5000 KN).


249

4.

Formage par extrusion Généralités

D é f o r m a t i o n à f r o i d d ' u n e é b a u c h e , par c o m p r e s s i o n e n t r e un p o i n ç o n et u n e m a t r i c e . La p l a s t i c i t é d u m é t a l p r o v o q u e s o n écoulem e n t q u i g é n è r e u n e pièce en f o n c t i o n de l ' o u t i l l a g e p o i n ç o n - m a t r i c e m i s en oeuvre (fig. 8.59). S e l o n l ' o u t i l l a g e d e m i s e e n œ u v r e , le p r o cédé est a p p e l é : f i l a g e d i r e c t o u a v a n t - f i l a g e inverse ou arrière, filage latéral, refoulage, écrasage, étirage. Les l o p i n s (les bruts) s o n t c a l i b r é s en f o r m e et en p o i d s . En f i l a g e inverse, ils p e u v e n t être c a l i b r é s par u n e o p é r a t i o n d ' é c r a s a g e e n matrice.

poinçon pièce matrice frette éiecteur

FIGURE 8.59 Schéma d'outillage de formage par extrusion (filage inverse).

Filage direct ou avant Le m a t é r i a u s ' é c o u l e au t r a v e r s de la f i l i è r e - la m a t r i c e - s u i v a n t le sens d u d é p l a c e m e n t d u p o i n ç o n (fig. 8.60). S e l o n l ' o u t i l l a g e , les pièces o b t e nues s o n t pleines, t u b u l a i r e s , avec collerette, d'épaisseur décroissante...

Filage pièce tubulaire pièce obtenue (en dernière passe)

Filage pièce pleine pièce obtenue (en dernière passe)

c

FIGURE 8.60 Schémas du filage direct.

filage du matériau

Filage inverse ou arrière Le m a t é r i a u s ' é c o u l e le l o n g d u p o i n ç o n (dans le sens i n v e r s e de s o n d é p l a c e m e n t ) (fig. 8.61). S e l o n l ' o u t i l l a g e , les pièces o b t e n u e s s o n t pleines o u t u b u l a i r e s .

250

Guide de l'usinage

FIGURE 8.61 Schémas du filage inverse (pièces tabulaires).

™

Filage latéral

La m maattéèrriiaau s ' é c o u l e d a n s u n orif i c e s i t u é p e r p e n d i c u l a i r e m e n t au sens de d é p l a c e m e n t d u p o i n ç o n (fig. 8.62). Les p i è c e s o b t e n u e s u n e saillie de f o r m e .

comportent t filage

du matériau

FIGURE 8.62 Schéma du filage latéral.

ébauche

!

pièce obtenue

Refoulage Sur u n e e x t r é m i t é d u l o p i n , le matériau s'écoule dans un orifice de f o r m e (fig. 8.63). Les p i è c e s o b t e n u e s c o m p o r t e n t une tête o u u n e c o l l e r e t t e .

:

ilage du matériau ébauche

FIGURE 8.63 Schémasd'opération de refoulage

Écrasage Le l o p i n s ' é c o u l e l i b r e m e n t s o u s le tas o u d a n s u n e m a t r i c e d e f o r m e , p o i n ç o n et m a t r i c e étant à f o n d plat (fig. 8.64).


251

Les pièces o b t e n u e s s o n t des b r u t s m o d i f i é s à une f o r m e d o n n é e (préparation de lopins de filage inverse). filage du__ matériau

ébauche

FIGURE 8.64 Schéma d'opération de refoulage.

Étirage Le l o p i n p l e i n , o u c r e u x avec u n f o n d , s ' é c o u l e au t r a v e r s d ' u n e filière sous l'action du poinçon a g i s s a n t s u r le f o n d de la pièce (fig. 8.65). Les pièces o b t e n u e s s o n t à s e c t i o n p l e i n e o u t u b u l a i r e avec u n f o n d .

FIGURE 8.65 Schéma d'opération d'étirage.

filière pièce avant l'opération

rmatériau /'pièce en cours d'obtention

Caractéristiques des pièces G é n é r a l e m e n t les pièces o b t e n u e s s o n t de t y p e s y m é t r i q u e (fig. 8.66). Elles c o n s e r v e n t le p o i d s d u l o p i n à 1 % près ( é c o n o m i e de m a t i è r e ) . Leurs f o r m e s s o n t sans d é p o u i l l e ; l'état de surface obtenu est = 1,6 Ra. Les c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s s o n t a m é l i o r é e s par le f i b r a g e d u matériau. L'écrouissage d e la pièce peut suppléer à u n t r a i t e m e n t t h e r m i q u e .

H

H

HUM | yipn

FIGURE 8.66 Différentes pièces produites par extrusion (en filage).

252

Guide de l'usinage

Réduction de diamètre des lopins au filage Pour u n e o p é r a t i o n , elle est f o n c t i o n de la s t r u c t u r e d u m a t é r i a u . Filages d i r e c t et inverse, r é d u c t i o n s m a x i m a l e s : 60 % p o u r les aciers alliés ; 70 % p o u r les aciers d o u x ; 95 % p o u r les alliages d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e .

Taux de réduction R Écrouissage m a x i a v a n t r u p t u r e en f o n c t i o n des s e c t i o n s de la m a t r i c e S m et de la f o r m e filée S f , soit R = ( S m - S f / S f ) . 100 < 70 %.

Opérations successives de filage Leur n o m b r e varie en f o n c t i o n d u t a u x de r é d u c t i o n (fig. 8.67 et fig. 8.68). Un recuit de r é g é n é r a t i o n peut être p r a t i q u é e n t r e d e u x o p é r a t i o n s . i

brut

i

ill

M-i opérations successives

FIGURE 8.67 Cycle de production d'une pièce en filage direct.


FIGURE 8.68 Cycle de production d'une pièce en filage inverse.

253

4.13

Outillage de filage direct

La m a t r i c e est f r e t t é e : résistance a u x e f f o r t s de c o m p r e s s i o n a g i s s a n t l a t é r a l e m e n t (fig. 8.69). A l é s a g e de f i l a g e par o p é r a t i o n . S o n diam è t r e est : f o n c t i o n d u t a u x de r é d u c t i o n ; de l o n g u e u r l i m i t é e (— 5 m m ) p o u r ne pas f r e i n e r l ' é c o u l e m e n t ; r a c c o r d é par des r a y o n s à l ' a l é s a g e a r r i è r e et à l ' a n g l e de filage. Pièces r e l a t i v e m e n t l o n g u e s : à m a i n t e n i r à la s o r t i e de f i l i è r e par u n g u i d e : a s s u r e la r e c t i t u d e de la pièce. J e u f o n c t i o n n e l m a t r i c e - l o p i n : q u a l i t é H7 h 6, g é n é r a l e m e n t . Le p o i n ç o n est au d i a m è t r e c o r r e s p o n d a n t à c e l u i de la f o r m e à f i l e r ( o p é r a t i o n précédente).

FIGURE 8.69

poinçon (extrémité)

matrice

guidage (pièce longue)

r1 = 1,5 (01 -02) r2 = 0,5 à 1 r3 = 1mini

0 1 = 0 forme à filer 02 = 0 de filage 03 = 02 + 2 mini

Poinçon et matrice pour filage direct.

• Outillage de filage inverse S c h é m a d ' u n o u t i l l a g e (fig. 8.70).

-

Poinçon

-mMmmmMm

S o n e x t r é m i t é est c o n i q u e (— 170°) l'écoulement du matériau. S o n d i a m è t r e effectif est à la cote s u r — 5 m m , p r o l o n g é par un c ô n e n a g e à 10 %) de - 10 m m . Sa l o n g u e u r m a x i — 4 d i a m è t r e s d u évite le f l a m b a g e .

: permet nominale (détalonpoinçon,

Matrice Sa l o n g u e u r d o i t a s s u r e r le g u i d a g e de la pièce. Nota : Épaisseur d u f o n d de pièce : l i m i t e r à 0,7 é p a i s s e u r des c ô t é s de la pièce.

FIGURE 8.7(

Poinçon et matrice pour filage inverse

254

Guide de l'usinage

4.15

Effort d'extrusion

A p p l i q u é au p o i n ç o n , FfdaN) = SI • p, avec SI = S e c t i o n d u l o p i n ; p, e f f o r t s p é c i f i q u e > 0.054 • H • ( r - 10), d ' a p r è s Pessl et H a u t t m a n n .

Outillage hydrostatique d'étirage Le p o i n ç o n est r e m p l a c é par u n p i s t o n , le f o u l o i r , avec j o i n t d ' é t a n c h é i t é q u i c o m p r i m e un f l u i d e (huile) dans un c o n t e n e u r (fig. 8.71). Le f l u i d e a g i t de t o u t e p a r t sur le l o p i n : le l o p i n o u b i l l e t t e , ne f l a m b a n t pas, p e u t ê t r e long.

fouloir

La p r e s s i o n n é c e s s a i r e m e n t élevée (3.10 9 Pa) nécessite une excellente étanchéité fouloir/conteneur. pression / ébauche

FIGURE 8 . 7 1

d'obtention

Schéma d'étirage hydrostatique.

Tréfilage Procédé d é r i v é de l ' é t i r a g e , à la d i f f é r e n c e q u e la pièce est filée (au t r a v e r s d ' u n e filière) par t r a c t i o n et n o n c o m p r e s s i o n . Les pièces p r o d u i t e s s o n t calibrées en section.

Utilisation de l'extrusion G é n é r a l e m e n t p o u r la g r a n d e série (petites pièces de t y p e c y l i n d r i q u e ) . L'étirage h y d r o s t a t i q u e et le t r é f i l a g e s o n t utilisés en p r o d u c t i o n de pièces l o n g u e s .


255

5.

Formage par fluotournage Généralités

D é f o r m a t i o n , à f r o i d ou à chaud, d ' u n e é b a u c h e (flan de t ô l e , e m b o u t i . . . ) par c o m p r e s s i o n d u m é t a l s u r u n e f o r m e de référence, le m a n d r i n . L'ébauche est e n t r a î n é e en r o t a t i o n et une o u p l u s i e u r s m o l e t t e s (les outils) p r o v o q u e n t le f l u a g e d u m a t é r i a u s u i v a n t la t r a j e c t o i r e des m o l e t t e s (fig. 8.72). L'ébauche est m a i n t e n u e sur le m a n d r i n par un poussoir. S e l o n les é b a u c h e s et les f o r m e s de référence, le f l u o t o u r n a g e p e r m e t d e p r o d u i r e des pièces c y l i n d r i q u e s , c o n i q u e s o u c u r v i lignes.

molette

piece en c o u r s d'obtention >|~[«e0 e 1 < eO

f*

y 'mandrin

T ppoouusss o i r

I I ®|

| j , . é b a u c h e (flan)

FIGURE 8.72 Schéma de fluotournage (cylindrique).

Écoulement du matériau S ' e f f e c t u e dans de b o n n e s c o n d i t i o n s avec u n e r é d u c t i o n d ' é p a i s s e u r d u flan : 30 % m a x i p o u r les f o r m e s c y l i n d r i q u e s ; 50 % m a x i p o u r les f o r m e s c o n i q u e s et c u r v i l i g n e s .

Réduction de l'épaisseur fluée Plusieurs passes p e u v e n t être e f f e c t u é e s p o u r r é d u i r e l ' é p a i s s e u r f l u é e , si le t a u x d ' é c r o u i s sage d u m a t é r i a u le p e r m e t , en f o n c t i o n de la s t r i c t i o n X %, avec u n e r é d u c t i o n m a x i m a l e égale à X. 1 / 0,17 + 0,01 X Taux d'écrouissage. D o n n é par la r e l a t i o n de r é d u c t i o n d ' é p a i s s e u r des p a r o i s : R % =

~ 61 o

• 100.

Formes cylindriques Elles s o n t o b t e n u e s à u n e é p a i s s e u r d o n n é e sur un m a n d r i n c y l i n d r i q u e , à partir d ' u n f l a n et d ' u n e m b o u t i (fig. 8.73). Un c a l i b r a g e est nécessaire p o u r o b t e n i r un d i a m è t r e précis.

FIGURE 8 . 7 3

Ébauche préformée de pièce à filer cylindrique.

Formes coniques et curvilignes Elles s o n t o b t e n u e s sur m a n d r i n s de la f o r m e i n t é r i e u r e désirée (fig. 8.74 et f i g . 8.75). L'épaisseur des f o r m e s o b t e n u e s est r é d u i t e en f o n c t i o n de la pente à o b t e n i r , soit épaisseur f l u é e e1 - e 0 . sin a , avec e 0 = é p a i s s e u r d u f l a n ; a = p e n t e d u m a n d r i n .

256

Guide de l'usinage

trajectoire molette e 1 = eO • s i n a

aauche (flan)

é b a u c h e (flan) ,an mandrin de forme

e n = eO • s i n a

m a n d r i n de f o r m e

FIGURE 8.74 Schéma de fluotournage conique.

FIGURE 8.75 Schéma de fluotournage curviligne.

Formes curvilignes L'angle d e p e n t e a v a r i a n t , l ' é p a i s s e u r de paroi n'est pas c o n s t a n t e . Les f l a n s p e u v e n t ê t r e p r é p a r é s p o u r produire une paroi à épaisseur constante ( é b a u c h e o b t e n u e par u n a u t r e p r o c é d é de f a b r i c a t i o n ) (fig. 8.76).

ébauche (flan)

FIGURE 8 . 7 6

Forme d'ébauche pour pièce curviligne à épaisseur de paroi constante.

Outils-molettes Le r a y o n des o u t i l s - m o l e t t e s r m c o r r e s p o n d à : F l u o t o u r n a g e c y l i n d r i q u e , r m = 2 épaisseurs d u f l a n e0 ; f l u o t o u r n a g e c o n i q u e et c u r v i l i g n e , r m = e 0 . Profil des m o l e t t e s : a n g l e d ' a t t a q u e k (kappa) 50 à 70° ; a n g l e de d é g a g e m e n t ^ (psi) 20° ; D i a m è t r e g é n é r a l e m e n t petit ; état de surface e x c e l l e n t ( q u a l i t é poli) (fig. 8.77).

FIGURE 8 . 7 7

Profil des outils-molettes.


257

Matériaux utilisés Avec coefficient d ' a l l o n g e m e n t à f r o i d A % > 10 et une structure globulaire à grains fins. Les matériaux durs et fragiles peuvent être f l u o t o u r n é s à chaud (tungstène à 1 200 °C, alumin i u m non allié à 200 °C...) Les caractéristiques mécaniques sont modifiées et améliorées de 20 à 80 % maxi.

Précisions obtenues Précision d i m e n s i o n n e l l e . Sur épaisseur = 0,04 à 0,10 m m maxi. État de surface. Intérieur de la pièce, Ra > 0,3 p m ; extérieur de la pièce Ra

0,8 p m .

| Utilisation O b t e n t i o n de pièces d e v a n t avoir d'excellentes caractéristiques mécaniques, en p r o d u c t i o n unitaire et de série.

6 . F o r m a g e sous haute énergie Généralités Une force développée sur un flan ou une p r é f o r m e produit le plaquage dans la matrice, éliminant p r a t i q u e m e n t t o u t e élasticité résiduelle du matériau. Le procédé est excessivement rapide dans sa réalisation (quelques micro-secondes). Trois m é t h o d e s sont mises en œ u v r e : par e x p l o s i o n , par é l e c t r o m a g n é t i s m e , par électrohydraulisme. La matrice est le seul outillage à concevoir (coût réduit). Les pièces obtenues sont d'excellente qualité ( d i m e n s i o n n e l l e et géométrique). Sécurité de mise en œuvre impérative (grandes précautions d'utilisation).

258

Guide de l'usinage

6.2

Formage électro-hydraulique

La d é c h a r g e en q u e l q u e s m i c r o - s e c o n d e s de l'énergie électrique d'une batterie de condensateurs, entre deux électrodes, génère un plasma dans l'eau qui p r o v o q u e u n e o n d e d e c h o c s p r o v o q u a n t le p l a q u a g e d u f l a n d a n s la m a t r i c e (fig. 8.78). Le f l a n , o u la pièce t u b u l a i r e , est m a i n t e n u d a n s un c o n t e n e u r m é t a l l i q u e (rigide) associé à la m a t r i c e . Les é l e c t r o d e s s o n t situées au v o i s i n a g e de la f o r m e à o b t e n i r , d a n s la m a t r i c e , f a v o r i s a n t le formage.

pièce obtenue

matrice

onde de chocs . électrode eau

Utilisation. Très peu employé (sécurité) Le cas é c h é a n t , p r o d u c t i o n de pièces de moyennes dimensions et relativement épaisses ( q u e l q u e s m m ) .

FIGURE 8.78 Schéma de formage électro-hydraulique.

Formage par électromagnétisme Une b a t t e r i e de c o n d e n s a t e u r s est d é c h a r g é e de s o n é n e r g i e é l e c t r i q u e d a n s u n e b o b i n e en q u e l q u e s m i c r o - s e c o n d e s , créant un i n t e n s e f l u x m a g n é t i q u e d a n s l ' e n r o u l e m e n t d e la bobine. Le f l a n m é t a l l i q u e étant situé d a n s le c h a m p électromagnétique, les courants (de Foucault) i n d u i t s c r é e n t u n effet de r é p u l s i o n , (forces d e Laplace), issu de la b o b i n e , q u i p l a q u e le f l a n d a n s la m a t r i c e (fig. 8.79).

préforme

M M —

—.

bobine pièce o b t e n u e

matrice

Matériaux utilisés Métalliques, bon conducteur électrique. Un m a t é r i a u à f o r t e r é s i s t i v i t é ( i n o x y d a b l e ) est f o r m a b l e avec i n t e r p o s i t i o n d ' u n e f e u i l l e d e c u i v r e o u d ' a l u m i n i u m e n t r e pièce et bobine.

N

FIGURE 8.79 Schéma de formage électromagnétique

(forme expansée).

Dimensions des pièces .msÊSÊtÊÊÊÊmsmÊaÊÊaaaÊÊKm

Épaisseur m a x i m a l e déformable. A c i e r s et l a i t o n s , = 3 m m = 6 mm.

; cuivre, alliages d ' a l u m i n i u m

D i a m è t r e m i n i m u m des pièces t u b u l a i r e s ( p r é f o r m e s ) . Il est f o n c t i o n de la s e c t i o n de la b o b i n e par r a p p o r t à l ' é p a i s s e u r de la pièce. On c o n s i d è r e : aciers, 0 m i n i = 30 épaisseurs pièce ; c u i v r e et alliages d ' a l u m i n i u m — 10 épaisseurs pièce.

9. Procédés de fraisage

259

WÊÊÊÊÊtm.

Outillage

^ M M B —

C o n s t i t u é par la m a t r i c e o u u n i q u e m e n t une pièce c o m p l é m e n t a i r e à a s s e m b l e r avec la pièce d é f o r m é e (sertissage) (fig. 8.80).

Utilisation F o r m a g e par e x p a n s i o n et par r é t r e i n t e , p r i n c i p a l e m e n t d e p i è c e s t u b u l a i r e s (les b o b i n e s s o n t g é n é r a l e m e n t d e s e c t i o n circ u l a i r e ) en p r o d u c t i o n de série ( p e t i t e s et m o y e n n e s pièces).

FIGURE 8.80 Sertissage de pièces par formage magnétique

(forme rétreinte).

Formage par explosion eau

U n e o n d e de choc, p r o v o q u é e par la m i s e à feu d ' u n e charge explosive située dans un conteneur d'eau incompressible (remplaçant le p o i n ç o n ) se p r o p a g e d a n s l'eau q u i p l a q u e le f l a n o u la p r é f o r m e d a n s la m a t r i c e (fig. 8.81).

charge explosive serre-flan

t flan matrice

La pièce est p r o d u i t e , à f r o i d , d a n s u n seul tir. L ' o n d e d e c h o c , q u i se d é p l a c e à la v i t e s s e s u p e r s o n i q u e (== 2 000 m / s e c ) , est o b t e n u e par l ' o n d e de d é t o n a t i o n d u gaz c r é a n t l'exp l o s i o n de la c h a r g e .

pièce obtenue matrice charge explosive

FIGURE8.81

Schéma de formage d'un flan par explosion.

préforme eau

pièce obtenue

FIGURE 8,82 Schéma de formage d'une préforme par

explosion.

260

La p r é c i s i o n de f o r m e est assurée par la réal i s a t i o n p r é a l a b l e d ' u n v i d e e n t r e le f l a n o u la p r é f o r m e et la m a t r i c e . Le c o n t e n e u r , r e n o u v e l a b l e p o u r c h a q u e pièce, est en un m a t é r i a u f a c i l e m e n t d e s t r u c t i b l e (carton, p l a s t i q u e . . . ) . La m a t r i c e peut être é g a l e m e n t i m m e r g é e en piscine, à la place d u c o n t e n e u r . En f o r m a g e par e x p a n s i o n d ' u n e f o r m e préf o r m é e ( c y l i n d r i q u e , c o n i q u e . . . ) c ' e s t la f o r m e q u i est c o n t e n e u r (fig. 8.82).

Guide de l'usinage

Matériaux utilisés Tous les matériaux emboutissables sont f o r m a b l e s par ce procédé. •

mu

Dimensionnelle. Quelques dixièmes de m m à quelques m m , selon les matériaux et les d i m e n sions des pièces (plusieurs mètres), en raison d ' u n faible retour élastique de la f o r m e . État de surface. Celui du flan ou de la p r é f o r m e n'est pas altéré. Caractéristiques mécaniques. Résistance à la rupture améliorée = 10 %. Épaisseur des pièces. Très épaisses (flans j u s q u ' à 100 m m ) . Avec une i m p o r t a n t e d é f o r m a t i o n , réduction d'épaisseur j u s q u ' à 15 m m dans la zone la plus proche de la charge. Un p r é f o r m a g e est nécessaire si diamètre du flan/épaisseur > 350. IMMIlMftlKtilWIliMIMtHilHtHItJitWilWIMiW^^^^^^BPI^^^^^MMMWMËMMHMBM

hfl H f II ' H il' Ih'T' TI' MT 1ÌHI V ' f'I'lTMfffîMIfflffTIPMMMBBHBHHBBWMMHW I MHH^^

Constitué par la matrice : en matériau métallique (fonte, acier) pour la p r o d u c t i o n de série de pièces sans grandes d i m e n s i o n s . En t r a v a u x unitaires et de petites séries (pièces v o l u m i n e u s e s ) : matrice en m é c a n o - s o u d u r e , ciment armé, résines renforcées. Nota : un k i l o g r a m m e de l'explosif utilisé (dit lent) a une force c o m p a r a b l e à une presse de 5000 KN. MMIIIIBM Essentiellement p o u r l ' o b t e n t i o n de f o r m e s h é m i s p h é r i q u e s , en e x p a n s i o n (en creux) d ' u n flan ou d ' u n e préforme. Production unitaire et de petites séries de pièces de grandes d i m e n s i o n s et très épaisses en aéronautique, transport, astronautique, chauffage... (réservoirs et citernes, en particulier).

7

Cintrage Généralités

Formage à f r o i d de f o r m e s courbes sur des profilés, des tubes et des tôles.

Cintrages des tôles Réalisation d ' u n e surface courbe réglée à partir d ' u n e surface é g a l e m e n t réglée, par allongement des fibres extérieures (tendues) et r e f o u l e m e n t des fibres intérieures (comprimées), la fibre centrale ou fibre neutre étant de longueur invariable (fig. 8.83). Le cintrage des tôles s'effectue sous l'action de trois rouleaux presseurs parallèles, disposés t r i a n g u l a i r e m e n t et réglables en position relative, sur une rouleuse (fig. 8.84).


261

It

In

fibre neutre

zone fibres tendues Jà/

/

Sr

/ \

cintre

/

\

\

NT

zone fibres c o m p r i m é e s \

\ L /

It > In > In = l o n g u e u r d é v e l o p p é e

FIGURE 8.83 Schéma de déformation des fibres d'une tôle cintrée.

FIGURE 8.84 Schéma de cintrage à trois rouleaux.

Extrémités de la forme cintrée

i —

Si le c i n t r a g e est e f f e c t u é sur la t o t a l i t é de la t ô l e , les e x t r é m i t é s de la f o r m e c i n t r é e s o n t o b l i q u e s et d é f o r m é e s s o u s les s o l l i c i t a t i o n s ( t e n s i o n et c o m p r e s sion) (fig. 8.85). Ces d é f o r m a t i o n s a u x e x t r é m i t é s s o n t n é g l i g e a b l e s p o u r les t ô l e s m i n c e s .

Longueur développée C'est la l o n g u e u r d e la f i b r e c o n s i d é r é e à la f i b r e centrale.

neutre,

Mise en œuvre

FIGURE 8.85 Déformation des extrémités de tôle épaisse cintrée en forme circulaire.

Viroles A p r è s r o u l a g e au c i n t r e désiré d ' u n e f o r m e c y l i n d r i q u e , la v i r o l e , les e x t r é m i t é s p e u v e n t s u b i r u n « c r o q u a g e » : c i n t r a g e de ces e x t r é m i t é s libres, par a c t i o n s o p p o s é e s de d e u x des t r o i s rouleaux (fig. 8.86). V i r o l e s de petit d i a m è t r e . F o r m a g e avec u n m a n d r i n , q u a t r i è m e r o u l e a u c e n t r a l au d i a m è t r e de la pièce t u b u l a i r e à o b t e n i r (fig. 8.87).

FIGURE 8.86 Schéma de croquage (d'une extrémité de virole).

262

FIGURE 8.87 Schéma de cintrage d'une virole de petit diamètre.

Guide de l'usinage

Tôles minces Leur c i n t r a g e p e u t nécessiter au p r é a l a b l e u n é c r o u i s s a g e s u p e r f i c i e l b r i s a n t les f i b r e s de la t ô l e (cas o ù les g é n é r a t r i c e s de la f o r m e c i n t r é e s o n t parallèles au sens d u l a m i n a g e ) .

Tôles épaisses C h a n f r e i n e r les b o r d s , p o u r é v i t e r la naissance de c r i q u e s au c i n t r a g e . »

»

»

»

^

i

M

M

M

^

M

^

a

p

M

M

^

^

W

M

i

Elles s o n t d u t y p e à t r o i s r o u l e a u x r é g l a b l e s (en p r o g r a m m a t i o n n u m é r i q u e ) . Elles p e u v e n t être à q u a t r e r o u l e a u x , le q u a t r i è m e , étant s i t u é en o p p o s i t i o n au r o u l e a u supérieur, p e r m e t le c r o q u a g e des e x t r é m i t é s de la pièce ( d é b u t et f i n d ' o p é r a t i o n ) (fig. 8.88).

Cintrage de tôles épaisses (jusqu'à — 250 mm) F o r m a g e à f r o i d o u à c h a u d avec des presses à c i n t r e r (fig. 8.89).

FIGURE 8.88 Schéma de cintrage à quatre rouleaux.

Cintrage de tôles longues (à grand rayon de courbure) Utiliser des r o u l e u s e s verticales, p o u r éviter la d é f o r m a t i o n des t ô l e s s o u s leur poids.

Cintrage des tubes et des profilés C i n t r a g e par f l e x i o n de la pièce. Les f i b r e s de la f o r m e c i n t r é e s u b i s s e n t les m ê m e s c o n t r a i n t e s q u ' e n c i n t r a g e des t ô l e s . La pièce est c i n t r é e sur u n e f o r m e , u n e e x t r é m i t é é t a n t f i x e et l ' a u t r e é t a n t t i r é e sur la f o r m e (fig. 8.90). Les f i b r e s de la pièce t e n d e n t à se r a p p r o cher d u c y l i n d r e m o y e n , p r o v o q u a n t u n e m o d i f i c a t i o n d e l ' é p a i s s e u r et de la sect i o n de la pièce ( t u b e o u profilé). La c o m p r e s s i o n des f i b r e s i n t é r i e u r e s au c y l i n d r e m o y e n fait plisser le m é t a l .


fibres tendues fibres c o m p r i m é e s issures)

FIGURE 8.9« Schéma de cintrage d'un tube (cintreuse à CN).

263

HHHHMBHHRHHIHHHHHHill^HHiH Effort de traction

«•mhhbhhbhhhhm

Inférieur à la l i m i t e é l a s t i q u e d u m a t é r i a u p o u r s ' o p p o s e r : a u x d é f o r m a t i o n s de s e c t i o n d e la pièce (tube en p a r t i c u l i e r ) ; à la m o d i f i c a t i o n de s o n é p a i s s e u r ( d i m i n u t i o n à l ' e x t é r i e u r et augmentation à l'intérieur du cylindre moyen).

C i n t r a g e de t u b e s et d e p r o f i l é s d e f a i b l e é p a i s s e u r : p o u r é v i t e r u n e d é f o r m a t i o n de s e c t i o n , o n a p p l i q u e un e f f o r t de t r a c t i o n . Utiliser u n m a n d r i n , l ' o l i v e , d a n s les t u b e s : évite une d é f o r m a t i o n de s e c t i o n (fig. 8.91).

m a n d r i n fixe (olive)

FIGURE 8 . 9 1

Schéma de cintrage avec guide intérieur (olive).

Utiliser un galet de f o r m e p o u r les p r o f i lés : é v i t e le plissement du métal à l'intérieur du cintre (fig. 8.92).

galet de f o r m e

FIGURE 8 . 9 2

Schéma de cintrage d'un profilé. Doc. SDP

Pièces de forte section. Ne se d é f o r m e n t pas, les f i b r e s r é a g i s s e n t c o m m e d a n s les t ô l e s (les f i b r e s i n t é r i e u r e s se r e f o u l e n t sans t r o p d e risque de plissures). Profilés à ailes (U,T, N). C i n t r a g e d e g r a n d r a y o n , par a l l o n g e m e n t d ' u n e aile o u a l l o n g e m e n t et c o m p r e s s i o n s i m u l t a n é s de d e u x ailes (fig. 8.93).

galet-presseur

1

K— p r o f i l é ! ( c o r n i è r eL)-

galet-support

FIGURE 8 . 9 3

Schéma de cintrage d'un profilé à ailes.

264

Guide de l'usinage

Machines F o r m a g e de p i è c e s c o m p o r t a n t p l u s i e u r s cintres, de r a y o n s et de p o s i t i o n s a n g u l a i r e s et d i m e n s i o n n e l l e s d i f f é r e n t e s o u n o n : avec c i n t r e u s e à CN q u i réalise t o u t e s les o p é r a tions successives p r o g r a m m é e s , en travail par t r a c t i o n . Travaux non sériels. U t i l i s a t i o n de c i n t r e u s e s t r a v a i l l a n t par f l e x i o n sous la p r e s s i o n d ' u n galet-cintreur; prov o q u e un équilibre des contraintes ; a n n u l e les p l i s s u r e s i n t e r n e s (fig. 8.94).

FIGURE 8 . 9 4

Schéma de cintrage d'un tube avec galet-cintreur. Doc. IRLE

Pliages des profilés

«

Il p e u t ê t r e c o n s i d é r é c o m m e u n c i n t r a g e d e p e t i t r a y o n (— 1,5 m a x i m u m de l'épaisseur de l'aile pliée). U n e préparation préalable est n é c e s s a i r e , le g r u g e a g e p o u r les profilés à d e u x ailes (cornières, tés).

••••ÉGrugeage

mm

Découpe d ' u n é v i d e m e n t sur l'aile i n t é r i e u r e au pli à o b t e n i r de v a l e u r a = 180° - a n g l e à f o r m e r (fig. 8.95).

FIGURE 8.95 Pliage de profilé à ailes.

évidement

saignee

Profilés cornières Pliage de l'aile extérieure (fig. 8.95). R a y o n de c i n t r a g e > 1,5 épaisseur d e l'aile. Le s o m m e t de l ' a n g l e g r u g é sera f o r m é d ' u n plat égal à l ' é p a i s s e u r de l'aile à plier.

7FZ

h

grugeage

pièce pliée

préparation pièce

FIGURE 8.96 Préparation des profilés en T et I avant pliage.

9. P r o c é d é s d e

fraisage

265

Rayon de c i n t r a g e < 1,5 é p a i s s e u r de l'aile. Le s o m m e t de l ' a n g l e g r u g é sera situé à mi-épaisseur de l'aile à plier.

Profilé en T et I U n e s a i g n é e o p p o s é e au g r u g e a g e p e r m e t t r a le p l i a g e avec l ' o b t e n t i o n d ' u n e entaille (à o b t u rer p o u r r i g i d i f i e r la zone pliée) (fig. 8.96).

8.

Profilage à froid Généralités feuillard ( l o n g u e u r I)

1er couple

Déformation progressive, à froid, d'une b a n d e m é t a l l i q u e p l a n e , sans r é d u c t i o n d e s o n épaisseur, par s o n a v a n c e m e n t e n t r e u n e série d e c o u p l e s de g a l e t s aux f o r m e s c o m p l é m e n t a i r e s (fig. 8.97).

de galets

dernier couple de galets

FIGURF. 8.97 Couples de galets de profdage (profil ouvert).

Doc. IRLE

Galets de profilage C h a q u e c o u p l e de galets, m o n t é d a n s u n e cage (réglage a u t o n o m e ) a un p r o f i l d é f i n i par sa p o s i t i o n d a n s la série des c o u p l e s nécessaires à l ' o b t e n t i o n d u p r o f i l é .

266

Guide de l'usinage

La s i m u l a t i o n des p r o f i l s successifs c o n s t i t u e une f i g u r e en é t o i l e (fig. 8.98).

Vitesses de défilement

profil final JL /¿^V |

Le p r o f i l é d é f i l e d a n s les g a l e t s e n t r e 40 à 150 m / m i n (forte p r o d u c t i v i t é ) .

profils r ^ V j/^N.intermédiaires

''feuillard FIGURE 8.98 Étoile des profils de galet pour obtenir une

forme.

Matériaux utilisés A c i e r s l a m i n é s (à c h a u d et à f r o i d ) g a l v a n i s é s , p r é l a q u é s , i n o x y d a b l e s ; a l u m i n i u m et ses alliages ; c u i v r e et ses alliages.

Largeur du feuillard C'est le d é v e l o p p é de la f i b r e n e u t r e d u p r o f i l à obtenir. Elle est de 10 à 600 m m , avec des é p a i s s e u r s de 0,5 à 8 m m .

Précisions obtenues Rectitude et v r i l l a g e s o n t de b o n n e q u a l i t é p o u r ces p r o d u i t s s e m i - o u v r é s . La l i m i t e d ' é l a s t i c i t é d u m a t é r i a u est m o d i f i é e aux pliures.

Machines Elles c o m p o r t e n t de 5 à 30 cages p o r t e - g a l e t s , selon les p r o f i l s à o b t e n i r . La p r o d u c t i o n est c o n t i n u e : a l i m e n t a t i o n avec une b o b i n e de la b a n d e m é t a l l i q u e , le f e u i l l a r d . Les p r o f i l é s o b t e n u s s o n t d é c o u p é s en l o n g u e u r c o m m e r c i a l e de 6 m è t r e s , a u t o m a t i q u e m e n t sur la m a c h i n e de p r o f i l a g e .

Utilisation P r o d u c t i o n en g r a n d e série de p r o f i l é s très d i v e r s ( m é t a l l e r i e , b â t i m e n t , t r a n s p o r t : b a r d a g e s , a r m a t u r e s , huisseries, p l a n c h e s , p r o f i l é s de s t r u c t u r e légère...).


267

PROCÉDÉS DE FRAISAGE

1.

2.

3.

4

Généralités

271

1.1

Outils - fraises

274

1.2

Vitesses d'avance

279

1.3

Vitesses de coupe

281

1.4

Choix des vitesses de coupe et d'avance

281

1.5

État de surface

281

1.6

Puissance nécessaire à la coupe Pw

282

Surfaçage - dressage

284

2.1

Généralités

284

2.2

Fraises à surfacer

284

2.3

Fraise à surfacer-dresser

285

2.4

Mise en oeuvre du surfaçage-dressage

286

Rainurage

288

3.1

Généralités

288

3.2

Fraises à rainurer à queue

289

3.3

Fraises à rainurer coupe centrale, à queue, ou à rainurer-plonger ou à dent perçante

289

3.4

Fraises à rainurer en T

290

3.5

Fraises à rainurer trois tailles, ou fraises-disques

290

3.6

Fraises à rainurer pour clavettes disques ( w o o d r u f f )

291

3.7

Fraises-scies

291

3.8

Mise en œuvre du rainurage

292

Fraisage de profils

293

4.1

Généralités

293

4.2

Fraises à copier ou h é m i s p h é r i q u e s

293

4.3

Fraises à détourer, ou en bout à plaquettes rondes

294

269

5

6.

Fraisage de f o r m e

295

5.1

Généralités

295

5.2

Fraises concaves

295

5.3

Fraises convexes

296

5.4

Fraises coniques

296

5.5

Fraises à fileter

297

5.6

Fraises à chanfreiner

297

5.7

Fraises à g o r g e (de circlips...)

297

Mise en oeuvre du fraisage

298

6.1

Trajectoires des fraises ( m o u v e m e n t s d'avance)

298

6.2

Mise en position des pièces

298

6.3

Conception des outillages porte-pièces

301

6.4

Opérations d'usinage autres que fraisage (alésage, perçage, filetage) . . . 302

6.5

M e n u s d'usinage

302

6.6

Machines

302

6.7

Fraiseuses à p o r t i q u e

304

6.8

Fraiseuses universelles avec règles de mesure des déplacements

304

P r o d u c t i o n par o u t i l s de c o u p e de f o r m e s précises à d i r e c t r i c e s r e c t i l i g n e s , c i r c u l a i r e s o u q u e l c o n q u e s , sur des pièces de t y p e g é n é r a l e m e n t p r i s m a t i q u e (plate o u c u b i q u e ) à p a r t i r de b r u t s coulés, f o r g é s , d é b i t é s dans la masse.

Pièces produites Elles p e u v e n t être très petites ( q u e l q u e s m m 2 ) o u très v o l u m i n e u s e s ( p l u s i e u r s m è t r e s de long u e u r et p l u s i e u r s t o n n e s ) en f o n c t i o n de la capacité des m a c h i n e s . Elles s o n t fraisées d a n s l ' e n s e m b l e des m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s et n o n m é t a l l i q u e s , avec des f r a i s e s ( o u t i l s à arêtes de c o u p e g é n é r a l e m e n t m u l t i p l e s ) de f o r m e s a d a p t é e s a u x p r o f i l s à g é n é r e r (fig. 9.1, 9.2, 9.3).

FIGURE 9 . 2

FIGURE 9.1

Fraises à surfacer-dresser. Doc Sandvik-Coromant

FIGURE 9.3

Opération de fraisage hémi-

sphérique. Doc Sandvik-Coromant

Opération de fraisage-détourage. Doc Sandvik-Coromant


271

Précisions obtenues Dimensionnelle. Q u a l i t é 7 ; 6 avec m a c h i n e s très précises (de petites d i m e n s i o n s ) . État de surface. 1,6 à 0,8 Ra en s u r f a ç a g e , r a i n u r a g e , f r a i s a g e de p r o f i l et de f o r m e ; 0,8 à 0,4 Ra en dressage.

Machines utilisées En f o n c t i o n des d i m e n s i o n s et des t y p e s de pièces (plates, c u b i q u e s . . . ) d e la p r o d u c t i v i t é , o n u t i l i s e : des f r a i s e u s e s , des c e n t r e s d'usinage à broche verticale, horizontale ou o r i e n t a b l e (dites u n i v e r s e l l e ) , des f r a i s e u s e s s p é c i f i q u e s (à p o r t i q u e . . . ) , a u x c a p a c i t é s d i v e r s e s ( d é p l a c e m e n t en X de 300 m m à p l u s i e u r s mètres).

surface obtenue arête c o m p l é m e n t a i r e (raclage)

Mouvements générateurs Les a r ê t e s p r i n c i p a l e s de c o u p e é t a n t s i t u é e s en p é r i p h é r i e de l ' o u t i l , la f r a i s e e n l è v e la m a t i è r e u n i q u e m e n t par s o n profil. S e l o n les t y p e s de fraises, la f o r m e o b t e n u e sera parallèle o u p e r p e n d i c u l a i r e à l'axe de l ' o u t i l , o u les d e u x à la f o i s (fig. 9.4) La g é n é r a t i o n des f o r m e s fraisées s ' o b t i e n t par les d e u x m o u v e m e n t s d e c o u p e et d ' a v a n c e q u i p e u v e n t être de m ê m e sens o u de sens o p p o s é s .

Mouvement de coupe M o u v e m e n t circulaire donné aux fraises, outils rotatifs (généralement multi-arêtes) q u i t r a v a i l l e n t par e n v e l o p p e d u p r o f i l à réaliser.

Mouvement d'avance Rectiligne, c i r c u l a i r e , q u e l c o n q u e , est d o n n é à la pièce o u à l ' o u t i l , s e l o n la c o n c e p t i o n et le t y p e des m a c h i n e s . Fraiseuses. Les d i f f é r e n t s mouvements d ' a v a n c e p o s s i b l e s (X, Y, Z) s o n t p l u s génér a l e m e n t a t t r i b u é s à la pièce par l ' i n t e r m é d i a i r e de la t a b l e p o r t e - p i è c e . Centres d'usinage. C h a q u e m o u v e m e n t d ' a v a n c e est a t t r i b u é s e l o n le c o n c e p t e u r , au p o r t e - p i è c e o u au p o r t e - o u t i l .

FIGURE 9 . 4

Schémas d'opérations de fraisage.

272

Guide de l'usinage

Copeau produit ( ( l l l i m n i n .

t "

^

C

.

Mf

W i l n l ì ì ì l copeau

minimun

La c o m b i n a i s o n des d e u x m o u v e m e n t s ( c o u p e et avance) p r o v o q u e u n m o u v e m e n t c y c l o ï d a l à c h a q u e arête de c o u p e . Le c o p e a u p r o d u i t par c h a q u e d e n t , e n t r e d e u x courbes cycloïdales successives, varie d ' u n m a x i m u m à un m i n i m u m allant j u s q u ' a u c o p e a u m i n i m u m (fig. 9.5).

Épaisseur du copeau FIGURE 9.5

Mouvement cycloïdal des dents de fraise

au travail.

N o n u n i f o r m e , il est f o n c t i o n d u d i a m è t r e de la fraise D, de l'avance par d e n t fz et d e la p r o f o n d e u r radiale /r (fig. 9.6). Pour les c a l c u l s d e p u i s s a n c e n é c e s s a i r e à la coupe, on détermine l'épaisseur m o y e n n e du copeau em, soit: e m = Sin x r . 360°/ ir. (f z . I / V . D), avec \ r = a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e fz = avance par d e n t : Ir = p r o f o n d e u r de passe r a d i a l e ; W = a n g l e de l'arc d u c o p e a u ; D = d i a m è t r e de la fraise. En p r a t i q u e , o n a d m e t la f o r m u l e a p p r o c h é e d o n n a n t une a p p r o x i m a t i o n très suffisante, s o i t : e m = f z f lr/D. L'épaisseur m o y e n n e d u c o p e a u f o u r n i t u n e m e s u r e u n i v o q u e de la f o r c e m o y e n n e de c o u p e , u n e r e l a t i o n e x i s t a n t e n t r e la p r e s s i o n s p é c i f i q u e de c o u p e Ka et l ' é p a i s s e u r m o y e n n e du copeau em.

Fraisage en concordance ou en avalant Les d e u x m o u v e m e n t s ( c o u p e et avance) c o n v e r g e n t d a n s la m ê m e d i r e c t i o n (fig. 9.7)

FIGURE 9.7


Fraisage en concordance ou en avalant.

273

C h a q u e d e n t a t t a q u e la m a t i è r e par le c o p e a u m a x i m u m : la p r e s s i o n s p é c i f i q u e de c o u p e est m i n i m a l e , r é d u i s a n t l ' u s u r e de l'arête de c o u p e , m a i s avec c o n t r a i n t e sur la d e n t . M o d e de f r a i s a g e nécessitant i m p é r a t i v e m e n t q u e le m o u v e m e n t d ' a v a n c e s o i t sans jeu f o n c t i o n n e l : u t i l i s a t i o n s y s t é m a t i q u e sur f r a i s e u s e s CN et Centres d ' U s i n a g e (avec s y s t è m e visé c r o u à billes, sans jeu). La c o m p o s a n t e p r i n c i p a l e de la r é s u l t a n t e d ' e f f o r t s de c o u p e des d e n t s en prise s i m u l t a n é e dans la m a t i è r e t e n d à p l a q u e r la pièce sur s o n s u p p o r t .

Fraisage en opposition Les d e u x m o u v e m e n t s , c o u p e et avance, s ' o p p o sent au p o i n t d ' a t t a q u e de c h a q u e d e n t d a n s la m a t i è r e (fig.9.8). U t i l i s a t i o n i m p é r a t i v e sur f r a i s e u s e s a y a n t évent u e l l e m e n t le s y s t è m e d ' a v a n c e v i s - é c r o u sans r a t t r a p a g e de jeu. M o d e d e f r a i s a g e é v i t a n t la r u p t u r e des d e n t s , c a u s é e par le j e u v i s - é c r o u d u m o u v e m e n t d'avance. C h a q u e d e n t a t t a q u e la m a t i è r e par le c o p e a u m i n i m u m . La p r e s s i o n s p é c i f i q u e de c o u p e est é l e v é e , a c c e n t u a n t l ' u s u r e de l ' a r ê t e et p r o v o q u a n t un état de surface m a c r o g é o m é t r i q u e inférieur à l ' a u t r e m o d e ( o n d u l a t i o n s ) . La d i r e c t i o n des e f f o r t s de c o u p e des d e n t s en prise s i m u l t a n é e d a n s la m a t i è r e t e n d à soulever la p i è c e : f i x a t i o n j u d i c i e u s e s o u s de g r o s e f f o r t s de c o u p e .

Fraisage de surfaçage (Surface o b t e n u e p e r p e n d i c u l a i r e m e n t à l'axe de la fraise.) C h a q u e d e n t t r a v a i l l e a l t e r n a t i v e m e n t en a v a l a n t et en o p p o s i t i o n (fig. 9.9). A f i n de f a i r e t r a v a i l l e r l ' o u t i l s e l o n le m o d e désiré - en a v a l a n t o u en o p p o s i t i o n - u n e f r a i s e d e d i a m è t r e s u p é r i e u r à la l a r g e u r f r a i s é e sera décalée d a n s le sens désiré, en a s s u r a n t la c o n d i t i o n de d e u x d e n t s en prise s i m u l t a n é e d a n s la m a t i è r e , au m i n i m u m . A s s u r e r la c o n t i n u i t é des e f f o r t s de c o u p e a p p l i q u é s à la p i è c e : f a i r e t r a v a i l l e r au m o i n s d e u x d e n t s en prise s i m u l t a n é e dans la m a t i è r e .

zone fraisage en opposition

C

v

FIGURE 9.9

j

zone fraisage en concordance *

Fraisage de surfaçage.

Outils - fraises Les d i f f é r e n t s t y p e s de fraises et leurs a n g l e s c a r a c t é r i s t i q u e s s o n t n o r m a l i s é s (NF E 66.200, etc.) Les fraises, q u i s o n t c o n ç u e s p o u r réaliser des surfaces p o u v a n t être parallèles et/ou p e r p e n d i c u l a i r e s à l'axe de la fraise, c o r r e s p o n d e n t à des f a m i l l e s d ' o u t i l s (fig. 9.10), s o i t : Fraises cylindriques: à surfacer, à surfacer-dresser, à rainurer. Fraises de f o r m e : à copier, à d é t o u r e r , à profiler, à c h a n f r e i n e r , à fileter...

274

Guide de l'usinage

Fraises à surfacer dresser

Fraises à surfacer à angle d'attaque 45°

Fraises à plaquettes rondes

Fraises modulaires

A 240

A 270

A 250

A 260

<

TETES DE FRAISAGE

FIGURE 9.10 Différentes familles de fraises.

Doc. Plansee TIZIT

Elles t r a v a i l l e n t e s s e n t i e l l e m e n t de p r o f i l (et n o n en bout) s a u f : les fraises à c o u p e c e n t r a l e trav a i l l a n t en p l o n g é e et en t r a n s l a t i o n (de profil) ; les f r a i s e s à c o p i e r et à d é t o u r e r q u i p e u v e n t p l o n g e r d a n s la m a t i è r e (en prise de passe g é n é r a l e m e n t ) . Le d i a m è t r e n o m i n a l de c h a q u e fraise est celui de t r a v a i l ( d i a m è t r e m a x i m u m de c o u p e ) et sa v a l e u r est prise d a n s la série des n o m b r e s Renard.

Définition géométrique Les a n g l e s c a r a c t é r i s t i q u e s de la partie active de l ' o u t i l s o n t c o n t e n u s d a n s des plans de référence.


275

Angles de l'utilisateur O u t i l en m a i n , avec les d i r e c t i o n s de c o u p e et d ' a v a n c e s u p p o s é e s o r t h o g o n a l e s (fig. 9.11). On c o n s i d è r e , p o u r c h a q u e partie active de l ' o u t i l , q u i c o m p r e n d u n e arête de c o u p e principale : -

la face de c o u p e sur l a q u e l l e se d é r o u l e le c o p e a u ; la face d é p o u i l l e , au r e g a r d de la surface t r a v a i l l é e ; l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e , i n t e r s e c t i o n des faces de c o u p e et de d é p o u i l l e ; l'arête de c o u p e s e c o n d a i r e , d o n t l ' i n t e r s e c t i o n avec l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e f o r m e le bec ou pointe d'outil ;

- le plan de référence P r q u i passe par l'axe d u c o r p s d ' o u t i l ; - l ' a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e K r (kappa r) f o r m é par le p l a n d ' a r ê t e P s et le plan de t r a v a i l P f , d a n s le plan de référence P r ; - l ' a n g l e de c o u p e o r t h o g o n a l e -y0 ( g a m m a 0 ) f o r m é par la face de c o u p e et le p l a n de référence P r , d a n s le plan o r t h o g o n a l P 0 ; - l ' a n g l e de d é p o u i l l e o r t h o g o n a l a 0 (alpha 0 ) f o r m é par la face de d é p o u i l l e et le plan d ' a r ê t e P s , d a n s le Plan o r t h o g o n a l P 0 ;

1. Fraises cylindriques.

3. Fraises à rainurer, 3 tailles.

2. Fraises à surfacer.

4. Fraises à détourer.

FIGURE 9.11 Plans de référence et angles caractéristiques des fraises.

276

Guide de l'usinage

- l ' a n g l e de t a i l l a n t (30 (bêta 0 ) d o n t la v a l e u r est 90°_ (y 0 + a 0 ) ; - l ' a n g l e d ' i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e X.s ( l a m b d a s ) f o r m é par l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e et le plan de référence P r , d a n s le p l a n d ' a r ê t e P s ; - le bec, i n t e r s e c t i o n des arêtes de c o u p e p r i n c i p a l e et s e c o n d a i r e , d a n s le plan de référence P r , à a n g l e v i f o u biseau plan b t , o u r a y o n de bec r £ (fig. 9.12). La partie a c t i v e des o u t i l s de f r a i s a g e est en c a r b u r e s m é t a l l i q u e s , en acier r a p i d e g é n é r a l e m e n t r e v ê t u T I N , en coronite.

FIGURE

9.12

Becs d'outils fraise.

Plaquettes en carbure métallique Elles s o n t g é n é r a l e m e n t f i x é e s m é c a n i q u e m e n t sur le c o r p s d ' o u t i l p o r t e - p l a q u e t t e s . Pour o b t e n i r une arête de c o u p e s u f f i s a m m e n t l o n g u e , les p l a q u e t t e s s o n t fixées en c h a p e l e t sur une directrice d u c o r p s d ' o u t i l (fig. 9.13).

T-MAX R215.3

Outil c o m p l e t

Fraise cylindrique deux tailles avec embout interchangeable -21 Embout 88" D 50 à 80 mm

Corps de fraise

—

Dt —"

D, — i@T

a„ l . h

— D

Machine-outli: Matières:

De tous types, saui cône 40 De tous lypes

Angle d'Inclinaison: Angle de coupe:

Vp*

-5°

FIGURE 9.13 Fraises cylindriques deux tailles à plaquettes fixées en hélice.

' longueur â programmer

Doc Sandvik-Coromant

Elles s o n t n o r m a l i s é e s (NF E 66-310) et d é f i n i e s par 7 s y m b o l e s p l u s 2 o p t i o n n e l s et 1 c o m p l é m e n t a i r e p o u r le f a b r i q u a n t : les q u a t r e p r e m i è r e s lettres p o u r le t y p e , les t r o i s c h i f f r e s suiv a n t s p o u r les d i m e n s i o n s ; les d e u x c h i f f r e s o p t i o n n e l s p o u r l'arête de c o u p e (fig. 9.14). F o r m e s , d i m e n s i o n s et n u a n c e s de c a r b u r e des p l a q u e t t e s p o u r é q u i p e r c h a q u e f r a i s e s o n t d é f i n i e s par les f a b r i c a n t s , en f o n c t i o n d u t y p e d ' u s i n a g e (surfaçage, dressage, r a i n u r a g e ) .


277

1. Forme de plaquettes

2, Angle de dépouille

3. Tolérance

C3

4. Caractéristiques des faces et de la fixation A E3ZE3 n u

mE3l0 m ?

¿¿^

O0

B p-7o-9o*t2JZLa V32

o o

V7777Ì

p

<8> E OH

p-re-arLOJ

R

Ecart admis en mm pour

m

• s

A C E G

±0,025 ±0,025 ±0.025 ±0,050,13 H ±0,013 ±0,013 ±0,025 J ' 1 ±0.05-0,015® ±0,005 ±0.025 «'>±0,05-0,015® ±0,013 ±0,025 L » ± 0 , 0 5 - 0 . 0 1 5 » ±0,013 ±0.025 M ±0,05-0,015® ±0,08-0,20® ±0,13 N ±0,05-0,015® ±0,08-0,20® ±0,025 U ±0,05-0,025® ±0,13-0,38® ± 0 , 0 5 0,13 n Plaquettes avec tranchants rectifés 2) Selon gabarit de plaquette (se référer à la norme ISO 1832)

A T

¿57 K

•

JSL

O = autres angles de dépouille requérant des indications

5. Longueur de l'arête de coupe

6. Épaisseur de la plaquette

±0,025 ±0,025 ±0,025 ±0,025

7. Rayon

±0,005 ±0,013 ±0,025 ±0.025

8. Forme des arêtes de coupe

•

Ui-J

02 04 08 12 16 24

o\JJ

TO;

A

Œ C j ;

j, i J £

•

Lj-J

A7

UlJ

O

Li...

FICURE9.14

278

02 03 13 04 05 06 07 09

s « s= s • ss » s » s s -

2,38 3,18 3.97 4,76 5,56 6.35 7.94 9,52

r • r = r . r . r» r =

0,2 0,4 0,8 1.2 1,6 2,4

o

00 pour diamètre(s) avec cotes en pouces convertis en mm. M 0 pour diamètre(s) en cotes métriques.

7

GQZ3

T ß=40-60

H ÇPrCïi u P = 70-90" fS—P-JO-W

wrfn

J ß. 70-90°

•40-60» r F T 7

X Avec partocularité demandant un dessin ou une descript exacte

9. Sens de coupe

10. Spécification du fabricant Le code ISO comprend 9 symboles. On n'utilise les symboles 8 etfou 9 qu'en cas de besoin. Le fabricant peut ajouter d'autres symboles. Ces derniers sont combinés avec un trait d'union, (p. ex. pour spécifier la forme d'un brise-copeaux).

-

G 1 G2 G 3 M 1

-M2 - M 3 - M 11 - M 20 - X 2

vAnglf, da dir du traricn X, A-45» 0.60* E.75* F. 85' P . 90" Z - autres angles de direction t Angle de dépouile sur le tranchant A-3* 8.5" C . 7« D - 15° E « 20" F.25G. 30* N.0P - 11Z - autres angles de direction Définition normalisée des plaquettes en carbure.

Doc. Walter

Guide de l'usinage

Vitesses d'avance Elles s o n t i n d i q u é e s en m m / d e n t et par t o u r (f z ). La v a l e u r des avances v a r i e de q u e l q u e s c e n t i è m e s d e m m à q u e l q u e s d i x i è m e s de m m (de 0,05 à 0,6 g é n é r a l e m e n t ) en f o n c t i o n des c o n d i t i o n s d ' u t i l i s a t i o n des fraises, de la vitesse d e c o u p e et de la r i g i d i t é des o u t i l s (fig. 9.15 et 9.16).

Section du copeau A v e c la p r o f o n d e u r de passe s, o n a : f z . s. La s e c t i o n m a x i m a l e d u c o p e a u est c o n d i t i o n n é e p a r : la p u i s s a n c e de la m a c h i n e , la r i g i d i t é et le m a i n t i e n de l ' o u t i l , l ' a n g l e d ' e n g a g e m e n t de la fraise ( c o n d i t i o n n a n t le n o m b r e de d e n t s en prise d a n s la m a t i è r e ) .

Avance par dent en mm

ELCO+TIN Fraises d'ébauche

Matière à usiner

Fraises de finition

Vitesse de coupe en m/min ® 4 0 au © 1 0 0

® 8 au ® 50

® 4 0 au ® 100

0 2 au ® 50

® 2 au ® 20

Aciers jusqu'à 50 daN/mm 2

40 4 60

0,06 à 0,12

0,02 à 0,13

0,08 4 0,13

0,002 4 0,18

0,003 4 0,08

Aciers de 50 à 70 daN/mm 2

35 à 40

0,06 à 0,12

0,02 4 0,13

0,08 à 0,13

0,002 à 0,20

0,003 4 0.08

25 à 35

0.07 à 0,11

0,02 4 0,13

0,10 4 0,13

0,002 4 0,20

0,003 4 0,08

22 à 25

0,07 à 0,11

0,02 à 0,13

0.08 4 0,13

0,002 à 0,20

0,003 à 0.08

20 à 22

0,06 4 0,10

0,02 4 0,13

0,08 4 0,12

0,002 4 0,18

0,003 4 0,08


35 à 40

0.07 4 0,11

0,02 4 0,13

0,09 à 0,12

0,002 à 0,20

0,003 à 0,08

Fonte grise < 200 HB

25 à 35

0,07 4 0,11

0,02 4 0,13

0,10 4 0,13

0,002 à 0,20

0,003 4 0,08

Fonte grise > 200 HB

22 à 25

0,07 4 0,11

0,02 4 0,13

0,08 4 0.13

0,002 4 0,19

0,003 4 0,08

Aciers inoxydables

12 à 16

0,07 4 0,11

0,02 4 0,13

0,09 4 0,12

0,002 4 0,18

0,003 4 0,08

0.06 4 0,11

0,02 à 0,13

0,09 4 0.10

0,002 4 0,21

0,003 à 0,08

0,10 à 0,20

0,03 à 0,20

0,08 à 0,14

0,002 4 0,25

0,003 4 0,08

Aciers de 70 à 90 daN/mm 2 Aciers de 90 4 120 daN/mm

2

Aciers de plus de 120 daN/mm

2

Aciers fortement alliés

7 à 11

I

Alliages base nickel (Inconel) Laitons et bronzes tendres

50 à 70

Les vitesses de coupe et avances par dent sont des valeurs indicatives. L'avance par dent augmente de laçon régulière suivant le diamètre de la fraise. La plus petite correspond 4 la fraise du plus petit diamètre et la plus grande correspond à la plus grosse fraise de notre gamme. Pour les fraises 4 queue série longue l'avance doit être réduite d'environ 50 % .

FIGURE 9.15 Conditions de coupe indicatives de fraises en acier rapide recouvert de TIN.


Doc. Leclerc

279

Données de coupe avec AP.T 0903.. pour F 3038 K10 à K25

P 2 5 à P45

M 1 0 a M 25

M25 à M40

P 2 0 à P40

M a t i è r e à usiner

Acier non ou faiblement allié Rm < 450 N/mm 2

Acier allié et acier au carbure Rm 4 5 0 - 8 0 0 N/mm 2

A

Acier trempé Bm 750-1100 N/mm 2

Acier à outils et â matrice Rm 1000-1500 N/mm 2

Fonte aciérée non alliée et alliée Rm 500-850 N/mm 2

R

Matière austenitique 150-275 HB

K5 à K15

N u a n c e s revêtues

WTA21 Groupe princip. Description

P 3 0 à P50

v Rm c N/mm ; m/min

'z mm

WTA51 v

P 3 5 à P40

N u a n c e s non revêtues

WTA61 v

K15 à K25

WTL71 v

WK 10

c m/min

'z mm

c m/min

'z mm

c m/min

'z mm

à

100

0,08

120

0,08

100

450

à

à

à

à

à

150

0,20

160

0,20

450

80

0,06

90

à

à

à

à

800

140

0.15

750

70

à

à

1100

v

'z mm

c m/min

WP 40

m/min

'z mm

0.08

50

0.08

à

à

à

150

0,20

80

0,20

0,06

80

0,06

50

0.08

à

à

à

à

à

140

0,15

120

0,20

70

0.20

0,06

80

0,06

70

0,06

50

0,06

à

à

à

à

à

à

à

120

0,12

140

0,12

120

0,15

70

0,15

1000

70

0,04

70

0,04

50

0.06

à

à

â

à

à

à

à

1500

90

0,08

100

0,08

60

0,10

550

80

0,08

90

0,08

80

0,08

60

0,10

à

à

à

à

à

à

à

à

850

140

0,15

150

0,15

120

0,12

80

0,15

600

120

0,08

140

0,08

120

0,08

60

0,08

à

à

à

à

à

à

à

à

à

750

250

0,15

280

0,12

200

0,15

90

0,12

• à

c m/min

WKM v

'z mm

180

0,10

150

0,10

150

0,10

120

0,10

100

0.10

100

à

à

à

à

à

à

à

à

à

à

à

à

250

0,15

180

0,20

200

0,20

160

0,20

140

0,15

140

0,15

130

0,10

100

0,10

120

0,10

100

0,10

60

0,10

60

0,10

à

à

•à

à

à

à

à

à

à

à

à

à

160

0.15

150

0,20

160

0,15

140

0,15

100

0,15

100

0.15

0,08

150

0,08

150

0,08

140

0.08

160

0,08

160

0.08

à

à

à

à

à

à

à

à

à.

• à ,

300

0,12

300

0,12

350

0,12

350

0,12

350

0,12

700

40

0,04

50

0,04

40

0,04

30

0,04

30

0,04

à

à

â

à

à

à

à

à

à

à

à

1200

70

0,08

80

0,10

70

0,10

50

0,06

50

0,06

700

40

0,04

50

0.04

40

0,04

30

0,04

30

0,04

à

à

à

à

à

à

à

à

à

à

à

1200

70

0,08

80

0,10

70

0,10

40

0,06

40

0,06

Fontegrise 180-250 HB

0,10

F Fonte grise nodulairé/ Fonte malléable 180-330 HB

350

N

Matériaux non ferreux Ai, Cu. etc ..

160

à

à" " 450

400

""à 0,12

R H Alliages réfractaires base Ti-Ni-Co 130-280 HB s w Alliages réfractaires base Ti 280-400 HB

|

Pour le fraisage en roulant, choisissez les valeurs f z maxi, et pour le rainurage les mini.

FIGUKE 9.16 Données de coupe de fraises à plaquettes carbure.

280

Doc Walter

Guide de l'usinage

1.3

Vitesses de coupe

Elles s o n t f o n c t i o n , en particulier, de la n a t u r e des m a t é r i a u x o u t i l et pièce. Ces v i t e s s e s c o r r e s p o n d e n t à l ' u t i l i s a t i o n des f r a i s e s p o u r u n e d u r é e d e v i e d ' o u t i l é c o n o m i q u e , les arêtes étant s o u m i s e s à des c o n t r a i n t e s d u e s à la c o u p e i n t e r m i t t e n t e et à la v a r i a t i o n d ' é p a i s s e u r d u c o p e a u en particulier. P r é p o n d é r a n t e s d a n s la d u r é e de vie d ' o u t i l , elles v a r i e n t de q u e l q u e s m / m i n à p l u s i e u r s cent a i n e s de m / m i n (fig. 9.15 à 9.16).

Choix des vitesses de coupe et d'avance Des t a b l e a u x de f a b r i c a n t s de fraises i n d i q u e n t des v i t e s s e s de c o u p e et d ' a v a n c e en f o n c t i o n des m a t é r i a u x à usiner, p o u r u n e u t i l i s a t i o n stable (absence de v i b r a t i o n s . . . ) (fig. 9.15 et 9.16). U t i l i s a t i o n é v e n t u e l l e i n s t a b l e de la fraise (pièce d é f o r m a b l e s o u s les e f f o r t s . . . ) et fraises à plaq u e t t e s c a r b u r e brasées o u m o n o b l o c s c a r b u r e : r é d u i r e les vitesses ( c o u p e et avance) i n d i q u é e s de 10 à 30 % si nécessaire, p o u r ne pas d é t é r i o r e r l ' o u t i l . Travaux d'ébauche, avec des f r a i s e s de g r a n d e s d i m e n s i o n s et d a n s des c o n d i t i o n s stables d ' u t i l i s a t i o n : c h o i s i r la p l u s g r a n d e a v a n c e i n d i q u é e . Travaux de surfaçage-dressage. C h o i s i r de g r a n d e s avances. Travaux de rainurage. La fraise t r a v a i l l e en p l e i n e m a t i è r e : c h o i s i r la p l u s f a i b l e a v a n c e p r o p o sée et p a r t i c u l i è r e m e n t si le d i a m è t r e de f r a i s e est faible. Plages d'avances indiquées. L'avance sera c h o i s i e m i n i m a l e en u t i l i s a t i o n avec la vitesse d e c o u p e m a x i m a l e p r o p o s é e , et i n v e r s e m e n t . Fraises à plaquettes carbure. L'avance sera c h o i s i e en p r i n c i p e , la p l u s g r a n d e i n d i q u é e , la c o u p e i n t e r m i t t e n t e des arêtes p r o v o q u a n t , en p a r t i c u l i e r , l ' é c a i l l a g e et l ' e f f o n d r e m e n t d ' a r ê t e (fig. 9.17). Fraises affutables. À p l a q u e t t e s c a r b u r e brasées o u m o n o b l o c s , en acier r a p i d e : l'avance écaillage effondrement sera c h o i s i e r e l a t i v e m e n t f a i b l e . d'arête d'arête Production de grande série. On p o u r r a d é f i n i r une d u r é e de v i e d ' o u t i l à p r o d u c t i o n m a x i male.

I

FIGURE 9.17 Formes d'usure des plaquettes carbure en

fraisage.

État de surface Il d é p e n d , et p a r t i c u l i è r e m e n t en s u r f a ç a g e : de la r i g i d i t é d u c o u p l e m a c h i n e et o u t i l / p i è c e et p o r t e - p i è c e ; de la g é o m é t r i e de la fraise (avec plat o u r a y o n de b e c ; d ' u n saut axial des plaq u e t t e s d û à la f i x a t i o n ou/et u n e usure l o c a l i s é e ) ; d ' u n é c o u l e m e n t i n s u f f i s a n t des c o p e a u x o c c a s i o n n a n t des d é f a u t s de r u g o s i t é (R, Ra) et en p a r t i c u l i e r d ' o n d u l a t i o n (W). Il i m p o r t e d e m e s u r e r u n état d e surface fraisé, sur u n e l o n g u e u r s u p é r i e u r e à l ' a v a n c e p a r t o u r f z . n d e la fraise.


9R1

Biseau plan ou plat de bec. Sur t o u t e s les p l a q u e t t e s , d e v a l e u r au m o i n s égale à l'avance par t o u r de fraise (be ^ f z ) : o b t e n t i o n d ' u n m e i l l e u r état de s u r f a c e en s u r f a ç a g e (si cela n'occas i o n n e pas de v i b r a t i o n s ) . Surfaçage de matériaux à copeaux courts (fontes...) Possibilité d ' é q u i p e r les fraises à surfacer d ' u n e p l a q u e t t e à b i s e a u p l a t ( p l a q u e t t e d e p l a n a g e ) de l o n g u e u r s u p é rieure à l'avance par t o u r , d é p a s s a n t s e n s i b l e m e n t en haut e u r les a u t r e s p l a q u e t t e s (0,02 à 0,1 m m ) : r é d u c t i o n des défauts d'ondulation. Le plat l é g è r e m e n t b o m b é évite de p r o d u i r e des « d e n t s de scie » s u r la surface f r a i s é e (fig. 9.18).

FIGURE 9 . 1 8

Schéma de plaquette carbure de planage.

Puissance nécessaire à la coupe Pw Elle est d é t e r m i n é e , avec u n e a p p r o x i m a t i o n s u f f i s a n t e , en c o n s i d é r a n t e s s e n t i e l l e m e n t l'eff o r t de c o u p e t a n g e n t i e l F t . La p u i s s a n c e a b s o r b é e par la m a c h i n e P u est g é n é r a l e m e n t la c o n t r a i n t e l i m i t a n t la s e c t i o n des c o p e a u x (fig. 9.19), d ' o ù la f o r m u l e ( d ' a p r è s S a n d v i c k C o r a m a n t ) : P u = s. I. n. z. f z . Ka/6120.il, a v e c : P u = Puissance utile, e n w a t t s s = p r o f o n d e u r de passe, en m m I = e n g a g e m e n t de la f r a i s e d a n s la pièce, en m m n = f r é q u e n c e de r o t a t i o n de la fraise, en t r / m i n z = n o m b r e de d e n t s de la fraise f z = avance par d e n t , en m m / t o u r K g = e f f o r t s p é c i f i q u e de c o u p e , en N / m m 2 , à c o r r i g e r é v e n t u e l l e m e n t p o u r -y0 Ti = r e n d e m e n t de la m a c h i n e . C o r r e c t i o n p o u r a n g l e de c o u p e y 0 \ cet a n g l e a g i s s a n t s u r l ' e f f o r t s p é c i f i q u e d e c o u p e K a , a p p o r t e r u n e c o r r e c t i o n de 1,5 % par d e g r é à K g , en m o i n s p o u r -y0 p o s i t i f et en p l u s p o u r 7 0 négatif, par r a p p o r t à y0 = 1°, avec e m = 0,2 m m (tableau f i g . 9.19). C o r r e c t i o n par é p a i s s e u r m o y e n n e d u c o p e a u e m : a p p l i q u e r le f a c t e u r de c o r r e c t i o n C e (tableau f i g . 1.19). Nota: la p u i s s a n c e nécessaire à la c o u p e d é p e n d en p a r t i c u l i e r d e : m a t é r i a u pièce, épaisseur d u c o p e a u , a n g l e de c o u p e . La vitesse de c o u p e est s e c o n d a i r e , sauf à f a i b l e vitesse.

282

Guide de l'usinage

r\

1

'A y//////////////z —

vx —

/

H>

,
i 1 Rainurage

Type de matière Acier au carbone

Acier faiblement allié Acier fortement allié Acier inoxydable Acier coulé

Dureté HB C 0,15 %

125

275

C 0,35 %

150

300

C 0,70 %

250

330

recuit

125-200

320

trempé

200-450

390

recuit

150-250

350

trempé

250-500

410

ferritique

175-225

360

austénitique

150-200

390

225

260

faiblement allié

150-250

280

fortement allié (P. ex. inoxydable)

150-300

320

>50 HRC

675

à copeaux courts

110-145

220

à copeaux longs

200-250

200

faible résistance

150-225

140

haute résistance et alliée

200-300

180

ferritique

125-200

150

perlitique

200-300

225

non allié

Acier extra-dur Fonte malléable Fonte grise Fonte nodulaire

Ka moyen

Fonte trempée en coquille

40-60 HRC

E f f o r t s s p é c i f i q u e s d e c o u p e ( p o u r c o p e a u d e 1 c m 2 ) a v e c em = 0 , 2 m m et y0 - 7 ° .

475

Doc.

Sandvik-Coromant

em

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

ce

1,50

1,23

1,10

: 1,00

0,94

0,89

0,85

0,81

0,79

0,76

0,72

0,69

0,66

0,64

0,62

Facteurs de correction C e pour épaisseurs moyennes de copeaux.

FIGURE 9 . 1 9

Doc.

Sandvik-Coromant

F o r m e des copeaux produits en fraisage.


283

2.

Surfaçage - dressage Généralités

Surfaçage. Fraisage d ' u n e surface plane perp e n d i c u l a i r e à l'axe de l ' o u t i l - f r a i s e à surfacer (fig. 9.20).

FIGURE 9 . 2 0

Plan fraisé en surfaçage. Surfaçage-dressage. Fraisage s i m u l t a n é d e d e u x surfaces, p e r p e n d i c u l a i r e et parallèle à l ' a x e de l ' o u t i l - f r a i s e à s u r f a c e r - d r e s s e r (fig. 9.21). FIGURE 9 . 2 1

Plans perpandiculaires fraisés en surfaçage-dressage.

Fraises à surfacer Fraises u n e taille d o n t la p r o f o n d e u r de passe est l i m i t é e par la l o n g u e u r d ' a r ê t e des p l a q u e t t e s . Leurs diamètres nominaux v a r i e n t de 32 à 630 m m , et génér a l e m e n t e n t r e 50 et 500 m m . Le c o r p s d ' o u t i l s u p p o r t e des p l a q u e t t e s i n d e x é e s , et é g a l e m e n t p o u r les g r a n d s d i a m è t r e s , des cartouches interchang e a b l e s (fig. 9.22). Sa m i s e en p o s i t i o n et f i x a t i o n s'effectue à l'aide d ' u n m a n d r i n p o r t e - f r a i s e ; à partir d u d i a m è t r e 160 m m , avec c e n t r e u r et f i x a t i o n au nez de b r o c h e de la fraiseuse (fig.9.22). L'angle de d i r e c t i o n d ' a r ê t e K r de ces fraises v a r i e de 45° ; 60° ; 75° ; 9 0 ° ; 0 à 90° p o u r les p l a q u e t t e s rondes. L'angle de c o u p e 7 0 est g é n é r a l e ment positif.

284

Guide de l'usinage

^Fraises à surfacer-dresser Fraises avec arêtes de c o u p e parallèles à l ' a x e d u c o r p s d ' o u t i l p o u r d r e s s a g e d ' u n e face perp e n d i c u l a i r e au s u r f a ç a g e (fig. 9.23). Les f r a i s e s l o n g u e s s o n t c o u r a m m e n t a p p e l é e s f r a i s e s d e u x t a i l l e s ( b i e n q u ' e l l e s c o u p e n t e s s e n t i e l l e m e n t en p é r i p h é r i e ) . Leurs d i a m è t r e s n o m i n a u x v a r i e n t de 20 à 160 m m , et g é n é r a l e m e n t de 20 à 80 m m . Leur m i s e en p o s i t i o n et f i x a t i o n est assurée d a n s la b r o c h e de la f r a i s e u s e , à l'aide d ' u n m a n d r i n porte-fraise. Angle de direction d'arête K r . Il est de 90°, les arêtes de c o u p e étant situées sur un c o r p s cylind r i q u e p o u r p r o d u i r e d e u x surfaces p e r p e n d i c u l a i r e s . Arêtes de coupe et goujures de d é g a g e m e n t des copeaux. G é n é r a l e m e n t h é l i c o ï d a l e s (angle d ' i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e A.s) p o u r a t t a q u e p r o g r e s s i v e des arêtes de c o u p e : f r a i s e s en acier r a p i d e m o n o b l o c et l a m e s de c a r b u r e b r a s é e s ; p l a q u e t t e s en c a r b u r e fixées sur les hélices (fig. 9.23). Brise-copeaux. Fraises h é r i s s o n s o u m o n o b l o c . Sur la d e n t u r e hélicoïdale, p o u r f r a g m e n t e r les c o p e a u x et f a v o r i s e r leur é v a c u a t i o n en f r a i s a g e à g r o s d é b i t (fig. 9.24 et 9.25). Fraise hérisson. Fraise à p l a q u e t t e s caractérisée par une d e n t u r e h é l i c o ï d a l e d i s c o n t i n u e (deux arêtes de c o u p e a s s u r e n t u n e c o u p e c o m p l è t e avec état de surface de f i n i t i o n ) : p e r m e t un g r o s d é b i t de c o p e a u x m ê m e p o u r m a c h i n e peu puissante.

Fraise à surfacer-dresser hNb. de dents

Désignation

t

Poids kg

F 2042.0.22.040.050 F 2042.0.22.040.063 F 2042.0.27.050.080

50 63 80

22 2227

40 40 50

20 21 28

5 6 6

0.45 0,75 1,25

F 2042.0.32.050.100 F 2042.0.40.063.125

100 125

32 40

50 63

28 30

8 10

1,75 3,00

No. de çde 222328-727 222329-727 222330-727 222331-727 222332-727

FIGURE 9.23 Fraises à surfacer-dresser.

Doc. Walter

Fraise hérisson à surfacer-dresser

Désignation

Oc mm

D| mm

F 2038 M F 0.080.135.50 F 2038 M F 0.080.135.63 F 2038 MF 0.080.155.80

D: mm

mm

L. mm

44,45 44.45 44,45

FIGURE 9.24 Fraises hérissons à surfacer-dresser deux tailles.


Le mm

X, mm

Piaquetie Pîaqusité amcvitîle, anov&te Rangées pouttoui. face avant. de dents quantité quantité

Poids kg

- ¡2,7 - ~ts.6e- , r^Tj i q | ^ I Ii No ae ede 287172-737 287174-737 287176-737

Doc. Walter

285

Diamètre n . ,,

Hauteur H

1

Diamètre , alesage d - H7

50 63

36 40

22 27

80

45

27

Nombre . , de d e n t s 2

•

•

•

•

H

8 8

Fraise 2 tailles à défoncer

FIGURE 9.25 Fraise d'ébauche monobloc.

Doc. Leclerc

Mise en œuvre du surfaçage-dressage Diamètre de ia fraise Il d e v r a i t être au m o i n s égal à 1,2 de la l a r g e u r de la fraise (fig. 9.26). Décaler s e n s i b l e m e n t l ' a x e de la f r a i s e par rapp o r t à la surface à usiner, d u côté de l ' a t t a q u e des d e n t s , afin q u e : - p l u s i e u r s arêtes de c o u p e s o i e n t en prise s i m u l t a n é e d a n s la m a t i è r e ; - la r é s u l t a n t e des f o r c e s de c o u p e radiales a p p l i q u é e s à l ' o u t i l m a i n t i e n n e la b r o c h e en p r é c o n t r a i n t e d a n s u n e d i r e c t i o n , é v i t a n t des v i b r a t i o n s . FIGURE 9.26 Diamètre et position fraise en surfaçage sur machine à CN.

Nombre de plaquettes de coupe Pour un d i a m è t r e de fraise d o n n é , c h o i s i r : Un nombre m a x i m u m . Fraise à pas r é d u i t , en s u r f a ç a g e des pièces à p a r o i s m i n c e s : p o u r avoir au m o i n s d e u x d e n t s en prise s i m u l t a n é m e n t ; et utiliser d e f a i b l e s a v a n c e s avec d é c a l a g e de l'axe de la fraise (fig. 9.27). Un nombre m i n i m u m . Fraise à g r a n d pas en surf a ç a g e à f o r t e a v a n c e de s u r f a c e s l a r g e s : p o u r m i n i m u m 2 d e n t s en prise a v o i r un g r a n d l o g e m e n t i n t e r - d e n t s de c o p e a u x et r é d u i r e les v i b r a t i o n s (en r é d u i s a n t le n o m b r e de d e n t s en prise). Un nombre intermédiaire. Fraise à pas n o r m a l en surfaçage de matériaux à risque d ' e f f r i t e m e n t (fontes...) et avec une a v a n c e m o y e n n e .

7

-

fraise décalée de la pièce FIGURE 9.27

Surfaçage d'une surface étroite.

286

Guide de l'usinage

Production optimisée. É v e n t u e l l e m e n t , utiliser des fraises à pas d i f f é r e n t i e l (inter-dents p é r i o d i q u e m e n t d i f f é r e n t s ) p e r m e t t a n t de r é d u i r e les v i b r a t i o n s par l ' i r r é g u l a r i t é de fréq u e n c e des r é s o n a n c e s d u c o u p l e m a c h i n e et o u t i l / p i è c e et p o r t e - p i è c e (fig. 9.28). Plaquettes rondes. O b t e n t i o n , en s u r f a ç a g e , d ' u n b o n état de surface, et avec des avances élevées ( p l a q u e t t e s r o b u s t e s et r é s i s t a n t e s avec v i b r a t i o n s ) (fig. 9.29). Utilisation: en é b a u c h e avec u n t a u x d ' e n l è v e m e n t de m a t i è r e é l e v é ; f r a i s a g e de m a t é r i a u x très d u r s .

FIGURE 9.28 Fraise trois tailles à pas différentiel.

Doc. Sandvik Coromant

di-,

Fraise à surfacer à plaquettes rondes ,.

fTí

PÉlilit§9 De mm

Da mm

2034.0.22.040.040 2034.0.22.040.050 2034.0.22.040.083 2034.0.27.050.080

40 50 63 80

F 2034.0.32.050.100 F 2034.0.40.063.125

100 125

Designation F F F F

«

' H

d, mm

H mm

LJ mm

NbV de dents

Poids Kg

No. de çds

52 62 75 92

22 22 22 27

40 40 40 50

21 21 21 28

4 5 6 6

0.36 0,40 0,60 1,30

222339-727 222340-727 222341-727 222342-727

112 137

32 40

50 63

28 30

7 7

2,00 3,80

222343-727 222344-727

•

FIGURE 9.29 Fraise à surfacer à plaquettes rondes.

Doc. Walter

Angle de coupe 7 0 C h o i s i r 7 0 p o s i t i f p o u r l i m i t e r la p u i s s a n c e n é c e s s a i r e à la c o u p e , la s t a b i l i t é d u c o u p l e outil/pièce porte-pièce. Fraisage des m a t é r i a u x p o u v a n t p r o v o q u e r l ' u s u r e des arêtes de c o u p e par arête r a p p o r t é e (aciers i n o x y d a b l e s , à f a i b l e t e n e u r en c a r b o n e ) . C h o i s i r 7 0 n é g a t i f p o u r : u s i n a g e de la f o n t e , é v i t a n t l ' e f f r i t e m e n t à l ' a t t a q u e des arêtes d e c o u p e ; des m a t é r i a u x d i f f i c i l e m e n t u s i n a b l e s par leur d u r e t é ; le f r a i s a g e très d i s c o n t i n u prov o q u a n t des c h o c s f r é q u e n t s sur les becs d ' o u t i l .

Angle de direction d'arête Kr Pour u n e a v a n c e fz, l ' é p a i s s e u r d u c o p e a u d i m i n u e si K r d i m i n u e , r é d u i s a n t la p r e s s i o n de c o u p e sur les p l a q u e t t e s (fig. 9.30): c h o i s i r K r = 45 à 75° en s u r f a ç a g e de pièces rigides. Pour K r = 90°, la f o r c e axiale est r é d u i t e au m i n i m u m : à c h o i s i r en s u r f a ç a g e de pièces m i n c e s p o u r éviter un f l é c h i s s e m e n t (fig. 9.30). M a t é r i a u x à risque d ' e f f r i t e m e n t à l ' a t t a q u e (fontes...) : c h o i s i r K r = 45° M a t é r i a u x ayant t e n d a n c e au c o l l a g e sur la face de c o u p e (aciers i n o x y d a b l e s , t i t a n e , aciers e x t r a - d o u x ) : c h o i s i r K r = 90° (et y 0 positif).


287

FIGURE 9 . 3 0

Épaisseurs des copeaux en fonction de Kr. K m > K r 2 —• E-I > e 2

FIGURE 9.31 État de surface macrogéométrique et opération de fraisage de profil. Doc. Sandvik Coromant«Le monde de l'usinage».

lIiWliIKfcMiîMMM

mli

—

w

—

a fraise t r a v a i l l e « en r o u l a n t » sur la surface à o b t e n i r : l ' o n d u l a t i o n de s u r f a c e d é p e n d r a d u saut » é v e n t u e l de dents. Éviter t o u t saut de d e n t s , par la r i g i d i t é o u t i l - p o r t e outil. T h é o r i q u e m e n t , l ' o n d u l a t i o n o b t e n u e par le saut d ' o u t i l d é p e n d d u d i a m è t r e de fraise et de l ' a v a n c e par t o u r , ce q u i d o n n e r a i t W = f 2 / 4 D (fig. 9.31).

3.

Rainurage [Généralités

Fraisage s i m u l t a n é de t r o i s s u r f a c e s ( d e u x s u r f a c e s p a r a l l è l e s et u n e q u i l e u r est p e r p e n d i c u l a i r e ) é v e n t u e l l e m e n t q u a t r e surfaces, avec les o u t i l s - f r a i s e s à r a i n u r e r (fig. 9.32). On utilise les fraises à r a i n u r e r à q u e u e , en T, t r o i s tailles, scie. FIGURE 9.32 Surfaces associées obtenues en rainurage.

288

Guide de l'usinage

3.2

Fraises à rainurer à queue

La c o u p e peut s ' e f f e c t u e r é g a l e m e n t en b o u t , sur u n e f a i b l e p r o f o n d e u r ( m a x i m u m 0,5 d u d i a m è t r e ) : prise de passe en p l e i n e m a t i è r e , en p l o n g é e o u en o b l i q u e (fig. 9.33). Fraises m o n o b l o c s (acier r a p i d e , carbure, coronite) à queue cylindrique de p e t i t s d i a m è t r e s ( m a x i = 12 m m ) avec 2 à 4 dents. Machine-outil: FIGURE 9.33

Fraises à rainurer monoblocs à dent perçante en coronite. Doc. Sandvik Coromant

Etat de surface: Liquide de coupe: Attachement:

Centres d'usinage et fraiseuses Acier, acier inoxydable. titane, aluminium

< 1,0 nm

Huile de coupe ou émulsion Mandnn à pince

Fraises à rainurer coupe centrale, à queue, ou à rainurer-plonger ou à dent perçante Utiliser p o u r f r a i s a g e de r a i n u r e s avec prise de passe en p l o n g é e , p e r ç a g e - l a m a g e à f o n d plat (fig. 9.34 et 9.35). Leurs d i a m è t r e s n o m i n a u x v a r i e n t de : 2 à 63 m m p o u r les fraises m o n o b l o c s (en acier r a p i d e , avec d e u x d e n t s et en c o r o n i t e de S a n d v i k avec q u a t r e dents) ; de 12 à 40 m m p o u r les fraises à p l a q u e t t e s i n d e x é e s (en c a r b u r e m é t a l l i q u e avec o u sans r a y o n de bec, (ou rondes) de une à t r o i s d e n t s s e l o n les d i a m è t r e s . Goujures de d é g a g e m e n t de copeaux. Droites p o u r les fraises en c a r b u r e ; h é l i c o ï d a l e s p o u r les f r a i s e s m o n o blocs. Mise en position fixation. Elle s ' e f f e c t u e par la q u e u e d u c o r p s d ' o u t i l ( c y l i n d r i q u e , f i l e t é e , c o n i q u e , s e l o n les diamètres).

FIGURE 9.34 Fraise à rainurer à plaquettes et dent perçante. Doc. Kénnamétal

î . Procédés de fraisage

FIGURE 9.35 Fraise à rainurer à dent perçante, en carbure monobloc, Doc. Walter

289

Fraises à rainurer enT Elles s o n t de t y p e t r o i s tailles (la c o u p e s'eff e c t u e e n p é r i p h é r i e et avec les d e u x faces latérales (fig.9.36). U t i l i s a t i o n après f r a i s a g e de la r a i n u r e supérieure, p o u r l ' o b t e n t i o n de r a i n u r e s n o r m a l i sées. La d e n t u r e est g é n é r a l e m e n t à c o u p e alternée sur les d e u x faces. La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n s ' e f f e c t u e par la q u e u e d u c o r p s d ' o u t i l ( c y l i n d r i q u e , filetée). Leurs d i a m è t r e s v a r i e n t : de 11 à 95 m m p o u r les fraises m o n o b l o c s (en acier rapide) ; de 21 à 50 m m p o u r les f r a i s e s à p l a q u e t t e s i n d e x é e s en c a r b u r e m é t a l l i q u e .

'

MPFW PP. R MPFW PP. L (MPFAPPR) (MPFA PP LI

NIPHT PP. R MPHT PP. L (MPHMPPR) IMPHM PP L)

du.

d2 *

AA—

m

w FIGURE 9 . 3 6

H

D„

Fraise à rainurer en T à plaquettes carbure. Doc. Stellram

Fraises à rainurer trois tailles, ou fraises-disques La c o u p e s ' e f f e c t u e en p é r i p h é r i e et avec les a r ê t e s de c o u p e s i t u é e s s u r les faces latérales (fig. 9.37), en fraisage p l e i n e matière sous forte avance. Leurs d i a m è t r e s n o m i n a u x v a r i e n t g é n é r a l e m e n t de 125 à 250 m m . La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n s ' e f f e c t u e par un a l é s a g e et c l a v e t a g e o u m o y e u et t e n o n à m o n t e r sur a r b r e o u m a n d r i n porte-fraise. La d e n t u r e est g é n é r a l e m e n t alternée sur les faces latérales. La l a r g e u r de c o u p e est r é g l a b l e p o u r fraises à plaquettes ou cartouches porte-plaquette.

type B

type A

FIGURE 9.37

Fraise à rainurer trois tailles à plaquettes carbure et largeur de coupe réglable. Doc. Kénamétal

290

Guide de l'usinage

3.6

Fraises à rainurer pour clavettes disques (woodruff)

Fraises à q u e u e u n e t a i l l e à d e n t u r e a l t e r n é e , l a r g e u r c a l i b r é e e8 de 2,5 à 10 m m (outils Leclerc) (fig. 9.38).

FIGURE 9 . 3 8

Fraise à rainurer pour clavette disque monobloc. Doc. Leclerc

^ ^ J j F r a i s e s - s c i e s De t y p e à rainurer t r o i s tailles utilisées p o u r : t r o n ç o n n a g e , fraisage de rainures étroites, é b a u c h e de dentures. Fraisage de l ' e n s e m b l e des m a t é r i a u x usinés, sous fortes avances avec une précision de 0,2 m m . Leurs d i a m è t r e s v a r i e n t de 80 à 315 m m et les épaisseurs de 6 à 13 m m p o u r les fraises-scies à plaquettes indexées en carbure m é t a l l i q u e ; p o u r les fraises-scies m o n o b l o c s (acier rapide), leurs d i a m è t r e s v a r i e n t de 80 à 250 m m et les épaisseurs de 1 à 6 m m . Leur faible épaisseur les rend sensibles aux efforts axiaux. La m i s e en p o s i t i o n est assurée par alésage et clavetage o u m o y e u et t e n o n , sur arbre o u m a n drin.

Fraises-scies en acier rapide Elles o n t d i f f é r e n t e s d e n t u r e s ( d r o i t e , A c m é e , Heller...) (voir c h a p i t r e « Procédés de d é c o u p e »). La d e n t u r e Heller est p r o d u c t i v e avec les d e n t s a l t e r n é e s ( d r o i t e s h a u t e s c h a n f r e i n é e s et basses d e q u e l q u e s d i x i è m e s de m m ) : évite les risques de b o u r r a g e et d i m i nue l ' e f f o r t de c o u p e (fig. 9.39).

0.15 jusque 0.3 m m

FIGURE 9 . 3 9

Fraise-scie monobloc Doc. Leclerc

Fraises-scies en carbure métallique La c o u p e est a l t e r n é e , c h a q u e p l a q u e t t e c o u p a n t en p é r i p h é r i e d ' u n seul côté. La l a r g e u r de c o u p e est r é g l a b l e (fig. 9.40).

FIGURE 9 . 4 0

Fraise-scie à plaquettes carbure et largeur de coupe réglable. Doc. Kénamétal


291

3.8

Mise en œuvre du rainurage

Le t y p e de fraise à utiliser v a r i e en f o n c t i o n d e : la q u a n t i t é de m a t i è r e à enlever, la f o r m e de pièce ( r i g i d i t é , d é g a g e m e n t d ' o u t i l , f i x a t i o n ) .

•• in/1

Rainurage avec fraise-disque

•.¡•m^

Réalisation des rainures profondes en une seule passe. L'outil peut ê t r e m a i n t e n u , c o m p l é m e n t a i r e m e n t à l ' e x t r é m i t é de s o n a r b r e p o r t e - f r a i s e (gros débit). C h o i s i r les vitesses d ' a v a n c e m a x i m a l e s i n d i q u é e s d a n s les t a b l e a u x des f a b r i c a n t s . Utiliser u n e f r a i s e - d i s q u e d ' u n d i a m è t r e a s s u r a n t au m o i n s d e u x d e n t s en prise s i m u l t a n é e , (cas d u r a i n u r a g e de f a i b l e p r o f o n d e u r ) , l ' e n g a g e m e n t de f r a i s e étant réduit. C h o i s i r la d e n t u r e alternée avec d e n t s à i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e : r é d u c t i o n des c o n t r a i n t e s à l'att a q u e des dents.

Rainures en train de fraises U n v o l a n t d ' i n e r t i e de g r a n d d i a m è t r e attén u e les v i b r a t i o n s causées par l ' i n t e r m i t t e n c e des a t t a q u e s de d e n t s (fraises e n c a r b u r e à g r a n d pas de d e n t u r e s ) (fig. 9.41). Un palier s u p p l é m e n t a i r e , é v e n t u e l l e m e n t , a s s u r e la s t a b i l i t é d u c o u p l e o u t i l / p o r t e pièce. Décaler a n g u l a i r e m e n t , si p o s s i b l e , les fraises e n t r e elles p o u r l i m i t e r les v i b r a t i o n s par a t t a q u e des dents.

FIGURE 9.41 Train de fraises-disques montées avec volant

d'inertie et palier support. Doc. Sandvik Coromant

Lubrification I m p é r a t i v e en r a i n u r a g e p r o f o n d p o u r éviter le b o u r r a g e des c o p e a u x d a n s les inter-dents. Par jet d ' a i r p o u r fraise c a r b u r e , é v a c u a t i o n des c o p e a u x . Par jet de l u b r i f i a n t , p o u r fraise en acier rapide, é v a c u a t i o n des c o p e a u x et r é f r i g é r a t i o n .

Rainurage avec fraise à queue R é a l i s a t i o n des r a i n u r e s p e u p r o f o n d e s en u n e o u p l u s i e u r s passes, avec des v i t e s s e s d ' a v a n c e à c h o i s i r m i n i m a l e s , en p a r t i c u l i e r p o u r les petits d i a m è t r e s , d a n s les t a b l e a u x des fabricants.

Profondeur de passe Elle d é p e n d d e la r i g i d i t é d u couple o u t i l / p o r t e - o u t i l et d u d i a m è t r e d e fraise. O n a d m e t u n e p r o f o n d e u r de passe m a x i m a l e é g a l e à : 1/2 d i a m è t r e p o u r p e t i t e s fraises et un d i a m è t r e p o u r g r o s s e s fraises. A r c d ' e n g a g e m e n t d e l ' o u t i l ^ p r o c h e de 180° (fig. 9.42).

FIGURE

9.42

Engagement de la fraise en rainurage.

292

Guide de l'usinage

Denture hélicoïdale. Évite le t r a v a i l au c h o c , par l ' a t t a q u e p r o g r e s sive des d e n t s d a n s la m a t i è r e (fig. 9.43).

FIGURE

9.43

Fraise à rainurer à plaquettes sur hélice (hérisson) Doc. Walter

1—-y-— -i ztsmws - y .

..

Désignation

Do mm

Queue

X, mm

X2 mm

mm

Z

S

Nb.de Fteq.

Type

F3038.M.020.Z01.24

20

CM 2

50

114

24

1

0,2

4

AP . T 0903 . .

F 3038.M.025.Z02.32

25

CM 2

55

119

32

2

0,3

8

AP.T0903..

F 3038.M.032.Z03.40

32

CM 3

70

151

40

3

0,7

15

AP . T 0 9 0 3 . .

F3038.M.040.Z03.56

40

CM 4

90

192,5

56

3

1,4

21

AP.T0903..

1

h

Rainurage en pleine matière Utiliser des fraises à c o u p e c e n t r a l e (une d e n t en b o u t , a l l a n t j u s q u ' à l'axe de l ' o u t i l , est perç a n t e : prise de passe en p l o n g é e ) .

4.

Frai sage de profils Généralités

Fraisage de p r o f i l s c o u r b e s , avec des traject o i r e s m u l t i d i r e c t i o n n e l l e s de f o r m e s d ' i n t é rieur et d ' e x t é r i e u r , d é b o u c h a n t e s o u n o n , avec des f r a i s e s à b o u t s p h é r i q u e (à c o p i e r ) o u r a y o n n é (à d é t o u r e r ) (fig. 9.44).

FIGURE

9.44

Opération de fraisage de profil (surface concave) avec fraise à bout sphérique. Doc. Sandvik Coromant

[Fraises à copier ou hémisphériques À d e n t u r e h é l i c o ï d a l e d r o i t e o u i n c l i n é e ( p l a q u e t t e s r a p p o r t é e s ) avec une arête de c o u p e allant j u s q u ' a u c e n t r e , p o u r la prise de passe en p l o n g é e dans la matVere et le suivi de profils courbe s (fig. 9.44 et 9.45).

î. Procédés de fraisage

293

FIGURE

9.45

Fraise à copier à plaquettes carbure. Doc. Walter

Leurs d i a m è t r e s v a r i e n t d e : 10 à 50 m m p o u r les fraises à plaquette(s) indexée(s) en c a r b u r e m é t a l l i q u e ; de 5 à 25 m m , en g é n é r a l , p o u r les fraises m o n o b l o c s en acier rapide. La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n est assurée par q u e u e ( c y l i n d r i q u e , M o r s e , Varilock...).

Fraises à détourer, ou en bout à plaquettes rondes Fraisage de f o r m e s r é g l é e s , d é b o u c h a n t e s o u n o n , en u s i n a g e d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r (en p a r t i c u l i e r ) avec prise de passe en p l o n gée d a n s la m a t i è r e ( q u e l q u e s m m au m a x i m u m ) (fig. 9.46 et 9.47). Elles s o n t à p l a q u e t t e s r o n d e s i n d e x é e s , avec des d i a m è t r e s e x t é r i e u r s v a r i a n t de 12 à 40 m m g é n é r a l e m e n t , en p o s i t i o n - f i x a t i o n par queue (cylindrique ou conique). Nota: d i a m è t r e n o m i n a l : e n t r a x e des plaq u e t t e s ( s u r f a c e p l a n e m a x i m a l e f r a i s é e en bout). 3 mm FIGURE

9.46

Opérations de détourage avec fraises à plaquettes rondes. Doc. Sandvik Coromant

FIGURE

9.47

Fraises à détourer à plaquettes rondes. Doc. Wa/ter !

294

Guide de l'usinage

Utilisation En é b a u c h e dans des m a t é r i a u x d i f f i c i l e s à usiner ( m a t r i c e s , moules...) avec i m p o r t a n t enlèv e m e n t de m a t i è r e ( m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n par alésage p o u r fraises 0 35 à 90 m m ) . Leurs d i a m è t r e s n o m i n a u x v a r i e n t de 25 à 50 m m avec u n e o u d e u x p l a q u e t t e s i n d e x é e s en carbure métallique. La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n est a s s u r é e par a t t a c h e m e n t à q u e u e c o n i q u e (Varilock et W e l d o n / W h i s t l e N o t c h p e r m e t t a n t le réglage axial). M a t é r i a u x tendres. É b a u c h e avec f r a i s e s à d é t o u r e r s p é c i f i q u e (de c o n c e p t i o n S a n d v i c k ) : i m p o r t a n t e n l è v e m e n t de m a t i è r e à g r a n d e vitesse de c o u p e et prise de passe c o m b i n é e avec l'avance (pente de 15°) (fig. 9.48).

- d "Q" n UJ

I 2 3

Â

Machines-outils : Tous types Géométrie positive Angle d'inclinaison : 5° to 8 ° Angie de d é g a g e m e n t : + 4 ° to + 9 '

ap ¡MA

l 2 = longueur de programmation

FIGURE 9.48 Fraises à détourer pour matériaux tendres et phase d'usinage.

5.

Doc. Sandvik Coromant

Fraisage de forme Généralités

Fraisage de f o r m e s d o n n é e s avec des fraises c o n ç u e s au p r o f i l à obtenir. Les fraises utilisées, m o n o b l o c s (acier rapide) o u à p l a q u e t t e s c a r b u r e , s o n t des t y p e s 2 tailles, 3 tailles, à q u e u e . La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n s ' e f f e c t u e par alésage o u à q u e u e ( c y l i n d r i q u e , c o n i q u e ) .

Fraises concaves De t y p e s 3 tailles et à q u e u e (fig. 9.49). Les fraises c o n c a v e s t y p e 3 tailles o n t un p r o f i l en d e m i - c e r c l e o u q u a r t de cercle (à g a u c h e o u à droite).


295

Leurs d i a m è t r e s n o m i n a u x s o n t g é n é r a l e m e n t de 63 à 100 m m . Les fraises c o n c a v e s t y p e à q u e u e (au p r o f i l 1/4 de cercle) o n t des d i a m è t r e s n o m i n a u x de 6 à 20 m m .

fraise demi-cercle (à alésage)

fraise quart de cercle (à queue)

FIGURE 9.49 Fraises concaves et schéma d'usinage.

Doc. Leclerc

Fraises convexes Du t y p e 3 tailles, au p r o f i l en q u a r t de cercle, p o u r des d i a m è t r e s n o m i n a u x d e 63 à 100 m m (fig. 9.50).

FIGURE

9.50

Fraise convexe demi-cercle à alésage et schéma d'usinage. Doc. Leclerc

^Fraises coniques De t y p e 2 tailles et à q u e u e (fig. 9.51). Les f r a i s e s c o n i q u e s t y p e 2 t a i l l e s o n t des a n g l e s de p o i n t e e r = 45°, 60°, 65°, 70°, 75°. La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n s ' e f f e c t u e par alésage. Les f r a i s e s c o n i q u e s à q u e u e s o n t de p e t i t s d i a m è t r e s , d ' a n g l e de c o n i c i t é g é n é r a l e m e n t de 90°.

fraise conique (à alésage)

fraise conique (à queue) FIGURE

9.51

Fraise coniques. Doc. Leclerc

296

Guide de l'usinage

5.5

Fraises à fileter

Pour réaliser des f i l e t a g e s par i n t e r p o l a t i o n c i r c u l a i r e (voir c h a p i t r e « Procédés de f i l e t a g e »). Les f r a i s e s s o n t à 1 o u 2 p l a q u e t t e s (carbure) i n d e x é e s p o u r fileter à un pas et un p r o f i l d o n nés (selon plaquettes) t o u s d i a m è t r e s , d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r , à d r o i t e o u à g a u c h e , de la long u e u r de p l a q u e t t e s .

Fraises à chanfreiner Pour réaliser des c h a n f r e i n s : c i r c u l a i r e s (avant et a r r i è r e des alésages), r e c t i l i g n e s o u q u e l c o n q u e s de faces par c o n t o u r n a g e des p r o f i l s à suivre. Les f r a i s e s s o n t à p l a q u e t t e s i n d e x é e s (1 à 4) en c a r b u r e m é t a l l i q u e , avec des a n g l e s de d i r e c t i o n d ' a r ê t e Kr = 30, 45, 60° (fig. 9.52). Leurs d i a m è t r e s n o m i n a u x v a r i e n t de 10 à 63 m m . La m i s e en p o s i t i o n - f i x a t i o n s ' e f f e c t u e par alésage o u à q u e u e .

FIGURE 9 . 5 2

Fraises à chanfreiner. Doc. Kénamétal

[Fraises à gorge (de circlips..J Pour réaliser des g o r g e s , en i n t e r p o l a t i o n c i r c u l a i r e (fig. 9.53). Les fraises s o n t à p l a q u e t t e s i n d e x é e s en c a r b u r e m é t a l l i q u e (de l a r g e u r c o r r e s p o n d a n t e aux s t a n d a r d s des g o r g e s : 1,1 à 3,15 H 13, p o u r alésages 0 18 à 100). Elles s o n t à c o u p e p é r i p h é r i q u e avec une ou plusieurs plaquettes carbure, selon leurs d i a m è t r e s .

FIGURE 9.53 Fraises à gorge de circlips à une plaquette.

Doc. Walter


297

6.

Mise en œuvre du fraisage Trajectoires des fraises (mouvements d'avance) Paraxial

Y

T r a j e c t o i r e s s u i v a n t u n axe (X o u Y) (fig. 9.54). C'est la s e u l e p o s s i b i l i t é avec f r a i s e u s e s à c o m m a n d e mécanique.

FIGURE 9 . 5 4

Fraisage paraxial.

Contournage plan T r a j e c t o i r e s p o u v a n t être q u e l c o n q u e s d a n s le p l a n : m o u v e m e n t s s i m u l t a n é s s u r les 2 axes X-Y. R a y o n de c o u r b u r e i n t é r i e u r m i n i m u m d ' u n p r o f i l f r a i s é en c o n t o u r n a g e : fraise utilisée (fig. 9.55).

r a y o n d e la „

FIGURE 9 . 5 5

Fraisage contournage.

Contournage dans l'espace Trajectoires q u e l c o n q u e s dans l'espace dans les l i m i t e s de l ' o u t i l : m o u v e m e n t s s i m u l t a n é s sur les 3 axes X-Y-Z, avec u n l o g i c i e l de f r a i s a g e des surfaces g a u c h e s ( e x e m p l e N u m a f o r m de N U M SA) et fraise à b o u t s p h é r i q u e . Rayon de c o u r b u r e i n t é r i e u r m i n i m u m d ' u n p r o f i l f r a i s é : r a y o n d ' e x t r é m i t é de la fraise.

Surfaces gauches U s i n a g e sur centre d ' u s i n a g e avec un logiciel de p r o g r a m m a t i o n s p é c i f i q u e à ce t y p e de f o r m e

Mise en position des pièces À e f f e c t u e r sans d é f o r m e r la pièce s o u s les f i x a t i o n s et en s ' o p p o s a n t a u x i m p o r t a n t s e f f o r t s de c o u p e . Porte-pièces spécifiques. Nécessaire p o u r un g r a n d n o m b r e de pièces, avec leur m a i n t i e n efficace, a s s u r a n t : les p r é c i s i o n s d i m e n s i o n n e l l e et g é o m é t r i q u e , la r é p é t a b i l i t é de p r o d u c t i o n , l ' u t i l i s a t i o n r a t i o n n e l l e des o u t i l s ( n o n - r u p t u r e ) . Appuis des pièces. O p p o s é s a u x e f f o r t s de c o u p e (sens d ' a v a n c e et p o s i t i o n r e l a t i v e de la fraise d u r a n t s o n cycle d ' u s i n a g e ) . Appuis complémentaires allant à la pièce p o u r assurer, le cas é c h é a n t , s o n m a i n t i e n efficace (flexion, vibrations...).

298

Guide de l'usinage

É l é m e n t s de m i s e en p o s i t i o n et f i x a t i o n : d o i v e n t p e r m e t t r e l'accès des o u t i l s d ' u n m a x i m u m de surfaces à usiner (sur p l u s i e u r s faces).

Pièces « plates » pouvant se déformer sous les efforts de coupe À s o u t e n i r l o c a l e m e n t p o u r s ' o p p o s e r au fléc h i s s e m e n t d u r a n t la c o u p e (fig. 9.56), p a r : appuis ponctuels sous surfaces brutes; a p p u i s - p l a n s ( r è g l e , g r a n d e s u r f a c e plane) sous surfaces usinées; appuis c o m p l é m e n taires v e n a n t à la pièce.

M

i

FIGURE 9 . 5 6

J

Pièce déformable installée sur porte-pièce. Doc. Amf

E |

Pièces plates usinées dans du brut débité de profilé À m a i n t e n i r en é t a u à m o r s p a r a l l è l e s de précis i o n : o u t i l l a g e f l e x i b l e élém e n t a i r e (fig. 9.57) ; sur porte-pièces spécifiques (série).

FIGURE 9 . 5 7

Multisystem (Doc. Sagop)

Étaux multiples pour série.

9. Procédés de fraisage • • • • • • m

Polymut (Doc. Évard précision S.A.)

Pièces plates longues À f i x e r d i r e c t e m e n t s u r la tablemachine, par: clames, brides, attraction m a g n é t i q u e , aspiration (grandes pièces non m a g n é t i q u e s ) (fig. 9.58).

FIGURE 9 . 5 8

Schéma de fixation de pièces plates par clames. Doc. d'Andréa

Pièces plates brutes de forgeage ou moulage À m a i n t e n i r d a n s des p o r t e s - p i è c e s s p é c i f i q u e s . En p r o d u c t i o n u n i t a i r e et petites séries : de c o n c e p t i o n m o d u l a i r e avec des é l é m e n t s s t a n d a r d s ( c o n s t r u c t i o n r a p i d e , r é u t i l i s a t i o n p o u r pièces s u i v a n t e s ) . Platines o u s e m e l l e s s t a n d a r d s avec t r o u s t a r a u d é s et alésés et/ou r a i n u r e s en T, a d a p t a b l e s à l ' e n s e m b l e des m a c h i n e s de f r a i s a g e d ' un atelier, sur t a b l e , dé o u é q u e r r e , palette. En p r o d u c t i o n de g r a n d e série. Porte-pièces s p é c i f i q u e s avec : un m a x i m u m d ' é l é m e n t s m o d u laires et s t a n d a r d s ; s e r r a g e , d e s s e r r a g e a u t o m a t i q u e des p i è c e s ; a l i m e n t a t i o n et é v a c u a t i o n automatique, éventuellement.

Pièces de petites dimensions En p r o d u c t i o n de série. À installer en p a n o p l i e , d a n s des c h a r g e u r s à f i x e r sur la m a c h i n e ; p o r t e - p i è c e s à a c t i o n u n i q u e d u b r i d a g e m u l t i p l e (fig. 9.59).

FIGURE 9 . 5 9

Fixation de petites pièces par action unique. Doc. AmF et Sagop

300

Guide de l'usinage

De f o r m e s d i v e r s e s et c o m p o r t a n t des u s i n a g e s s u i v a n t plus i e u r s sens. À m a i n t e n i r s u r plateau-diviseur automatique (piloté par CN) sur f r a i s e u s e o u centre d ' u s i n a g e à b r o c h e v e r t i cale d e p r é f é r e n c e (facilité d'installation des pièces) (fig. 9.60).

www

Avec mandrin à serrage c o n c e n t r i q u e de 2, 3 o u 4 m o r s . Avec étau de p r é c i s i o n , à m o r s de f o r m e i n t e r c h a n g e a b l e . FIGURE 9.60 Plateau circulaire inclinable à CN.

Doc. Nikken

Pièces « cubiques » En p r o d u c t i o n u n i t a i r e et petites séries. Porte-pièces de c o n c e p t i o n m o d u l a i r e s t a n d a r d . En p r o d u c t i o n de g r a n d e série. P o r t e - p i è c e s s p é c i f i q u e s , avec é l é m e n t s s t a n d a r d s o u n o n , a u t o m a t i s a t i o n d u s e r r a g e - d e s s e r r a g e des pièces.

Pièces volumineuses À usiner sur f r a i s e u s e à p o r t i q u e , avec accès des o u t i l s à l ' e n s e m b l e des f o r m e s à usiner sur la pièce en a p p u i sur table.

Conception des outillages porte-pièces Conçus généralement pour les d i v e r s e s pièces plates et c u b i q u e s , ils devront: - êtres r i g i d e s ( e f f o r t s de c o u p e i m p o r t a n t s , t r a v a i l a u x chocs). Laisser l'accès à t o u s les o u t i l s à m e t t r e en oeuvre p o u r un m a x i m u m de c ô t é s de la pièce, dans u n e phase (fig. 9.61). L i m i t e r à 2 p h a s e s (en g é n é r a l ) l'usin a g e des pièces, sauf c o n t r a i n t e s technologiques.

FIGURE 9 . 6 1

Porte-pièce de conception modulaire Doc. Amf


301

- être d e c o n c e p t i o n m o d u laire avec é l é m e n t s stand a r d s et s e m e l l e m a i l l é e de t r o u s e t / o u d e r a i n u r e s (fig. 9.62). A s s u r e r l e u r m i s e en place r i g o u r e u s e s u r t a b l e o u palette de m a c h i n e .

FIGURE 9 . 6 2

Éléments modulaires pour conception de porte-pièces. Doc. Amf

Opérations d'usinage autres que fraisage (alésage, perçage, filetage) À e f f e c t u e r s y s t é m a t i q u e m e n t en phases de f r a i s a g e (sur m a c h i n e s à CN). Toutes les diverses o p é r a t i o n s d ' u s i n a g e s o n t à e f f e c t u e r s u c c e s s i v e m e n t p o u r c h a q u e côté de la pièce.

Menus d'usinage D i s p o n i b l e s d a n s les CN p o u r o p t i m i s e r p r o d u c t i o n et q u a l i t é , et s i m p l i f i e r la m i s e en œ u v r e de p r o d u c t i o n ( s i m u l a t i o n de cycles, s o u s - p r o g r a m m e s ) . Les cycles d ' u s i n a g e g é n è r e n t les t r a j e c t o i r e s à décrire par l ' o u t i l utilisé, avec s i m u l a t i o n de la f i g u r e ( p o c h e s de m a t i è r e avec o u sans îlot, c o n t o u r n a g e d ' u n alésage).

Machines On utilise les fraiseuses à b r o c h e v e r t i c a l e et à p o r t i q u e , les centres d ' u s i n a g e à b r o c h e verticale o u h o r i z o n t a l e . T o u t e s ces m a c h i n e s s o n t de t y p e u n i v e r s e l : o p é r a t i o n s d ' u s i n a g e par c o u p e autres q u e fraisage.

302

Guide de l'usinage

Fraiseuses à CN G é n é r a l e m e n t à b r o c h e verticale. A v e c les 3 axes (X-Y-Z) a u t o m a t i s é s : p r o d u c t i o n f l e x i b l e , de la pièce u n i t a i r e à la série, en f r a i s a g e p a r a x i a l (X o u Y) et en c o n t o u r n a g e plan (X-Y). Capacité des m a c h i n e s : v o l u m e c a p a b l e sur la surface de table. Tête p o r t e - b r o c h e i n d e x a b l e en d i v e r s e s p o s i t i o n s , sur c e r t a i n e s m a c h i n e s . U s i n a g e p o s s i b l e d ' u n m a x i m u m de faces dans u n e phase.

Centres d'usinage à broche horizontale Avec 4 axes a u t o m a t i s é s (X-Y-Z et C, axe circulaire). Usinage sur t o u t e s les s u r f a c e s d ' u n e pièce accessibles d a n s la phase (pièces c u b i q u e s ) par i n d e x a g e de la palette porte-pièce(s). Capacité des m a c h i n e s - 200 à 800 m m au c u b e .

Utilisation en production flexible et continue, par l'automatisation : - Du c h a n g e m e n t d ' o u t i l s , avec m a g a s i n i n t é g r é à la m a c h i n e : (12 à 100 outils) p o u r réaliser l ' e n s e m b l e des d i v e r s e s o p é r a t i o n s sur les pièces d é d i é e s à u n e m a c h i n e . - De l ' i n d e x a g e de p a l e t t e s i t u a n t c h a q u e face de pièce(s) à u s i n e r d a n s la p h a s e : pièce c u b i q u e , à l ' u n i t é , au m i l i e u de la p a l e t t e ; pièces plates, i d e n t i q u e s o u n o n , fixées en n o m b r e sur un a p p u i vertical (cube, é q u e r r e ) . - Du c h a n g e m e n t a u t o m a t i q u e des palettes ( s t a t i o n t r a v a i l avec s t a t i o n attente). - De la m u l t i p r o g r a m m a t i o n p o u r a p p e l des d i f f é r e n t s p r o g r a m m e s c o r r e s p o n d a n t a u x diverses pièces se s u c c é d a n t ( p r o d u c t i o n j u s t e à t e m p s ) . - De g e s t i o n des o u t i l s par r e m p l a c e m e n t a u t o m a t i q u e d ' u n o u t i l u s a g é par l ' o u t i l - f r è r e . ( C o n t r ô l e par m e s u r e d u c o u p l e à la b r o c h e , calcul d u r é e de v i e d'arête).

Palettisation Les palettes, g é n é r a l e m e n t carrées, s o n t de d i m e n s i o n s s t a n d a r d s , d é t e r m i n a n t la capacitém a c h i n e : c u b e c a p a b l e d o n n é par les côtés de la palette (ou le d i a m è t r e p o u r palette cylindrique). Deux palettes é q u i p e n t la p l u p a r t des centres d ' u s i n a g e . Un c a r r o u s e l de palettes relié au c e n t r e d ' u s i n a g e lui c o n f è r e une g r a n d e a u t o n o m i e de f o n c t i o n n e m e n t (cellules f l e x i b l e s d ' u s i n a g e ) .

Centres d'usinage à broche verticale A v e c 4 axes a u t o m a t i s é s (X-Y-Z et A o u B, axes circulaires). U s i n a g e de pièces, petites g é n é r a l e m e n t , successivem e n t sur p l u s i e u r s faces sans d é m o n t a g e . M a i n t i e n en l'air o u en m i x t e ( m a n d r i n s à m o r s , plateau c i r c u l a i r e , contre-pointe...).

Cinquième axe (X-Y-Z, BC o u AC) p o u r : accéder à des faces de posit i o n s d i v e r s e s ; réaliser des s u r f a c e s g a u c h e s , sans d é m o n t a g e de la pièce (fig. 9.63). U s i n a g e de pièces d ' o u t i l l a g e ( m o u l e s ) . FIGURE 9 . 6 3

Schéma de centre d'usinage à broche verticale, 5 axes. Doc. CMS


303

Fraiseuses à portique De grande capacité, avec table porte-pièce horizontale. Usinage des pièces v o l u m i n e u s e s . Avec plusieurs broches situées verticalement et horizontalement, accès à toutes les faces de la pièce pour son usinage total dans une position.

Fraiseuses universelles avec règles de mesure des déplacements À broche verticale pour travaux unitaires en paraxial, avec tête porte-broche orientable.

304

Guide de l'usinage

PROCÉDÉS DE MOULAGE

1.

2.

Généralités

307

1.1

Procédés de m o u l a g e

308

1.2

Traitements t h e r m i q u e s des pièces métalliques moulées

310

1.3

Surépaisseur d'usinage

312

1.4

Tolérances d i m e n s i o n n e l l e s de m o u l a g e

313

1.5

État de surface

315

1.6

Conception des pièces moulées

315

M o u l a g e en m o u l e non p e r m a n e n t

318

2.1

Généralités

318

2.2

M o u l a g e au trousseau

319

2.3

M o u l a g e en carcasse ou squelette

319

2.4

M o u l a g e avec modèle bois

319

2.5

M o u l a g e avec p l a q u e - m o d è l e métallique

321

2.6

M o u l a g e en carapace

322

2.7

M o u l a g e c é r a m i q u e , au plâtre, avec élastomère

323

2.8

M o u l a g e à la cire perdue

325

2.9

M o u l a g e avec modèle gazéifiable

325

2.10 M o u l a g e par c e n t r i f u g a t i o n

326

2.11 M o u l a g e V process

327

2.12 M o u l a g e par impact (de Sté Georges Fischer + G F + )

328

2.13 Inserts métalliques

328

2.14 Appareillages de m o u l a g e non p e r m a n e n t

329

2.15 Machines à m o u l e r les noyaux

330

2.16 Machines à m o u l e r

331

305

3.

4.

M o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t

332

3.1

332

Généralités

3.2

M o u l a g e en coquille par gravité

332

3.3

M o u l a g e sous haute pression

337

3.4

M o u l a g e sous basse pression

341

3.5

M o u l a g e en contre-pression

344

3.6

M o u l a g e en c e n t r i f u g a t i o n

345

M o u l a g e par c o m p r e s s i o n des poudres et frittage

348

4.1

Généralités

348

4.2

Poudres métalliques

348

4.3

Caractéristiques des pièces

349

4.4

Conception des pièces frittées

350

4.5

Mise en œuvre

351

4.6

Outillage

354

4.7

Machines

356

4.8

Pièces obtenues

356

1.

Généralités

O b t e n t i o n de pièces m é t a l l i q u e s et p l a s t i q u e s , de f o r m e s , d i m e n s i o n s et p o i d s t r è s d i v e r s , par r e m p l i s s a g e d ' u n m o u l e avec le m a t é r i a u de la pièce à o b t e n i r r e n d u l i q u i d e (alliages m é t a l liques) o u en p o u d r e et g r a n u l é s ( p l a s t i q u e s , m é t a u x et alliages m é t a l l i q u e s ) (fig. 10.1).

Moules non permanents Fontes

s

20 kg

Aciers


=

quelques kg quelques kg

20 kg

Alliages de cuivre

Alliages de magnésium

Alliages de zinc

quelques kg

s

20 kg

à

à

à

à

à

à

3001

3001

31

501

50 kg

100 kg

Alliages de magnésium

Alliages de zinc

Moules permanents Fontes

=

Aciers


Alliages de cuivre

quelques

quelques kg

10 kg

FIGURE 10.1

à

à

grammes à

à

à

à

101

10t

50 kg

101

30 kg

50 kg

Poids approximatifs des pièces produites en moulage (tous procédés confondus).

100 kg

s

20 kg

s

10 kg

s

La pièce est d é m o u l é e après s o l i d i f i c a t i o n d u m a t é r i a u d a n s le m o u l e ( r e f r o i d i s s e m e n t des alliages m é t a l l i q u e s , c o m p r e s s i o n des p o u d r e s m é t a l l i q u e s , s o l i d i f i c a t i o n des plastiques) F o r m e et résistance d é f i n i t i v e s de la pièce s o n t o b t e n u e s après r e f r o i d i s s e m e n t o u f r i t t a g e , selon les p r o c é d é s de m i s e en œ u v r e .

—AR

Choix du procédé

«MM^

En f o n c t i o n d u m a t é r i a u et d e s o n état p o u r le m o u l a g e ( p o u d r e , g r a n u l é s , liquéfié) c o n d i t i o n nant la q u a n t i t é à p r o d u i r e et le t y p e d ' o u t i l l a g e à u t i l i s e r ( m o u l e s p e r m a n e n t s o u d e s t r u c tibles).

Pièces obtenues Métalliques (procédés de fonderie) Pièces d ' u n g r a m m e à p l u s i e u r s c e n t a i n e s de t o n n e s ( j u s q u ' à t r o i s cents t o n n e s ) . É p a i s s e u r s m i n i m a l e s c o u l é e s : s e l o n le p r o c é d é et le m a t é r i a u utilisé, de q u e l q u e s m m en c o u l é e au sable à q u e l q u e s d i x i è m e s de m m en c o u l é e en c o q u i l l e . Les p i è c e s c r e u s e s (carters...), s o n t f a c i l e m e n t r é a l i s a b l e s par l ' a d j o n c t i o n d e n o y a u x d a n s l'empreinte du moule. P r o d u c t i o n de la pièce u n i t a i r e à la série i l l i m i t é e avec des p r o c é d é s a d a p t é s à la q u a n t i t é à p r o d u i r e et à la q u a l i t é à o b t e n i r .

Plastiques (procédé de plasturgie) Pièces de très p e t i t e s d i m e n s i o n s (et f a i b l e p o i d s ) c o u l é e s en g r a p p e , à de g r a n d e s d i m e n sions. Épaisseur de q u e l q u e s c e n t i è m e s de m m à q u e l q u e s m m . La p r o d u c t i o n est e s s e n t i e l l e m e n t de série ( g é n é r a l e m e n t « i l l i m i t é e ») en m o u l e s m é t a l l i q u e s (automatisés).

9. Procédés de

fraisage

307

1.1

Procédés de moulage Moulage en moules non permanents

Des alliages m é t a l l i q u e s r e n d u s l i q u i d e s , d a n s les e m p r e i n t e s d e m o u l e , en sable.

Moules en sable U t i l i s a b l e s p o u r u n e pièce : d é t r u i t s après s o l i d i f i c a t i o n d u m a t é r i a u . M o u l a g e de pièces avec t o u s les m é t a u x et a l l i a g e s m é t a l l i q u e s ( f o n t e s , aciers, a l l i a g e s de c u i v r e , d ' a l u m i n i u m , de zinc). La f o r m e d e l ' e m p r e i n t e d a n s le m o u l e est réalisée d i f f é r e m m e n t s e l o n les d i m e n s i o n s de la pièce ainsi q u e la q u a n t i t é à p r o d u i r e .

Moulage au trousseau P r o d u c t i o n de g r a n d e s pièces, e n p r o d u c t i o n u n i t a i r e par r e p r o d u c t i o n d e la pièce d a n s le sable à l ' a i d e d ' u n g a b a r i t : m o u l a g e m a n u e l .

Moulage en carcasse ou squelette P r o d u c t i o n de g r a n d e s pièces ( p l u s i e u r s m è t r e s ) , en p r o d u c t i o n u n i t a i r e , à partir d ' u n e struct u r e en b o i s : t r a v a u x m a n u e l s . M o u l a g e et c o n c e p t i o n d u m o d è l e ( m o d e l a g e ) m a n u e l s .

Moulage avec modèle en bois P r o d u c t i o n u n i t a i r e et de petites séries : m o u l a g e m a n u e l o u à la machine. D u r e t é d u b o i s de m o d è l e : en f o n c t i o n d e la série à p r o d u i r e (stabilité à l'usage).

pièce finie

pièce brute (masse M2)

Moulage avec plaquemodèle métallique Production de petite à grande série (fig. 10.2) M o d è l e s . En bois, résines, m é t a l l i q u e s , s e l o n l ' i m p o r t a n c e de la série : à f i x e r sur p l a q u e s m é t a l liques.

plaques modèle empreinte support-noyau

moulage novau

chassis supérieur.,

évent

coulée

descente

chassis inférieur chenal

pièce o b t e n u e (décochée masse M M11)) FIGURE 1 0 . 2

Schéma du processus de moulage en moule

M1/M2 = mise au mille

non permanent (avec plaque-modèle).

308

Guide de l'usinage

Moulage en carapace ou procédé Croning A v e c m o d è l e d ' é p a i s s e u r r é d u i t e , e n s a b l e et résines t h e r m o d u r c i e s : p r o d u c t i o n d e pièces précises.

Moulages au plâtre et en céramique Avec m o d è l e e n r o b é de plâtre o u de c é r a m i q u e : p r o d u c t i o n de pièces d ' e x c e l l e n t état de surface.

Moulage à la cire perdue A v e c m o d è l e p e r d u ( g é n é r a l e m e n t en cire) q u i est d é t r u i t c o m m e le m o u l e : p r o d u c t i o n de pièces c o m p l e x e s , précises et de petites d i m e n s i o n s .

Moulage à modèle gazéifiable M o d è l e g é n é r a l e m e n t en p o l y s t y r è n e , d é t r u i t c o m m e le m o u l e : p r o d u c t i o n u n i t a i r e .

Moulage par centrifugation Le m o u l e est a n i m é en r o t a t i o n d u r a n t la c o u l é e : p r o d u c t i o n de t y p e c y l i n d r i q u e .

Moulage V process Le m o u l e en sable à sec et sans liant est d u r c i s o u s v i d e : p r o d u c t i o n de pièces précises ( f o r m e , d i m e n s i o n s , état de surface) à p a r t i r de petites séries.

Moulage par impact Le m o u l e en sable est d u r c i par o n d e de choc : p r o d u c t i o n en série de pièces m o y e n n e s d ' e x cellente q u a l i t é et avec o p t i m i s a t i o n .

•

Le moulage en moules permanents mÊÊMmÊKÊÊmÊÊÊÊmm

Des a l l i a g e s m é t a l l i q u e s et des m a t i è r e s p l a s t i q u e s d a n s des e m p r e i n t e s de m o u l e s m é t a l liques.

Moules métalliques U t i l i s a b l e s j u s q u ' à leur usure t o t a l e , d a n s les l i m i t e s de p r é c i s i o n des pièces à produire. La f o r m e d e l ' e m p r e i n t e est u s i n é e d a n s des b l o c s m é t a l l i q u e s c o n s t i t u a n t le moule (mécanisé ou automatisé selon l ' i m p o r t a n c e des séries) (fig. 10.3). P r o d u c t i o n de pièces a u x c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s s u p é r i e u r e s au m o u l a g e en sable : la d u r e t é Brinell a u g m e n t e de 5 à 8 % et la c h a r g e à la r u p t u r e de 10 à 12 %. Le m o u l a g e s ' e f f e c t u e s u i v a n t p l u s i e u r s méthodes, optimisant qualité (dimens i o n n e l l e , f o r m e , m é t a l l u r g i q u e ) avec productivité.

FIGURE 10.3

S c h é m a de principe du m o u l a g e permanent (par

gravité en petite série).

Moulage en coquille, par gravité Le m é t a l en f u s i o n r e m p l i t l ' e m p r e i n t e d u m o u l e par la p e s a n t e u r : p r o d u c t i o n en série.

Moulage sous haute pression I n j e c t i o n s o u s h a u t e p r e s s i o n de l ' a l l i a g e en f u s i o n d a n s l ' e m p r e i n t e : p r o d u c t i o n de g r a n d e série avec des o u t i l l a g e s e n t i è r e m e n t a u t o m a t i s é s .

7. Procédés de

forgeage

309

Moulage en basse pression Injection sous une basse pression de l'alliage en f u s i o n dans l ' e m p r e i n t e : p r o d u c t i o n automatisée de pièces, particulièrement en alliages d ' a l u m i n i u m et de cuivre.

Moulage en contre-pression Injection de l'alliage en f u s i o n dans l ' e m p r e i n t e , sous basse pression avec une contre-pression dans l ' e m p r e i n t e : p r o d u c t i o n automatisée de pièces diverses de haute qualité, en t o u s matériaux coulables.

Moulage par centrifugation Injection de l'alliage en f u s i o n dans l ' e m p r e i n t e sous une forte accélération de l'alliage (à forte masse v o l u m i q u e ) : p r o d u c t i o n de pièces c y l i n d r i q u e s en particulier, en m o n o , bi ou multimétaux.

Moulage par frittage Nécessite, préalablement au frittage de la pièce, le m o u l a g e de cette pièce par c o m p r e s s i o n d ' u n e p o u d r e m é t a l l i q u e , dans un m o u l e p e r m a n e n t : p r o d u c t i o n de pièces spécifiques (poreuses) en grande série, avec précision (produit fini ou semi-ouvré).

^

• Traitements thermiques des pièces métalliques moulées

Différents t r a i t e m e n t s t h e r m i q u e s peuvent être effectués sur les pièces obtenues par moulage. Le t r a i t e m e n t t h e r m i q u e a p p r o p r i é , total ou partiel, est f o n c t i o n du matériau constitutif de la pièce et de son utilisation.

Modifications recherchées sur les pièces coulées Structurales (forme et d i m e n s i o n s , répartition des constituants sans en m o d i f i e r la nature); teneur d ' é l é m e n t d ' u n a l l i a g e ; nature de certains c o n s t i t u a n t s ; dureté superficielle; contraintes (sans m o d i f i e r la nature des constituants).

Traitements thermiques appliqués Pour un état de livraison des pièces coulées, selon les matériaux constitutifs : stabilisation, n o r m a l i s a t i o n , recuit, durcissement, malléabilisation, t r e m p e et revenu.

Stabilisation M o d i f i c a t i o n en intensité et en répartition. Les contraintes internes de la pièce, sans m o d i f i e r la nature des constituants : o b t e n t i o n stabilité g é o m é t r i q u e et structurale. Les contraintes résiduelles dues à l ' a n i s o t h e r m i e durant la solidification et le refroidissement de la pièce, qui tendent à la m o d i f i e r g é o m é t r i q u e m e n t , sont réduites par ce t r a i t e m e n t therm i q u e , avec o b t e n t i o n d ' u n état p h y s i c o - c h i m i q u e stable du matériau.

Traitement (aciers, fontes) Chauffe de la pièce jusqu'à 300 °C minimum (température de fluage des zones sous contraintes, sans modification de la nature des constituants). Maintien en température durant un temps déterminé (selon le matériau, le volume et la forme de la pièce). Refroidissement à une vitesse donnée jusqu'à une température définie.

310

Guide de l'usinage

Matériaux stabilisés Aciers, fontes grises, alliages d ' a l u m i n i u m et de m a g n é s i u m . Aciers. Pièces soumises à de fortes sollicitations (engrenages...) ou à des chocs t h e r m i q u e s (moteurs à explosion, outillages...). Fontes. Grises, martensitiques, bainitiques : pièces v o l u m i n e u s e s et devant avoir une grande stabilité à l'usage (éléments de machines...).

Alliages d'aluminium Ne devant pas subir un t r a i t e m e n t t h e r m i q u e de durcissement pour pièces devant être usinées (enlèvement de matière libérant les contraintes résiduelles de m o u l a g e , pièces devant être utilisées dans des c o n d i t i o n s sévères (pistons de m o t e u r s à explosions...). Traitement. Chauffe de la pièce entre 150 et 350 °C d u r a n t q u e l q u e s heures (2 à 10 heures, selon les d i m e n s i o n s de la pièce ; refroidissement lent (dans le f o u r de chauffe).

Certains alliages de magnésium Pièces devant être usinées : Traitement. Chauffe de la pièce à 200 °C durant 15 à 20 h e u r e s ; refroidissement lent (dans le f o u r de chauffe).

Normalisation H o m o g é n é i s a t i o n des structures perlitiques des aciers et des fontes : o b t e n t i o n d ' u n e structure bien définie.

Matériaux stabilisés Aciers au carbone ou f a i b l e m e n t alliés. Pièces devant avoir une structure perlitique fine. Aciers à faible teneur en carbone. Pièces devant avoir une structure bainitique ou martensitique. Fontes. Pièces devant avoir une réduction de la ferrite libre. Traitement : chauffe de la pièce entre 800 et 930 °C, puis t r e m p e à l'air.

Recuit D i m i n u t i o n de la dureté pour abaisser la quantité de carbures libres ou de perlite des pièces coulées, en fonte et en acier : affine et u n i f o r m i s e le grain du matériau.

Matériaux recuits : fontes, aciers Le carbone est précipité à l'état de graphite. Traitement. Chauffe de la pièce entre 900 °C et 1050 °C durant 1 à 3 h e u r e s ; refroidissement lent (dans le f o u r de chauffe ou à l'air). Recuit de détente. Traitement de stabilisation : chauffe de la pièce entre 600 °C et 750 °C durant 1 à 2 h e u r e s ; refroidissement lent (dans le f o u r de chauffe).

Durcissement A u g m e n t a t i o n de la dureté, de la charge à la rupture, et en particulier de la limite élastique avec équilibre de la s o l u t i o n solide.

Matériaux durcis : aluminium et ses alliages Traitement. H o m o g é n é i s a t i o n , t r e m p e et d u r c i s s e m e n t du m a t é r i a u : c h a u f f e de la pièce entre 4 5 0 °C et 6 0 0 °C, d u r a n t p l u s i e u r s h e u r e s (6 à 15 h e u r e s , selon les p i è c e s ) ; t r e m p e par r e f r o i d i s s e m e n t rapide (à l ' e a u ) p r o d u i s a n t u n e solution solide h o m o g è n e , m a i s instable ; r e v e n u , par m a i n t i e n de la pièce à e n v i r o n 2 0 0 °C durant plusieurs h e u r e s (5 à 15 heures, selon les p i è c e s ) : d u r c i s s e m e n t structurel a v e c équilibre d e la solution solide.


fraisage

311

D u r c i s s e m e n t par maturation. A p r è s t r e m p e , f a i r e s é j o u r n e r la pièce q u e l q u e s j o u r s (4 à 5) à t e m p é rature a m b i a n t e ( = 20°) : vieillissement naturel.

Malléabilisation Obtention de structures bien définies. Répondre à une utilisation, faciliter un usinage ultérieur.

Matériaux malléabilisés - fontes Selon le t r a i t e m e n t appliqué, la f o n t e malléabilisée sera à « c œ u r b l a n c » dite Européenne, à graphite nodulaire ferritique (à « c œ u r n o i r » , dite Américaine) ou à graphite nodulaire perlifique.

Fonte à cœur blanc Obtenue en décarburant le matériau, par chauffe de la pièce à 1 000 °C, en a t m o s p h è r e contrôlée d ' o x y d e de carbone, durant 50 à 100 heures (selon la pièce); refroidissement très lent ( = 10 °C par heure) j u s q u ' à 650 °C et refroidissement final plus rapide ( = 30 °C par heure).

Fonte à cœur noir Obtenue en graphitisant le matériau (le carbone précipite à l'état de graphite) par chauffe de 800 à 900 °C durant 10 à 20 h e u r e s ; refroidissement très lent ( = 3 °C par heure) j u s q u ' à 650 °C et refroidissement final rapide.

Fonte à graphite nodulaire perlifique O b t e n u e par une d o u b l e t r e m p e et un r e v e n u de la pièce : chauffe à 1 000 °C d u r a n t 10 à 15 heures et t r e m p e à l ' a i r ; chauffe à 800 °C d u r a n t quelques heures (3 à 4) et t r e m p e à l ' h u i l e ; revenu à 650 °C.

Pièces moulées en aluminium et ses alliages P e u v e n t être livrées avec des traitements t h e r m i q u e s spécifiés, tels q u e recuit, stabilisation, t r e m p e et r e v e n u , t r e m p e et m a t u r a t i o n , t r e m p e et stabilisation. L a n o r m a l i s a t i o n ( N F A 0 2 - 0 0 2 ) c o d i f i e ces états de livraison (0 à 9) ainsi q u e le m o d e d ' o b t e n t i o n en m o u l a g e ( Y 0 à Y9).

Surépaisseur d'usinage Surépaisseur de matière sur les surfaces fonctionnelles à usiner (coupe, abrasion). À prévoir sur les dessins de d é f i n i t i o n du p r o d u i t brut (ordre d ' e x é c u t i o n d o n n é au f o n d e u r ) . Elles varient selon : d i m e n s i o n s et f o r m e des pièces; classe des tolérances d i m e n s i o n n e l l e s ; procédé de moulage. Normalisées pour la f o n t e grise non alliée et les aciers coulés en sable (fig. 10.4).

Surfaces brutes de départ de cotation du produit fini Sauf c o n v e n t i o n d e m a n d e u r / f o n d e u r , réduire la surépaisseur d'usinage à 2 m m pour pièces de plus grande d i m e n s i o n « 250 m m ; 3 m m au-delà.

Surépaisseurs non normalisées Elles varient selon le procédé de m o u l a g e et les d i m e n s i o n s de la pièce. On a d m e t : - Fontes alliées et spéciales : identique à fonte grise ; alliages d ' a l u m i n i u m : 0,8 m m m i n i m u m ; alliages de cuivre : 1,2 m m m i n i m u m ; alliages de zinc : 0,2 à 0,5 m m .

312

Guide de l'usinage

• Tolérances dimensionnelles de moulage Elles sont définies par des classes de précision du p r o d u i t fini (produit brut). Normalisées pour f o n t e grise n o n alliée et aciers : classes L, A, B, P. La référence de précision est donnée par la plus grande d i m e n s i o n D de la pièce.

Classes de tolérances Classe de tolérances L Pour les cotes du p r o d u i t fini non tolérancées.

Classe de tolérances A Pour les cotes tolérancées du p r o d u i t f i n i , le m o u l a g e de la pièce est effectué avec m o d è l e bois.

9. Procédés de

fraisage

313

Classe de tolérances B

Définition du produit

Pour les cotes t o l é r a n c é e s d u prod u i t f i n i , avec m o u l a g e de la pièce e f f e c t u é en m o d è l e m é t a l l i q u e .

fini

NN

Classe de tolérances P A s s o c i é e aux classes L, A , B, p o u r les cotes de f o r m e de la pièce q u i ne s e r o n t pas u s i n é e s et r é p o n dent à une fonction conceptuelle (parois, nervures, bossages...) (fig. 10.6). Cette t o l é r a n c e p e u t être c h o i s i e u n i l i m i t e ( u n écart nul) p o u r les aciers.

Dispersion de cote À c o n s i d é r e r p o u r les pièces à faible surépaisseur d'usinage o b t e n u e s en m o u l a g e au sable avec a s s e m b l a g e de d e u x châssis. On a d m e t s 1 m m ± 0,5.

Intervalle de tolérances dimensionnelles de moulage À a j o u t e r à la s u r é p a i s s e u r d ' u s i nage des s u r f a c e s f o n c t i o n n e l l e s . S e l o n les p r o c é d é s de m o u l a g e , d ' a p r è s la p l u s g r a n d e d i m e n s i o n D des pièces. - a c i e r s c o u l é s ; fontes grises, alliées et spéciales : IT ( m o u l a g e au sable) ± (0,5 + 0,002 D) en millimètres. - alliages d ' a l u m i n i u m : ± 0,3 à ± 0,8 (en m o u l e s m é t a l l i q u e s ) et js11 à js12 (sous p r e s s i o n ) . - a l l i a g e s d e c u i v r e : ± 0,5 à ± 1 (en m o u l e s m é t a l l i q u e s ) et js13 (sous p r e s s i o n ) . - a l l i a g e s de zinc : ± 0,1 à ± 0,2 (en m o u l e s m é t a l l i q u e s ) et j s 1 0 (sous p r e s s i o n ) .

FIGURE

• o A : axe commun à C Z et C 3 . -o

B : axe i â F1 passant par le centre de C1 dans F1.

® a ®

C2

.

Matière:

A - S 5 U.

•

Ebauche moulée au sable.

o

^^fsauf

14 H8 =

indication.

Définition du produit brut (non

K l '

4

0 0,02

A

00,02

A

"

F1 / /

0,05 A

70 h 8 = 70 -8.0«

F2 / /

0,05 F I

coté)

• M a t i è r e A - S 5 U. o Moulage

au sable à ta machine.

•

Dépouille : 2%

.

_

o Congés de r a c c o r d e m e n t : R 2mm. o

I n t e r v a l l e s de tolérances des cotes de fonderie ; I T = î { 0 . 5 » 0.002 D} en mm. 0 = plus grande dimension de l a pièce en mm.

o

Surépaisseurs d'usinage :

2 mm.

Remarque: surépaisseurs d ' u s i n a g e "ombrées'.' {pièce s u p p o s é e transparente)

10.5

Définitions d'une pièce mécanique, (support d'épreuve d'examen).

314

Guide de l'usinage

État de surface

1.5

S e l o n le p r o c é d é d ' o b t e n t i o n des pièces. M o u l a g e au sable 12,5 à 6,3 R a ; m o u l a g e m é t a l l i q u e 6,3 à 3,2 R a ; m o u l a g e s o u s p r e s s i o n 3,2 à 1,6 Ra ; m o u l a g e cire p e r d u e 1,6 à 0,8 Ra.

Conception des pièces moulées R è g l e s t e c h n o l o g i q u e s d e c o n c e p t i o n d u p r o d u i t m o u l é « b r u t c a p a b l e » d e c o n t e n i r le p r o d u i t fini ( f i g . 10.5).

Aptitude à l'usinage P r é v o i r des f o r m e s f a c i l i t a n t l ' u s i n a g e de la pièce : Mise en p o s i t i o n efficace ( a p p u i s et f i x a t i o n ) et n o n - d é f o r m a b i l i t é s o u s les e f f o r t s d e bridage. P e r m e t t r e l'accès des o u t i l s à u n m a x i m u m de s u r f a c e s d a n s u n e p h a s e (sur c e n t r e s d ' u s i n a g e et de t o u r n a g e ) (fig. 10.6).

Parois de pièces C o n c e v o i r l ' é p a i s s e u r m i n i m a l e et suffisante p o u r a s s u r e r le r e m p l i s s a g e e f f e c t i f d e l ' e m preinte, en fonction de : alliage de coulée, dimensions de pièce, p r o c é d é de moulage.

FIGURE 10.6 Bossage sur pièce facilitant la mise en position d'usinage.

Moulage

Épaisseur des parois A u g m e n t e avec les d i m e n s i o n s de la pièce et d o i t être r e l a t i v e m e n t c o n s t a n t e (fig. 10.7). Nécessaires v a r i a t i o n s d ' é p a i s s e u r p r o g r e s sives : é v i t e c r i q u e s et r e t a s s u r e s (retard d e solidification dû à une rapide variation d'épaisseur). R a p p o r t de v a r i a t i o n a d m i s : 1,5 m a x i avec pente de r a c c o r d e m e n t à 1 0 % (fig. 10.8). R a c c o r d e m e n t des p a r o i s par c o n g é s : facilite le r e m p l i s s a g e de l ' e m p r e i n t e .

Métallique

Alliages Au sable

Par gravité Aciers

6 mm

Fontes

5 mm

Alliage d'aluminium Alliage de cuivre

4 mm

3 mm

1 mm

5 mm

2,5 mm

1,5 mm

2 mm

0,5 mm

Alliage de zinc

«

FIGURE 10.7 Épaisseurs minimales des parois.

à éviter

ht

Sous pression

congé r ° e ^

p e n t e 10 % à éviter

congé r > e

FIGURE 10.8

Raccordements de parois.


fraisage

315

Forme des parois Parois i n c l i n é e s (sur la v e r t i c a l e ) : donne une dépouille naturelle; toiles i n c l i n é e s (sur l ' h o r i z o n t a l e ) : f a v o r i s e l ' é v a c u a t i o n des gaz à la c o u l é e (fig. 10.9). Éviter les parois v e r t i c a l e s et les t o i l e s horizontales.

Nœuds de nervures À s i m p l i f i e r p o u r é v i t e r les p o i n t s c h a u d s q u i r e t a r d e n t la s o l i d i f i c a t i o n (fig. 10.10).

à éviter (toile p e r p e n d i c u l a i r e à la p a r o i )

FIGURE 10.10 Nœud de nervures.

FIGURE 10.11 Toile de raccordement.

Bras et toiles de raccordement à é v i t e r ( b r a s d r o i t s et o p p o s é s )

À c o n c e v o i r n o n r e c t i l i g n e s et n o n p e r p e n d i c u l a i r e s à la p a r o i p o u r assurer la d é f o r m a t i o n é l a s t i q u e d u r a n t la s o l i d i f i c a t i o n : le r e t r a i t au r e f r o i d i s s e m e n t p r o v o q u e des c o n t r a i n t e s i n t e r n e s à la j o n c t i o n des p a r o i s (fig. 10.11 et 10.12).

/ A

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ÎCV"^ J I I / /

FIGURE 10.12

Bras de raccordement.

Dépouilles A s s u r e n t l ' e x t r a c t i o n d u m o d è l e de s o n e m p r e i n t e , avant m o u l a g e de la pièce. Elles v a r i e n t s e l o n le p r o c é d é utilisé, la f o r m e et les d i m e n s i o n s de pièce. On c o n s i d è r e : cas g é n é r a l , dit d é p o u i l l e n o r m a l e : 2 % ; f o r m e s f r a g i l e s : 5 % ; é v i d e m e n t s et n e r v u r e s p e u h a u t e s : 10 % ; g r a n d e s s u r f a c e s : 1 % ; pièces c o u l é e s en m o u l e p e r m a n e n t : 0,5 %.

Pièces creuses N é c e s s a i r e m e n t n o y a u t é e s , elles a u r o n t de p r é f é r e n c e des o u v e r t u r e s o p p o s é e s : assure u n m a i n t i e n stable d u n o y a u (fig. 10.13).

316

Guide de l'usinage

Noyaux

pas de d é p o u i l l e

N ' o n t pas de d é p o u i l l e en i n t é r i e u r de pièce.

dépouille

Éviter d ' e n placer en e x t é r i e u r d e pièce.

Plan de joint de moulage P e r m e t le d é m o u l a g e d u m o d è l e . C o n t i e n t la plus g r a n d e s e c t i o n o u le plan de s y m é t r i e de la pièce, l i m i t e le n o m b r e de n o y a u x et f a v o rise leur s t a b i l i t é d a n s le m o u l e (fig. 10.14).

du noyau

FIGURE 1 0 . 1 3

Sollicitations des pièces finies

Pièce creuse avec ouvertures pour noyautage.

F o r m e s des pièces m o u l é e s , à c o n c e v o i r en r e c h e r c h a n t l ' é q u i l i b r e des s o l l i c i t a t i o n s à s u b i r par la pièce finie. Caractéristiques mécaniques à considérer : r é s i s t a n c e à la c o m p r e s s i o n s u p é r i e u r e à la résistance à la t r a c t i o n ; résistance à la f l e x i o n a s s u r é e par des f o r m e s n e r v u r é e s ; résist a n c e à la t o r s i o n assurée par des f o r m e s en caisson.

mr. Trous venant du moulage Dans les l i m i t e s de c o n c e p t i o n p e r m i s e s : T r o u s de g r a n d d i a m è t r e : v i e n n e n t d u m o u lage, à r e n f o r c e r par un b o s s a g e (fig. 10.15). M o u l a g e au sable : t r o u s i n f é r i e u r s à 15 m m , ne v i e n n e n t pas d u m o u l a g e .

masselotte dans l'empreinte supérieure (moule sable), masselotte

, plan de ¡oint (plan de symétrie)

plan de ¡oint (plus g r a n d e section)

FIGURE 10.14 Plans de joint de moulage.

piece

^ ^

Masselottage

masselotte

m a s s e l o t t e d a n s le b l o c empreinte (moule métallique)

FIGURE 10.15

Réserve de m é t a l q u i d é p o r t e la r e t a s s u r e hors pièce. M a i n t i e n t le m é t a l à l'état l i q u i d e le p l u s l o n g t e m p s p o s s i b l e . La retassure est le d é f a u t p r i n c i p a l d u m o u lage, c a u s é par la c o n t r a c t i o n (le retrait) de l ' a l l i a g e d u r a n t sa s o l i d i f i c a t i o n . Cet e x c é d e n t d ' a l l i a g e est à faire v e n i r en partie s u p é r i e u r e de la pièce (ou se situe la retassure) (fig. 10.15). La m a s s e l o t t e d o i t être de f o r m e m a s s i v e et reliée au m a x i m u m à u n e partie m a s s i v e de la pièce, son a c t i o n étant de c o u r t e d u r é e .

Masselottage de pièces.

9. Procédés de

fraisage

317

2 . M o u l a g e en moule non permanent • ï :. i ' : ' ''

Généralités Outillage

,

Modèle: f o r m e extérieure de la pièce

À c o n c e v o i r a v a n t la c o u l é e de l'alliage : m o d è l e en b o î t e à n o y a u (fig. 10.16).

pièce à produire

surépaisseurs d'usinage et dépouille

39T* portée de noyau sous-dimensionnée (surépaisseur d'usinage dans l'alésage)

Boîte à noyau (en deux parties)

Z77ZZZZZ

FIGURE 10.16

Outillage à concevoir en moulage à modèle bois.

noyau à démouler : f o r m e intérieure de la pièce

Modèle Il d é f i n i t la f o r m e e x t é r i e u r e des pièces avec les s u r é p a i s s e u r s d ' u s i n a g e et les d é p o u i l l e s p o u r son démoulage.

Boîtes à noyau M o u l a g e des n o y a u x d é f i n i s s a n t les f o r m e s creuses des pièces, i n t é r i e u r e m e n t et e x t é r i e u r e ment.

Réalisation des empreintes T a s s e m e n t d u sable de f o n d e r i e a u t o u r d u m o d è l e , d a n s u n châssis ( i n f é r i e u r o u s u p é r i e u r ) . E x t r a c t i o n d u m o d è l e de s o n e m p r e i n t e et f e r m e t u r e d u m o u l e ( e m p i l a g e des d e u x châssis, s u p é r i e u r et inférieur). Nota : M o d è l e s p e r d u s , t h e r m o f u s i b l e s (en cire, p o l y s t y r è n e ) s u b s i s t e n t d a n s le m o u l e et s o n t é l i m i n é s d u r a n t la c o u l é e de l'alliage.

Sables utilisés S i l i c o - a r g i l e u x n a t u r e l o u s y n t h é t i q u e : « à v e r t », à prise par t a s s e m e n t , é t u v a g e o u c h a u f f a g e . Siliceux. À prise en b o î t e f r o i d e o u c h a u d e , avec u n catalyseur, des résines.

Prise du sable ( D u r c i s s e m e n t sur le m o d è l e ) . Effectuer à f r o i d o u à c h a u d , a v a n t e x t r a c t i o n d u m o d è l e , s e l o n le p r o c é d é de m o u l a g e m i s en œ u v r e

318

Guide de l'usinage

2.2

Moulage au trousseau

M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a n e n t , sans o u t i l l a g e (ni m o d è l e , ni boîte à n o y a u x ) avec prise à f r o i d d u sable. Un g a b a r i t , le t r o u s s e a u , p e r m e t de réaliser l ' e m p r e i n t e d a n s le sable de m o u l a g e (sable é t u v é , en p r i n c i p e (fig. 10.17). Les é v e n t u e l s n o y a u x s o n t réalisés de la m ê m e f a ç o n .

•K

Utilisation

Production unitaire de grandes pièces à section constante : - Pièces l o n g u e s : l ' e m p r e i n t e est o b t e n u e par t r a n s l a t i o n d u g a b a r i t . - Pièces c y l i n d r i q u e s c o u r t e s : l ' e m p r e i n t e est o b t e n u e par r o t a t i o n d u g a b a r i t a u t o u r d'un pivot.

FIGURE 10.17 Moulage au trousseau (pièce cylindrique courte).

Moulage en carcasse ou squelette M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a n e n t , à p a r t i r d ' u n e s t r u c t u r e en bois m a t é r i a l i s a n t les princ i p a u x p r o f i l s de la pièce. La s t r u c t u r e - c a r c a s s e o u s q u e l e t t e - est r e m p l i e de sable, afin de m o d e l e r le m o d è l e , c o m p l é t a n t les f o r m e s de la s t r u c t u r e (fig. 10.18). FIGURE 1 0 . 1 8

Modèle carcasse ou squelette (grosse pièce tubulaire).

Sable de moulage A s s o c i é à d u c i m e n t , c o n s t i t u e un m o u l e r i g i d e (prise à f r o i d , en q u e l q u e s jours).

•»

Utilisation

P r o d u c t i o n u n i t a i r e de très g r a n d e s pièces au p r o f i l n o n r é g u l i e r (surface e n v e l o p p e de plusieurs m è t r e s carrés).

| Moulage avec modèle bois M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a n e n t , avec u n m o d è l e r é u t i l i s a b l e (en bois) d o n n a n t s o n e m p r e i n t e d a n s le sable de m o u l a g e . N o y a u x é v e n t u e l s . En sable de m o u l a g e , réalisés dans des boîtes à n o y a u x r é u t i l i s a b l e s (en bois) par m o u l a g e m é c a n i q u e en général.

9. Procédés de

fraisage

319

Modèle (au naturel) C o r r e s p o n d à la f o r m e e n v e l o p p e e x t é r i e u r e de la pièce b r u t e , p l u s les é v e n t u e l l e s p o r t é e s de n o y a u . C o n s t r u i t en u n e o u d e u x parties, s e l o n les pièces à o b t e nir, d e v a n t ê t r e d é m o u l a b l e de s o n e m p r e i n t e d a n s le sable (fig. 10.19). M o d è l e en une partie. S'extrait de son e m p r e i n t e a p r è s m o u l a g e d a n s le sable d u châssis supérieur. M o d è l e en deux parties. Séparées à la surface d u plan de j o i n t ; c h a q u e châssis reçoit u n e e m p r e i n t e (une p a r t i e de la pièce).

FIGURE 10.19 Moulage avec empreinte par modèle bois.

Sable utilisé À v e r t o u é t u v é , d u r c i à f r o i d . Pour les n o y a u x , d u r c i de p r é f é r e n c e à c h a u d .

Systèmes de remplissage et d'alimentation Réalisés m a n u e l l e m e n t dans le sable de m o u l a g e .

Utilisation P r o d u c t i o n u n i t a i r e à la petite série { = 20 pièces m a x i ) . M o d è l e , n o n r é u t i l i s a b l e , c o n ç u en bois t e n d r e (bois d u r a u x parties fragiles). Petites séries répétitives. M o d è l e en bois m i - d u r et d u r : u t i l i s a t i o n p o u r 100 pièces m a x i : syst è m e s de r e m p l i s s a g e et d ' a l i m e n t a t i o n é v e n t u e l l e m e n t en bois.

Noyautage Le n o y a u c o m b l e u n v o l u m e q u i constitue une f o r m e non remplie par l ' a l l i a g e à la c o u l é e . Il est m a i n tenu en position dans l ' e m p r e i n t e par les p o r t é e s situées d a n s le sable (au m o u l a g e p r é a l a b l e d u m o d è l e ) . Noyau intérieur de l'empreinte. P r o d u i t u n e f o r m e en c r e u x (après é l i m i n a t i o n ) dans la pièce s o l i d i f i é e (fig. 10.19 et 10.20). Noyau extérieur à l'empreinte. O b t e n t i o n de f o r m e s q u i ne seraient pas m o u l a b l e s avec le m o d è l e , en faisant fonction de chape (fig. 10.21 ).

320

pièce

modèle

noyau

boîte à noyau

moule

noyau

FIGURE 10.20 Moulage avec noyau intérieur à la pièce. (Doc. Editions techniques des industries de la fonderie).

Guide de l'usinage

piece

modèle

noyau boîte à noyau

moule

y

,, FIGURE 10.21 Moulage avec noyau extérieur à la pièce. (Doc. Éditions techniques des industries de la fonderie).

- empreinte dans chassis inférieur noyau

Moulage avec plaque-modèle métallique M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a n e n t , à p a r t i r d ' u n m o d e r é u t i l i s a b l e (en bois) c o n ç u en u n e f o r m e ou deux formes. C h a q u e f o r m e , g é n é r a l e m e n t , e s t f i x é e s u r u n e p l a q u e m é t a l l i q u e , a i n s i q u e les s y s t è m e s d e r e m p l i s s a g e et d ' a l i m e n t a t i o n ( f i g . 10.22).

pièce

plaque-modèle modèle

piece

i noyau

Vr^-

plaque

plan de symétrie

\\\\VV\V\S

moule

Plaque-modèle pour pièce avec plan de symétrie pièce

plaque-modèle

empreinte chassis supérieur

I

Plaque-modèle pour pièce plane sans forme creuse

T

T

plaquemodèle double face

Tempreinte chassis inférieur empreinte chassis supérieur

C •

-I empreinte châssis inférieur

1^

i

j

deux plaquesmodèles

*

FIGURE 10.22 Plaques-modèles (pour moulage mécanique).

9. Procédés de

fraisage

321

Chaque châssis du m o u l e reçoit l ' e m p r e i n t e d ' u n e f o r m e , avec une seule surface de joint, plane. Selon les pièces à p r o d u i r e , les plaques-modèles sont : Pièces avec une face plane, sans f o r m e creuse : une p l a q u e - m o d è l e pour l ' e m p r e i n t e de la pièce dans un châssis. Pièces avec une f o r m e creuse : une p l a q u e - m o d è l e « double-face » (une e m p r e i n t e de chaque côté de la plaque) ou deux plaques-modèles.

Plaques porte-modèle Généralement en acier, d i m e n s i o n n é e s pour les châssis. C o m p o r t a n t un réseau de t r o u s pour fixer différents modèles.

Matériaux des modèles Selon l ' i m p o r t a n c e de la série et la c o m p l e x i t é des f o r m e s de la pièce : bois dur vernis ou surm o u l é de résines s y n t h é t i q u e s ; plastique renforcé en acier aux zones f r a g i l e s ; alliage d'alum i n i u m ; résines stratifiées; acier.

Utilisation Production de petite à grande série, de pièces de bonne précision en m o u l a g e mécanique.

Modèle en bois demi-dur et dur Production totale s 150 pièces maxi. Avec m o d è l e d é d o u b l é par s u r m o u l a g e , p r o d u c t i o n de plusieurs centaines de pièces ( m o i n s précises).

Modèle en bois dur vernis et/ou bois amélioré avec zones fragiles en métal ou en plastique renforcé Conception évitant t o u t e d é f o r m a t i o n due à l ' h y g r o m é t r i e a m b i a n t e ( d é m o u l a g e aisé). Production totale s 250 pièces maxi. Boîtes à noyaux : M ê m e c o n s t r u c t i o n que les modèles, pour noyautage m é c a n i q u e ou soufflage. Tirages d'air obtenus par broches métalliques.

Modèle métallique, ou bois amélioré et résine ou plastique renforcé Production jusqu'à 10000 pièces. Boîtes à noyaux conçues pour utilisation sur machine à noyauter.

Production de grande série (au-delà de 10000 pièces) Modèle modulaire permettant le remplacement d'éléments usés. Conception entièrement métallique (acier, fonte...) avec des dispositifs de productivité.

2.6

Moulage en carapace

Procédé de m o u l a g e - procédé Croning - en m o u l e non p e r m a n e n t à partir d ' u n m o d è l e métallique, en deux d e m i - f o r m e s , recouvert d ' u n e carapace de sable et de résines (fig. 10.23).

•Il

mmm—mmmm—m

••• » « i i l M f a a ^ » — —

•••••

— —

A g g l o m é r é de sable siliceux et de résines t h e r m o d u r c i s s a b l e s , d'épaisseur 3 à 12 m m . Forme une croûte par p o l y m é r i s a t i o n au contact du modèle métallique chauffé (250 à 300 °C).

322

Guide de l'usinage

porte de chargement

arrivée d'air

sable et résine (dans chambre à 300 °C)

plateau de soufflage (refroidi : évite prise de sable)

FIGURE 10.23 Schéma de principe du moulage en carapace (soufflage par le haut).

carapace (croûte polymérisée)

Sable P r é e n r o b é de résines, a m e n é au m o d è l e par s o u f f l a g e o u par r e n v e r s e m e n t . De f a i b l e g r a n u l o m é t r i e : o b t e n t i o n d ' u n b o n état de surface des pièces.

P l a q u e - m o d è l e m é t a l l i q u e , avec s y s t è m e d ' é j e c t i o n de la carapace. C o n ç u e p o u r u n e p r o d u c t i o n de 1 0 0 0 0 pièces à la série i l l i m i t é e ( j u s q u ' à usure de l ' o u t i l l a g e ) .

• • • • • • l l l l H l I n n H i

moule en 2 parties (boîte à novau)

O b t e n u s en carapace ( p o u v a n t être évidés) à l ' a i d e de m a c h i n e s s p é c i f i q u e s à s o u f f l e r le sable par le bas ( n o y a u x d ' u n

kilogramme sable et résine

maxi) o u par le h a u t ( n o y a u x i m p o r t a n t s ) .

!IÉ

M a c h i n e à s o u f f l a g e d u s a b l e par le bas : n o y a u f o r m é d a n s une boîte à n o y a u m é t a l l o p p e (fig. 10.24).

—

Utilisation

fl!

\ V s

l i q u e o u v r a n t e , f o r m a n t la c a r a p a c e e n v e -

arrivée d'air

,

—

i

P r o d u c t i o n de petite à g r a n d e série, de pièces aux d i m e n s i o n s m o y e n n e s à très petites q u i n é c e s s i t e n t p r é c i s i o n s d i m e n s i o n n e l l e et d ' é t a t de surface.

KkTUMVt* FIGURE 10.24 Schéma de principe du moulage en carapace d'un noyau (soufflage par le bas).

Moulage céramique, au plâtre, avec élastomère Moulage céramique M o u l a g e e n m o u l e n o n p e r m a n e n t de p r é c i s i o n , à p a r t i r d ' u n m o d è l e en bois q u i d o n n e s o n e m p r e i n t e dans u n e c o u c h e i n t e r m é d i a i r e au sable d u m o u l e (fig. 10.25). C o u c h e i n t e r m é d i a i r e : p r o d u i t s réfractaires liés au silicate d ' é t h y l e , d ' u n e é p a i s s e u r de 10 à 15 m m , o b t e n u e par u n e f o r m e l i m i t a n t l'épaisseur.

10. Procédés de moulage

323

sable (serré

couche

modèle

FIGURE 10.25

Schéma du moulage céramique.

carcasse l i m i t e d'épaisseur de la couche réfractaire

Moule céramique C o n s e r v e d u r a n t q u e l q u e s m i n u t e s une c o n s i s t a n c e é l a s t i q u e p e r m e t t a n t le d é m o u l a g e d u m o d è l e ( d ' u n e très f a i b l e d é p o u i l l e ) ; f r i t t a g e de la c é r a m i q u e (chauffe s 900 °C).

Pièces obtenues De b o n n e q u a l i t é : la f i n e s s e d u g r a i n des p r o d u i t s réfractaires d o n n e un e x c e l l e n t état de surface ; f a i b l e d i l a t a t i o n d u m o u l e à la c o u l é e (le c h a u f f a g e d o n n e de la p e r m é a b i l i t é ) : assure une très b o n n e p r é c i s i o n d i m e n s i o n n e l l e .

Utilisation M o u l a g e m a n u e l en p r o d u c t i o n u n i t a i r e à petite série : pièces de m o y e n n e s à g r a n d e s d i m e n s i o n s , avec de b o n n e s p r é c i s i o n s ( d i m e n s i o n n e l l e , état d e s u r f a c e , pas o u t r è s p e u de dépouille).

Moulage au plâtre A n a l o g u e au m o u l a g e c é r a m i q u e . M o u l e n o n p e r m a n e n t avec une c o u c h e i n t e r m é d i a i r e entre le m o d è l e et le sable. C o u c h e i n t e r m é d i a i r e : m é l a n g e de plâtre, de silice, de talc et d ' u n a d j u v a n t ( c i m e n t . . . ) . M o u l e . Utilisé après s é c h a g e en étuve.

Pièces obtenues De p r é c i s i o n en f o r m e et état de surface, par la f i n e s s e d u plâtre.

Utilisation M o u l a g e m a n u e l , en p r o d u c t i o n u n i t a i r e à la petite série, de pièces de petites et m o y e n n e s d i m e n s i o n s aux f o r m e s c o m p l e x e s , avec u n b o n état de surface.

Moulage avec élastomère A n a l o g u e au m o u l a g e c é r a m i q u e . M o u l e n o n p e r m a n e n t avec u n e c o u c h e i n t e r m é d i a i r e e n t r e le m o d è l e et le sable. C o u c h e i n t e r m é d i a i r e . En é l a s t o m è r e (qui résiste j u s q u ' à la t e m p é r a t u r e de 250 °C): assure une e x c e l l e n t e p r é c i s i o n de l ' e m p r e i n t e .

Utilisation M o u l a g e de f o r m e s c o m p l e x e s .

324

Guide de l'usinage

2.8

Moulage à la cire perdue

M o u l a g e en m o u l e et m o d è l e n o n p e r m a n e n t , à p a r t i r d ' u n m o d è l e en cire c o m p r e n a n t la f o r m e de la pièce sans d é p o u i l l e avec les s y s t è m e s de r e m p l i s s a g e et d ' a l i m e n t a t i o n .

Modèle Il est p r o d u i t par m o u l a g e d a n s un m o u l e m a î t r e , en p r o d u c t i o n de s é r i e ; u n e g r a p p e de m o d è l e s - p i è c e s p e u t être c o n s t i t u é e p o u r o p t i m i s e r la c o u l é e (cas des petites pièces) (fig. 10.26). A p r è s r é a l i s a t i o n , il est r e c o u v e r t d ' u n e c o u c h e de 3 à 12 m m des p r o d u i t s réfract a i r e s liés au silicate d ' é t h y l e , par t r e m p a g e o u p r o j e c t i o n f o r m a n t u n e carapace. Installé d a n s le m o u l e (en sable) g é n é r a l e m e n t en u n e p a r t i e ( m o d è l e et s y s t è m e s de r e m p l i s s a g e - a l i m e n t a t i o n ) il est é l i m i n é par f u s i o n (chauffage du moule).

Moule

FIGURE 10.26 Grappe de modèles (en cire) pour moulage à la cire perdue.

Il est f r i t t é (à 900 °C) et utilisé à c h a u d , a m é l i o r a n t la c o u l a b i l i t é de l'alliage avec l i m i t a t i o n de c h o c s t h e r m i q u e s . Il peut é v e n t u e l l e m e n t être c o n s o l i d é ( m a i l l a g e de fils m é t a l l i q u e s , a m a s de sable).

Utilisation M o u l a g e m a n u e l , en p r o d u c t i o n u n i t a i r e à la petite série, de pièces de f o r m e c o m p l e x e , très petites à m o y e n n e s avec des alliages de m a u v a i s e c o u l a b i l i t é . Les p r é c i s i o n s d i m e n s i o n n e l l e et d ' é t a t de surface s o n t très b o n n e s . Les pièces p e u v e n t être m i n c e s , sans d é p o u i l l e ni p l a n de j o i n t .

Moulage avec modèle gazéifiable M o u l a g e en m o u l e et m o d è l e n o n p e r m a n e n t s , avec un m o d è l e en p o l y s t y r è n e e x p a n s é o u en p o l y u r é t h a n n e , c o m p r e n a n t la f o r m e de la pièce s a n s d é p o u i l l e avec les syst è m e s de r e m p l i s s a g e et d ' a l i m e n t a t i o n . (fig. 10.27).

évent

coulée en source

un châssis

JKKt((ln\

_ea

sable (pressé à froid)

ÜBL. m o d è l e gazéifiable

FIGURE 10.27

Schéma du moulage avec modèle gazéifiable.


325

Modèle et systèmes de remplissage et alimentation A p r è s i n s t a l l a t i o n d a n s le m o u l e ( g é n é r a l e m e n t en u n e partie) il est d é t r u i t par g a z é i f i c a t i o n (dispersé d a n s le m o u l e ) à la c o u l é e de l'alliage. La c o u l é e , avec le p r o c é d é « L O S T - F O A M » se fait par d é p r e s s i o n . —

•

•

•

„

m , « , , ! « » «

En sable siliceux, à prise à f r o i d , il d o n n e u n e b o n n e p r é c i s i o n de la pièce. Production unitaire. Le m o d è l e est réalisé par d é c o u p a g e d a n s le p o l y s t y r è n e en p l a q u e . Production de série. Le m o d è l e , o b t e n u par m o u l a g e d u p o l y s t y r è n e en p o u d r e d a n s u n m a î t r e - m o d è l e , est e n d u i t d ' u n e c o u c h e réfractaire le r i g i d i f i a n t .

Production de pièces en alliages de composition chimique précise Le m o d è l e est d é t r u i t a v a n t la c o u l é e (évite un gazéifiage). Le m o u l e est en d e u x parties p o u r é l i m i n e r le m o d è l e (par c o m b u s t i o n et/ou f r a g m e n t a t i o n ) .

Pièces produites De b o n n e q u a l i t é de f o r m e (absence de d é p o u i l l e au m o d è l e ) .

Utilisation P r o d u c t i o n de pièces de t o u t e s d i m e n s i o n s , u n i t a i r e et en p a r t i c u l i e r de g r a n d e série (par coulée en g r a p p e de petites pièces, avec m a c h i n e s p é c i f i q u e d e f a b r i c a t i o n des m o d è l e s et u n i t é de p r o d u c t i o n ( p r o c é d é « L O S T - F O A M »).

Moulage par centrifugation M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a n e n t avec m o d è l e r é u t i l i s a b l e , d o n n a n t son empreinte dans le sable (fig. 10.28). La c o u l é e s ' e f f e c t u e d a n s le m o u l e e n r o t a t i o n , p o u r des pièces essentiellement équilibrées. L'alliage c o u l é r e ç o i t u n e accélérat i o n c e n t r i f u g e de p l u s i e u r s dizaines de g ( a c c é l é r a t i o n d e la p e s a n t e u r ) donnant une excellente compacité à la pièce o b t e n u e . Les s y s t è m e s de r e m p l i s s a g e et d'alimentation sont réduits à un canal c e n t r a l , d i m i n u a n t la m i s e au mille.

e m p r e i n t e (de pièce plate équilibrée) carter de p r o t e c t i o n

2Ss&

e n t r a î n e m e n t en rotation

FIGURE 10.28 Schéma de principe du moulage par centrifugation (machine à axe vertical).

Pièces tubulaires courtes (de petit à moyen diamètre) Elles s o n t réalisées avec des m a c h i n e s à axe h o r i z o n t a l . Le m o u l e est réalisable é g a l e m e n t par c e n t r i f u g a t i o n avec sable à prise à f r o i d (fig. 10.29). La m i s e au m i l l e est n u l l e (pas de s y s t è m e d ' a l i m e n t a t i o n et de r e m p l i s s a g e , la c o u l é e s'effect u a n t au c e n t r e de la pièce).

326

Guide de l'usinage

M o u l e s . Ils d o i v e n t être r i g i d e s et m a i n t e nus e f f i c a c e m e n t .

Utilisation P r o d u c t i o n u n i t a i r e et e n série, d e p i è c e s t u b u l a i r e s c o u r t e s et de pièces c y l i n d r i q u e s plates. FICURE 10.29

Schéma de principe du moulage par centrifugation (machine à axe horizontal).

Moulage V process M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a n e n t rampe de chauffage du film plastique d o n t l ' e m p r e i n t e est r e c o u v e r t e (avant remplissage du sable) d ' u n f i l m p l a s t i q u e a s s u r a n t la stadépression bilité d u m o u l e d u r a n t s o n utilisa(adhérence tion. film plastique F i l m de p l a s t i q u e . C h a u f f é et t i r é au modèle) par e f f e t d u v i d e s u r le m o d è l e placé dans un châssis avec c h a m b r e à v i d e (fig. 10.30). suppression (extraction du En acétate de v i n y l é t h y l è n e , t r è s modèle ; décochage m o u l a n t , il a d h è r e a u s a b l e d a n s de la pièce) l ' e m p r e i n t e lors d u m o u l a g e . Il se v a p o r i s e , sans brûler, au c o n t a c t de FIGURE 10.30 Schéma de réalisation d'une empreinte en moulage l ' a l l i a g e en f u s i o n , f o r m a n t d a n s le Vprocess. m o u l e une c o u c h e stabilisatrice. S a b l e de m o u l a g e , q u a r t z e u x à g r a i n s f i n s , utilisé à sec, sans liant ni a d d i t i f , serré é n e r g i q u e m e n t par v i b r a t i o n s et d u r c i par é v a c u a t i o n de l'air (avec une f a i b l e d é p r e s s i o n ) . L'extraction d u m o d è l e est e f f e c t u é e avec u n e f a i b l e s u r p r e s s i o n d a n s l ' e m p r e i n t e . Le d é c o c h a g e de la pièce est f a v o r i s é par la s u p p r e s s i o n d u v i d e .

«•MMB^^

. Pièces .obtenues

Elles o n t u n e x c e l l e n t état de surface et s o n t de b o n n e p r é c i s i o n d i m e n s i o n n e l l e , avec un f a i b l e p o u r c e n t a g e de r e b u t (parfaite a d h é r e n c e d u f i l m p l a s t i q u e t h e r m o f o r m é ; c o m p a c i t é r é g u l i è r e et élevée d u m o u l e ; d i m i n u t i o n de la t r e m p e s u p e r f i c i e l l e et de la d é p o u i l l e ) . La d u r é e de vie des m o d è l e s est accrue.

- F Les c o n d i t i o n s de t r a v a i l s o n t a m é l i o r é e s ( é l i m i n a t i o n des b r u i t s , p o u s s i è r e s , v a p e u r et gaz, efforts physiques).

En p r o d u c t i o n a u t o m a t i s é e ( n o y a u t a g e , m o u l a g e , d é c o c h a g e ) d e pièces d i v e r s e s p e t i t e s et m o y e n n e s , de la petite à la g r a n d e série.


327

Moulage par impact (de Sté Georges Fischer + GF +) M o u l a g e en m o u l e n o n p e r m a nent, o u le serrage d u sable (à vert) d a n s le m o u l e est o b t e n u par o n d e de c h o c p r o v o q u é e à l'inflammation d'un mélange air-gaz ( d o n n a n t u n e p r e s s i o n de 5 bars d a n s la c h a m b r e de c o m b u s t i o n ) (fig. 10.31). Le sable est d o s é à la q u a n t i t é n é c e s s a i r e p o u r le r e m p l i s sage d u m o u l e . S o n s e r r a g e est p l u s f o r t d u côté d u plan d e j o i n t , d o n c sur le m o d è l e .

allumage du gaz : l'onde de choc provoquée par la combustion serre le sable (après remplissage)

descente du support de plaquemodèle et démoulage, évacuation des gaz brûlés, fin du cycle

FIGURE 10.31 Réalisation d'une empreinte en moulage par impact. Doc. S,e Georges Fischer + GF mÊmtÊÊaÊKÊÊaÊÊaÊÊÊtÊÊÊmÊÊÊÊimÊÊSÊÊêàÊIÊlêÊÊKÊÊmtÊÊm Sa f o r t e r é s i s t a n c e , o b t e n u e e n c o m p r e s s i o n ( = 30 N / c m 2 ) sur t o u t e s les s u r f a c e s de l ' e m p r e i n t e , p e r m e t de c o u l e r des p i è c e s d ' e x c e l l e n t e s q u a l i t é s ( d i m e n s i o n n e l l e , c o n s t a n c e de p o i d s , état de surface, f o r m e ) avec un f a i b l e p o u r c e n t a g e de r e b u t s et u n e r é d u c t i o n de l'ébarbage.

Modèles et plaques-modèles Ils s o n t de m ê m e c o n c e p t i o n q u ' e n m o u l a g e avec p l a q u e s - m o d è l e s m é t a l l i q u e s .

Les c o n d i t i o n s de t r a v a i l s o n t a m é l i o r é e s , par la r é d u c t i o n d u b r u i t en particulier.

Utilisation P r o d u c t i o n de série, des p i è c e s e n a l l i a g e s légers, acier, f o n t e s ( g r i s e , GS, m a l l é a b l e ) de m o y e n n e s d i m e n s i o n s avec des m a c h i n e s s p é c i f i q u e s . Procédé de g r a n d e p r o d u c t i v i t é ( r a p i d i t é de serrage d u sable) le r e n d a n t très c o m p é t i t i f .

Inserts métalliques De la f o r m e d ' é l é m e n t s c o m p l é m e n t a i r e s à la pièce c o u l é e (vis, p i v o t . . . ) , ils s o n t installés d a n s les e m p r e i n t e s d u m o u l e a v a n t la c o u l é e , e n m o u l a g e avec m o d è l e et p l a q u e - m o d è l e . Ces f o r m e s c o m p l é m e n t a i r e s o n t leur partie f o n c t i o n n e l l e placée d a n s le sable, et u n e a u t r e partie s i t u é e d a n s l ' e m p r e i n t e p o u r i n s e r t i o n d a n s l ' a l l i a g e s o l i d i f i é (fig. 10.32).

328

Guide de l'usinage

•••••^•••Utilisation

SSM

En p r o d u c t i o n u n i t a i r e et de série p o u r : o b t e nir des pièces m o u l é e s avec des f o r m e s f o n c tionnelles (filetages, pivots...) sans usinage u l t é r i e u r à la c o u l é e ( s o u v e n t d i f f i c i l e à effec tuer). A v o i r u n m a t é r i a u a d a p t é à la f o n c t i o n (vis en acier d a n s pièce e n alliage léger...) S i m p l i f i e r la c o n f e c t i o n d u m o d è l e et d u moule.

FICURE 10.32

Schéma de moule avec insert.

Appareillages de moulage non permanent Châssis

Valeurs indicatives

Ils c o n s t i t u e n t le c a d r e m é t a l l i q u e de m a i n t i e n d u sable, d i m e n s i o n n é p o u r c o n t e n i r la pièce à m o u l e r . Leurs f o r m e s , r e c t a n g u l a i r e s , carrés o u c y l i n d r i q u e s et leurs d i m e n s i o n s s o n t s t a n d a r d i sées (de 250 à 5 0 0 0 m m de l o n g u e u r o u d i a m è t r e et h a u t e u r de 100 à 400 m m ) (fig. 10.33). Ils s o n t c o n ç u s p o u r le m o u l a g e à m a i n et m é c a n i q u e , avec m i s e e n p o s i t i o n (châssis i n f é r i e u r avec s u p é r i e u r ) a s s u r é e par des g o u j o n s (2 à 4, s e l o n les d i m e n s i o n s d u moule). FIGURE 10.33

Longueurs I

Hauteurs h

Largeurs mini à

ou 0 D

courantes

maxi

250

100-80

160

315

100-80

250

400

125-100

250-315

500

125-100

250-400

630

125-160

250-500

800

160-200

250-630

1000

160-200

250-800

1250

160-200

315-1000

1600

200-250

400-1250

2000

200-250

500-1600

2500

250-315

500-2000

3150

250-315

500-2500

4000

315-400

500-3150

5000

315-400

630-4000

Principales dimensions des châssis.

Boîtes à noyaux M o u l e s n o n d e s t r u c t i b l e s c o n ç u s p o u r f a b r i q u e r des n o y a u x en sable nécessaires en m o u l a g e m a n u e l et a u t o m a t i q u e (série). Elles d o i v e n t p e r m e t t r e , après t a s s e m e n t d u sable, l ' e x t r a c t i o n d u n o y a u (le d é b o î t a g e ) sans le d é t é r i o r e r , ce q u i nécessite des é l é m e n t s de boîtes d é m o n t a b l e s .

Moulage manuel Les boîtes à n o y a u x , en bois, s o n t à c a d r e , en c a i s s o n , en a u g e , g o u j o n n é e s , p o u r la p r o d u c t i o n u n i t a i r e à la m o y e n n e série. Boîtes à cadre. Cadre sans f o n d , en d e u x parties d é m o n t a b l e s : c o n c e p t i o n de n o y a u x t r è s s i m p l e s en p r o d u c t i o n u n i t a i r e à q u e l q u e s pièces.


329

Boîtes

en

caisson

et

en

auge.

C o n s t i t u é e s de p l u s i e u r s é l é m e n t s assemblés dans un caisson d é m o n t a b l e o u en a u g e , a s s u r a n t le d é b o î t a g e r a p i d e des é l é m e n t s d u m o u l e (fig. 10.34). À c o n c e v o i r p o u r des n o y a u x c o m plexes, en p r o d u c t i o n unitaire à q u e l q u e s pièces. Boîtes goujonnées. En d e u x p a r t i e s assurant le déboîtage facile (fig. 10.35). L ' a s s e m b l a g e des d e u x p a r t i e s , par g o u j o n s et b a g u e s m é t a l l i q u e s , assure r a p i d i t é et p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e ment. Des é l é m e n t s i n t é r i e u r s à la boîte peuv e n t être d é m o n t a b l e s p o u r le d é m o u lage. Boîtes les p l u s u t i l i s é e s en m o u l a g e manuel.

empreinte du noyau

éléments démontables

FIGURE 10.34

Schéma de boîte à noyau en caisson.

AA

/V/ jiï

fiîi, k H1-'

bagues et goujons de positionnement

u M? &

4 s

Moulage en grande série On utilise des boîtes à n o y a u x m é t a l liques o u en résines s y n t h é t i q u e s . Boîtes métalliques. Utilisées sur m a c h i n e à s o u f f l e r les n o y a u x e n m o u lage a u t o m a t i s é . Elles s o n t c o n ç u e s p o u r f a c i l i t e r le d é m o u l a g e d u n o y a u et la m i s e en p o s i t i o n des d i f f é r e n t s é l é m e n t s d u m o u l e (fig. 10.36). Boîtes en résine synthétique. À p a r t i r d ' u n n o y a u m a s t e r , o n s u r m o u l e des boîtes à n o y a u x . L'intérieur de la boîte est g é n é r a l e m e n t f r e t t é p o u r é v i t e r sa rupture. Coût de faible.

fabrication

FIGURE 10.35

Schéma de boîte à noyau goujonnée.

soufflage du sable

passage électeur avec filtre

relativement FIGURE 10.36

Schéma de boîte à noyau métallique.

Machines à mouler les noyaux M o u l a g e des n o y a u x d a n s leurs boîtes respectives, par r e m p l i s s a g e et serrage d u sable (diff é r e m m e n t s e l o n les d i m e n s i o n s des n o y a u x et la p r o d u c t i o n à assurer).

»••il»^^ Ils s o n t r é a l i s é s , c o m m e secousses.

330

les m o u l e s n o n p e r m a n e n t s , s u r m a c h i n e s avec p r e s s i o n

et

Guide de l'usinage

Noyaux de petites dimensions Ils s o n t réalisés e n série, sur m a c h i n e spécif i q u e o ù le s a b l e est s o u f f l é d a n s la b o î t e . R e m p l i s s a g e de la boîte et s e r r a g e d u sable s o n t r a p i d e s (la prise est l i m i t é e à une carapace d e s 10 m m ) (fig. 10.37).

soufflage du sable

fermeture ouverture du moule

Production de grande série

• M

Boîte chaude

—

l-iT

r

—C

Le s a b l e est p r o j e t é d a n s la b o î t e , e n é m u l s i o n avec l'air c o m p r i m é .

plaque de filtrage

•

J plateau mobile

Les n o y a u x p e u v e n t ê t r e o b t e n u s en b o î t e c h a u d e , c o m m e les m o d è l e s ; le s a b l e , e n r o b é de résines, est s o u f f l é d a n s la boîte à noyaux contenue dans une chambre métall i q u e c h a u f f é e ( = 200 °C) et d u r c i r a p i d e m e n t en carapace ( = 10 m m ) .

FIGURE 10.37 Schéma de principe de soufflage de noyau (moule à ouverture horizontale).

Machines à mouler Pour m o u l e s n o n p e r m a n e n t s . M o u l a g e des e m p r e i n t e s , d a n s u n châssis o u d a n s u n e m o t t e , par s e r r a g e d u sable a u t o u r d u m o d è l e d é m o u l a b l e (situé d ' u n côté d u plan de j o i n t ) et extraction du modèle. Le s e r r a g e d u sable s ' e f f e c t u e , s e l o n la p r o d u c t i o n à assurer, s o u s basse o u h a u t e p r e s s i o n .

Moulage sous basse pression (1,5 à 5 bars) Il est u t i l i s é p o u r la p r o d u c t i o n de pièces de f o r m e s i m p l e , sans p r é c i s i o n p a r t i c u l i è r e , avec u n m a x i m u m de 50 p i è c e s / h e u r e (fig. 10.38). Il est o b t e n u par p r e s s i o n et secousses (300 à 400 c o u p s / m i n ) de f a i b l e s a m p l i tudes.

plateau de serrage (fixe)

sable à serrer

o châssis

Moulage de grandes pièces Le s e r r a g e s ' e f f e c t u e s i m u l t a n é m e n t au r e m p l i s s a g e d u châssis.

TT

plateau mobile

plaque-modèle

Extraction du modèle Son démoulage s'effectue : D i r e c t e m e n t a p r è s m o u l a g e p o u r les formes simples. Par r e t o u r n e m e n t p o u r les f o r m e s c o m p l e x e s (le sable p o r t e - m o u l e bascule).


FIGURE 10.38

Schéma de poste de serrage du sable par pres-

sion.

331

Moulage sous haute pression (6 à 15 bars) Il est utilisé p o u r la p r o d u c t i o n de série, en châssis o u en m o t t e . Le s e r r a g e d u s a b l e , e n m o u l a g e e n châssis, s ' e f f e c t u e par p r e s s i o n h y d r a u lique (agissant sur une m e m b r a n e s o u p l e , o u u n g r o u p e de p i s t o n s ) (fig. 10.39).

FIGURE 10.39

Schéma de poste de serrage du sable sous haute pression

3.

Moulage en moule permanent [Généralités

La m i s e en œ u v r e de c h a c u n des p r o c é d é s de m o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t nécessite la f a b r i c a t i o n - par u s i n a g e - de l ' o u t i l l a g e m é t a l l i q u e nécessaire ( m o u l e , n o y a u x et b r o c h e s , syst è m e s de r e m p l i s s a g e , d ' a l i m e n t a t i o n et d ' é j e c t i o n ) . U n o u t i l l a g e assure la p r o d u c t i o n de p l u s i e u r s m i l l i e r s à p l u s i e u r s m i l l i o n s de pièces, s e l o n les procédés. Des a p p a r e i l l a g e s c o m p l é m e n t a i r e s s o n t à c o n c e v o i r p o u r o p t i m i s e r le p r o c e s s u s par mécanisation ou automatisation. Les d i f f é r e n t s p r o c é d é s s o n t : m o u l a g e en c o q u i l l e par g r a v i t é , m o u l a g e s o u s h a u t e p r e s s i o n , m o u l a g e en basse p r e s s i o n , m o u l a g e en c o n t r e - p r e s s i o n , m o u l a g e par c e n t r i f u g a t i o n .

Moulage en coquille par gravité Procédé de m o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t , o u c o q u i l l e ; t o u s les é l é m e n t s c o n s t i t u t i f s de l ' o u tillage (blocs, empreinte, semelle, chapes, noyaux, broches, poussoirs, éjecteurs...) sont m é t a l l i q u e s , ce q u i p e r m e t d ' e f f e c t u e r des c o u l é e s de pièces, s u c c e s s i v e m e n t , avec le m ê m e m o u l e j u s q u ' à s o n usure (fig. 10.40). Le m o u l a g e ( f e r m e t u r e d u m o u l e , r e m p l i s s a g e et a l i m e n t a t i o n de l ' a l l i a g e , d é m o u l a g e de la pièce) est m é c a n i s é o u a u t o m a t i s é .

332

Guide de l'usinage

chape (à ouverture) pièce à obtenir

: empreinte

électeur broche

^semelle

FIGURE 10.40

Schéma de coquille en moulage série.

•mWMMBH^^

!

Il est c o n s t i t u é d e p l u s i e u r s é l é m e n t s : u n e s e m e l l e , des c h a p e s , des r e f r o i d i s s e u r s , des n o y a u x , des b r o c h e s , (en c o u l é e par g r a v i t é ) , le s y s t è m e d ' é j e c t i o n . Il c o m p o r t e les s y s t è m e s de r e m p l i s s a g e et d ' a l i m e n t a t i o n .

Semelle Elle s u p p o r t e les c h a p e s avec l e u r g u i d a g e p o u r o u v e r t u r e - f e r m e t u r e d u m o u l e . Elle p e u t c o n t e n i r u n bloc p o r t e - e m p r e i n t e d ' u n e partie de la f o r m e e x t é r i e u r e de la pièce.

Chapes C h a c u n e des (deux) c h a p e s c o m p o r t e l ' e m p r e i n t e d ' u n e partie de f o r m e e x t é r i e u r e de pièce. Elles c o u l i s s e n t sur la s e m e l l e p o u r l ' o u v e r t u r e d u m o u l e .

Noyaux Ils d o n n e n t g é n é r a l e m e n t des f o r m e s intérieures de la pièce. Ils s o n t m o b i l e s et d o i v e n t être m i s en posit i o n et centrés avec u n g u i d a g e efficace. Leur d i r e c t i o n de d é m o u l a g e , v e r t i c a l e , o b l i q u e o u h o r i z o n t a l e , sera f o n c t i o n des f o r m e s de la pièce. Très é c h a u f f é s d u r a n t la c o u l é e , ils p e u v e n t ê t r e r e f r o i d i s par u n e c i r c u l a t i o n f l u i d e (air o u eau) (fig. 10.41). U n n o y a u p o u r r a être c o n ç u e n p l u s i e u r s parties p o u r p e r m e t t r e le d é m o u l a g e . Ils p e u v e n t ê t r e é v e n t u e l l e m e n t en s a b l e , p o u r de petites séries. BrOCheS

refroidissement

FIGURE 10.41 Noyau avec positionnement, tirage d'air et refroidissement.

Elles s o n t des n o y a u x de f a i b l e s e c t i o n ( c y l i n d r i q u e ) et de g r a n d e l o n g u e u r p o u r le m o u l a g e d ' a l é s a g e s l o n g s . Elles s o n t g u i d é e s a u x d e u x e x t r é m i t é s , é v e n t u e l l e m e n t (fig. 10.42).

Remplissage de l'empreinte Il d o i t être le p l u s rapide p o s s i b l e : l ' é c h a n g e t h e r m i q u e e n t r e m o u l e et alliage ne d o i t pas se refroidir trop rapidement.


333

empreintes

descente

masselottage • broche

empreinte partielle

attaque

canal

Coulée en source .noyau

FIGURE 10.42

masselottage et descente

Broche guidée aux deux extrémités.

m

iÉ

Le s y s t è m e de c o u l é e ( d e s c e n t e , c a n a l , a t t a q u e ( s ) ) réalisé d a n s le j o i n t des c h a p e s , est c o n ç u en f o n c t i o n de l ' a t t a q u e de c o u l é e en c h u t e , en s o u r c e , latérale (fig. 10.43), s o i t :

goupille d'air

Coulée en chute Par le haut de la pièce d a n s la m a s s e l o t t e (qui se s o l i d i f i e en d e r n i e r ) p e r m e t t a n t u n refroid i s s e m e n t m i n i m u m de l ' a l l i a g e à la c o u l é e et u n e s o l i d i f i c a t i o n b i e n d i r i g é e . A f i n q u e l'air c o n t e n u d a n s l ' e m p r e i n t e p u i s s e s'évacuer, p r é v o i r des t i r a g e s d ' a i r : S a i g n é e s et m é p l a t s sur les surfaces de j o i n t des c h a p e s et des g u i d e s de n o y a u x ; G o u p i l l e s d'air d a n s des p a r o i s d u m o u l e .

empreinte partielle

- é

Coulée en chute

masselottage

descente

attaque

Coulée en source

empreinte partielle

S o u s la pièce, f a c i l i t a n t l ' é v a c u a t i o n de l ' e m preinte. Coulée latérale

Coulée latérale Elle est nécessaire p o u r situer l ' a t t a q u e sur la p a r t i e m i n c e de la pièce.

Alimentation

FIGURE 10.43

Schéma des systèmes de coulée.

Elle assure le r e m p l i s s a g e des e m p r e i n t e s p e n d a n t la s o l i d i f i c a t i o n . Rechercher à d i r i g e r la s o l i d i f i c a t i o n des parties m i n c e s v e r s les parties h a u t e s et à é v a c u e r la c h a l e u r hors d u m o u l e ( r e f r o i d i r par m a s s e l o t t e s , p o t e y a g e , é p a i s s e u r s de c h a p e , n o y a u x ) .

Refroidisseur En m é t a l b o n c o n d u c t e u r de la chaleur, à s i t u e r c o n t r e une partie m a s s i v e (fig. 10.44). L'épaisseur des c o q u i l l e s agit é g a l e m e n t en r e f r o i d i s s e u r : en f o n c t i o n des d i f f é r e n t e s épaisseurs d ' u n e pièce à o b t e n i r , o n a d m e t 20 m m p o u r les parties m i n c e s à 60 m m p o u r les parties t r è s épaisses.

334

Guide de l'usinage

partie massive de pièce

partie de moule

refroidisseur à ailettes (bloc métallique)

FIGURE 10.44

Refroidisseur sur partie massive d'une pièce.

Masselottes À s i t u e r près des v o l u m e s à s o l i d i f i e r en d e r n i e r : d a n s les c h a p e s o u d a n s des c h a p e s spéciales (chapes à jet).

Poteyage D é p ô t d ' e n d u i t s p é c i f i q u e d a n s l ' e m p r e i n t e et s u r des é l é m e n t s de m o u l a g e ( n o y a u x , b r o c h e s . . . ) : agit sur l ' é v a c u a t i o n de la c h a l e u r ( p r o t e c t i o n t h e r m i q u e de l ' e m p r e i n t e ) et facilite le d é m o u l a g e . La c o n d u c t i b i l i t é de la c h a l e u r est f a c i l i t é e avec le p o t e y a g e . Le p o t e y a g e n o i r facilite la c o n d u c t i b i l i t é t h e r m i q u e . Le p o t e y a g e blanc s ' o p p o s e à la c o n d u c t i b i l i t é t h e r m i q u e .

Systèmes d'ouverture-fermeture Ils s o n t m é c a n i s é s ( p i g n o n - c r é m a i l l è r e . . . ) o u a u t o m a t i s é s ( v é r i n s h y d r a u l i q u e s o u p n e u m a tiques) s e l o n l ' i m p o r t a n c e de la p r o d u c t i o n à assurer. Le v e r r o u i l l a g e des c o q u i l l e s e n t r e elles, a v a n t la c o u l é e , d o i t être efficace : assuré par le syst è m e d ' o u v e r t u r e - f e r m e t u r e , o u par des c r a m p e s en petite série.

Système d'éjection Il c o m p r e n d des éjecteurs, g é n é r a l e m e n t c y l i n d r i q u e s , c o m m a n d é s par les p l a q u e s d ' é j e c t i o n ( m o u v e m e n t s aller-retour). Il est a c t i o n n é par le s y s t è m e d ' o u v e r t u r e d u moule. L'éjection p r o v o q u e l ' e x t r a c t i o n de la pièce s o l i d i f i é e dans l ' e m p r e i n t e . Le d é m o u l a g e est f a c i l i t é par les d é p o u i l l e s (1 à 3°) et un i m p o r t a n t p o t e y a g e . La pièce d o i t ê t r e r e t e n u e d a n s l ' e m p r e i n t e s i t u é e d u côté d e l ' é j e c t i o n (par u n e f a i b l e d é p o u i l l e et la f o r m e de l ' e m p r e i n t e ) . Les é j e c t e u r s s o n t r é p a r t i s s u r la face de la pièce, o p p o s é s a u x z o n e s les m o i n s d é f o r m a b l e s (fig. 10.45).

FIGURE 10.45

Position des éjecteurs sur une pièce.

Matériaux Les m o u l e s d e v r a i e n t p o u v o i r c o n s e r v e r leurs c a r a c t é r i s t i q u e s m é c a n i q u e s s o u s u n e t e m p é rature r e l a t i v e m e n t élevée ( j u s q u ' à 500 °C p o u r certains é l é m e n t s ) . On utilisera p r i n c i p a l e m e n t les aciers 35 NC D 16, 30 CD 12, 30 NC 11, Z 10 NC S 19-15, et la fonte grise lamellaire perlitique.


335

Pièces obtenues Les pièces à c o u l e r en c o q u i l l e s o n t o b t e n u e s avec p l u s de p r é c i s i o n q u e par la c o u l é e en sable, soit :

Précision dimensionnelle Elle est d é t e r m i n é e en f o n c t i o n d u m a t é r i a u et de la g r a n d e d i m e n s i o n de la pièce ; elle v a r i e s e l o n la p o s i t i o n de la cote c o n s i d é r é e d a n s l ' e m p r e i n t e . On a d m e t , p o u r les a l l i a g e s l é g e r s , u n i n t e r v a l l e de t o l é r a n c e m i n i m a l d e q u e l q u e s d i x i è m e s de m m { = 0,3 p o u r petites pièces). On p e u t a p p l i q u e r la formule : IT = k1 + k2 x I, avec k l = 0,2 à 0 , 4 ; k2 = 1,5/1 000 à 2,5/1 0 0 0 ; I cote c o n s i d é r é e ( c o n t e n u e d a n s u n , d e u x o u t r o i s élém e n t s c o n s t i t u t i f s d u m o u l e ) (fig. 10.46).

Surépaisseur d'usinage Elle se d é f i n i t e n f o n c t i o n de la p l u s g r a n d e d i m e n s i o n de la pièce, s e l o n les m a t é r i a u x c o u l é s . P o u r les a l l i a g e s légers, elle varie de 1 à 2,5 m m s e l o n la g r a n d e u r des pièces. On a p p l i q u e u n e f o r m u l e i n d i q u a n t cette s u r é p a i s s e u r S en f o n c t i o n de la p l u s g r a n d e l o n g u e u r de pièce L, soit : S = 1 + 3 L/1000.

FIGURE 10.46 Données pour déterminer la précision dimensionnelle minimale des pièces coulées en coquille.

Dépouille Elle est f a i b l e (1 à 3°) et v a r i e en f o n c t i o n de la p o s i t i o n des f o r m e s à o b t e n i r (en e x t é r i e u r o u en i n t é r i e u r de la pièce), et de l ' e x t r a c t i o n de la pièce (la pièce d e v a n t s ' e x t r a i r e de l ' e m p r e i n t e d é p o u r vue d'éjecteurs à l'ouverture du moule) (fig. 10.47).

Trous de petit diamètre Ils s ' o b t i e n n e n t b r u t d e c o u l é e , à partir d ' u n m i n i m u m de 4 m m et p o u r des prof o n d e u r s en r a p p o r t avec le d i a m è t r e (de 3 à 6 0) avec u n e d é p o u i l l e de 0°30 à 2°, en f o n c t i o n des d i a m è t r e s (elle est m a x i p o u r les plus petits d i a m è t r e s ) .

FIGURE 10.47

Dépouilles sur les pièces coulées en coquille.

Utilisation En p r o d u c t i o n de p e t i t e s s é r i e s r é p é t i t i v e s , p o u r des pièces d e d i m e n s i o n s m o y e n n e s , en alliages d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e .

336

petites à

Guide de l'usinage

3.3

Moulage sous haute pression

Procédé de m o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t d o n t l ' o u t i l l a g e , m é t a l l i q u e , est en d e u x parties. L'alliage en f u s i o n est injecté s o u s p r e s s i o n d a n s l ' e m p r e i n t e , en un t e m p s très c o u r t (1/10 de seconde) avec u n e s u r p r e s s i o n sur l ' a l l i a g e c o u l é p o u r c o m p e n s e r le retrait de s o l i d i f i c a t i o n . Le m o u l a g e s ' e f f e c t u e avec des m a c h i n e s s p é c i f i q u e s à o u v e r t u r e - f e r m e t u r e h o r i z o n t a l e o ù t o u t e s les o p é r a t i o n s s o n t a u t o m a t i s é e s : p r o d u c t i o n de g r a n d e série ( 1 0 0 0 0 pièces m i n i m u m à plusieurs millions).

Moule Il est c o n s t i t u é de d e u x b l o c s (en acier) f i x é s l ' u n sur un p l a t e a u f i x e (coté i n j e c t i o n de 'alliage), l ' a u t r e s u r u n p l a t e a u m o b i l e (côté é j e c t i o n de la pièce) (fig. 10.48). À la f e r m e t u r e d u m o u l e , les Bloc mobile Bloc fixe b l o c s s o n t c e n t r é s l ' u n par rapp o r t à l ' a u t r e ( g o u j o n s . . . ) ; leur éjecte urs pièce à obtenir m a i n t i e n en p o s i t i o n f e r m é e d o i t être efficace (par v é r i n de manœuvre...). injection de l'alliage

FIGURE 1 0 . 4 8

empreinte intérieure

Schéma du poste de moulage de machine à moule haute pression.

empreinte extérieure

Bloc fixe Carcasse r e c e v a n t l ' e m p r e i n t e (ou une g r a n d e partie) de f o r m e s e x t é r i e u r e s de la pièce à o b t e nir.

Bloc mobile Carcasse r e c e v a n t l ' e m p r e i n t e des f o r m e s i n t é r i e u r e s d é m o u l a b l e s d a n s le sens d ' o u v e r t u r e du moule.

Noyaux et broches Ils s o n t f i x e s o u m o b i l e s , s e l o n leur p o s i t i o n d a n s le m o u l e . M o n t é s de p r é f é r e n c e sur le bloc m o b i l e , f a c i l i t a n t la v e n u e de la pièce ( d é m o u l a g e ) .

Noyaux et broches fixes Se d é m o u l e n t d a n s le sens d ' o u v e r t u r e d u

Bloc mobile

moule. A m o v i b l e s pour un r e m p l a c e m e n t périod i q u e ( f o r t e s s o l l i c i t a t i o n s t h e r m i q u e s et m é c a n i q u e s ) (fig. 10.49).

empreinte ,noyau

FIGURE 10.49

Noyau dans une empreinte de moule haute pression.


337

Broches très longues. Sont m a i n t e n u e s en position dans le demi-moule opposé (fig. 10.50).

FIGURE 10.50

Broche longue dans un moule haute pression (maintenue dans les deux empreintes).

Noyaux et broches mobiles Ne se d é m o u l e n t pas d a n s le sens d ' o u v e r t u r e d u m o u l e . G u i d é s c y l i n d r i q u e m e n t o u p r i s m a t i q u e m e n t (en t i r o i r ) d a n s le bloc : p o s i t i o n n e m e n t et dégagement automatiques.

Remplissage de l'empreinte Il d o i t être e f f e c t u é très r a p i d e m e n t en é c o u l e m e n t le m o i n s t u r b u l e n t p o s s i b l e p o u r o p p o s i t i o n à : o x y d a t i o n , f o r m a t i o n de g o u t t e s f r o i d e s , é m u l s i o n air-alliage. Le t e m p s d e r e m p l i s s a g e é t a n t t r è s c o u r t ( q u e l q u e s d i x i è m e s de s e c o n d e au m a x i m u m ) la vitesse de r e m p l i s s a g e (20 à 50 m/sec) a u g m e n t e r a avec le m i n i m u m de t o i l e de la pièce.

Diffuseur S i t u é d a n s le bloc m o b i l e , il d i r i g e l ' a l l i a g e d a n s la b u s e d ' i n j e c t i o n s u i v a n t le m e i l l e u r é c o u l e m e n t et r é d u i t la q u a n t i t é injectée (diffuseur, économiseur). La buse d ' i n j e c t i o n est s i t u é e d a n s le bloc fixe. Le r e f r o i d i s s e m e n t d u d i f f u s e u r et de la buse d ' i n j e c t i o n est nécessaire ( c i r c u l a t i o n d ' e a u ) (fig. 10.51).

Attaque de coulée Elle assure l ' é c o u l e m e n t de l ' a l l i a g e et régule la vitesse de r e m p l i s s a g e de l ' e m p r e i n t e . Elle est située, e n p r i n c i p e , au d r o i t des parties m i n c e s à couler. Une partie épaisse peut avoir son attaque spécifique ou plusieurs attaques (remplissage de d e u x côtés d ' u n n o y a u ) (fig. 10.52).

FIGURE 10.51 Schéma de diffuseur pour moule haute pression (en chambre froide).

pastille FIGURE 10.52

Attaques de coulée dans moule haute pression.

338

attaque unique (contournement d'un noyau)

Guide de l'usinage

U n e seule a t t a q u e est p r é f é r a b l e p o u r les alliages d ' a l u m i n i u m (évite l ' o x y d a t i o n ) . La h a u t e u r de l ' a t t a q u e est f o n c t i o n de l ' é p a i s s e u r de la t o i l e des pièces à o b t e n i r (2 à 3,5 m m p o u r pièces en alliages d ' a l u m i n i u m , 0,5 à 1,5 m m p o u r pièces en zamak).

Canal de coulée

attaque unique : S1> S2 progressivement

A s s u r e le r e m p l i s s a g e sans perte de p r e s s i o n de la c a r o t t e à l ' e m p r e i n t e , d ' o ù la c o n d i t i o n : s e c t i o n de d é p a r t d u canal & s e c t i o n de l'att a q u e (fig. 10.53).

section départ S I .

Les c a n a u x de c o u l é e des m o u l e s utilisés sur machines de m o u l a g e à c h a m b r e chaude s o n t d i r e c t s : r é d u c t i o n d u t e m p s de r e m p l i s sage et de l ' o x y d a t i o n de l'alliage.

section d'attaque S2 1 S2 S1

A S2'

FIGURE 10.53

Canaux de coulée pour moules haute pression.

attaque divisée : S1 > S2 + S2'

Dégorgeoirs, ou talons de lavage Situés en o p p o s i t i o n à l ' a t t a q u e , o u c o n t r e des parties m i n c e s de la pièce : a s s u r e n t le réchauff a g e localisé d u m o u l e et r e ç o i v e n t les p r e m i è r e s v e i n e s de l ' a l l i a g e s o u i l l é d ' o x y d e s et de gouttes froides.

Tirages d'air O b t e n u s par : le j e u des a s s e m b l a g e s m o b i l e s d u m o u l e ( n o y a u x , broches...) ; é v e n t u e l l e m e n t , u n e s a i g n é e sur une face de j o i n t d u m o u l e , à la s u i t e d u d é g o r g e o i r .

Alimentation A s s u r é e , après r e m p l i s s a g e , par la p r e s s i o n d u p i s t o n d ' i n j e c t i o n sur l'alliage, d u r a n t sa solid i f i c a t i o n d a n s le m o u l e . La réserve d ' a l l i a g e , c a r o t t e o u pastille, se situe d a n s la buse d ' i n j e c t i o n (du bloc fixe).

Système d'ouverture-fermeture-éjection Ces m o u v e m e n t s s o n t e f f e c t u é s a u t o m a t i q u e m e n t et r a p i d e m e n t par u n v é r i n .

électeur (jeu H8 et 9)

Éjection de la pièce Elle est o b t e n u e , g é n é r a l e m e n t , p o u s s o i r s (les é j e c t e u r s ) g u i d é s plaques-supports.

par par

des des

Les é j e c t e u r s de f o r m e c y l i n d r i q u e s et de p e t i t d i a m è t r e (2 à 10 m m ) s o n t s i t u é s avec r é p a r t i t i o n de l ' e f f o r t , en f a c e des p a r t i e s m a s s i v e s de la pièce, d u canal de c o u l é e et d u d é g o r g e o i r (fig. 10.54).

FIGURE 10.54

Système d'éjection de pièce dans moule haute pression.


empreinte intérieure

339

L'éjecteur est c i r c u l a i r e a u t o u r d ' u n p i v o t , sur une face de f a i b l e é p a i s s e u r (fig. 10.55).

FIGURE 10.55

Système d'éjection surfacique pour pièce mince.

Équilibre thermique d'un moule Il est s t a b i l i s é l o r s q u e , d a n s le cycle de p r o d u c t i o n , la t e m p é r a t u r e de l'alliage s ' é q u i l i b r e avec celle d i s s i p é e d a n s le m o u l e (évacuée par le r e f r o i d i s s e m e n t de l'eau a d d i t i o n n é e d ' u n c o n d u c teur thermique).

L ' u t i l i s a t i o n p e r m a n e n t e des m o u l e s ( p r o d u c t i o n c o n t i n u e ) i m p l i q u e des m a t é r i a u x d e c o n s t r u c t i o n a y a n t les c a r a c t é r i s t i q u e s p o u r résister aux f o r t e s c o n t r a i n t e s t h e r m i q u e et mécanique. On utilise des aciers alliés, tels q u e : M o u l a g e des alliages d ' a l u m i n i u m , de m a g n é s i u m , de zinc : utiliser la n u a n c e Z 35 CDVS 05. M o u l a g e d ' a l l i a g e s de c u i v r e : utiliser la n u a n c e Z 35 KWC 05-04. Plateaux s u p p o r t s d u m o u l e : en acier de n u a n c e 25 CD4 à 42 CD4.

»••ii^^

mi iniii iiii mu

Les pièces o b t e n u e s s o n t de q u a l i t é et avec p r é c i s i o n de r é p é t a b i l i t é . Les t o l é r a n c e s d i m e n s i o n n e l l e s v a r i e n t en f o n c t i o n : des d i m e n s i o n s et des m a t é r i a u x des pièces c o u l é e s ; de la p o s i t i o n des faces de pièce d a n s l ' e m p r e i n t e . On a d m e t : Pour alliages d ' a l u m i n i u m , de m a g n é s i u m et de zinc : Faces parallèles au sens d ' o u v e r t u r e d u m o u l e : IT de 0,05 à 0,4 m m . Faces p e r p e n d i c u l a i r e s au sens d ' o u v e r t u r e d u m o u l e : IT de 0,10 à 0,8 m m . Pour alliages de cuivre : Faces parallèles au sens d ' o u v e r t u r e : IT de 0,07 à 0,60 m m . Faces p e r p e n d i c u l a i r e s au sens d ' o u v e r t u r e : IT de 0,20 à 1,00 m m .

Conception des pièces Épaisseur des parois Elle peut être faible, de 0,5 à 3 m m , avec u n e d é p o u i l l e de 0°30 à 1°30 (fig. 10.56).

Trous de petit diamètre Ils s ' o b t i e n n e n t b r u t de c o u l é e à p a r t i r d u d i a m è t r e 3 m m , p r o f o n d e u r de 2 à 5 d i a m è t r e s en m o y e n n e (10 d i a m è t r e s p o u r le zinc).

340

Guide de l'usinage

Leur d é p o u i l l e v a r i e de 0°30 à 2°30 en f o n c t i o n des d i a m è t r e s (elle d i m i n u e avec l'acc r o i s s e m e n t d u d i a m è t r e ) (fig. 10.56).

Cuivre

Zinc

r

0"30

Parois

Petites pièces

Dépouille mini :

Elles s o n t c o u l é e s en g r a p p e s , o p t i m i s a n t le c o û t d u m o u l e et la p r o d u c t i v i t é .

Machines

Alliages aluminium

-

Elles s o n t de t y p e h o r i z o n t a l , à c h a m b r e chaude ou à chambre froide. Le m o u l a g e est e n t i è r e m e n t a u t o m a t i s é ( r e m p l i s s a g e et a l i m e n t a t i o n d e l'alliage, ferm e t u r e et o u v e r t u r e d u m o u l e , é j e c t i o n d e la pièce).

Machines à chambre chaude Elles c o m p r e n n e n t le f o u r de m a i n t i e n e n t e m p é r a t u r e de l'alliage, le s y s t è m e de r e m plissage, la c h a m b r e c h a u d e i m m e r g é e d a n s l ' a l l i a g e en f u s i o n . Elles o n t u n e f o r c e de ferm e t u r e ( p r e s s i o n au j o i n t d u m o u l e ) d e 5 à 1 500 t o n n e s .

intérieure et extérieure

0°30

Epaisseur mini : pièce dans cube. <30 30 >100 100 > 200 <200

0,5

1

1,5

1,5

2

1

2

2,5

1,5

2,5

3

2

Trous Dépouille mini : 0 < 5

2°30

5 > 10

2°

2°

T30 1°

<10

1°

1°30

0°30

Profondeur maxi : 0 =3

5

3 > 10

50

50

100

0X5

0 x 5

0 X 10

<10

20

FIGURE 10.56 Moulage haute pression : dépouilles et épaisseurs de parois ; dépouilles et profondeurs de trous.

Machines à chambre froide Elles c o m p r e n n e n t u n e c h a m b r e (le c o n t e n e u r ) dans l a q u e l l e est d é v e r s é l ' a l l i a g e en f u s i o n à c h a q u e i n j e c t i o n (par un p i s t o n c o u l i s s a n t d a n s le c o n t e n e u r ) . Elles o n t une f o r c e de f e r m e t u r e de 50 à 4 0 0 0 t o n n e s .

En p r o d u c t i o n de g r a n d e série, r é p é t i t i v e o u c o n t i n u e p o u r des pièces : - En alliages d ' a l u m i n i u m et de c u i v r e , avec les m a c h i n e s à c h a m b r e f r o i d e . - En alliages de zinc et de m a g n é s i u m , avec les m a c h i n e s à c h a m b r e c h a u d e .

§j Moulage sous basse pression Procédé de m o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t o ù l'alliage en f u s i o n est injecté d a n s l ' e m p r e i n t e s o u s u n e p r e s s i o n de 0,2 à 2 bars (entre le r e m p l i s s a g e et le m a s s e l o t t a g e ) . Les d i f f é r e n t e s p r e s s i o n s , a p p l i q u é e s d a n s le f o u r , f o n t m o n t e r l ' a l l i a g e d a n s le t u b e de l i a i s o n c r e u s e t - m o u l e r e m p l i s s a n t l ' e m p r e i n t e (fig. 57).


341

:ure-fermeture de moule

çde éjecteur empreinte .intérieure mobile pièce à obtenir

creuset chauffage FIGURE 10.57

four étanche

Schéma de principe de machine à mouler basse pression.

M é t a l l i q u e , situé a u - d e s s u s d u c r e u s e t d u f o u r (étanche) de m a i n t i e n en t e m p é r a t u r e . Les d e u x b l o c s c o n s t i t u t i f s d u m o u l e se s é p a r e n t au d é m o u l a g e . Le d é m o u l a g e peut être facilité par le d é g a g e m e n t d u m o u l e ( b a s c u l e m e n t , r o t a t i o n . . . ) .

Jeux fonctionnels de l'outillage Ils s o n t de q u e l q u e s d i x i è m e s de m m (plus i m p o r t a n t q u ' e n haute p r e s s i o n , la t e m p é r a t u r e de r é g i m e d u m o u l e étant p l u s élevée).

Tirage d'air Il est assuré par des r a i n u r e s p e u p r o f o n d e s (0,2 à 0,5 m m ) et d e f a i b l e l a r g e u r (10 à 20 m m ) sur les j o i n t s de c h a p e et p o r t é e s de noyaux, d é b o u c h a n t à l'extérieur (directem e n t o u par c o l l e c t e u r ) . Ces r a i n u r e s s o n t évasées pour favoriser l'écoulement (fig. 10.58).

FIGURE 1 0 . 5 8

Tirage d'air sur joint de moule basse pression.

Conception Elle est d é l i c a t e , p o u r assurer la d i r e c t i o n de la s o l i d i f i c a t i o n . U n e r é g u l a t i o n t h e r m i q u e de c e r t a i n s é l é m e n t s p o u r r a être nécessaire, à la m i s e en p r o d u c tion.

342

Guide de l'usinage

Remplissage de l'empreinte Il s ' e f f e c t u e c o u l é e par le bas en source. La pièce d o i t être située d a n s le m o u l e , m a s s e s en bas, en l i a i s o n avec l ' a t t a q u e de c o u l é e et le m a s s e l o t t a g e . R e m p l i s s a g e et m a s s e l o t t a g e s o n t de m ê m e s e c t i o n ( t u b e de l i a i s o n - i n j e c t i o n ) p o u r u n r e m plissage n o n t u r b u l e n t .

Plusieurs attaques de coulée A l i m e n t a t i o n d ' u n e partie m a s s i v e : le t e m p s de remplissage doit être i n f é r i e u r au t e m p s de s o l i d i f i c a t i o n de la p l u s faible épaisseur de paroi.

_ép*»is- mince 3 > e <5mm

Le d i a m è t r e d u col d e r e m p l i s s a g e (la c a r o t t e ) est f o n c t i o n des pièces ( p o i d s , é p a i s s e u r des t o i l e s , p r o f i l ) (fig. 10.59).

FIGURE 10.59

Diamètre des cols de remplissage pour moule basse pression. Doc. l'aluminium français.

Masse (daN))

tes parties hautes de chacune des trois zones sont utilisables IKHir des pièces à profit tourmenté, les parties basses le sont potir les pièces simples.

9L

Ils s o n t i d e n t i q u e s à c e u x d u m o u l a g e s o u s haute p r e s s i o n .

La p r é c i s i o n d i m e n s i o n n e l l e o b t e n u e est s e n s i b l e m e n t i n f é r i e u r e à la c o u l é e s o u s haute pression. La m i s e au m i l l e est e x c e l l e n t e , de 1,05 à 1,20 : la m a s s e l o t t e n'est pas s o l i d i f i é e . La c o u l é e en s o u r c e p r o v o q u e peu d ' o x y d a t i o n et la p r e s s i o n d o n n e u n e v e n u e de pièce c o m p a r a b l e à la c o u l é e en chute.

'wiiiii'MiiiiiiiiiiriT:

Conception des pièces leeeer

mi—

Elles d o i v e n t être c o n ç u e s p o u r la c o u l é e s o u s p r e s s i o n , avec u n e é p a i s s e u r p r o g r e s s i v e d e l ' a t t a q u e à l ' e x t r é m i t é o p p o s é e (haut de la pièce) (fig. 10.60). Elles a u r o n t un axe d e s y m é t r i e (pièces c y l i n d r i q u e s ) avec u n e g r a n d e s u r f a c e et u n e f a i b l e épaisseur. Les alliages utilisés ne d o i v e n t pas avoir u n e t e n d a n c e à la c r i q u a b i l i t é .


343

FIGURE 10.60

Épaisseurs des toiles en moulage basse pression.

Pour p r o d u i r e en g r a n d e série, c h a q u e m a c h i n e est c o n ç u e avec f o u r de m a i n t i e n en t e m p é r a t u r e de l'alliage et a u t o m a t i s a t i o n t o t a l e (coulée d e l ' a l l i a g e à e x t r a c t i o n de la pièce. Elles s o n t de d e u x t y p e s : à i n j e c t i o n v e r t i c a l e (le m o u l e est a u - d e s s u s d u f o u r , avec t u b e d ' i n j e c t i o n p l o n g e a n t d a n s le c r e u s e t ) ; à i n j e c t i o n o b l i q u e (le m o u l e est d é g a g é d u f o u r ) .

P r o d u c t i o n d e g r a n d e série de pièces c y l i n d r i q u e s c o u r t e s et plates d e p e t i t e s à m o y e n n e s d i m e n s i o n s et d e m a s s e m a x i m a l e s 100 kg.

Moulage en contre-pression Procédé de m o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t , o ù l ' a l l i a g e en f u s i o n est injecté s o u s basse pression dans l'empreinte où règne une contre-pression. La d i f f é r e n c e p r o v o q u é e des p r e s s i o n s o p p o s é e s p e r m e t le r e m p l i s s a g e à la vitesse désirée (régulée l i n é a i r e m e n t et avec rapidité). A p r è s m i s e à m ê m e p r e s s i o n P1 d u creuP (bar) set et d u m o u l e , la p r e s s i o n d a n s le m o u l e pression dans creuset P1 est abaissée à P2, tel q u e la d i f f é r e n c e de p r e s s i o n injecte l ' a l l i a g e en f u s i o n d a n s le 3 5 moule. <

31

A p r è s c r i s t a l l i s a t i o n d e la pièce o b t e n u e , l ' é q u i l i b r e des p r e s s i o n s P1 et P2 est rétabli, p r o v o q u a n t le r e t o u r au c r e u s e t de l ' a l l i a g e n o n s o l i d i f i é (fig. 10.61).

pression dans empreintes P2

3 a E

œ

E

t (s)

FIGURE 10.61

Cycle des pressions durant le moulage en contre-pression.

344

15

40

220

250 260

Guide de l'usinage

mi m Il a une longue durée, la coulée étant effectuée avec le m o u l e m o i n s chaud qu'avec les autres procédés (la c o m p r e s s i o n régulant le remplissage). Le cycle automatisé de la machine (spécifique) permet une grande productivité.

Pièces produites avec un faible pourcentage de rebuts et de grandes qualités (régulation du processus de f o r m a t i o n et de structuration). Le masselottage et la section d'attaque de coulée sont réduits.

Tous les matériaux de f o n d e r i e sont m o u l a b l e s par ce procédé, à vitesse de coulée d ' e n v i r o n le d o u b l e de la basse pression. Les alliages recyclés sont m o u l a b l e s , le degré de pureté de l'alliage étant sans influence sur les caractéristiques mécaniques des pièces obtenues.

Machines Elles sont e n t i è r e m e n t automatisées et de g r a n d e productivité. Le m o u l e et le creuset sont h e r m é t i q u e s , les gaz et les v a p e u r s sont captés, a m é l i o r a n t les c o n d i t i o n s de travail.

Utilisation P r o d u c t i o n de pièces m o y e n n e s de g r a n d e s qualités : m é t a l l u r g i q u e (faible f o r m a t i o n de micro-retassures et de p o r o s i t é ) ; m é c a n i q u e (résistance à la traction, limite d'élasticité, allong e m e n t , dureté). Avec de n o u v e a u x alliages métal-gaz, le procédé permet de p r o d u i r e des pièces, c o n c u r r e m ment aux autres procédés de m o u l a g e p e r m a n e n t .

i Moulage en centrifugation M o u l a g e en m o u l e p e r m a n e n t de pièces tubulaires, sans noyautage, avec une mise au mille réduite (remplissage d i r e c t e m e n t dans le moule). L'alliage en f u s i o n coulé dans le m o u l e (de section cylindrique) est entraîné en rotation. Une accélération est appliquée à l'alliage (de 20 à 40 g) qui se solidifie sur la périphérie intérieure du m o u l e (fig. 10.62). La quantité d'alliage déversée dans le m o u l e d é t e r m i n e l'épaisseur de la pièce obtenue. Évent u e l l e m e n t , un t r o p - p l e i n peut recevoir un excès de coulée. Le masselottage est « partiellement é l i m i n é » ; Le système de remplissage est simplifié (un déversoir et canal de coulée).

Moule G é n é r a l e m e n t m é t a l l i q u e et en une pièce, é v e n t u e l l e m e n t en d e u x d e m i - c o q u i l l e s p o u r d é m o u l a g e de profils extérieurs non rectilignes. Selon l ' i m p o r t a n c e de la série et l'alliage à couler, les m o u l e s sont :


circuit de refroidissement canal de coulée

coquille métallique CC/ coulée

piece en cours d'obtention

/

Ico

noyau

FIGURE 10.62

carter chariot-^

Schéma de principe du moulage par centrifugation horizontale (pièces longues).

Métalliques En acier, p o u r p r o d u c t i o n de g r a n d e série. Ils p e u v e n t être r e f r o i d i s , par eau o u par air, avec un recuit des pièces o b t e n u e s p o u r a n n u l e r l'effet de t r e m p e . U n m o u l e en acier p r o d u i r a j u s q u ' à s 4 0 0 0 p i è c e s ; en f o n t e , la q u a n t i t é m a x i m a l e est - 1 000 pièces.

En graphite Pour m o u l a g e d ' a l l i a g e s de c u i v r e , une frette m é t a l l i q u e c o n s o l i d e r a le m o u l e .

Précisions La p r é c i s i o n de f o r m e est b o n n e ( r e m p l i s s a g e en c o n t i n u d a n s l ' e m p r e i n t e ) . L'ébarbage et u n u s i n a g e é v e n t u e l de f i n i t i o n s o n t réduits. M é t a l l u r g i e . S t r u c t u r e a f f i n é e ( g r a d i e n t s de t e m p é r a t u r e a u t o u r d u m o u l e ) ; e x c e l l e n t e c o m pacité ( c e n t r i f u g a t i o n ) ; s é g r é g a t i o n c e n t r a l i s é e des o x y d e s et i m p u r e t é s (faible m a s s e v o l u mique).

BllMlliii^

il ni

U n n o y a u c y l i n d r i q u e c o u r t , en sable, peut être placé à u n e e x t r é m i t é de pièce (fig. 10.62).

Machines À axe vertical ou oblique P r o d u c t i o n de pièces c o u r t e s ( d i a m è t r e s hauteur). Les pièces c o u r t e s d e g r a n d d i a m è t r e s o n t c o u l é e s avec m a c h i n e à axe v e r t i c a l (fig. 10.63). Les pièces c o u l é e s avec m a c h i n e à axe o b l i q u e o n t l ' i n t é r i e u r en f o r m e p a r a b o l i q u e .

L coulée

_ _ _ _ _ r v

/

j v ^ ^ v v

7/

Y V / / / ///S//7/A pièce proc uite FIGURE 10.63 Schéma de principe du moulage par centrifugation verticale (pièce courte, de grand diamètre).

346

Guide de l'usinage

À axe horizontal Production de pièces longues (plusieurs mètres). Ces machines ont deux m o u v e m e n t s de génération (rotation du m o u l e et translation axiale. IS2®SÏIb!/Î W'm,

Production de pièces m o u l é e s de section c y l i n d r i q u e , courtes et l o n g u e s , en alliage à forte masse v o l u m i q u e de préférence (vitesse de rotation du m o u l e non excessive). Des pièces en alliages c o m p o s i t e s sont réalisables par coulée de couches successives (souscouche précédente solidifiée).

<


347

4.

M o u I age par compression des poudres et frittage 1 Généralités _ _

IH^H

Les p o u d r e s m é t a l l i q u e s s o n t c o m p r i m é e s d a n s un m o u l e , puis f r i t t é e s par c h a u f f e d u c o m p r i m é (la pièce) s o u s v i d e o u à a t m o s p h è r e c o n t r ô l é e , d ' u n e t e m p é r a t u r e i n f é r i e u r e à celle de f u s i o n de l ' é l é m e n t p r i n c i p a l .

Poudres métalliques Elles s o n t g é n é r a l e m e n t o b t e n u e s par a t o m i s a t i o n avec u n jet f l u i d e (gaz, azote...) attaq u a n t le m é t a l q u i é c l a t e et se r e f r o i d i t en g o u t t e l e t t e s f o r m a n t des g r a i n s de p o u d r e d ' e x c e l l e n t e c o m p r e s s i b i l i t é (fig. 10.64).

composes métalliques

Désignation Elles s o n t d é f i n i e s , s e l o n la n o r m a l i s a t i o n , par l e u r s p r i n c i p a l e s c a r a c t é r i s t i q u e s , d e n sité a p p a r e n t e , vitesse d ' é c o u l e m e n t , g r a n u lométrie, compressibilité, et d'autres c a r a c t é r i s t i q u e s telles q u e : c o m p o s i t i o n chim i q u e , e x p a n s i o n , résistance à v e r t . . . Leur d é s i g n a t i o n est n o r m a l i s é e (NF A - 9 5 711) par F C Z- A B - m (fig. 10.65).

évacuation

gaz

s o l i d i f i c a t i o n en g r a i n s de p o u d r e

refroidissement gaz x secondaire ^ — \

Densité apparente

poudres métalliques

D e n s i t é d ' u n e p o u d r e n o n t a s s é e ; elle perm e t d e d é t e r m i n e r la q u a n t i t é de r e m p l i s sage des m o u l e s (ou m a t r i c e s ) et se d é f i n i t par : p o i d s de p o u d r e / s o n v o l u m e n o n tassé.

FIGURE 10.64 Schéma d'obtention des poudres métalliques par atomisation.

Résistance à vert Résistance de la p o u d r e c o m p r i m é e ; elle perm e t d e d é t e r m i n e r l ' a p t i t u d e à la m a n u t e n t i o n des pièces après c o m p r e s s i o n (et a v a n t frittage).

F - C - Z - A,B... m FF:

Méthode de fabrication

Fj:

Frittage Frittage avec infiltration

C-

Centième de %. Teneur en carbone

C. Cg:

Pour acier non allié pour graphite

z-

Élément de base et teneur

À, B... % Éléments d'addition et teneur Par ordre de teneur décroissante Fe

non indiquée pour alliages ferreux

FIGURE 10.65

Désignation des matériaux frittés.

348

m x 10 : Classe de masse volumique

Guide de l'usinage

Porosité La p o u d r e c o m p r i m é e est p o r e u s e , ce q u i p e r m e t de p r o d u i r e des pièces très f o n c t i o n n e l l e s (autolubrification, infiltration...) Pour u t i l i s a t i o n s s p é c i f i q u e s , cette p o r o s i t é est utilisée en y i n f i l t r a n t un l i q u i d e ; é l i m i n é e par u n e phase de f o r g e a g e .

[Caractéristiques des pièces Les pièces c o m p r e s s é e s - f r i t t é e s , c o n s t i t u é e s d a n s un alliage (ou p s e u d o - a l l i a g e ) b i e n d é f i n i , ont c o m m e caractéristiques :

Caractéristiques mécaniques Résistance à la rupture Par r a p p o r t au m é t a l n o n f r i t t e Ro, o n a la relation pratique : R = Ro/100.(100-2p)(exemple f i g . 10.66), avec p = p o r o s i t é en % d u v o l u m e f r i t t é . La résistance à la r u p t u r e d i m i n u e avec l ' a u g m e n t a t i o n de la p o r o s i t é ( e x e m p l e fig. 10.66).

Pression

Fritté

de compactage

Fritté, trempe

Fritté, trempe

maturation

revenu

0,8

24,5

30,5

36

1,3

29,2

35,6

46,8

3

30,3

38

49,2

FIGURE 10.66

Exemple de variation de résistance à la

rupture par traction d'une poudre d'aluminium.

Allongement à la traction A % Il a u g m e n t e avec la résistance à la r u p t u r e et d i m i n u e avec l ' a u g m e n t a t i o n de la p o r o s i t é . Sa v a l e u r est très f a i b l e : 1 à 3 % p o u r les alliages, 10 % m a x i m u m p o u r les m é t a u x purs.

Dureté C a r a c t é r i s t i q u e p r i n c i p a l e p o u r m e s u r e r la résistance à l ' u s u r e (avec les essais n o r m a l i s é s , R o c k w e l en particulier, Vickers). L'essai R o c k w e l p e r m e t de c o n t r ô l e r les pièces t r a i t é e s et n o n traitées, de t o u t e s densités. L'essai Vickers s ' e f f e c t u e sur pièces t r a i t é e s de d e n s i t é élevée.

Résistance à la fatigue Elle est d ' u n r a p p o r t de 40 % e n v i r o n avec la résistance à la t r a c t i o n ( p r a t i q u e m e n t a n a l o g u e aux m é t a u x n o n frittés).

Précisions Les p r é c i s i o n s d i m e n s i o n n e l l e s et l'état de s u r f a c e v a r i e n t s e l o n la g a m m e de f a b r i c a t i o n .

Dimensions On o b t i e n t les q u a l i t é s : 13 à 10 a u x cotes parallèles au sens d e c o m p r e s s i o n ; 9 à 7 avec calib r a g e des f o r m e s , aux cotes p e r p e n d i c u l a i r e s au sens d e c o m p r e s s i o n , d o n t les t r o u s ; 9 à 13 p o u r les entraxes.

État de surface De 0,8 à 6,4 Ra en f r i t t a g e s i m p l e et 0,4 à 0,8 Ra avec c a l i b r a g e .


349

[Conception des pièces frittées Dimensions Elles sont limitées aux capacités actuelles des machines. On a d m e t : Section. Limitée par la pression de c o m p r e s s i o n (généralement de 4 à 6 tonnes/cm 2 ) ce qui nécessite des presses très puissantes. Hauteur. Limitée par la hauteur de la matrice et la course de presse qui c o m p r i m e la p o u d r e et éjecte le c o m p r i m é ; on a d m e t a c t u e l l e m e n t = 50 m m m a x i de hauteur pièce. Le v o l u m e et le poids m a x i de pièces à p r o d u i r e sont définis, connaissant la puissancemachine.

Elles sont à définir en considérant que la p o u d r e , d u r a n t la c o m p r e s s i o n , s'écrase sans s'écouler (fig. 10.67).

Pièces percées Les t r o u s et alésages seront lisses, sans g o r g e intérieure (fabrication impossible). C o n d i t i o n s m i n i m a l e s conseillées : D i a m è t r e des t r o u s 2 m m ; entraxe des t r o u s 3 m m . Distance aux parois d s h/10, avec d m i n i 2 m m et h = hauteur de la f o r m e . Fond de t r o u b o r g n e à distance h 2 3= h/5 de la face opposée, avec h 2 m i n i 2 m m . P r o f o n d e u r des lamages p h/4, avec h = hauteur de la f o r m e coaxiale et d é p o u i l l e m i n i 7°. Trous p o l y g o n a u x sans angles v i f s ; rayon de raccordement r 5= 0,5.

350

Guide de l'usinage

Pièces épaulées L i m i t e r le n o m b r e d ' é p a u l e m e n t s successifs, avec u n e d i f f é r e n c e > 3 m m e n t r e p a r o i s : (différence des d i a m è t r e s successifs s® 6 m m ) . H a u t e u r d ' u n b o s s a g e d =s 1.2 e, avec e = é p a i s s e u r de la p a r o i de l ' é p a u l e m e n t avec 2 m m m i n i et d é p o u i l l e 7°.

Pièces avec une toile Épaisseur de t o i l e e s= h/10, avec e m i n i 2 m m . S i t u e r la t o i l e d ' u n côté d u b o s s a g e et raccorder par un r a y o n r m i n i & 0,5 m m .

Pièces avec ailettes Épaisseur des ailettes e s I/2, avec I = l o n g u e u r ailettes et e m i n i 2 m m .

Pièces avec entailles, rainures L a r g e u r des entailles et r a i n u r e s e s= p/3, avec p = p r o f o n d e u r des entailles et e m i n i 2 m m .

Pièces coniques G r a n d d i a m è t r e situé i m p é r a t i v e m e n t côté du p o i n ç o n s u p é r i e u r et à t e r m i n e r par un c y l i n d r e c o u r t ' 0,5 m m .

Pièces plates De p r é f é r e n c e , r e m p l a c e r les a n g l e s v i f s par u n c h a n f r e i n (à 45°) o u u n a r r o n d i (r 0,5 m m ) ; p l a n s inclinés à t e r m i n e r par un c h a n f r e i n o u de p r é f é r e n c e u n m é p l a t de 0,1 m m m i n i .

Mise en œuvre La f a b r i c a t i o n des p o u d r e s c o m p r i mées s'effectue suivant différentes p h a s e s , en f o n c t i o n des pièces à obtenir : produit semi-fini; produit fini et d'utilisation spécifique (fig. 10.68). Les principales phases sont m é l a n g e , c o m p r e s s i o n à f r o i d et à chaud, frittage, calibrage à froid, forgeage à chaud, filage à chaud, extrus i ó n ; et d ' a u t r e s phases s p é c i f i q u e s (traitements thermiques, traitement de surface, usinage).

Poudres

Compression à froid

Encapsulage

Frittage

Compression à chaud

Double compression infiltration

Forgeage

<

à chaud

Calibrage

Filtrage

à froid

à chaud

t

FIGURE 1 0 . 6 8

Différentes phases de production en compression des poudres. (D'après revue Sciences et techniques)


Autres phases (T. thermiques, T. de sutfeces usinage,...)

Produit semifini (lingots)

Produit fini (pièces mécaniques)

351

A s s o c i a t i o n de d i f f é r e n t s m a t é r i a u x avec u n l u b r i f i a n t a d a p t é . Les alliages p o u r pièces m é c a n i q u e s s o n t c o n s t i t u é s de fer a d d i t i o n n é de c u i v r e , de c a r b o n e , de nickel, de m o l y b d è n e ( n o r m a l i s é s NFA 95-712, etc.) Le l u b r i f i a n t (cire m i c r o n i s é e , stéréate de zinc) évite le g r i p p a g e d a n s le m o u l e .

Compression F o r m a g e d u p r o d u i t (densité à v e r t ) , en f o n c t i o n de la c o m p r e s s i b i l i t é de la p o u d r e et de c o n d i t i o n s t e c h n i q u e s ( f o r m e d u m o u l e et v i t e s s e de m o n t é e en p r e s s i o n ) s o u s u n e p r e s s i o n m o y e n n e de 6 t o n n e s / c m 2 (700 à 800 MPa) lui d o n n a n t sa résistance à vert. Pour o b t e n i r u n e d e n s i f i c a t i o n t r è s h o m o g è n e , l ' o u t i l l a g e est à d o u b l e e f f e t (2 p o u s soirs o p p o s é s ) (fig. 10.69). L'éjection de la pièce s ' e f f e c t u e par le p r o l o n g e m e n t de la c o u r s e d u p o i n ç o n inférieur.

I

rp

poussoir supérieur

m *

P1 = P2

|P2

Wi H TV

r.

? 5 P1

!

c h a r g e m e n t c o m p r e s s i o n éjection moule poudre comprimé

FIGURE 10.69

Schéma de principe de compression de poudre avec presse double effet.

Coefficient de remplissage de la matrice Il est égal à la d e n s i t é de la p o u d r e c o m p r i m é e / d e n s i t é de la p o u d r e n o n tassée (aciers s 2,5). On a la d e n s i t é f r i t t é e df = ( P - 0,01P)/(V + 0,003V), s o i t (P.0,987)A/, avec P = p o i d s d u c o m primé; V = volume du comprimé.

Double frittage Certaines pièces s u b i s s e n t d e u x phases de f r i t t a g e avec une phase de f o r m a g e i n t e r m é d i a i r e (calibrage) p o u r a m é l i o r e r la p r é c i s i o n et les c a r a c t é r i s t i q u e s d u p r o d u i t .

Préfrittage Il s ' e f f e c t u e à t e m p é r a t u r e i n f é r i e u r e à celle d u f r i t t a g e : é v i t e l ' é c r o u i s s a g e et f a v o r i s e l ' a u g m e n t a t i o n de la m a s s e v o l u m i q u e (densité s 7,2). P r é f r i t t a g e et f r i t t a g e p e r m e t t e n t d ' o b t e n i r des pièces de g r a n d e résistance à la r u p t u r e ( j u s q u ' à 85 d a N / m m 2 ) avec u n b o n p o u r c e n t a g e d ' a l l o n g e m e n t (fig. 10.70).

Calibrage O p é r a t i o n a n a l o g u e à la c o m p r e s s i o n ; p o u r obtenir une grande précision d i m e n s i o n nelle, avec a c c r o i s s e m e n t de d e n s i f i c a t i o n et de caractéristiques mécaniques (dureté superficielle...).

352

FIGURE 10.70 Schéma d'évolution des caractéristiques mécaniques des pièces frittées-forgées.

Guide de l'usinage

mmÊÊSmlmÊmmmssmmmmmmmmJmÊ9t^0ÊBmmlmmÊ^mmmm^mmm^ÊÊmm

O b t e n t i o n de pièces sans bavures avec : porosité éliminée, résilience, ductibilité et ténacité a u g m e n t é e s ; précision de poids.

Usinage Réalisation de f o r m e s impossibles à obtenir par c o m p r e s s i o n (perpendiculaires au sens des poinçons) ou des surfaces très précises (rectification). Ébavurage é v e n t u e l pour é l i m i n e r de légères b a v u r e s issues d ' u n jeu dans l ' o u t i l l a g e , par v i b r a t i o n s (shot penning).

Traitements thermiques Éventuellement on effectue : La t r e m p e à cœur, par i n d u c t i o n , à haute fréquence, par o x y d a t i o n . Elle ne doit pas s'effectuer en bain de sel (inclusion dans les pores). La c é m e n t a t i o n gazeuse, la c a r b o n i t r u r a t i o n . Le revenu pour pièces fragiles a m é l i o r a n t la résistance à l'usure.

Traitement de surface Par dépôt électrolytique, pour protection contre la corrosion (couche de zinc et c a d m i u m ) avec effet décoratif (couche de c h r o m e et nickel). A p p l i c a t i o n sur des pièces denses, pour éviter la pénétration d'électrolyte dans les pores (en obstruant les pores, avec une préparation de résines époxydes...).

Poudres d'aluminium et ses alliages Compression Elle s'effectue sous faible effort. Le coefficient de remplissage est de 1,5 à 1,9; la densité à vert après c o m p r e s s i o n de 2,3 à 2,6 (bonne rigidité pour la m a n i p u l a t i o n des pièces). La résistance à la traction (de 25 à 70 d a N / m m 2 ) croît avec la pression de c o m p r e s s i o n et selon les phases de fabrication (fig. 10.66).

Frittage Il s'effectue sous différentes atmosphères de chauffe (azote, vide, air, a m m o n i a c cracké en particulier) à une t e m p é r a t u r e de 600 à 650 °C, selon les poudres. La chauffe est rapide (bonne conductibilité t h e r m i q u e , et le refroidissement s'effectue à l'air ou à l'eau).

Calibrage Il s'effectue à f r o i d , sous 2,5 à 5 tonnes.

Forgeage Il s'effectue à chaud, de 200 à 400 °C selon le matériau (améliore les caractéristiques mécaniques).

Traitements thermiques A p p l i q u é s aux pièces frittées : t r e m p e et m a t u r a t i o n , t r e m p e et revenu.


353

Outillage Il est à d o u b l e p o i n ç o n o u à p o i n ç o n s m u l t i p l e s , s e l o n le t y p e de pièces à p r o d u i r e

Outillage à double poinçon La m a t r i c e est m a i n t e n u e s u r une s e m e l l e , par f r e t t a g e , ce q u i lui d o n n e une p r é c o n t r a i n t e nécessaire p o u r les e f f o r t s a p p l i q u é s en p r o d u c t i o n de g r a n d e série (fig. 10.71). Elle est en acier r a p i d e , acier i n o x y d a b l e , c a r b u r e ( g r a n d e série). La s e m e l l e , en acier 35 NC 16 g é n é r a l e ment. Les p o i n ç o n s s o n t d u m ê m e m a t é r i a u q u e la m a t r i c e . Le p o i n ç o n s u p é r i e u r a u n e l o n g u e u r suffisante pour assurer l'éjection du c o m primé. Les é l é m e n t s m o b i l e s ( p o i n ç o n s , broche) a j u s t é s g l i s s a n t j u s t e , s o n t à l u b r i f i e r au g r a p h i t e p o u r é v i t e r la s o u i l l u r e d e la poudre à comprimer.

p o i n ç o n supérieur

matrice support-frette matrice semelle

, poinçon inférieur

L. broche intérieure

FIGURE 10.71

Schéma d'outillage double poinçon de moulage par compression des poudres.

rrr-

7 7 7

Pièces obtenues, avec outillage à double poinçon Elles s o n t g é n é r a l e m e n t de s e c t i o n c o n s t a n t e o u c o n i q u e , s o i t : L o n g u e s pleines, d ' u n e l o n g u e u r m a x i m a l e égale à 5 d i a m è t r e s de la pièce. L o n g u e s c r e u s e s , d ' u n e l o n g u e u r m a x i m a l e de 20 é p a i s s e u r s de p a r o i ( é p a i s s e u r de p a r o i supérieure à 1 mm). Plates, avec u n e é p a i s s e u r m i n i m a l e de 2 m m et des p r o f i l s q u e l c o n q u e s . Ces d i f f é r e n t s t y p e s de pièces s o n t réalisables avec un o u p l u s i e u r s t r o u s .

Outillage à poinçons multiples Pour la p r o d u c t i o n de pièces c o m p o r t a n t p l u s i e u r s é p a i s s e u r s (fig. 10.72). Pour o b t e n i r la d e n s i f i c a t i o n h o m o g è n e , la q u a n t i t é de p o u d r e d o i t être répartie a v a n t c o m p r e s s i o n , ce q u i nécessite u n p o i n ç o n i n f é r i e u r s p é c i f i q u e . P o i n ç o n i n f é r i e u r . M o d u l a i r e , avec des h a u t e u r s d i f f é r e n t e s réglées p o u r la c o m p r e s s i o n à o b t e n i r , en f o n c t i o n d u c o e f f i c i e n t de r e m p l i s s a g e (acier = 2,5). Pour la p r o d u c t i o n de certaines pièces, des p o i n ç o n s s u p é r i e u r s m u l t i p l e s p e u v e n t être nécessaires.

Pièces obtenues avec outillage à poinçons multiples Elles s o n t g é n é r a l e m e n t de t y p e p r i s m a t i q u e à é p a u l e m e n t , avec des p r o f i l s de f o r m e en L, T, Z, U, q u e l c o n q u e (fig. 10.73).

354

Guide de l'usinage

avant«— compression—<• après

avant«—compression — a p r è s

c

H

I [

1

M

Tt

V/

1

poinçon haut poinçon bas

M

1 1

poinçon bas

t rappel poinçon h a u t >

Y

j

FIGURE 10.72 Schéma d'outillage multipoinçons pour moulage pièces à plusieurs épaisseurs.

Pièces frittées de section non continue

I

poinçon haut

a

I

m

T

jT

FIGURE 10.73 Schéma d'outillage multipoinçons de pièces en T avec épaulement long.

éjection compression matrice supérieure mobile

Elles s o n t réalisables à l ' a i d e d ' u n e matrice

mobile

transversalement,

permettant

l'éjection

spécifique

(système

sur

presse

OLIVETTI)

( f i g . 10.74).

¡ X

éjection c o m p r i m é /

TiSkàk 'A

FIGURE 10.74 Matrice avec élément mobile transversalement pour pièces à section non continue.


355

Machines Utilisation des presses et des f o u r s de chauffe.

Phases de compression et de calibrage Utilisation de presses mécaniques ou hydrauliques, puissance 1 000 tonnes, conçues spécifiq u e m e n t (éjection de la pièce, après compression).

Utilisation de fours à a t m o s p h è r e de protection, par un gaz qui doit être réducteur et le plus sec possible : (point de rosé m a x i de + 2°). Éventuellement, fours sous vide, pour la product i o n d'aciers à haute résistance.

Pièces obtenues Elles sont saines et utilisables directement, de conceptions très différentes et bien spécifiques. Produites en grande série, leur coût est faible. Les pièces en p o u d r e d ' a l u m i n i u m sont de petites d i m e n s i o n s (coût des poudres) des types : c y l i n d r i q u e (pistons d ' a m o r t i s s e u r s , p i g n o n s . . . ) , plat (leviers, bielles...), divers, avec insert métallique éventuel. Les pièces en poudre d'acier sont de types divers : cylindriques, plates, de f o r m e quelconque, de petites d i m e n s i o n s en général.

Pièces de type cylindrique (bagues, c y l i n d r e , arbres...) en fer, acier au c a r b o n e , alliages fer-cuivre, fer-cuivre-nickel, bronze, laiton...

Pièces autolubrifiantes Coussinets en alliage ferreux, bronze, (en particulier) avec 20 à 30 % de porosité remplie de lubrifiant par i m p r é g n a t i o n ou sous vide (d'huile, de Téflon).

Pièces de frottement Patins à faible ou f o r t coefficient de f r o t t e m e n t .

À faible coefficient de frottement En bronze, après frittage, application d ' u n e couche de graisse au bisulfure de m o l y b d è n e et laminage i m p r é g n a n t la graisse dans les pores.

À fort coefficient de frottement La p o u d r e c o m p r e n a n t des m é t a u x et des p r o d u i t s abrasifs est fixée sur un s u p p o r t (tôle d'acier) par frittage sous-pression. Les pièces obtenues sont : plaquettes de frein, d ' e m b r a y a g e , patins de g u i d a g e de mobiles (glissières de machines...).

Pièces de filtrage Avec porosité de 30 à 50 % selon les matériaux utilisés. On utilise le bronze (en p o u d r e sphérique, frittée d i r e c t e m e n t sous c o m p r e s s i o n ) , l'acier inoxydable (résistance à la corrosion, aux acides et aux c o m p o s é s de chlore humide) (fig. 10.75).

356

Guide de l'usinage

FIGURE 10.75

Matériaux utilisés en fabrication par compression des poudres pour éléments filtrants.

Matériaux

Densité

Porosité

Produits

Bronze

4,5 à 5,5

40 à 50 %

Tubulaires et bandes

Inoxydables

4,6 à 5,6

30 à 45 %

Tubulaires et bandes

Nickel

4à5

45%

Titane

2,8 à 3,3

27 à 38 %

Tubulaires Tubulaires et bandes

Elles s o n t de t y p e t u b u l a i r e ( c y l i n d r i q u e , c o n i q u e ) en b a n d e s d é c o u p a b l e s a u x f o r m e s désirées, p o u r f i l t r a t i o n de l i q u i d e s et de gaz (sous t o u t e s p r e s s i o n s et t o u t e s t e m p é r a t u r e s ) , s o i t : s é p a r a t i o n de l i q u i d e d a n s u n g a z ; d i f f u s i o n de gaz ( g a z é i f i c a t i o n o u é c h a p p e m e n t ) ; e f f e t c a p i l l a i r e ( p a r e - f l a m m e , régulation...) f l u i d i f i c a t i o n ( m a n u t e n t i o n de p o u d r e s ; p l a s t i f i c a t i o n de pièces m é t a l l i q u e s ) .

Pièces diverses Contacts é l e c t r i q u e s en m a t é r i a u x c o n d u c t e u r s ( t u n g s t è n e - a r g e n t , t u n g s t è n e - c u i v r e ) ; pièces r é f r a c t a i r e s , à base de t u n g s t è n e et de t i t a n e ; pièces e n c a r b u r e de b o r e , p o u r é n e r g i e n u c l é a i r e ; pièces m a g n é t i q u e s , d o u x o u d u r s s e l o n la c o n s t i t u t i o n , à base de fer, fer-nickel, p o u r m a s s e s polaires, n o y a u x . . .

Produits bruts En petits l i n g o t s de s u p e r - a l l i a g e s (acier r a p i d e , c é r a m i q u e s . . . ) o b t e n u s par c o m p r e s s i o n isostatique à froid ou à chaud, encapsulage.


357

PROCÉDÉS DE PERÇAGE

1. 2.

3.

Différents procédés de perçage

361

Perçage par outil de coupe

361

2.1

Généralités

361

2.2

Forets à queue c y l i n d r i q u e

364

2.3

Forets à queue conique

365

2.4

Définition g é o m é t r i q u e

366

2.5

Vitesse d'avance

367

2.6

Vitesse de coupe

368

2.7

Puissance nécessaire à la coupe PW

369

2.8

Mise en œuvre des perçages

369

2.9

Centrage des t r o u s en bout d'arbre

370

2.10 Pointage des t r o u s à p o s i t i o n n e m e n t précis

372

2.11 Perçage des t r o u s de taraudage

373

2.12 Chambrage des l o g e m e n t s des têtes de vis

374

2.13 Ébavurage des t r o u s

376

2.14 Perçage des t r o u s à diamètre relativement g r a n d

378

2.15 Perçage des t r o u s longs

379

2.16 Cycles des perçages

380

2.17 M o u v e m e n t s de génération

381

2.18 Appareillages porte-outils

382

2.19 Machines de perçage

383

Procédés de perçage par érosion

384

3.1

Procédés de perçage au laser

384

3.2

Procédés de perçage par ultrasons

386

359

T.

Différents procédés de perçage

Réalisation de t r o u s en pleine matière avec plus ou m o i n s de précision, à choisir en f o n c t i o n des c o n d i t i o n s t e c h n o l o g i q u e s .

Perçage par outil de coupe S y s t é m a t i q u e m e n t utilisé en u s i n a g e de l ' e n s e m b l e des pièces m é c a n i q u e s réalisées sur m a c h i n e s - o u t i l s à outils c o u p a n t s (tours, fraiseuses, perceuses...).

Poinçonnage O b t e n t i o n de t r o u s dans les m é t a u x en feuilles (tôles) en t r a v a u x de g r a n d e série, avec une b o n n e précision d i a m é t r a l e (qualité 9 à 7). Voir chapitre « Procédés de d é c o u p e ».

O b t e n t i o n de t r o u s de très petit d i a m è t r e , à très grande vitesse (grande série) dans t o u s matériaux, é v e n t u e l l e m e n t avec peu d'accessibilité.

Perçage par ultrasons O b t e n t i o n de t r o u s de très petit d i a m è t r e , sans c o n t r a i n t e d ' u s i n a g e dans des m a t é r i a u x très durs et cassants.

Perçage au jet d'eau Obtention de trous de diamètre peu précis, dans tous matériaux. Voir chapitre «Procédés de découpe ».

Perçage au jet plasma O b t e n t i o n de t r o u s de d i a m è t r e peu précis, dans des m a t é r i a u x réfractaires. Voir c h a p i t r e « Procédés de d é c o u p e ». Nota : les o p é r a t i o n s de perçage des pièces m é c a n i q u e s , de t y p e p r i s m a t i q u e , c o m p r e n n e n t e n v i r o n 40 % d u t e m p s d ' u s i n a g e sur les machines à c o m m a n d e n u m é r i q u e .

2.

Perçage par outil de coupe Généralités

O b t e n t i o n , en pleine matière, des f o r m e s c y l i n d r i q u e s d ' i n t é r i e u r - les t r o u s - à l'aide d ' o u t i l s rotatifs de f o r m e - les forets - en une seule passe, p o u r des d i a m è t r e s de q u e l q u e s d i x i è m e s de m m à 100 m m (fig. 11.1).

9. Procédés de

fraisage

361

Ce p r o c é d é s ' e f f e c t u e s u r t o u t e m a c h i n e d ' u s i n a g e par c o u p e ( p e r c e u s e s , f r a i seuses, t o u r s , centres d ' u s i n a g e et de t o u r nage). Le m o u v e m e n t de c o u p e , c i r c u l a i r e , est d o n n é à l ' o u t i l o u à la pièce, s e l o n les machines employées.

Précisions obtenues Diamétrale. Elle v a r i e g é n é r a l e m e n t de H11 à H9, s e l o n les c o n d i t i o n s t e c h n o l o g i q u e s (outil, l u b r i f i c a t i o n , m a t é r i a u t r a v a i l l é ) . État de surface. Il v a r i e e n t r e 3,2 et 1,6 Ra. Nota.

A v e c les o u t i l s t r è s r i g i d e s en car-

bure, la q u a l i t é H8 et l'état de s u r f a c e 0,8 Ra p e u v e n t être o b t e n u s .

Conception des forets Les f o r e t s o n t g é n é r a l e m e n t d e u x arêtes de FIGURE 11.1 c o u p e avec d e u x g o u j u r e s a s s u r a n t l'écouDifférentes opérations de perçage. l e m e n t des c o p e a u x et c o n s t i t u a n t les a n g l e s de c o u p e des o u t i l s m o n o b l o c s (acier r a p i d e et c a r b u r e ) . Ils s o n t m o n o b l o c s o u à p l a q u e t t e s en c a r b u r e r a p p o r t é e s (fig. 11.2). Forets de petit diamètre. J u s q u ' a u d i a m è t r e 12, en g é n é r a l , ils s o n t m o n o b l o c s , en acier rapide o u en c a r b u r e . A u - d e l à d u d i a m è t r e 10, ils p e u v e n t être m o n o b l o c s (en acier rapide) o u à p l a q u e t t e s c a r b u r e r a p p o r t é e s (brasées o u indexées). M i s e en p o s i t i o n et m a i n t i e n . Effectués par la q u e u e d ' o u t i l : c y l i n d r i q u e p o u r les d i a m è t r e s j u s q u ' à 20 en g é n é r a l ; c o n i q u e , au c ô n e M o r s e , C M 1 à C M 6 s e l o n les d i a m è t r e s ; c y l i n d r i q u e avec t e n o n d ' e n t r a î n e m e n t (fig. 11.2 et 11.3).

Goujures Elles p e u v e n t être à hélice « n o r m a l e » (30°) p o u r aciers et f o n t e s en p a r t i c u l i e r ; à hélice l o n g u e (15°) f a v o r i s a n t l ' é c o u l e m e n t des c o p e a u x f r a g m e n t é s ( m a t é r i a u x d u r s , lait o n s , b r o n z e . . . ) ; à h é l i c e c o u r t e (40°) p o u r c o p e a u x c o n t i n u s ( a l u m i n i u m et ses alliages, c u i v r e . . . ) d o n n a n t u n p l u s g r a n d a n g l e de c o u p e ; d r o i t e s p o u r des o u t i l s c a r b u r e .

FIGURE 11.2

Différents forets en carbure.. 1. Embout brasé affutable (Doc. Sandvik Coromant) 2. Embout interchangeable, goujure hélicoïdale (Doc. Seco) 3. Embout à plaquettes indexables, goujures droites (Doc. Novex)

362

Guide de l'usinage

Pointe des forets monoblocs Par c o n c e p t i o n o u a f f û t a g e , elle p e u t ê t r e a m i n c i e : la c o u p e s ' e f f e c t u a n t j u s q u ' a u v o i s i n a g e d u centre, la p u i s s a n c e nécessaire est d i m i n u é e et la v i t e s s e d ' a v a n c e p e u t ê t r e augmentée. Pointe amincie. La s u r c o u p e est d i m i n u é e , elle v a r i e de 0,02 à 0,08 m m (H8-H9) s e l o n les d i a m è t r e s ; le f o r e t se c e n t r e à l ' a t t a q u e ; le p o i n t a g e o u le c a n o n d e g u i d a g e p o u r r o n t être évités en p e r ç a g e de t r o u s à p o s i t i o n n e ment non rigoureux.

Affûtage S e l o n les m a t é r i a u x u s i n é s , l ' a f f û t a g e des f o r e t s d i f f è r e , s o i t (fig.11.4) : - P o i n t e n o n m o d i f i é e , p o u r aciers, m é t a u x n o n f e r r e u x et p l a s t i q u e s . - Pointe r é d u i t e par a m i n c i s s e m e n t de l ' â m e , p o u r t o u s p e r ç a g e s avec f o r e t s d e g r a n d s diamètres. - Pointe coupante (affûtage trois pans ou s i m i l a i r e s ) p o u r p e r ç a g e s de p r é c i s i o n et s o u s f o r t e avance. - R é d u c t i o n a n g l e de c o u p e , p o u r m a t é r i a u x d u r s (aciers au m a n g a n è s e , a l l i a g e s réfractaires,...) o u cassants (bronze...). - A f f û t a g e d e u x p a n s , sur f o r e t s à â m e épaisse, p o u r m a t é r i a u x très d u r s . - A r ê t e s d e c o u p e brisées, p o u r f o n t e m a l léable. FIGURE 11.3 Foret hélicoïdal monobloc. Doc.

Leclerc

Nota : Bec des f o r e t s à p l a q u e t t e s c a r b u r e , avec un c h a n f r e i n be, c o n t r i b u e à u n e a u g m e n t a t i o n de la d u r é e de vie de ces f o r e t s . Affûtage standard détalonné

Affûtage cruciforme

3 pentes avec amincissement d'âme

Affûtage cruciforme

V FIGURE 11.4

Différents affûtages des forets hélicoïdaux monoblocs. Doc.


Affûtage 3 pentes 6 facettes brevet Renault Peugeot

4 pentes 4 facettes

Avyac

363

2.2

Forets à queue cylindrique

Ils s o n t n o r m a l i s é s s u i v a n t p l u s i e u r s séries (fig.11.5).

Série extra courte (NF E 66-0610, DIN 1897). Hélice à d r o i t e (30° p o u r ARS et 25° pour carbure) généralement d a n s les d i a m è t r e s 0,4 à 18 m m par paliers de 0,1 à 1 m m , avec l o n g u e u r de g o u j u r e s d e 6 à 60 m m , s e l o n les d i a m è t r e s .

Denture hélicoïdale à gauche 30° Coupe à gauche

a Denture hélicoïdale à droite 15° Coupe à droite

Série courte (NF E 66-067, DIN 338). Hélice à d r o i t e d e 30° g é n é r a l e m e n t d a n s les d i a m è t r e s de 0,3 à 20 m m par p a l i e r s de 0,05 à 0,5 m m , avec l o n g u e u r s de g o u j u r e s d e 3 à 140 m m , s e l o n les diamètres. Cette série, q u i est la série norm a l e , c o m p r e n d des f o r e t s spéc i f i q u e s , tels q u e :

Forets série courte Queue cylindrique Acier Super Rapide : HSS

Forets série courte Pour laiton Queue cylindrique Acier Super Rapide : HSS

a Denture hélicoïdale à droite 40° Coupe à droite

Denture hélicoïdale à droite 30° Coupe à droite

Forets série courte Pour alliages légers Queue cylindrique Acier Super Rapide : HSS

a Forets série longue Queue cylindrique Acier Super Rapide : HSS

Hélice à gauche, de 30° C o u p e à g a u c h e , p o u r le d é c o l l e t a g e , g é n é r a l e m e n t d a n s les d i a m è t r e s 1 à 12 m m avec l o n g u e u r s d ' h é l i c e de 12 à 100 m m , par paliers de 0,2 à 0,5 m m .

Hélice à droite de 15° Pour les l a i t o n s , g é n é r a l e m e n t d a n s les d i a m è t r e s de 1 à 12 m m , avec l o n g u e u r s d ' h é l i c e de 12 à 100 m m par p a l i e r s d e 0,2 à 0,5 m m .

Forets série extra longue

Hélice à droite de 40° Coupe à droite, pour alliages d ' a l u m i n i u m , g é n é r a l e m e n t dans les d i a m è t r e s 1 à 12 m m , par paliers de 0,1 à 0,5 m m avec long u e u r s d ' h é l i c e de 12 à 100 m m .

FIGURE 11.5 Forets à queue cylindrique, a - Forets monoblocs en acier rapide (Doc. Leclerc) b - Forets mini-standard en carbure revêtu et trous de lubrification (Doc. Novex) c - Foret à embout carbure, goujures mixtes, trous de lubrification (Doc. Sumitomo-Electric)

Nota : A percussion avec rotation. Pour m a t é r i a u de g é n i e civil, hélice à 28° et c o u p e à d r o i t e , d a n s les d i a m è t r e s 3 à 13 m m par paliers de 0,5 à 1 m m et l o n g u e u r s d ' h é l i c e de 30 à 90 m m , avec p l a q u e t t e brasée en c a r b u r e nuance « bâtiment».

364

Guide de l'usinage

IIIIIIBIIIW

(NF E 66 068). G é n é r a l e m e n t d a n s les d i a m è t r e s 1 à 30 m m , par paliers de 0,1 à 2 m m , avec l o n g u e u r s des g o u j u r e s de 33 à 200 m m . U s i n a g e des alliages d ' a l u m i n i u m . Les d i a m è t r e s s o n t l i m i t é s à 12 m m en g é n é r a l , par paliers de 0,2 à 0,5 m m avec l o n g u e u r s de g o u j u r e s de 30 à 130 m m .

Série extra-longue (NF E 66-075). G é n é r a l e m e n t d a n s les d i a m è t r e s de 3 à 12 m m avec l o n g u e u r s de g o u j u r e s de 120 à 300 m m .

Forets à queue conique Ils s o n t n o r m a l i s é s s u i v a n t p l u s i e u r s séries, avec q u e u e s a u x c ô n e s M o r s e de C M 1 à C M 6 , en f o n c t i o n des d i a m è t r e s , soit : (fig.11.6).

Série courte, dite normale (NF E 66-071), Hélice à d r o i t e 30°, génér a l e m e n t de d i a m è t r e s : 6 à 14 m m avec q u e u e C M 1 ; 14,25 à 23 m m avec q u e u e C M 2 ; 23,25 à 31,75 m m avec q u e u e C M 3 ; 32 à 50 m m avec q u e u e C M 4 ; 51 à 75 m m avec q u e u e C M 5 ; 80 à 100 m m avec q u e u e C M 6 ; par p a l i e r s de 0,5 à 5 m m et g o u j u r e s de 57 à 300 m m , s e l o n les d i a m è t r e s . U s i n a g e des a l l i a g e s d ' a l u m i n i u m : h é l i c e à 40°, d e d i a m è t r e 10 à 30 m m g é n é r a l e m e n t , avec g o u j u r e s d e 87 à 175 m m s e l o n les d i a m è t r e s .

a

Denture hélicoïdale à droite 30° Coupe à droite

Forets série extra-longue Queue cône Morse Acier Super Rapide : HSS

n M

J

—-x, FIGURE 11.6 Forets à queue conique, a - Forets monoblocs en acier rapide supérieur (Doc. Leclerc) b - Forets à plaquettes carbure rapportées et trous de lubrification (Doc. Novex)

Série longue (NF E 66-070). G é n é r a l e m e n t de d i a m è t r e s 5 à 14 m m avec C M 1 ; 15 à 22 m m avec C M 2 ; 24 à 30 m m avec C M 3 ; 32 à 50 m m avec C M 4 .

Série extra-longue (NF E 66-076). G é n é r a l e m e n t de d i a m è t r e s : 6 à 11,5 m m avec C M 1 ; 12 à 23 m m avec C M 2 ; 24 à 30 m m avec C M 3 ; avec des l o n g u e u r s taillées de 120 à 275 m m (fig. 11.6).


365

Définition géométrique (NF E 66-502) On c o n s i d è r e p o u r c h a q u e partie active, q u i c o m p r e n d u n e arête de c o u p e p r i n cipale, les a n g l e s de l ' u t i l i s a t e u r , o u t i l en m a i n , avec les d i r e c t i o n s de c o u p e et d ' a v a n c e s u p posées o r t h o g o n a l e s (fig.11.7). Foret hélicoïdal b - Foret à p l a q u e t t e s carbure indexées (Doc. Novex)

FIGURE 11.7 Définition géométrique des forets (angles de l'utilisateur).

Face de coupe, c o n s t i t u é e par la g o u j u r e sur laquelle s ' é v a c u e le c o p e a u . Face de dépouille, au r e g a r d de la surface t r a v a i l l é e . Arête de coupe principale, i n t e r s e c t i o n des faces de c o u p e et de d é p o u i l l e . Elle p e u t être en c u i l l è r e o u avec b r i s e - c o p e a u x p o u r p l a q u e t t e s en c a r b u r e . Arête de pointe (ou centrale) i n t e r s e c t i o n des faces de d é p o u i l l e des f o r e t s m o n o b l o c s . Angle de pointe ou au s o m m e t ôr (delta r), f o r m é par les d e u x arêtes de c o u p e , d a n s le plan Pr. La p o i n t e peut être c o n ç u e o u a f f û t é e de d i f f é r e n t e s f o r m e s p o u r o b t e n i r : o p t i m i s a t i o n avance, e f f o r t de p o u s s é e r é d u i t , n o n - d é v i a t i o n à l ' a t t a q u e . Plan de référence Pr q u i passe par l'axe d u c o r p s d ' o u t i l . Angle de direction d'arête K r (kappa r) f o r m é par le plan d ' a r ê t e Ps et le p l a n de t r a v a i l Pf, dans le plan de référence Pr. Angle de coupe orthogonal 70 ( g a m m a o) f o r m é par la face de c o u p e et le plan de référence Pr, d a n s le plan o r t h o g o n a l Po.

366

Guide de l'usinage

Angle de dépouille orthogonal ao (alpha o) f o r m é par la face de d é p o u i l l e et le p l a n d ' a r ê t e Ps, dans le plan o r t h o g o n a l Po. Angle de taillant ßo (bêta o) de v a l e u r 90°- ( 7 0 + ao). Angle d'inclinaison d'arête \ s ( l a m b d a s) f o r m é par l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e et le plan de référence Pr, d a n s le plan d ' a r ê t e Ps. Bec, i n t e r s e c t i o n de l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e avec le listel : g é n é r a l e m e n t à a n g l e v i f ; évent u e l l e m e n t avec biseau be (b epsilon) (accroît la d u r é e de v i e d ' o u t i l : f o r e t s de g r o s d i a m è t r e ou à plaquettes carbure).

Vitesse d'avance Elles v a r i e n t s e l o n les m a t é r i a u x , o u t i l et pièce à usiner et s u i v a n t des plages de d i a m è t r e des forets. Elle est d ' a u t a n t plus g r a n d e q u e le d i a m è t r e d u f o r e t est g r a n d (résistance aux e f f o r t s de c o u p e et de poussée). Les f o r t e s avances c o n v i e n n e n t à la c o u p e s o u s l u b r i f i c a t i o n .

Avances par tour f z 0,02 à 0,80 m m / t r p o u r les f o r e t s en acier r a p i d e (fig. 11.8). 0,01 à 0,80 m m / t r p o u r les f o r e t s en c a r b u r e , m o n o b l o c et à e m b o u t brasé (fig. 11.9). 0,05 à 0,30 m m / t r p o u r les f o r e t s à p l a q u e t t e s o u e m b o u t c a r b u r e i n d e x é s (fig. 11.10).

Forte avance S ' a s s u r e r q u e l ' o u t i l ne t a l o n n e pas. Outils m o n o b l o c s . L'angle de d é p o u i l l e sera r e l a t i v e m e n t g r a n d : é v i t e le t a l o n n a g e au v o i s i n a g e d u c e n t r e de l ' o u t i l . O u t i l s d e g r a n d d i a m è t r e , à p l a q u e t t e s c a r b u r e i n d e x é e s . Les d é p o u i l l e s s e r o n t d i f f é r e n t e s e n t r e les p l a q u e t t e s (plus g r a n d e s sur celles situées en p o s i t i o n d i a m é t r a l e e x t r ê m e ) .

Mâltèrés à usiner Aciers jusqu'à 50 daN/mrn

Vitesses de coupe m/mm

02 àS

Avances en mm par tour suivant diamètres 9 10 â 20 Ö 28 à W$f~ ~ « 30 è 40

m

2

Ac ers de SO è 7 0 daN/mrn 2

0,03 à 0.1

0,25 à 0,35

ers de 7 0 à 9 0 daN/mm 2 .

0,2

ers de plus de 9 0 daN/mm 2

0.02 à 0,07

ers inox bonne usinabilité.

0,02 à 0,06

Inox mauv. usin, et réfractaires

0.02 à 0,06


0.03 à 0,12

Laiton sec Jusqu'à 58 % Cu.

à 0,3

Huile soluble 0.3

à 0,4

0,3

à 0.4

Huile soluble Huile soluble Huile soluble

0,12 à 0.3 0.1

à 0,18

0,3

à 0.4

Laiton gras au-dessus de 59 % Cu .

0,35 à 0.5 0,35 à 0,5 0,5

à 0,63

0,7

à 1

0,5

à 0,7

0,4 à 0,5

Bronze .

Huile soluble - A sec Huîf® soluble - A sec Huile soioble Huile soluble

vre élecîfolyîique .

0,15 à 0,25

ages légers ,

Huile soluble - A sec - Pétrole

Matières plastiques tendres Matières plastiques dures

A sec - Air comprimé 0,03 à 0.08

FIGURE 11.8 Vitesses de coupe et d'avance préconisées en perçage avec forets en acier rapide.

11. Procédés de perçage j}|p!iiSp;'H: "

Huile soluble

A sec - Air comprimé

Doc. Leclerc

367

Vitesse* d . coupe

Matières à «siner Aciers ¡usqu'4 7 0 d a N / m m

2

mmpar îuur

Avances on jusqu'à 0 8 010420

suivant diamètres 026;44O BSOetpIl»

Lubrifiant*

«

30 à 40

0.03 à 0.04

0,04 4 0.06

0.06 4 0.08

0.08 4 0.15

Huile de c o u p e • H u i l e s o l u b l e

40 4 70

0,03 4 0,04

0.04 à 0,05

0.06 4 0,07

0,07 4 0,1

Huile de c o u p e - Huile s o l u b l e

....

30 4 40

0.02 4 0.03

0.03 4 0,04

0.04 4 0.05

0.06 4 0.08

Huile d e c o u p e . Huile soluble

. . .

16 4 2 6

0.02 4 0,03

0.03 4 0.04

0.04 à 0,05

0.05 4 0.06

Huile de c o u p e - Huile soluble

Aciers inoxydables < 1 0 0 d a N / m m 2 .

30 4 45

0,02 4 0,03

0.03 4 0.04

0,04 4 0,06

0.06 4 0,08

Huile d e c o u p e - Huile soluble

15 4 2 5

0.02 a 0.03

0,03 4 0.04

0,04 4 0,05

0.05 4 0,06

Huile de c o u p e - Huile soluble

5 4 15

0.01 4 0.02

0,02 4 0.03

0,03 4 0.04

0,04 4 0,05

A sec

Fonte malléable < 1 6 0 HB

30 4 70

0,03 4 0,04

0.05 4 0,06

0 . 0 8 4 0.1

0,15 4 0.2

A sec

Fonte dure de 1 8 0 à 2 5 0 HB

50 4 80

0,03 4 0.04

0,04 4 0,05

0,06 4 0.08

0,0840,12

A sec

Fonte de 3 0 0 à 3 5 0 HB

1 0 4 15

0.02 4 0.03

0.03 4 0,04

0.05 4 0,07

0,08 4 0,10

A sec

à

A sec

Aciers de 7 0 4 1 0 0 d a N / m m 2 Aciers de 1 0 0 à 1 3 0 d a N / m m 2 Aciers de plus d e 1 4 0 d a N / m m 2

Aciers inoxydables > 1 0 0 d a N / m m

2

.

Aciers au manganèse 1 4 %

Cuivre - L a i t o n s • Bronze

6 0 4 110

0.04

0,05

0.06 4 0.08

0,08 4 0,1

0,1

Alliages légers

50 è 1 30

0.04 4 0.06

0.08 4 0,12

0,15 4 0.2

0.25 4 0.3

A sec

Epoxy

4 0 4 100

0.04 4 0,05

0,06 4 0.08

0.10 4 0,15

0,16 4 0.2

A sec

15 4 3 0

0,03 4 0,04

0.03 4 0.04

0,06 4 0.06

0,07 4 0.08

A sec

5 4 12

0,006 4 0.01

0,01

0,01

0.01

A sec

Bakélite - Plastiques d u r s - Verre , . . Porcelaine

4 0,15

Huile s o l u b l e

Air c o m p r i m é

FIGURE 11.9 Vitesses de coupe et d'avance préconisées en perçage avec forets en carbure monobloc.

Doc.

Leclerc

Valeurs indicatives pour l'application des forets SE-Drill Gr. d'us* Matières 1

Aciers non-alliés (C < 0,2 %) Aciers non-alliés (C 0,2-0,3%) Aciers non-alliés (C 0,3-0,4%) Aciers alliés Aciers non-alliés (C 0,4-0,5%) Aciers alliés

2 3 4

Exemples

Vitesse de Avance par tour f en mm pour 0 de trou. coupe vc en m/min 3 5 8 12

500 Nimm!

St37; C15

120

0,06-0,12 0,10-0,18 0,14-0.30 0,20-0.40 0.25-0.50 0,25-0.60

600 N/mm'

St42; GS45

100

0.07-0,14 0.12-0,20 0,14-0,30 0,20-0,40 0.25-0,50 0,25-0,60

700 N/mm'

St50; C35; GS52

80

0,07-0,14 0,12-0.25 0,16-0,35 0,25-0,45 0,30-0.60 0,35-0,60

650 N/mm2 800 N/mm2

16MnCr5 St70; C45; GS60

70

0,07-0,14 0.12-0,25 0.16-0,35 0,25-0,45 0.30-0,60 0,35-0,60

34CrMo4 42CfMo4 ; 50CrV4 32CrMo12; 50CrNi13; C60 100Cr6; 90MnCrV8 X210Cr12; 34CrAINi7 GG20; GGG40; GTS45 GG30; GGG50; GTS55 GG40; GGG60; GTS65 GGG70; GTS70

60 50 40 30-40 80 60 50 40

0,06-0,12 0,06-0,12 0,05-0,10 0.05-0,10 0,10-0.20 0.10-0,20 0,08-0,18 0,07-0.18

Résistance

700 N/mm» 800 N/mm2 900 N/mm2 Aciers alliés 1000 N/mm2 > 1000 N/mmi 150-200 HB Fonte 200-220 HB GG, GGG. GTS 220-250 HB 250-320 HB

S

6 7 a 13 14 15 16

0,10-0,18 0,10-0,18 0,08-0,15 0,08-0,15 0,20-0,50 0,20-0,45 0,16-0,40 0,14-0,30

0,14-0,25 0.14-0,25 0,12-0,20 0,12-0,20 0.30-0.60 0.30-0,50 0.25-0.45 0,20-0,40

0,16-0,35 0,16-0.35 0,14-0,25 0,14-0,25 0,40-0.70 0,40-0,60 0,30-0,50 0,25-0,40

16

0,20-0,45 0,20-0.40 0.16-0,35 0,16-0,30 0,40-0,80 0,40-0,70 0,30-0,60 0,30-0,50

20

0,25-0.50 0,25-0,45 0,20-0,40 0,20-0,35 0,40-0,90 0,40-0,80 0,30-0,70 0.30-0.60

FIGURE 11.10 Vitesses de coupe et d'avance préconisées en perçage avec forets en carbure (monobloc, embout, plaquettes)

Vitesse de coupe Elles s o n t d é f i n i e s e n f o n c t i o n des m a t é r i a u x à usiner et des o u t i l s , p o u r des p r o f o n d e u r s de perçage : 2 D avec f o r e t s c a r b u r e ; d é b o u r r a g e t o u s les 2 D avec f o r e t s en acier r a p i d e .

Profondeur maximale de perçage A v e c f o r e t e n c a r b u r e : de 3 à 4 D, s o u s une b o n n e é v a c u a t i o n des c o p e a u x ; de 6 D s o u s lubrif i c a t i o n f o r c é e (par l ' o u t i l ) .

Facteur de correction de la vitesse de coupe 1,2 D p o u r les p e r ç a g e s d e p r o f o n d e u r i n f é r i e u r e à 2 D ; 0,8 D p o u r des p r o f o n d e u r s s u p é rieures à 2 D.

368

Guide de l'usinage

—

—

Plage des vitesses de coupe

a

Elles v a r i e n t s e l o n les m a t é r i a u x , de : 5 à 80 m / m i n p o u r f o r e t s en acier r a p i d e (fig. 11.8). 5 à 150 m / m i n p o u r f o r e t s à e m b o u t c a r b u r e brasé et c a r b u r e s m o n o b l o c s (fig. 11.9). 30 à 400 m / m i n p o u r f o r e t s à p l a q u e t t e s o u e m b o u t c a r b u r e i n d e x é s (fig. 11.10). Arrosage : Nécessaire à g r a n d d é b i t p o u r assurer la c o u p e sans d é t é r i o r a t i o n rapide de l'outil.

Puissance nécessaire à la coupe Pw À d é t e r m i n e r en c o n s i d é r a n t l ' e f f o r t t a n g e n t i e l de c o u p e F c (fig. 11.11). Puissance utile de perçage P„ = f. D. Ka. V / 1 8 0 avec : f D Ka V

= = = = =

a v a n c e par t o u r en m m d i a m è t r e d u f o r e t en m m p r e s s i o n s p é c i f i q u e de c o u p e , en N / m m 2 vitesse de c o u p e en m / m i n r e n d e m e n t de la m a c h i n e .

FIGURE 11.11

Efforts de coupe en perçage (pleine matière).

4

Mise en œuvre des perçages Forets hélicoïdaux monoblocs en acier rapide U s i n a g e de la p l u p a r t des m a t é r i a u x , à t o u s d i a m è t r e s avec vitesse de c o u p e a d a p t é e . M a t é r i a u x d i f f i c i l e m e n t u s i n a b l e s . U t i l i s e r des f o r e t s en acier r a p i d e a d d i t i o n n é d e c o b a l t ( = 5%). A m é l i o r a t i o n de l'état de surface des t r o u s . Utiliser des f o r e t s en acier r a p i d e revêtu T I N (1 à 4 jj.m de n i t r u r e de t i t a n e sur les parties actives) : d i m i n u t i o n de l ' e f f o r t de c o u p e et de l ' u s u r e d ' o u t i l ; b o n n e résistance à l ' a b r a s i o n et à la c o r r o s i o n .

Forets hélicoïdaux monoblocs en carbure Revêtus o u n o n revêtus, ils o n t u n e g r a n d e d u r é e de vie, avec : des vitesses de c o u p e élevées ( j u s q u ' à 120 m / m i n d a n s les aciers a l l i é s ) ; de f o r t e s a v a n c e s ( j u s q u ' à 0,6 m m / t r p o u r les plus gros diamètres.

11. Procédés de perçage

369

Ils p r o d u i s e n t u n e f a i b l e s u r c o t e de perçage (0,02 à 0,05 m m ) avec : u n e b o n n e p r é c i s i o n de p o s i t i o n n e m e n t ; u n très b o n état de surface. Leurs d i a m è t r e s les p l u s c o u r a n t s s o n t de 3 à 20 m m .

Forets à plaquettes carbure indexées ou brasées A v e c des p l a q u e t t e s s p é c i f i q u e s en f o r m e et m a t é r i a u , r e v ê t u e s ( c a r b o n i t r u r e de t i t a n e o u A l 2 0 3 ) o u n o n revêtues, à g o u j u r e s d r o i t e s o u hélicoïdales : perçage de t o u s m a t é r i a u x ( d o n t exot i q u e s , aciers f o r t e m e n t alliés, a l l i a g e s d ' a l u m i n i u m , p l a s t i q u e s ) d a n s les d i a m è t r e s de 17 à 30 m m en g é n é r a l . Vitesses de c o u p e très élevées ( j u s q u ' à 400 m / m i n ) s o u s a r r o s a g e par le c o r p s d ' o u t i l , j u s q u ' à des p r o f o n d e u r s de 10 d i a m è t r e s .

Revêtement des plaquettes Il s ' o p p o s e à la f o r m a t i o n d ' a r ê t e r a p p o r t é e et assure u n e l o n g u e d u r é e de vie f a v o r a b l e en production entièrement automatisée.

Goujures droites Elles f a c i l i t e n t l ' é v a c u a t i o n des c o p e a u x f r a g m e n t é s : le c o r p s d ' o u t i l est r i g i d i f i é , r é d u i sant d é v i a t i o n et v i b r a t i o n s é v e n t u e l l e s (fig. 11.12).

Corps d'outil Sa r i g i d i t é a s s u r e : u n e t r è s b o n n e p r é c i s i o n en r e c t i t u d e et d i a m é t r a l e j u s q u ' à la p r o f o n d e u r de 4 d i a m è t r e s ; la n o n - d é v i a t i o n à l'attaque (erreur de positionnement de q u e l q u e s c e n t i è m e s ) ; un b o n état de surface (0,8 Ra).

Utilisation En particulier, u s i n a g e d a n s les cas d i f f i c i l e s : t r o u s avec b a v u r e s d ' e s t a m p a g e ; a t t a q u e sur face f o r g é e , c o u l é e o u l a m i n é e , c o u r b e o u inclinée; coupe interrompue. S e l o n l e u r d i a m è t r e , d e 16 à 60 m m , le n o m b r e de p l a q u e t t e s v a r i e d e 1 à 7 (avec l u b r i f i c a t i o n par le c o r p s d ' o u t i l ) . Les f o r e t s à p l a q u e t t e s o u e m b o u t s c a r b u r e r a p p o r t é s , avec l u b r i f i c a t i o n par le c o r p s d ' o u t i l , o n t des d i a m è t r e s g é n é r a l e m e n t de 10 à 22 m m (fig. 11.13).

DE

3

FAIT

D,

Lt X, Coupe à droite, modèle court, avec arrivée axiale du liquide de refroidissement

FIGURE 11.12 Foret plaquettes carbure à goujures droites (type stardrill B.3020). Doc. Novex

FIGURE 11.13 geable.

Foret à embout carbure rapporté interchanDoc. Iscar

Centrage des trous en bout d'arbre (Centres de prise de pièces c y l i n d r i q u e s ) Utiliser les f o r e t s à c e n t r e r (NF E 66.051, A , B, R o u W et DIN 333, A , B, R o u W ) en série n o r m a l e , l o n g u e et e x t r a - l o n g u e , avec arêtes c o u p a n t e s au p r o f i l a n g u l a i r e de 60° (fig. 11.14).

370

Guide de l'usinage

Type A

^

s

D

d

L

h8

k12 ±1

Angles 60° 118° ~ 0 ±12 -30'

Type B O

¡t TJ D

d

L

h8 kl 2

±1

K

Angles 60° 120° 118°

k12 - 0 -30'

-0

±2

-4°

Type R

118° h8

k12

±1

1.25R

±2

M

Type W D

d

L

h8

kl 2

±1

Angles

60° 118° -0

±2

-30

Pour machines à centrer D

d

L

h8

k12

±1

Angles 60° 118° -0 -30

RE 11.14 Différents forets à centrer.

Procédés de perçage

P

I

-0

-0,1

Doc. Magafor 371

Forets à centrer de type A (NF 66.051) Ils p e r m e t t e n t u n i q u e m e n t de réaliser le profil angulaire de 60°. Les diamètres courants D x d sont de : 2 x 0,5 à 31,5 x 12,5 m m .

• • • • • • • • • • • • F o r e t s à centrer de type

B - ! M M M M I I W M B W M M

Réalisation du profil de 60° et d ' u n chanfrein de protection de 120° et facilitant la prise autom a t i q u e des pièces entre pointes. Les diamètres courants D x d sont de 3 x 0,5 à 31,5 x 10 m m .

Forets à centrer de type R Réalisation d ' u n p r o f i l c u r v i l i g n e , assurant une g r a n d e précision de prise de pièce entre p o i n t e s ; portée tangentielle précise de la pointe support, t o u t en protégeant le centre contre les chocs). Les diamètres courants D x d sont de 3 x 0,5 à 31,5 x 12,5 m m .

Forets à centrer type W (NF E 66.051 - W et DIN 333 - W). Avec un bourrelet qui renforce l'outil et produit une rainure circulaire (améliore la lubrification de la pointe support). Les diamètres courants sont de 3 x 0,5 à 25 x 10 m m .

Série longue La l o n g u e u r totale des forets à centrer varie de 60 à 200 m m .

Les forets à centrer, de type A, B et R, sont à coupe à gauche, dans les diamètres courants D x d de 3,15 x 0,5 à 20 x 8 m m .

Machines à centrer-dresser Les forets de t y p e A, B, R, peuvent être conçus avec un plat sur le diamètre D pour recevoir une plaquette (carbure) de dressage simultané.

Trous de taraudage en bout d'arbre En travaux de série, utiliser des forets réalisant en une seule opération : perçage du cône de prise de pièce, du t r o u de taraudage et c h a m b r a g e de l'entrée du taraud. Les forets à centrer-percer-chambrer sont des types A, B, R, pour les diamètres de taraudage de M4 à M24. Pour machines à centrer-dresser, ils peuvent avoir : un plat de l o g e m e n t d ' u n e plaquette (carbure) de dressage; des rainures de lubrification.

Pointage des trous à positionnement précis Sur MOCN, utiliser les forets à pointer, en série n o r m a l e et en série l o n g u e (200 m m pour les grands diamètres) (fig. 11.15). Ils sont conçus à coupe à droite ou à gauche : aux diamètres 3 à 12 m m ; à queue c o n i q u e (CM) pour les grands diamètres (de 16 à 25 m m ) ; de rigidité équivalente aux forets de perçage. Utilisation systématique pour positionner les perçages avec MOCN.

372

Guide de l'usinage

Forets à pointer d'angle de pointe à 120° I d e n t i q u e à c e l u i des f o r e t s d e perç a g e ; t o u t e p o s s i b i l i t é de d é v i a t i o n à l ' a t t a q u e est s u p p r i m é e . Les d i a m è t r e s c o u r a n t s s o n t de 3 à 25,4 m m .

Angle 120": L'avant-trou obtenu par le foret NC raagatoi? correspond â l'angle en bout de l'outil de perçage et évite à celui-ci de dévier.

Forets à pointer d'angle de pointe à 90° (NF E 66.052) À utiliser d ' u n d i a m è t r e s u p é r i e u r à c e l u i d u f o r e t de perçage, a s s u r a n t p o i n t a g e et c h a n f r e i n a g e d u t r o u d a n s u n e seule o p é r a t i o n . Les d i a m è t r e s c o u r a n t s s o n t d e 2 à 25,4 m m .

Angle 90°: En utilisant le foret NC cwiapfe? de diamètre supérieur à l'outil de perçage, on obtiendra centrage et chanfreinage en une seule opération.

FIGURE 11.15

Forets à pointer. Doc Magafor

Perçage des trous de taraudage En t r a v a u x d e série, utiliser des f o r e t s étagés réalisant en u n e seule o p é r a t i o n p e r ç a g e et chanf r e i n a g e d u t r o u (fig. 11.16).

m 3=

f j-—d

\

i

-—D

h8 -0 -0,05

f\ U

Conception : r i g i d e , à q u e u e c y l i n drique (diamètre de queue supérieur au d i a m è t r e n o m i n a l ) ; p o u r les diam è t r e s de t a r a u d a g e M 3 à M 1 2 avec l o n g u e u r s de p e r ç a g e de 8 à 30 m m selon diamètre.

90°

FIGURE 11.16 +l +0

Foret étagé de perçage-chanfreinage avant taraudage. Doc Magafor

Perçage des trous de taraudage avec tête de vis à 90° et avant-trous En t r a v a u x de série, utiliser des f o r e t s é t a g é s (fig. 11.17). Ces f o r e t s s o n t conçus :

h 9 ±0.05


FIGURE 11.17

Foret étagé de perçage avant-trou et tête de vis. Doc Magafor

373

À queue cylindrique p o u r d i a m è t r e s de t a r a u d a g e M 3 à M 1 2 avec l o n g u e u r de perçage d u t r o u de t a r a u d a g e de 9 à 30 m m s e l o n les d i a m è t r e s . À queue conique : C M 1 , p o u r d i a m è t r e s de t a r a u d a g e M 8 à M 1 2 ; C M 2 p o u r M 1 4 à M 2 0 ; long u e u r de perçage de 20 à 48 m m , s e l o n les d i a m è t r e s .

Chambrage des logements des têtes de vis Logements des têtes de vis fraisées, conicité 90° Utiliser des f o r e t s étagés, des fraises à c h a m b r e r , des fraises à noyer.

Forets étagés Réalisation, en u n e seule o p é r a t i o n , d u passage de vis et d u l o g e m e n t de la tête de vis. De c o n c e p t i o n en ARS, à g o u j u r e s hélicoïdales, p o u r v i s des d i a m è t r e s M 2 à M 1 2 , l o n g u e u r s de p e r ç a g e d u passage de vis 6 à 28 m m , s e l o n les d i a m è t r e s (fig. 11.18). Pour des p e r ç a g e s p r o f o n d s d a n s les m a t é r i a u x t e n d r e s ( a g g l o m é r é s . . . ) et d ' a c c è s d i f f i c i l e d a n s les p r o f i l é s , o n utilisera des f o r e t s étagés de série l o n g u e . Forets étagé avant-trou taraudage Angle de passage des 2 diamètres a 90° Queue cylindrique Denture hélicoïdale à droite 30° Double goujure Coupe à droite acier Super Rapide

FIGURE 11.18

Foret étagé pour avant-trou de taraudage et passage de vis.

Doc.

Leclerc

Fraises à chambrer M o n o b l o c s , p a r t i e a c t i v e et p i l o t e , avec queue d'entraînement. Le p i l o t e assure le c e n t r a g e de l ' o u t i l d a n s le t r o u p r é a l a b l e m e n t percé (au d i a m è t r e de p a s s a g e de v i s o u de t r o u d ' a v a n t t a r a u d a g e ) ; il est à a j u s t e m e n t f i n o u m o y e n , s e l o n la p r é c i s i o n d e c o a x i a l i t é d é s i r é e (fig.11.19). Elles s o n t de c o n c e p t i o n : à q u e u e c y l i n drique pour vis de d i a m è t r e M1 à M 1 2 ; à q u e u e c o n i q u e ( C M 2 à C M 3 , s e l o n les diamètres) p o u r vis M 1 2 à M16.

FIGURE 11.19

Fraise à chambrer monobloc. Doc.

374

Magafor

Guide de l'usinage

Fraises à noyer M o n o b l o c s , avec t r o i s d e n t s a s s u r a n t : a u t o - c e n t r a g e d a n s le t r o u p r é a l a b l e m e n t p e r c é ; c o u p e sans v i b r a t i o n s (fig.11.20). Leurs d i m e n s i o n s c o u r a n t e s , au g r a n d d i a m è t r e d u c ô n e , s o n t de 4 à 50 m m avec : q u e u e c y l i n d r i q u e j u s q u ' a u diam è t r e 10, q u e u e c o n i q u e o u c y l i n d r i q u e au-delà de 10 m m . Elles p e r m e t t e n t é g a l e m e n t le c h a n f r e i nage (voir c h a p i t r e « Procédés de fraisage »).

Logements des têtes de vis à fond plat (cylindriques, hexagonales...) Utiliser des f o r e t s étagés, des fraises à c h a m b r e r , des fraises à l a m e r et c h a m b r e r .

Forets étagés R é a l i s a t i o n , en u n e s e u l e o p é r a t i o n d u p a s s a g e de v i s et d u l o g e m e n t d e la t ê t e d e v i s (fig. 11.21).

Foret étagé pour chambrage Logement des vis six pans creux Angle de passage des 2 diamètres a 180° Queue cône Morse

FIGURE 11.21

Foret étagé pour tête de vis à fond plat.

Doc.

Leclerc

De c o n c e p t i o n en A R S , à g o u j u r e s hélicoïdales, ils s o n t : à q u e u e c y l i n d r i q u e p o u r les vis des d i a m è t r e s M 3 à M10, à q u e u e c o n i q u e p o u r les v i s M 5 à M20. L o n g u e u r de perçage de 13 à 43 m m s e l o n les diamètres.

Fraises à chambrer Pour c h a m b r a g e avec g u i d a g e de l ' o u t i l par le p i l o t e se c e n t r a n t d a n s le t r o u de passage de vis p r é a l a b l e m e n t percé. Le p i l o t e est à a j u s t e m e n t f i n o u m o y e n , s e l o n la p r é c i s i o n de c o a x i a l i t é désirée (fig. 11.22). Elles s o n t de c o n c e p t i o n m o n o b l o c : à q u e u e c y l i n d r i q u e p o u r v i s de d i a m è t r e s M 1 à M 1 2 ; à q u e u e c o n i q u e (CM2 à C M 4 , s e l o n les diamètres) p o u r les v i s de M 1 2 à M24.

FIGURE 11.22

Fraise à chambrer monobloc. Doc.


Magafor

375

Fraises à lamer et chambrer Pour c h a m b r a g e et l a m a g e à p a r t i r d u t r o u p r é a l a b l e m e n t percé g u i d a n t le pilote. De c o n c e p t i o n à q u a t r e d e n t s , en A R S o u à l a m e s en c a r b u r e b r a s é e s o u à p l a q u e t t e s a m o v i b l e s : à m o n t e r s u r q u e u e avec t e n o n d ' e n t r a î n e m e n t o u m o n o b l o c s et p i l o t e a m o vible. Les p i l o t e s r é d u i s e n t l ' o u t i l l a g e p o r t e - o u t i l ( e x e m p l e : les fraises à l a m e r des d i a m è t r e s 24 à 34 o n t un m ê m e d i a m è t r e d ' a l é s a g e supp o r t p i l o t e de 9,5 H7 (fig. 11.23).

Chambrage

FIGURE 11.23

Fraise à lamer et chambrer à pilote avec cône court. Doc.

Lamage

Guhring

Fraises à lamer pour moulistes À u t i l i s e r p o u r l o g e m e n t s des t ê t e s d ' é j e c t e u r s d a n s les m o u l e s m é t a l l i q u e s , avec a j u s t e m e n t p r é c i s d u pilote. Pour d i a m è t r e s d ' é j e c t e u r s d e 2 à 10 m m (fig. 11.24).

HSS 8% COBALT M42 0 éjecteur

ejector 2 2,5 S 4 5

FIGURE 11.24

6

Jeu de fraises à lamer pour moulistes (logements têtes d'éjecteurs).

10

Doc.

8

Dxd

L

d2

4,2x2,0 5,2x2,5 6,2 x 3,0 8,2x4,0 10,2x5,0 12,2 x 6,0 14,2x8,0 16,2x10,0

60 60 60 60 90 90 90 90

D D D D 10,0 10,0 12,5 12,5

Magafor

•5mPWi'ïïv-

Ebavurage des trous Utiliser des fraises c o n i q u e s à c h a n f r e i n e r à t r o u o u à dents. Elles p e u v e n t é g a l e m e n t réaliser des c h a n f r e i n s . Leur c o n i c i t é est g é n é r a l e m e n t de 90°, m a i s aussi de 60°, 82°, 100°, 120°.

376

Guide de l'usinage

Fraises à ébavurer à trou R e c o m m a n d é e s p o u r l ' u s i n a g e de matériaux t e n d r e s (alliages d ' a l u m i n i u m , p l a s t i q u e s . . . ) Leurs d i a m è t r e s à la base d u c ô n e s o n t de 10 à 80 m m (fig.11.25). Pour c h a q u e f r a i s e : d i a m è t r e m i n i m u m d u t r o u à é b a v u r e r = 1/2 d i a m è t r e de la base d u c ô n e , diam è t r e m a x i m u m = d i a m è t r e de la base d u c ô n e m o i n s 1 à 2 m m , s e l o n les fraises.

.

FIGURE 11.25

Fraise à ébavurer à trou. Doc. Magafor

''capacité

I

D

Angle

+ 0.3 - 0

+ 0 -I5

d

L

h9

± ]

*

Fraises à chanfreiner à une dent Elles p e u v e n t être utilisées en é b a v u r a g e , en particulier d a n s les m a t é r i a u x t e n d r e s (fig.11.26). Diamètre m i n i m u m du trou à ébavurer = 1 à 3 m m s e l o n les f r a i s e s , s o i t au v o i s i n a g e d u s o m m e t d u cône. M a t é r i a u x t e n d r e s (bois et a g g l o m é r é s , plastiques) et de f a i b l e épaisseur, e f f e c t u e r le perçage d u passage de vis et le c h a n f r e i n a g e dans u n e seule opération. Capacité m a x i m a l e de ces fraises = d i a m è t r e de la base d u cône. La c o n i c i t é peut être de 30°, 45°, 60°, 82°, 90°, 100°, 120° p o u r des d i a m è t r e s à la base d u c ô n e de 6 à 80 m m . FIGURE 11.26

Fraise à chanfreiner une dent. Doc. Magafor

Fraises à lamer conique À 3 o u 4 d e n t s , de c o n i c i t é 60° et 9 0 ° ; d i a m è t r e s à la base d u c ô n e = 8 à 46 m m . À m o n t e r sur s u p p o r t avec u n p i l o t e au d i a m è t r e d u t r o u p r é a l a b l e m e n t percé (fig. 11.27).

FIGURE 11.27

Fraise à lamer conique 3 dents, 60° et 90° ; avec pilote. Doc. Guhring


377

Fraises coniques «une taille» À c h a n f r e i n e r ( c h a p i t r e « Procédés de f r a i s a g e ») m o n o b l o c s à q u e u e c y l i n d r i q u e o u c o n i q u e : effectuent également l'ébavurage. Ces f r a i s e s s o n t de c o n i c i t é 60° et 90°, avec des d i a m è t r e s à la base d u c ô n e de 10 à 40 m m .

Perçage des trous à diamètre relativement grand U t i l i s e r les l a m e s « l a n g u e s d ' a s p i c » , les l a m e s s p i r a l e s , les f o r e t s de c a r o t t a g e , d a n s les pièces m i n c e s en particulier.

Lames «langues d'aspic» Perçage sans a v a n t - t r o u des d i a m è t r e s 5 à 130 m m , en général. Ces l a m e s se m o n t e n t sur p o r t e - o u t i l s spécifiques à queue conique. Lubrification. Par le c e n t r e d u p o r t e - o u t i l ; a s s u r e la m e i l l e u r e u t i l i s a t i o n ( l u b r i f i c a t i o n de la p o i n t e et é v a c u a t i o n des c o p e a u x ) (fig. 11.28). Affûtage. Sur les faces de c o u p e (les faces de d é p o u i l l e a y a n t g é n é r a l e m e n t des brisec o p e a u x ) : c o n s e r v e r l ' a m i n c i s s e m e n t de la p o i n t e q u i assure le c e n t r a g e d ' o u t i l et r é d u i t l ' e f f o r t de poussée.

FIGURE 11.28

Lame « langue d'aspic » et porte-lame. Doc. Leclerc

Lames spirales Perçage, avec u n a v a n t - t r o u p o u r a s s u r e r le g u i d a g e par un p i l o t e , des d i a m è t r e s 30 à 160 m m en g é n é r a l . Ces l a m e s se m o n t e n t sur porteo u t i l s s p é c i f i q u e s avec pilote. Les p o r t e - l a m e s s o n t c o n ç u s p o u r des paliers de d i a m è t r e s de perçage (exemple : porte-lame, avec p i l o t e de d i a m è t r e 46 m m , p o u r des l a m e s de 101 à 160 m m ) (fig. 11.29). Affûtage. O u t i l s à p r o f i l c o n s t a n t , a f f û t a b l e s de n o m b r e u s e s f o i s sur les faces de c o u p e (essentiell e m e n t ) t o u t en c o n s e r v a n t la s y m é t r i e des arêtes de c o u p e .

FIGURE 11.29

Lame spirale

a - avec éléments du porte-outil b - affûtages successifs de la lame

Doc. Leclerc

Conditions de coupe On c o n s i d è r e : vitesses de c o u p e de 20 % i n f é r i e u r e s à celles des f o r e t s de m ê m e m a t é r i a u (acier rapide) et vitesses d ' a v a n c e de 20 % s u p é r i e u r e s .

378

Guide de l'usinage

Vitesses de c o u p e : 8 à 30 m è t r e s / m i n u t e s e l o n les m a t é r i a u x . Vitesses d ' a v a n c e : 0,15 à 0,50 m m / t o u r s e l o n les d i a m è t r e s et les m a t é r i a u x usinés (fig. 11.30).

Diamètre des lames Matière

V m

Acier non allié jusquà 7 0 daN/mm 2

/ . min 20

f kw

Acier allié jusqu'à 8 0 daN/mm,*

15

f kw

Acier allié au-dessus

10

f kw

Acier doux

30

f kw

Fonte jusqu'à 200 Brinell

20

f kw

Fonte au-dessus de 2 0 0 Brinell

Cuivre et bronze

8 à 10

20

f kw f kw

Laiton Ms 5 8 - 5 0

30

t kw

80

100

125

25

33

40

50

62

0.20 255 1.25

0,20 200 1.70

0,25 160 2.10

0,32 125 3.30

0,32 100 4,10

0.40 80 6.80

0.50 65 8,80

0.50 50 10.60

0,20 190 1,50

0,20 190 2,70

0,25 120 2.00

0.25 95 2,50

0.30 80 3,90

0,30 80 4,80

0,40 BO 8,40

0.40 40 10,50

0,15 150 0,90

0,15 130 1,40

0.20 100 2,00

0.25 80 2,10

0.25 65 2.60

0.25 50 3,40

0.30 40 5,00

0,40 32 8.40

0.20 400 2.30

0,20 315 3,20

0,25 250 4.10

0,32 200 6,56

0.32 160 8,10

0,40 125 13,10

0.50 100 19,00

0,50 80 23,75

0.25 280 0.90

0,32 260 1,80

0.40 180 2.30

0.50 140 3.15

0.50 120 4,20

0.50 90 5,20

0.60 70 7,60

0.60 60 10.10

0.20 125 0.40

0.20 100 0,60

0.20 80 0.70

0,25 60 1,20

0,30 50 1,40

0,40 40 2,50

0.50 30 3.20

0.50 25 4.10

0.20 230 0,75

0.20 210 1.20

0.30 160 1,70

0,40 130 2.90

0,40 105 3.50

0,50 80 5.10

0,50 60 6.00

0,60 50 9.40

0.20 380 0.60

0,20 320 0,30

0.25 240 1,00

0.30 190 1.40

0.30 160 1.90

0.40 125 3,20

0.60 100 4,50

0,60 80 5.60

FIGURE 11.30 Conditions de coupe recommandées pour lames.

Doc. Leclerc.

Réalisation en u n e seule o p é r a t i o n , des t r o u s de g r a n d d i a m è t r e (de 120 à 220 m m , g é n é r a l e m e n t ) t o u t en p r o d u i s a n t u n e c h u t e c y l i n d r i q u e , la carotte. Ces f o r e t s , o u t ê t e s de c a r o t t a g e , s o n t c o n s t i t u é s d ' u n e c o u r o n n e s u p p o r t a n t les o u t i l s d e c o u p e . Ils se m o n t e n t sur des p o r t e - o u t i l s s p é c i f i q u e s (tubulaires). Ils p e r m e t t e n t de r é c u p é r e r de la m a t i è r e en perçage d e g r a n d s d i a m è t r e s d a n s des pièces de t o u t e s épaisseurs.

Perçage des trous longs Éviter la d é v i a t i o n d ' o u t i l d u r a n t sa t r a j e c t o i r e , avec : U n a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e K r (kappa r) m a x i m u m (voisin de 90°) a n n u l a n t les poussées latérales. Des p a t i n s d ' a u t o - g u i d a g e sur la tête de perçage, agissant après g u i d a g e à l ' a t t a q u e par u n e bague. Les f o r ê t s 3/4 avec tête de perçage (carbure...) p r o d u i s e n t des t r o u s l o n g s - le f o r a g e - avec p r é c i s i o n s c o u r a n t e s de : IT 7 à 9 ; Ra 0,4 à 1,6; c i r c u l a r i t é < 4 p,m (forets Outiltec) (fig. 11.31). La l u b r i f i c a t i o n s o u s - p r e s s i o n par le c o r p s d ' o u t i l est nécessaire p o u r la r é f r i g é r a t i o n et l'évac u a t i o n des c o p e a u x . M a c h i n e s à c o m m a n d e n u m é r i q u e , p o u r p r o g r a m m e r le p e r ç a g e avec d é b o u r r a g e : évacua-


379

t i o n des c o p e a u x o u arrêts t e m p o r i sés p o u r b r i s e r les c o p e a u x (facilit a n t leur é v a c u a t i o n ) o u m a c h i n e s p é c i f i q u e de f o r a g e p r o f o n d .

Schéma de principe d'un forage dans le plein avec évacuation des copeaux et lubrifiant en contre sens du ^

FIGURE

r t

11.31

Foret de perçage profond, a - foret 2 lèvres b - perçage pleine matière avec foret 3/4 c - perçage trou ébauché avec foret 3/4 Doc. Outiltec

forage

Schéma de principe d'un alésage avec évacuation des copeaux dans le sens de l'alésage

Cycles des perçages Les c o m m a n d e s n u m é r i q u e s des m a c h i n e s - o u t i l s par c o u p e , de t o u s t y p e s (perçage, f r a i s a g e , t o u r n a g e . . . ) c o m p o r t e n t des cycles de perçage a u t o m a t i q u e p o u r u n t r o u et un e n s e m b l e de t r o u s d é f i n i s d a n s le p r o g r a m m e d ' u s i n a g e (fig. 11.32).

Cycles de perçage et pointage P r o v o q u e le p e r ç a g e a u t o m a t i q u e à la p r o f o n d e u r p r o g r a m m é e .

Cycle de perçage - lamage - chambrage P r o v o q u e le perçage avec un arrêt t e m p o r i s é à la p r o f o n d e u r p r o g r a m m é e p o u r en assurer la p r é c i s i o n de l o n g u e u r de perçage.

Cycle de perçage profond avec débourrage P r o v o q u e des s é q u e n c e s s u c c e s s i v e s de p e r ç a g e de l o n g u e u r s v a r i a n t e n t r e la p r e m i è r e s é q u e n c e (P = 2 à 3 d i a m è t r e s d u f o r e t ) et la d e r n i è r e s é q u e n c e (Q = 1 à 0,5 d i a m è t r e ) ; la CN d é t e r m i n e les p r o f o n d e u r s i n t e r m é d i a i r e s . À c h a q u e s é q u e n c e , l ' o u t i l est d é g a g é d u t r o u p o u r évacuer les c o p e a u x ( d é b o u r r a g e ) . U t i l i s a t i o n : perçage p r o f o n d avec f o r ê t n o n l u b r i f i é par le c o r p s ; perçage p r o f o n d de matériaux à copeaux courts.

Cycle de perçage profond avec brise-copeaux P r o v o q u e des s é q u e n c e s s u c c e s s i v e s de p e r ç a g e à la f i n d e s q u e l l e s u n arrêt t e m p o r i s é de l'avance p r o d u i t la r u p t u r e des c o p e a u x . U t i l i s a t i o n : p e r ç a g e p r o f o n d de m a t é r i a u x à c o p e a u x l o n g s , avec f o r e t s l u b r i f i é s par le corps.

Cycles de positionnement automatique du foret Intégrés d a n s la CN de perceuses en p a r t i c u l i e r (fig. 11.33).

380

Guide de l'usinage

P1

V

Op

1

if arrêt temporisé

b - Cycle de perçage lamage et chambrage, cote précise. Arrêt temporisé

a - Cycle de perçage et pointage

arrosage par l'outil arrosage

c - Cycle de perçage profond avec débourrage g' = garde (automatique) avant l'avance travail

d - Cycle de perçage profond brise-copeaux

FIGURE 11.32 Cycles fixes de perçage sur MOCN.

ni FIGURE

11.33

Schéma de cycle de positionnement automatique en perçage. Doc. Sermac

Mouvements de génération • -

M o u v e m e n t de coupe donné : A l ' o u t i l sur perceuses, f r a i s e u s e s , centres d ' u s i n a g e , c e n t r e s de t o u r n a g e . À la pièce sur t o u r s , c e n t r e s de t o u r n a g e (avec t r o u c o n c e n t r i q u e à l'axe de r o t a t i o n de la pièce).


381

• I

Perçage, m o u v e m e n t de coupe donné à la pièce. A v e c f o r e t à arêtes r a p p o r t é e s et a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e Kr = 90° : il est p o s s i b l e de p e r c e r à u n d i a m è t r e s e n s i b l e m e n t s u p é r i e u r à c e l u i d u f o r e t (de 0,5 à 4 m m de d é p a r t d ' a x e d ' o u t i l ) (fig. 11.34). Perçage d é b o u c h a n t , il y a é j e c t i o n d ' u n e r o n d e l l e à la s o r t i e d ' o u t i l ( c a r t é r i s a t i o n impérative). Réduire la vitesse d ' a v a n c e de 20 à 50 %.

I FIGURE 11.34

Perçage avec foret (à plaquettes carbure) désaxé (pièce tournante). Doc. Comand

Appareillages porte-outils Ils d o i v e n t assurer m i s e en p o s i t i o n et d é m o n t a g e rapides d u f o r e t d a n s la b r o c h e , avec une excellente concentricité outil/porte-outil/broche.

Mandrins porte-foret Fixés sur q u e u e d ' e n t r a î n e m e n t , ils m a i n t i e n n e n t les f o r e t s à q u e u e c y l i n d r i q u e , avec serraged e s s e r r a g e rapide. Perçage critique. Risque de r u p t u r e de petits f o r e t s en perçage en p l e i n e m a t i è r e de m a t é r i a u x d u r s : c o n t r ô l e des e f f o r t s de c o u p e avec a p p a r e i l (à j a u g e s de c o n t r a i n t e s ) i n t e r m é d i a i r e e n t r e m a n d r i n et a t t a c h e m e n t ( s y s t è m e « I n t e l l i - T o o l » d e i S a n d v i k C o r o m a n t ) (fig. 11.35). Moniteur TM20Q0

Marmes

FIGURE 11.35

Opérations de

Système de contrôle des forces de coupe en perçage (et taraudage) Intelli Tool. Doc. Sandvik Coromant

perçage/taraudage

382

Guide de l'usinage

Mandrins à pinces De petits d i a m è t r e s à q u e u e c y l i n d r i q u e : a s s u r e n t u n e e x c e l l e n t e c o n c e n t r i c i t é o u t i l / p o r t e outil et un serrage efficace. Ils a c c e p t e n t des f r é q u e n c e s de r o t a t i o n élevées (20 000 t r / m i n ) sans v i b r a t i o n s .

Têtes de perçage Conçues p o u r o p t i m i s e r ( t e m p s de p r o d u c t i o n ; n o m b r e de phases) sur M O C N .

Tête à broches multiples P r o d u c t i o n de g r a n d e série ( u s i n a g e t r a n s f e r t ) : p e r ç a g e s i m u l t a n é de d i a m è t r e s et p r o f o n deurs d i f f é r e n t s o u n o n .

Têtes angulaires U s i n a g e , s u r m a c h i n e s à CN, d a n s des d i r e c t i o n s n o n c a r t é s i e n n e s sans a v o i r à c h a n g e r la pièce de p o s i t i o n ( n o m b r e de phases réduit) ; p e r ç a g e s de p o s i t i o n g é o m é t r i q u e précise (fig. 11.36). Les o u t i l s , avec leur p o r t e - o u t i l s respectifs, s o n t à c h a n g e m e n t rapide. FIGURE 11.36

Tête à renvoi d'angle (à changement rapide) Doc. Nikken

Machines de perçage Elles d o i v e n t assurer un p o s i t i o n n e m e n t r a p i d e et le p l u s précis p o s s i b l e des o u t i l s (perçages successifs sur une o u p l u s i e u r s pièces installées s u r t a b l e - m a c h i n e ) .

Perceuses à CN À b r o c h e v e r t i c a l e 3 axes (x y z) p o u r t o u s les t r a v a u x en p o i n t à p o i n t (perçage, t a r a u d a g e . . . ) (fig. 11.37). Du f r a i s a g e léger en p a r a x i a l est g é n é r a l e m e n t réalisable sur ces m a c h i n e s p o u r pièces à percer c o m p o r t a n t p e u de f r a i s a g e d a n s la phase.

0

FIGURE 11.37

Perceuse à commande numérique. Doc. Sermac

15. Procédés de tournage

383

Des cycles de recherche d ' o r i g i n e a u t o m a t i q u e (centre de surfaces p r i s m a t i q u e s et cylindriques), é q u i p e n t des perceuses à CN (fig. 11.38). Différentes figures g é o m é t r i q u e s situant un réseau de t r o u s identiques sont p r o g r a m m a b l e s , (perçages successifs a u t o m a t i q u e m e n t ) . M e n u s de perçage, p r o g r a m m a t i o n interactive par a p p r e n t i s s a g e o p t i m i s e n t la mise en œuvre. Capacité. Le d i a m è t r e de perçage m a x i m u m , dans l'acier, est g é n é r a l e m e n t de 40 m m et le taraudage de M 26, p o u r les perceuses à CN.

Centres de perçage Avec la t o u r e l l e porte-outils, perçage a u t o m a t i q u e de l ' e n s e m b l e des t r o u s de diamètres différents sur la plupart des pièces. Caractéristiques principales. Rapidité de c h a n g e m e n t d ' o u t i l s (quelques sec.); vitesse des d é p l a c e m e n t s ; précision de p o s i t i o n n e m e n t en x y (0,02 à 0,01 m m ) ; répétabilité à 0,005 m m ; p r o g r a m m a t i o n conversationnelle et banque de données.

3.

Procédés de perçage par érosion Procédés de perçage au laser in

—

M

m

Il

mini—

Perçage avec des lasers de puissance d é l i v r a n t des i m p u l s i o n s qui v a p o r i s e n t le m a t é r i a u usiné (voir « Procédés de découpe et assemblage »). Un puits capillaire se crée, dont les parois entrent en f u s i o n ; la vaporisation s'effectue dans l'axe du faisceau produisant une surpression qui éjecte la matière f o n d u e . Le perçage s'effectue en plongée (tamponnage) ou en découpe orbitale (trépannage), selon le diamètre du t r o u à obtenir.

Tamponnage Avec des i m p u l s i o n s dans l'axe du t r o u , on perce de petits diamètres limités par la focalisation du faisceau (quelques m m au m i n i m u m ) .

384

Guide de l'usinage

Trépannage A v e c des i m p u l s i o n s et u n m o u v e m e n t o r b i t a l de l ' o p t i q u e de f o c a l i s a t i o n , o n e f f e c t u e u n e d é c o u p e circulaire.

Conditions d'utilisation Profondeur de perçage Elle est l i m i t é e par le r a p p o r t p r o f o n d e u r / d i a m è t r e d u t r o u et la p o s s i b i l i t é d ' é v a c u a t i o n de part i c u l e s en f o n c t i o n des m a t é r i a u x usinés.

Vitesse de perçage Elle est t r è s r a p i d e , p a r t i c u l i è r e m e n t en p e r ç a g e t a m p o n n a g e . C'est le t e m p s de d é p l a c e m e n t d ' u n t r o u à l ' a u t r e q u i c o n d i t i o n n e la p r o d u c t i v i t é , avec le c h a r g e m e n t - d é c h a r g e m e n t de la pièce.

Utilisation Perçage de très petit d i a m è t r e et d e f a i b l e p r o f o n d e u r d a n s des m a t é r i a u x d i f f i c i l e m e n t usin a b l e s par des p r o c é d é s c o n v e n t i o n n e l s , tel q u e le perçage d u d i a m a n t . On l'utilisera é v e n t u e l l e m e n t en t r a v a u x de série d a n s d i v e r s m a t é r i a u x d u r s (fig. 11.39). L'usinage peut s ' e f f e c t u e r avec a t t a q u e sur des s u r f a c e s en d i f f é r e n t e s p o s i t i o n s , v o i r e p e u accessibles.

Machines Elles s o n t à pièce o u à laser m o b i l e (fig. 11.40). A v e c u n e m a c h i n e a d a p t é e , les p e r ç a g e s p e u v e n t s ' e f f e c t u e r dans t o u t e s d i r e c t i o n s .

Laser employé en perçage Du t y p e s o l i d e p u i s é YAG et v e r r e d o p é n é o d y m e ou A l e x a n d r i t e pour alliages c u i v r e u x , avec p o s s i b i l i t é d e t r é p a n n a g e par p e r ç a g e s successifs.

FIGURE 11.39

Opération de perçage au laser (aube de turbine d'avion). Doc. Lasag FIGURE 11.40

Élément de machine d'usinage au laser (perçage avec tête d'usinage BAK 4). Doc. Lasag

* 5. Procédés de tournage

385

Procédés de perçage par ultrasons Généralités Microcassure de la matière par p r o j e c t i o n de particules de p o u d r e abrasive en s u s p e n s i o n dans un liquide, situées entre la pièce et un barreau-outil (la sonotrode) v i b r a n t à fréquence élevée sous excitations ultrasoniques (voir « Procédés d'assemblage »). La t u r b u l e n c e créée par la cavitation, qui résulte d ' o n d e s de pressions et de dépressions successives en un m ê m e point, facilite la circulation de la solution abrasive. La cavitation est p r o v o q u é e par une densité de puissance acoustique (1 à 2 w a t t s / c m 2 pour l'eau, à la fréquence de 20 000 Hz).

Energie vibratoire Elle est c o m m u n i q u é e aux grains d'abrasif suivant l'avance de l'outil dans la pièce donnée par une légère pression. Les grains d'abrasif sont en suspension dans la lame liquide (l'eau généralement) située entre la pièce et la s o n o t r o d e et qui v i b r e dans la m ê m e direction que la sonotrode. Les m o u v e m e n t s vibratoires sont p r o v o q u é s par un générateur d'ultrasons dont les vibrations électriques sont t r a n s f o r m é e s en v i b r a t i o n s mécaniques par l'intermédiaire d ' u n transducteur. La s o n o t r o d e projette, c o m p r i m e et martèle les grains d'abrasif sur la pièce, produisant les m i c r o r u p t u r e s dans le matériau. Le g é n é r a t e u r é l e c t r o n i q u e de c o u r a n t basse f r é q u e n c e , réglable en puissance, f o u r n i t un signal c o m p r i s entre 20 000 et 40 000 hertz. À l ' e x t r é m i t é de la s o n o t r o d e est fixé un e m b o u t de la f o r m e du profil à obtenir en perçage (rond, carré, hexagonal...) qui reçoit le m o u v e m e n t d'avance rectiligne alternatif (sans autre mouvement). Le matériau utilisé pour l ' e m b o u t est g é n é r a l e m e n t en laiton ou en acier non t r e m p é (pas de contact avec la pièce).

Abrasif utilisé

mm «

Il doit être plus dur que le métal u s i n é ; g é n é r a l e m e n t le carbure de bore (le plus dur, après le d i a m a n t , léger, résistant aux agents c h i m i q u e s et de point de fusion élevé). Il est utilisé en p o u d r e de g r a n u l o m é t r i e (de 120 à 600) choisie en f o n c t i o n de la matière à usiner et de la précision à obtenir. Le perçage s'effectue g é n é r a l e m e n t en une seule passe. Pour obtenir une grande précision, plusieurs passes sont nécessaires avec des g r a n u l o m é t r i e s différentes.

Vitesse d'avance Elle d é p e n d du v o l u m e de matière à enlever et de contraintes t e c h n o l o g i q u e s . Il est préférable de percer des f o r m e s de petites sections. Contraintes technologiques A m p l i t u d e et fréquence des vibrations ; force statique entre la s o n o t r o d e et la pièce ; matériau à u s i n e r ; section de l ' o u t i l ; p r o f o n d e u r et section de perçage ( v o l u m e de matière à enlever); g r a n u l o m é t r i e et c o n c e n t r a t i o n de l'abrasif. La v a r i a t i o n d ' u n facteur a une incidence sur le t e m p s d'usinage. Temps de perçage : quelques m i n u t e s à quelques secondes (faibles profondeurs).

386

Guide de l'usinage

••••H


Dimensionnelle Elle est f o n c t i o n de l ' e m b o u t (outil de f o r m e travaillant en pénétration). Elle peut atteindre 5 à 10 |xm.

État de surface Elle est f o n c t i o n de la force statique appliquée sur la s o n o t r o d e , de la g r a n u l o m é t r i e de l'abrasif et de l ' a m p l i t u d e des vibrations. La rugosité des parois de t r o u s a u g m e n t e avec l ' a m p l i t u d e des v i b r a t i o n s de la sonotrode. Une légère conicité des t r o u s résulte du c h e m i n e m e n t des grains d'abrasif le long de l'outil et des v i b r a t i o n s transversales. »

•

m

m

b

b

^

^

Perçages de petites sections d é f o r m é q u e l c o n q u e , dans des matériaux très durs, cassants, fragiles (verre, c é r a m i q u e , carbures, s i l i c i u m , g e r m a n i u m . . . ) sans contraintes d ' u s i n a g e (thermique,

chimique,

mécanique)

et

ne

pouvant

pas

être

obtenus

avec

des

procédés

conventionnels.

De puissance entre 75 et 1 200 w a t t s ; m o u v e m e n t d'avance de broche avec guidage à haute p r é c i s i o n ; réglage de la pression d ' a v a n c e ; avec système d'injection et recyclage du liquide abrasif. Broche animée en rotation. Possibilité d'effectuer de petites fraisures. Certaines machines peuvent être équipées de plusieurs broches, pour o p t i m i s e r des usinages.


387

PROCÉD ES DE RECTIFICATION

1.

Généralités

391

2.

Procédés de rectification c y l i n d r i q u e

391

2.1

Rectification c y l i n d r i q u e d'extérieur

391

2.2

Rectification c y l i n d r i q u e d'intérieur

392

2.3

Rectification c y l i n d r i q u e sans centres

392

3.

Procédés de rectification plane

393

3.1

Rectification plane alternative

393

3.2

Rectification plane en surfaçage

393

4.

Procédés de rectification de f o r m e

394

5.

Outil-Meule

394

5.1

Formes des meules

395

5.2

D i m e n s i o n s des meules

396

5.3

Caractéristiques de c o n s t i t u t i o n des meules

396

6.

7.

8.

M o d e d'action de l'outil - meule

398

6.1

399

Dureté relative ou dureté d'action

C o n d i t i o n d'utilisation des meules

399

7.1

Vitesse de rotation des meules

399

7.2

Vitesse de rotation ou de translation des pièces

400

7.3

Vitesse de balayage ou largeur de passe

400

7.4

Profondeurs de passe

400

7.5

Surépaisseurs de rectification

401

Mise en œuvre des meules

401

8.1

Aire de contact

401

8.2

Dureté d'action d ' u n e meule

402

8.3

Traces hélicoïdales

403

8.4

Choix d ' u n e meule

403

389

9.

Rectification c y l i n d r i q u e d'extérieur et d'intérieur

404

9.1

Rectification par balayage

404

9.2

Rectification c y l i n d r i q u e d'intérieur

404

9.3

Rectification en plongée

405

9.4

Rectification en plongée oblique

405

10. Rectification sans centres ou centerless

407

10.1 Meule de régulation

407

10.2 Réglette d ' a p p u i de pièce

407

10.3 Rectification sans centres en plongée

408

10.4 Rectification sans centres en enfilade

408

10.5 Mise en œuvre

408

11. Rectification en surfaçage

409

11.1 Avec meule à segments

409

11.2 Avec meule boisseau et meule plate

409

12. Lubrification

410

13. Appareillages

410

13.1 Les pièces cylindriques longues

410

13.2 Les pièces cylindriques courtes

410

13.3 Des m o n t a g e s

411

13.4 Les pièces des types plates et cubiques

411

14. Machines

411

14.1 Rectifieuses planes

413

14.2 Rectifieuses cylindriques

414

14.3 Rectifieuses sans centres

414

14.4 Rectifieuses de f o r m e

415

1.

Généralités

O b t e n t i o n d ' u n état de s u r f a c e t r è s précis et d ' u n e g r a n d e p r é c i s i o n d i m e n s i o n n e l l e , à l ' a i d e d'outils-meule. Les m e u l e s , t o u r n a n t à g r a n d e vitesse (de c o u p e ) , u s i n e n t les surfaces à rectifier par a b r a s i o n avec les g r a i n s c o u p a n t s a g g l o m é r é s q u i c o n s t i t u e n t l ' o u t i l . La d u r e t é d u m a t é r i a u usiné n'a q u ' u n e f a i b l e i n f l u e n c e sur le c h o i x de la m e u l e .

wmm:'


Sur des surfaces de pièces p r é a l a b l e m e n t usinées par c o u p e et g é n é r a l e m e n t t r a i t é e s t h e r m i quement : - D i m e n s i o n n e l l e j u s q u ' à la q u a l i t é 5 v o i r 4 en atelier c l i m a t i s é ; - État de surface : Ra 0,1 à 1,6 fjim. - La rectificati o n e f f e c t u e la p r é c i s i o n en p r o d u c t i o n de pièces m é c a n i q u e s , é c o n o m i q u e m e n t et sans a l t é r a t i o n s i g n i f i c a t i v e de la pièce ( m a t é r i a u et surface rectifiée).

Procédés de

rectification

Rectification d ' e x t é r i e u r , d ' i n t é r i e u r , sans centres, des pièces c y l i n d r i q u e s et c o n i q u e s . Rectification plane sur des pièces p r i s m a t i q u e s . Rectification de f o r m e , p o u r p r o f i l s divers.

2.

Procédés de rectification cylindrique

Rectification d ' e x t é r i e u r , r e c t i f i c a t i o n d ' i n t é r i e u r , r e c t i f i c a t i o n sans centres. La m e u l e et la pièce s o n t a n i m é e s d ' u n m o u v e m e n t d e r o t a t i o n p r o v o q u a n t le m o u v e m e n t de c o u p e . Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e , r e c t i l i g n e , est d o n n é à la m e u l e o u à la pièce, s e l o n le p r o c é d é .

Rectification cylindrique d'extérieur La pièce est m a i n t e n u e en l'air o u entre p o i n t e s (sèches). L'usinage s ' e f f e c t u e en b a l a y a g e o u en p l o n g é e .

Balayage La p r i s e de passe se p r o d u i t a p r è s c h a q u e passe (aller-retour) de la pièce q u i se t r a n s late d e v a n t la m e u l e (fig. 12.1).

FIGURE 12.1

Schéma de rectification cylindrique d'extérieur en balayage.

12. Procédés de rectification

391

Plongée La m e u l e , d ' u n e é p a i s s e u r au m o i n s é g a l e à la l a r g e u r à usiner, p r e n d la p r o f o n d e u r de passe par p é n é t r a t i o n c o n t r e la pièce de f a ç o n c o n t i n u e (fig. 12.2). La p l o n g é e est d r o i t e ( p e r p e n d i c u laire à l ' a x e de la pièce) o u o b l i q u e ( p e r m e t t a n t le d r e s s a g e d ' é p a u l e m e n t d a n s le cycle) s e l o n les machines.

FIGURE 12.2

Schéma de rectification cylindrique d'extérieur en plongée.

a - Plongée droite

b - Plongée oblique

Rectification cylindrique d'intérieur La pièce est m a i n t e n u e en l'air, l'usin a g e s ' e f f e c t u a n t c o m m e e n extérieur, e n b a l a y a g e o u e n p l o n g é e ( e s s e n t i e l l e m e n t droite) (fig. 12.3).

¿22 YS/S/s

Mf cap

E

FIGURE 12.3

w

—

t

i

J fMe

*

Schéma de rectification cylindrique d'intérieur.

b - Plongée

I Rectification cylindrique sans centres La pièce, u n i q u e m e n t en a p p u i sur u n e b u t é e , est m a i n t e n u e au c o n t a c t de la m e u l e par u n e s e c o n d e m e u l e (de r é g u l a t i o n ) , l ' u s i n a g e s ' e f f e c t u a n t en p l o n g é e o u en e n f i l a d e (fig. 12.4).

•••••••••••«•••m P o u r des pièces c o u r t e s avec p l u s i e u r s c y l i n d r e s o u c ô n e s . La p r i s e de passe est c o n t i n u e c o n t r e la pièce. 1. .1

I I

I < i l l W i i l l l M l M i l l l » M t i l l l É l i l i y > r i l l l l | l | i II mil II II m m m m m m B m m m m m Ê m m m m a m Ê m m m m L

Pour des pièces l o n g u e s o u c o u r t e s en c o n t i n u . L'avance s ' e f f e c t u e avec la m e u l e de régulat i o n d o n t l'axe est incliné par r a p p o r t à c e l u i d e la pièce.

392

Guide de l'usinage

FIGURE 12.4

Schéma de rectification cylindrique sans centres.

3.

a - Plongée

b - Enfilade

Procédés de rectification plane

Rectification alternative et r e c t i f i c a t i o n c i r c u l a i r e o u s u r f a ç a g e (fig. 12.5).

FIGURE 12.5

Schéma de rectification plane.

Rectification plane alternative O b t e n u e en b a l a y a g e avec m e u l e plate par la c o m b i n a i s o n de d e u x m o u v e m e n t s r e c t i l i g n e s (alternatif et p é r i o d i q u e ) . La prise de passe s ' e f f e c t u e , après c h a q u e b a l a y a g e de la surface, par p l o n g é e de la m e u l e .

c

Rectification plane en surfaçage O b t e n u e avec u n e m e u l e b o i s s e a u (à s e g m e n t s p o u r le débit) t r a v a i l l a n t de face sur t o u t e la l a r g e u r de surface à rectifier. Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e est d o n n é à la pièce ( r o t a t i o n o u t r a n s l a t i o n de la t a b l e porte-pièce). La prise de passe s ' e f f e c t u e après c h a q u e c o u r s e de la table.


393

4.

Procédés de rectification de forme

O b t e n t i o n d e s u r f a c e s f o n c t i o n n e l l e s p r é c i s e s , la m e u l e g é n é r a n t le p r o f i l à o b t e n i r par sa f o r m e o u par u n e c i n é m a t i q u e d o n n é e .

5.

Outil-meule

O u t i l c i r c u l a i r e t o u r n a n t à g r a n d e vitesse (de 20 à 100 m/s) Il est c o n s t i t u é de g r a i n s d ' a b r a s i f t r è s d u r s q u i t r a v a i l l e n t par g r a t t a g e de la surface usinée, p r o d u i s a n t des m i c r o - c o p e a u x . A v e c la m u l t i t u d e de g r a i n s c o n s t i t u t i f s , r é a l i s a t i o n d ' u n très b o n état de surface. La d u r e t é des g r a i n s d ' a b r a s i f p e r m e t l ' u s i n a g e des m a t é r i a u x très d u r s , tels les aciers t r e m pés. Les g r a i n s d ' a b r a s i f se c o m p o r t e n t c o m m e des o u t i l s de g r a t t a g e , avec u n a n g l e de c o u p e q u e l c o n q u e (fig. 12.6). Les m i c r o - c o p e a u x o b t e n u s s o n t d e t r è s f a i b l e s e c t i o n (0,01 à 0,001 m m 2 ) . C h a q u e g r a i n , e n r o b é par u n l i a n t ( l ' a g g l o m é r a n t ) s'use, se f r a g m e n t e , s ' é m o u s s e et s ' é c h a u f f e au c o n t a c t d e la s u r f a c e t r a v a i l l é e , ce q u i prov o q u e s o n d é c h a u s s e m e n t par r u p t u r e d u liant é c h a u f f é . C h a q u e c o u c h e de g r a i n s d é c h a u s sés laisse a p p a r a î t r e u n e c o u c h e de g r a i n s n e u f s . Un g r a n d n o m b r e d e g r a i n s t r a v a i l l a n t s i m u l t a n é m e n t , il y a p r o d u c t i o n de n o m b r e u x m i c r o copeaux. FIGURE 12.6 Schéma d'action de coupe des grains d'abrasif. Les m e u l e s o n t des f o r m e s q u i corr e s p o n d e n t à leurs u t i l i s a t i o n s . Elles s o n t d é f i n i e s en f o n c t i o n de leurs c a r a c t é r i s t i q u e s de f a b r i c a t i o n : f o r m e , d i m e n s i o n s , constitution. Elles s o n t n o r m a l i s é e s d ' a p r è s leur f o r m e (NF - E - 75-201) et leurs d i m e n s i o n s ( N F - E - 7 5 - 2 0 2 à 206). La d é s i g n a t i o n g é n é r a l e des m e u l e s , f i g u r a n t s u r c h a c u n e d ' e l l e s , p r é c i s e d a n s l ' o r d r e : le n u m é r o d u t y p e de f o r m e ; les t r o i s d i m e n s i o n s D, E, d ; les c a r a c t é r i s t i q u e s de c o n s t i t u t i o n , avec la vitesse de r o t a t i o n m a x i m a l e a d m i s e (afin d ' é v i t e r t o u t é c l a t e m e n t q u e p r o v o q u e r a i t la force centrifuge).

394

Guide de l'usinage

Formes des meules

5.1

C h a q u e f o r m e de m e u l e est i d e n t i f i é e par u n n u m é r o d u t y p e (1 à 28) p o u r les m e u l e s d ' e n v e l o p p e et par u n e lettre m a j u s c u l e (A à P) p o u r les d i f f é r e n t s p r o f i l é s des m e u l e s d e f o r m e (fig. 12.7). Les f o r m e s de m e u l e s s o n t des t y p e s : 1 : p l a t e s ; 5 : à u n e m b r è v e m e n t ; 7 : à d o u b l e e m b r è v e m e n t ; 6 : boisseau d r o i t ; 11 : c o n i q u e ; 12 : a s s i e t t e ; 14 : à m o y e u d é p o r t é ; 2 : c y l i n d r i q u e . . . Nota : S a u f p o u r les m e u l e s de f o r m e q u i d o i v e n t r é a l i s e r un p r o f i l d o n n é , les m e u l e s trav a i l l e n t avec u n e surface a b r a s i v e d é f i n i e ( p é r i p h é r i e o u u n e face).

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FIGURE 12.7 Principales formes de meules normalisées.


395

5.2

Dimensions des meules

Elles s o n t d é f i n i e s d a n s l ' o r d r e s u i v a n t : D i a m è t r e e x t é r i e u r : D ; é p a i s s e u r : E ; d i a m è t r e de l'alésage : d. Ces d i m e n s i o n s p e u v e n t aller de la petite m e u l e (D = 8 m m et E = 0,6 m m ) à la g r a n d e m e u l e (D = 1 500 m m et E = 500 m m ) (fig. 12.8). G é n é r a l e m e n t les d i m e n s i o n s les p l u s c o u r a n t e s s o n t : Désignations dans l'ordre Diamètres extérieur D

8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50 ; 63 ; 80 ; 100 ; 125 ; 150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 350 ; 400 ; 450 ; 500 ; 600 ; 750 ; 900 ; 1 000 ; 1 250 ; 1500 Epaisseurs E

0,6; 0,8 ;1 ; 1,25 ; 1,6; 2 ; 2,53,2; ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 13 ; 16 ; 20 ; 25 ; 32 ; 40 ; 50 ; 63 ; 80 ; 100 ; 125 ; 160 ; 200 ; 250 ; 315 ; 400 ; 500 Alésages d

1,6 ; 2,5 ; 4 ; 6 ; 10 ; 13 ; 16; 25 ; 20; 32 ; 40 ; 50,8 ; 76,2 ; 127 ; 152,4 ; 203,2 ; 304,8 ; 508. FIGURE 12.8 Dimensions courantes des meules recommandées par la normalisation.

Rectification cylindrique d'extérieur M e u l e s plates (type 1) de 250 à 1 250 m m p o u r D, de 20 à 125 m m p o u r E, de 127 à 508 m m p o u r d. M e u l e s plates à u n e m b r è v e m e n t (type 5) o u d e u x e m b r è v e m e n t s (type 7) de 300 à 900 m m p o u r D, de 40 à 100 m m p o u r E, de 127 à 304,8 m m p o u r d ; les e m b r è v e m e n t s R v a r i e n t de 0 190 à 390 m m , avec des p r o f o n d e u r s F et G de 6 à 50 m m .

Rectification cylindrique d'intérieur M e u l e s plates (type 1) de 6 à 50 m m p o u r D, de 6 à 40 m m p o u r E, de 2,5 à 13 m m p o u r d. M e u l e s plates à un e m b r è v e m e n t (type 5) de 16 à 50 m m p o u r D, de 10 à 40 m m p o u r E, de 6 à 16 m m p o u r d.

Rectification plane M e u l e s plates (type 1) de 150 à 750 m m p o u r D, de 13 à 160 m m p o u r E, de 32 à 304,8 p o u r d. M e u l e s c y l i n d r i q u e s (type 2) de 200 à 450 m m p o u r D, de 100 à 125 m m p o u r E, de 20 à 40 m m p o u r B (épaisseur de la c o u r o n n e ) .

Caractéristiques de constitution des meules Elles s o n t précisées d a n s l ' o r d r e ; n a t u r e de l ' a b r a s i f , g r o s s e u r des g r a i n s d ' a b r a s i f , d u r e t é o u g r a d e de la m e u l e , s t r u c t u r e de la m e u l e , n a t u r e de l ' a g g l o m é r a n t (fig. 12.9).

Nature ou type de l'abrasif Caractérisée par une lettre (A = A l u m i n i u m ; C = C a r b u r e s de s i l i c i u m ; D = D i a m a n t artificiel). Ce s o n t des m i n é r a u x d o n t les c a r a c t é r i s t i q u e s s o n t leur d u r e t é et leur résistance à la f r a c t u r e . La lettre p e u t être p r é c é d é e d ' u n n u m é r o (facultatif, au c h o i x d u f a b r i c a n t ) . Abrasif céramique. O x y d e d ' a l u m i n e . A b r a s i f c é r a m i q u e e x t r u d é avec u n r a p p o r t l o n g u e u r / d i a m è t r e élevé a s s u r a n t u n e s t r u c t u r e très o u v e r t e et une r é p a r t i t i o n r é g u l i è r e des g r a i n s (brevet N o r t o n , m e u l e s « p r o j e c t A L T O S » ) (fig. 12.10; 12.11 ; 12.12).

396

Guide de l'usinage

Désignations (dans l'ordre)

A-C-D

Définition

Abrasif

8-10-12-14-16-20-24 30 - 36 - 46 - 56 - 60 70 - 80 - 90 - 100 - 120 - 150 - 180 220 - 240 - 280 - 320 - 400 - 500 - 600

Grain

Aà E Fà J Kà 0 Pà R SàZ

Grade

0à3 4à6 7 à 14

Structure

FIGURE 12.10 Abrasif céramique extradé. «Project Altos» de Norton

V-S-R-RF-B-BFE-MG-M

Agglomérant

FIGURE 12.9 Caractéristiques de constitution des meules.

FIGURE 12.11

Meules à abrasif céramique de structures différentes. Doc. Norton

Utilisation. R e c t i f i c a t i o n g r a n d e v i t e s s e en p l o n g é e d r o i t e , c o n t o u r n a g e , d a n s la m a s s e avec : g r a n d e d u r é e de v i e , p e u d ' é l é v a t i o n d e t e m p é r a t u r e , retaillage facile. Abrasif CBN. ( N i t r u r e d e B o r e C u b i q u e ) . A b r a s i f à g r a i n s f i n s , l i a n t v i t r i f i é p o r e u x de grade tendre à dur, structure similaire aux autres m e u l e s (fig. 12.13). R e c t i f i c a t i o n à g r a n d e v i t e s s e sans b r û l u r e s ni r a y u r e s , avec : u n e x c e l l e n t état de surface, une g r a n d e d u r é e d e vie. M e u l e s plates c o n ç u e s en a n n e a u o u segm e n t s m o n t é s sur s u p p o r t en alliage de t o u s d i a m è t r e s ( m e u l e s « V i t r a z o n » de U n i c o r n I n t e r n a t i o n a l PLC). Utilisation. Tous t r a v a u x de r e c t i f i c a t i o n e n série, p r o f i l a g e , passes p r o f o n d e s , d a n s la p l u p a r t des m a t é r i a u x .


FIGURE 12.12 Meule segmentée à abrasif céramique. «Project Altos» de Norton

FIGURE 12.13 Meule à abrasif CBN Doc. Toyoda

397

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Grosseur des grains d'abrasif

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Définie par un n o m b r e , du plus gros grain (8), au plus fin (600). De 8 à 220, le n o m b r e corresp o n d au n o m b r e de grains jointifs au pouce (25,4 m m ) ; de 240 à 600, le n o m b r e c o r r e s p o n d à une sélection par lévigation (séparation par l'eau). Les grains sont dits : gros, de 8 à 2 4 ; m o y e n s , de 30 à 8 0 ; fins, de 90 à 180; très fins, de 220 à 3 2 0 ; en p o u d r e , de 400 à 600.

Dureté ou grade d'une meule Désignée par une lettre (A à Z) de la plus tendre (A) à la plus dure (Z). Les différents grades sont : très tendre (A à E) ; tendre (F à J) ; m o y e n (K à O) ; dur (P à R), très dur (S à Z). Le grade caractérise la force de m a i n t i e n des grains d'abrasif par l ' a g g l o m é r a n t utilisé.

Structure d'une meule Définie par un n o m b r e (0 à 14); plus le n o m b r e est g r a n d , plus les grains d'abrasif sont espacés (fig. 12.14). La structure est dite dense (0 à 3, les grains s o n t serrés), n o r m a l e (4 à 6), ouverte (7 à 14, les grains sont écartés). En rectification, c'est la structure dite n o r m a l e qui est la plus e m p l o y é e .

• • • • • • • • • • • • • h h s b k ' Nature de l'agglomérant

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Indiquée par une ou deux lettres : V = Vitrifiée; S = Silicate; R = C a o u t c h o u c ; RF = caoutc h o u c avec a r m a t u r e ; B = Résinoïde (résine s y n t h é t i q u e ) : BF = Résine s y n t h é t i q u e avec a r m a t u r e ; E = G o m m e l a q u e ; MG = M a g n é s i e ; M = Métallique (cuivre). L'indication de la structure qui caractérise l'espacement des grains d'abrasif est facultative. Une spécification s u p p l é m e n t a i r e , caractérisée par un n o m b r e se rapportant à l ' a g g l o m é r a n t , facultative, est une référence de fabricant.

6.

Mode d'action de l'outil-meule

Il est lié aux m o u v e m e n t s de la meule et de la pièce p r o v o q u a n t l ' o p p o s i t i o n des m o u v e m e n t s au contact outil - surface travaillée. Rotations de la meule et de la pièce dans le m ê m e sens en rectification c y l i n d r i q u e d'extérieur. Rotation de la meule et de la pièce en sens opposés en rectification c y l i n d r i q u e d'intérieur. Rotation de la meule et translation de la pièce en o p p o s i t i o n des m o u v e m e n t s en rectification plane.

398

Guide de l'usinage

6.1

Dureté relative ou dureté d'action

Elle p e r m e t d ' a j u s t e r les c o n d i t i o n s de t r a v a i l d ' u n e m e u l e ( q u a l i t é d e l ' é t a t de s u r f a c e , débit...) En s u p p o s a n t un g r a i n d ' a b r a s i f en t r a v a i l en u n t e m p s d o n n é t, la r o t a t i o n de la m e u l e entraîne le g r a i n de a en b et la r o t a t i o n de la pièce a m è n e le p o i n t a en c, p r o d u i s a n t u n c o p e a u de s e c t i o n c u r v i l i g n e a f a c l f i g . 12.15). L'épaisseur d u c o p e a u passe par u n m a x i m u m c d.

FIGURE 12.15 Variation de l'épaisseur de copeau en fonction des vitesses de meule et pièce.

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Si la r o t a t i o n de m e u l e a u g m e n t e , le p o i n t a p a r v i e n t en b plus r a p i d e m e n t et a r r i v e en C 1 au lieu de C, p r o v o q u a n t une d i m i n u t i o n de l ' é p a i s s e u r d u c o p e a u ( c 1 d l < cd). La m e u l e se c o m p o r t e r a c o m m e p l u s d u r e , les g r a i n s d ' a b r a s i f étant s o u m i s à des e f f o r t s et u n é c h a u f f e m e n t d u liant m o i n s g r a n d .

Meule «tendre» Si la r o t a t i o n de m e u l e d i m i n u e , elle se c o m p o r t e r a c o m m e p l u s t e n d r e , p r o d u i s a n t u n e augm e n t a t i o n d ' é p a i s s e u r d u c o p e a u ( c 2 d 2 < cd). Les g r a i n s d ' a b r a s i f s u b i s s e n t de plus g r a n d s e f f o r t s , ils s ' u s e n t p l u s vite, le liant s ' é c h a u f f e plus, l i b é r a n t des grains.

Vitesse de pièce R é c i p r o q u e m e n t , si la vitesse de la pièce a u g m e n t e d a n s le m ê m e t e m p s f, il y a a u g m e n t a t i o n de l ' é p a i s s e u r d u c o p e a u et la m e u l e se c o m p o r t e r a c o m m e étant p l u s t e n d r e . I n v e r s e m e n t , la d i m i n u t i o n de vitesse de la pièce p r o d u i t un c o m p o r t e m e n t de m e u l e c o m m e étant plus d u r e .

Conditions d'utilisation des meules Les c o n d i t i o n s de t r a v a i l en r e c t i f i c a t i o n s o n t à a j u s t e r à la m i s e en oeuvre de l ' u s i n a g e , en f o n c t i o n des c o n s t a t s o b s e r v é s sur pièces d'essai (aire de c o n t a c t , d u r e t é d ' a c t i o n , a r r o s a g e ) p o u r o b t e n i r un état de s u r f a c e c o n f o r m e a u x s p é c i f i c a t i o n s . La r e c t i f i c a t i o n d ' u n e s u r f a c e est o b t e n u e par t r o i s m o u v e m e n t s de t r a v a i l ( r o t a t i o n de la m e u l e , r o t a t i o n o u t r a n s l a t i o n de la pièce et b a l a y a g e q u i p e r m e t à la m e u l e d ' e x p l o r e r t o u t e la surface à rectifier).

Vitesse de rotation des meules D o n n é e en m è t r e s / s e c o n d e . Elle v a r i e de 15 à 40 m/s, en f o n c t i o n : p r e s q u e e s s e n t i e l l e m e n t d u p r o c é d é de r e c t i f i c a t i o n ( c y l i n d r i q u e d ' e x t é r i e u r , d ' i n t é r i e u r , p l a n e ) ; s e n s i b l e m e n t d ' a p r è s les c a r a c t é r i s t i q u e s de c o n s t i t u t i o n des m e u l e s .


399

Vitesses de m e u l e a d m i s e s , s e l o n les procédés (fig. 12.16) : r e c t i f i c a t i o n c y l i n d r i q u e d ' e x t é r i e u r : 30 à 40 m / s ; r e c t i f i c a t i o n cylind r i q u e d ' i n t é r i e u r : 25 à 35 m / s ; r e c t i f i c a t i o n plane ( m e u l e plate) : 15 à 30 m / s ; rectificat i o n plane ( m e u l e c y l i n d r i q u e boisseau) : 15 à 25 m/s.

Procédés

Vitesses meule

Vitesses pièces

de rectification

m/s

m/min

Cylindrique d'extérieur

30 à 40

20 à 35

Cylindrique d'intérieur

25 à 35

25 à 60

Plane (meule plate)

15 à 30

15 à 30

Plane (meule boisseau)

15 à 25

25 à 80

FIGURE 12.16 Plages de vitesse des meules et des pièces métalliques en rectification.

Vitesse de rotation ou de translation des pièces Donnée en m è t r e s / m i n u t e . Elle v a r i e de 16 à 60 m / m i n , en f o n c t i o n : p r e s q u e e s s e n t i e l l e m e n t des p r o c é d é s de r e c t i f i c a t i o n ; s e n s i b l e m e n t d ' a p r è s les c o n d i t i o n s d ' u s i n a g e (ébauche o u finit i o n ) (fig. 12.16). Vitesses de pièces admises : Rectification c y l i n d r i q u e d ' e x t é r i e u r : 20 à 35 m / m i n ; rectification c y l i n d r i q u e d ' i n t é r i e u r : 25 à 60 m / m i n ; r e c t i f i c a t i o n p l a n e ( m e u l e plate) : 15 à 30 m / m i n ; rectif i c a t i o n p l a n e ( m e u l e c y l i n d r i q u e boisseau) : 25 à 80 m / m i n .

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Passes de finition

La vitesse des pièces sera r é d u i t e de 20 % e n v i r o n par r a p p o r t à l ' é b a u c h e .

Vitesse de balayage ou largeur de passe C'est l ' a v a n c e f d e v a n t assurer le r e c o u v r e m e n t de la surface usinée. Elle v a r i e en f o n c t i o n de la l a r g e u r de m e u l e et d u p r o c é d é de r e c t i f i c a t i o n . Valeur de déplacement f. Par t o u r de pièce en r e c t i f i c a t i o n c y l i n d r i q u e o u par cycle aller-retour de m e u l e en r e c t i f i c a t i o n plane : 1/2 à 1/10 e de la l a r g e u r de m e u l e , d ' é b a u c h e à f i n i t i o n . Vitesses de balayage admises : Rectification c y l i n d r i q u e d ' e x t é r i e u r , de E/2 à E/8 (E/3 à E/6 p o u r les alliages d ' a l u m i n i u m ) ; r e c t i f i c a t i o n c y l i n d r i q u e d ' i n t é r i e u r , de E/3 à E/6; r e c t i f i c a t i o n plane avec m e u l e plate, de E/2 à E/10 (E/2 à E/3 p o u r les alliages d ' a l u m i n i u m ) ; r e c t i f i c a t i o n plane avec m e u l e c y l i n d r i q u e (boisseau), pas de b a l a y a g e , o n a d i a m è t r e de m e u l e 3= l a r g e u r à rectifier.

Profondeurs de passe Par passe en b a l a y a g e o u par t o u r de pièce en p l o n g é e , elle v a r i e de : Ébauche, de 0,005 à 0,20 m m ; Finition, de 0,002 à 0,04 m m . S e l o n les m a t é r i a u x à usiner, la r i g i d i t é d u c o u p l e p i è c e / m e u l e , la puissance de la m a c h i n e , on c h o i s i t les p r o f o n d e u r s de passes d ' a p r è s les d o n n é e s d é f i n i e s en f o n c t i o n des c o n d i t i o n s d ' u s i n a g e (ébauche et f i n i t i o n ) et d u p r o c é d é de r e c t i f i c a t i o n m i s en œ u v r e , soit :

400

Guide de l'usinage

F

r é d i f i c a t i o n cylindrique d'extérieur. Pour t o u s m a t é r i a u x : é b a u c h e 0,02 à 0,05 m m . F i n i t i o n 1,01 à 0,005 m m . :

ectification cylindrique d'intérieur. É b a u c h e : 0,01 à 0,005 m m p o u r a c i e r s ; 0,02 m i n i m u m ; c u r f o n t e s ; 0,05 m i n i m u m p o u r a l l i a g e s légers. F i n i t i o n 0,005 à 0,002 p o u r a c i e r s ; 0,005 — l i m u m p o u r f o n t e s ; 0,04 p o u r alliages d ' a l u m i n i u m . Rectification plane avec meule plate. Pour t o u s m a t é r i a u x , é b a u c h e : 0,02 à 0,07 m m ; f i n i r o n : 0,01 à 0,005 m m . = ectification plane avec m e u l e boisseau. É b a u c h e : 0,05 à 0,02 m m p o u r f o n t e s ; 0,01 à 0.07 m m p o u r autres m a t é r i a u x . F i n i t i o n : 0,02 m i n i m u m p o u r f o n t e s ; 0,01 à 0,07 p o u r a u t r e s matériaux.

Surépaisseurs de rectification E les v a r i e n t en f o n c t i o n des d i m e n s i o n s des : eces et d u p r o c é d é ( r e c t i f i c a t i o n d ' e x t é r i e u r ou d'intérieur). Surépaisseurs admises : r e c t i f i c a t i o n c y l i n z ' i q u e sur d i a m è t r e s 0,10 à 0,80 m m p o u r r i e c e s de 0 10 m m à 0 150 m m (fig. 12.17). Rectification plane. La s u r é p a i s s e u r d ' u n e s u r f a c e c o r r e s p o n d à la d e m i - s u r é p a i s s e u r d ' e x t é r i e u r (arbres).

FIGURE 12.17

Surépaisseurs de rectification conseillées.

Diamètres des pièces Surépaisseur mm

0,10 à 0,15

Extérieurs

Intérieurs

(arbres) mm

(alésages) mim

—

D < 10

0,15 à 0,20

D < 10

0,20 à 0,25

10 à 18

18 à 30

0,25 à 0,30

18 à 30

30 à 50

0,30 à 0,40

30 à 50

50 à 75

0,40 à 0,50

50 à 75

75 à 100

0,50 à 0,60

75 à 100

100 à 150

0,60 à 0,80

100 à 150

D > 150

Supérieur à 0,80

10 à 18

D > 150

Mise en œuvre des meules Aire de contact C'est le p r o d u i t de l'arc de c o n t a c t m e u l e / s u r f a c e t r a v a i l l é e avec la l a r g e u r de passe. Elle a u n e i n c i d e n c e sur la d u r e t é d ' a c t i o n de la m e u l e . V é r i f i e r la d u r e t é d ' a c t i o n au d é b u t de l ' u s i n a g e par l ' o b s e r v a t i o n de l'état de surface o b t e n u sur la o u les pièces d'essai. Les d i f f é r e n t s d é f a u t s o b s e r v é s sur la surface rectifiée p e r m e t t e n t de p r é s u m e r de la cause et de p o u v o i r y r e m é d i e r .


401

Grande aire de contact La m e u l e r i s q u e de s'encrasser avec des g r a i n s usés q u i ne se f r a g m e n t e n t pas ( p r e s s i o n unitaire faible). P r e n d r e u n e m e u l e t e n d r e ( f a v o r i s a n t l ' é l i m i n a t i o n des g r a i n s usés) p o u r rectifier avec u n e g r a n d e aire de c o n t a c t .

Dureté d'action d'une meule Elle d i m i n u e en f o n c t i o n de p l u s i e u r s f a c t e u r s : v i t e s s e de m e u l e i n s u f f i s a n t e , s t r u c t u r e de m e u l e t r o p o u v e r t e , g r a i n s d ' a b r a s i f t r o p g r o s , d i a m a n t a g e i n s u f f i s a n t (vitesse o u f r é q u e n c e ) .

Obtention d'une dureté d'action acceptable Pour un u s i n a g e d o n n é : agir p r i o r i t a i r e m e n t sur la vitesse de pièce (la m e u l e se c o m p o r t e r a c o m m e p l u s dure).

Meule trop dure Elle p r o v o q u e des facettes et/ou des b r û l u r e s sur la s u r f a c e t r a v a i l l é e c a u s é e s par des g r a i n s usés ne s ' a r r a c h a n t pas s u f f i s a m m e n t v i t e et m a r q u a n t la

m *

surface (fig. 12.18). Pour r e m é d i e r à ces d é f a u t s , agir sur un o u p l u s i e u r s f a c t e u r s , soit : Facettes et/ou brûlures Meule trop dure

A u g m e n t e r la v i t e s s e d e pièce, le m o u v e m e n t de b a l a y a g e , la p r o f o n d e u r de passe, le d é b i t d ' a r r o sage, la vitesse de d i a m a n t a g e . Ou diminuer la vitesse de m e u l e , l'aire de c o n t a c t . Nota

: le m a i n t i e n de la pièce, l ' é q u i l i b r a g e de la

m e u l e o u des v i b r a t i o n s parasites p e u v e n t être égal e m e n t des causes de facettes et b r û l u r e s .

Meule trop tendre

Arrachements et rayures Meule trop tendre

Elle p r o v o q u e des a r r a c h e m e n t s et des r a y u r e s disc o n t i n u e s s u r la s u r f a c e t r a v a i l l é e , causés par des g r a i n s s ' a r r a c h a n t t r o p f a c i l e m e n t et é v e n t u e l l e m e n t par des m i c r o - c o p e a u x . Pour r e m é d i e r à ces d é f a u t s , agir sur u n o u p l u s i e u r s f a c t e u r s , soit : Augmenter la vitesse de m e u l e , le d é b i t d ' a r r o s a g e . Ou diminuer la vitesse de la pièce, le m o u v e m e n t de b a l a y a g e , la p r o f o n d e u r de passe, la vitesse d u diamantage.

Traces hélicoïdales Désalignement axes pièce/meule

Nota : u n e s t r u c t u r e t r o p f e r m é e p e u t être é g a l e m e n t la cause de r a y u r e s d i s c o n t i n u e s et d ' a r r a c h e m e n t s . FIGURE pièces :

402

12.18 Défauts de rectification sur les dureté d'action des meules.

Guide de l'usinage

8.3

Traces hélicoïdales

Observées sur la surface travaillée, elles proviendraient d ' u n d é s a l i g n e m e n t occasionnel des axes pièce - meule : à corriger par des diamantages plus fréquents.

Choix d'une meule Pour une rectification donnée, il se fera d'après des données générales relatives à la meule, les ajustements de dureté d'action intervenant ensuite sur les pièces d'essai, sachant que : En augmentant la dureté d'action d'une meule, l ' é n e r g i e s p é c i f i q u e d ' a b r a s i o n a u g m e n t e d ' e n v i r o n 10 % par grade et l'état de surface est amélioré d ' e n v i r o n 5 % par grade. Le module d'élasticité d ' u n e m e u l e p e r m e t de d é t e r m i n e r p r é c i s é m e n t la dureté d ' a c t i o n d ' u n e meule, et une échelle de référence donnera la c o r r e s p o n d a n c e avec la n o r m a l i s a t i o n n u m é r i q u e de dureté. On considère les constituants : abrasif, grains, grade, structure, a g g l o m é r a n t .

Abrasif Selon les matériaux à usiner, on choisira : Abrasif alumineux. Rectification des aciers, des fontes, du bronze. Abrasif siliceux. Rectification des alliages légers, du laiton, des carbures m é t a l l i q u e s , de la céramique.

Grains La grosseur des grains sera choisie en f o n c t i o n de l'usinage à effectuer (ébauche ou finition). Grains gros. En ébauche pour obtenir un f o r t débit. Grains fins. En f i n i t i o n , où le débit est faible.

Grade Prépondérant dans la dureté d ' a c t i o n des meules, il sera choisi en f o n c t i o n des caractéristiques du matériau à usiner et de l'utilisation de la meule. Grade tendre. Rectification des matériaux d u r s ; grande aire de c o n t a c t ; o b t e n t i o n d ' u n e finit i o n très précise. Grade dur. Rectification des matériaux t e n d r e s ; petite aire de contact. Pour utiliser une meule à vitesse réduite, prendre un grade plus dur que n o r m a l e m e n t .

Structure Le choix de la structure est f o n c t i o n du procédé utilisé, puis de l'utilisation de la meule. Structure moyenne. Rectification c y l i n d r i q u e d'extérieur. Structure ouverte. Rectification c y l i n d r i q u e d ' i n t é r i e u r ; s u r f a ç a g e ; ébauche à fort d é b i t ; g r a n d e aire de contact. Structure fermée. Usinage sous fortes contraintes ; f i n i t i o n à faible d é b i t ; petite aire de contact.

Agglomérant Son choix est f o n c t i o n de l'utilisation de la meule. Agglomérant vitrifié. Rectification en général. Agglomérant résinoïde. Rectification à g r a n d e vitesse, avec p o s s i b i l i t é de f l e x i o n d ' o u t i l ; meule de faible épaisseur par rapport au diamètre.

L 12. Procédés de rectification

403

9,

Rectification cylindrique d'extérieur et d'intérieur I U I

! Rectification par balayage À considérer : Temporisation. En f i n de c h a q u e c o u r s e aller-retour, une t e m p o r i s a t i o n de q u e l q u e s s e c o n d e s est à effectuer. Meule. Un d é f a u t de r e c t i t u d e de la g é n é r a t r i c e de m e u l e est sans i n c i d e n c e sur le p r o f i l à réaliser. Étincelage. Q u e l q u e s passes sans prise de p r o f o n d e u r , dites d ' é t i n c e l a g e , p e r m e t t r o n t d ' o b t e nir le m e i l l e u r état de surface. La m e u l e ne c o n t i n u e d ' u s i n e r q u e q u e l q u e s m i c r o n s . Vitesse de balayage. I n f l u e sur : la q u a l i t é de l'état de s u r f a c e ; la g é n é r a t r i c e de la f o r m e usin é e ; la d u r e t é d ' a c t i o n de la m e u l e (fig. 12.19).

Serrage entre pointes fixes, pièce entraînée par un toc Dimensions de la meule 0 400 x 63 x 127 mm En option ; 500 x 80 x 203.2 mm / 500 x 100 x 203.2 mm

FIGURE 12.19

Opérations de rectification d'extérieur en balayage et plongée en cycles continus. Doc. Kellenberger Hardinge

^Rectification c i ctoriatage du a 50 mm ^ ^Rectification e n ctaiotage du e 80 mm ^fiedification en ptongée du s 100 mt puis redilicaliw plane puisrectificationplane j

Rapport de rectification. Vitesse de m e u l e x 60/vitesse de pièce. Il d o i t être c o m p r i s e n t r e 60 et 130, p o u r o b t e n i r les b o n n e s c o n d i t i o n s de t r a v a i l .

Rectification cylindrique d'intérieur À considérer : Aire de contact. À l i m i t e r par l ' u t i l i s a t i o n d ' u n e m e u l e d ' u n d i a m è t r e m a x i m u m égal à = 3/4 de c e l u i de l'alésage : m i n i m i s e les c o n t r a i n t e s sur l ' a r b r e p o r t e - m e u l e (fig. 12.20). M e u l e . M o n t é e en p o r t e - à - f a u x s u r s o n a r b r e et r e c e v a n t u n m o u v e m e n t d e r o t a t i o n é l e v é (petit d i a m è t r e de m e u l e ) : l ' a r b r e p o r t e - m e u l e sera le plus r i g i d e p o s s i b l e .

404

Guide de l'usinage

FIGURE 12.20

Opérations de rectification cylindrique d'intérieur. Doc. KeUenberger Hardinge

Rectification en plongée À considérer : Diamantage. Pour c o n s e r v e r le p r o f i l de m e u l e , e f f e c t u e r d e f r é q u e n t s d i a m a n t a g e s : un d é f a u t d u p r o f i l de m e u l e se r e p r o d u i r a i t sur la f o r m e usinée. Avance. Elle est c o n t i n u e , en p l o n g é e . Grade. Pour éviter un l u s t r a g e de la surface usinée, c h o i s i r une m e u l e de g r a d e plus t e n d r e qu'en rectification d'extérieur. Meule. S o n é p a i s s e u r m i n i m a l e sera 1/3 de la l o n g u e u r à rectifier : évite une usure t r o p r a p i d e de la m e u l e . Alésage à rectifier. S'il ne d é b o u c h e pas ( b o r g n e o u é p a u l é ) , il c o m p o r t e r a u n d é g a g e m e n t de m e u l e de q u e l q u e s m i l l i m è t r e en p r o f o n d e u r et en largeur. Nota : M é t h o d e de r e c t i f i c a t i o n r a p i d e , m a i s l'état de s u r f a c e est d e m o i n d r e q u a l i t é q u ' e n balayage.

Rectification en plongée oblique Consiste à associer l ' a v a n t a g e de la p l o n g é e ( r a p i d i t é d ' u s i n a g e ) à c e l u i d u b a l a y a g e ( c y l i n d r i cité des p r o f i l s rectifiés). M i s e en œ u v r e sur des m a c h i n e s s p é c i f i q u e s , p o u r t r a v a u x de g r a n d e série, avec des m e u l e s de g r a n d d i a m è t r e (fig. 12.21 a et b). Rapidité d'usinage. Due à l ' a c t i o n s i m u l t a n é e de p l u s i e u r s m e u l e s é q u i p a n t la b r o c h e p o r t e o u t i l s . S'assurer, à la m i s e en œ u v r e d ' u n e série, q u e les pièces ne f l é c h i s s e n t pas au-delà des t o l é r a n c e s a d m i s e s sur les d i a m è t r e s , s o u s la p o u s s é e des m e u l e s associées.


405

Lubrification. Elle sera a b o n d a n t e p o u r assurer l ' é v a c u a t i o n des m i c r o - c o p e a u x et r é f r i g é r e r la pièce. U n m a n q u e de l u b r i f i c a t i o n peut altérer la s u r f a c e de la pièce (accentue la c o u c h e de Beilby).

FIGURE 12.21

Opérations de rectification cylindrique d'extérieur en plongée oblique et d'intérieur en chariotage. Doc. Kellenberger Hardinge

406

^Rectification en plongée du 0130 x 60 mm et

^Rectification plane de la face

»RMiticationintérieuredueWxeOitt-

rectif ¡cation plane ^Rectification en plongée du o 170 mm et rectification plane

^Pivotement de la poupée porte-meule de A

Bectilication intérieure do e 60 > iC —

180° en position de rectification intérieure

Guide de l'usinage

10. Rectification sans centres ou «centerless» â pièce, libre e n t r e d e u x m e u l e s et sur a p p u i l i n é i q u e , est e n t r a î n é e en r o t a t i o n par la m e u l e 3e t r a v a i l et s i m u l t a n é m e n t f r e i n é e par la m e u l e de r é g u l a t i o n (fig. 12.22). _a pièce t o u r n e en sens i n v e r s e de celui de la m e u l e de t r a v a i l (les v e c t e u r s vitesse, au p o i n t ae c o n t a c t , s o n t de m ê m e sens). Ce p r o c é d é p e r m e t de rectifier des pièces a u t o m a t i q u e m e n t et en c o n t i n u , en p l o n g é e et en enfilade. - r é c i s i o n de l ' u s i n a g e (circularité, c y l i n d r i c i t é , d i m e n s i o n ) . Elle d é p e n d e s s e n t i e l l e m e n t de la p o s i t i o n de la pièce e n t r e les m e u l e s .

FIGURE 12.22

Schéma de principe de rectification sans centres.

Meule de régulation Rectification en plongée. Elle f r e i n e le m o u v e m e n t d e r o t a t i o n de la pièce par p r e s s i o n sur celle-ci, p e r m e t t a n t le r é g l a g e de la p r o f o n d e u r de passe. Rectification d'enfilade. Elle p r o v o q u e le m o u v e m e n t d ' a v a n c e de la pièce avec sa p o s i t i o n par r a p p o r t à la m e u l e de t r a v a i l (axes d a n s des p l a n s d i f f é r e n t s ) .

A

Réglette d'appui de pièce Elle assure la p o s i t i o n de l'axe de pièce d e v a n t la m e u l e de t r a v a i l : c o n d i t i o n n e la c i r c u l a r i t é de la pièce rectifiée. S o n p l a n d ' a p p u i i n c l i n é et sa p o s i t i o n s i t u e n t l'axe de la pièce a u - d e s s u s des axes de m e u l e s : p e r m e t d ' o b t e n i r la p r é c i s i o n de c i r c u l a r i t é des pièces. I n c l i n a i s o n de l ' a p p u i . Sur la m e u l e de r é g u l a t i o n , = 40 Matériau constitutif de la réglette. Il v a r i e s e l o n les pièces à rectifier : c a r b u r e p o u r m é t a u x d u r s ; f o n t e p o u r m é t a u x t e n d r e s ; acier r a p i d e p o u r alliages n o n f e r r e u x . Axe de la pièce. S i t u e r à = 1/5 de s o n d i a m è t r e a u - d e s s u s des axes de m e u l e s .


407

10.3

Rectification sans centres en plongée

R e c t i f i c a t i o n en c o n t i n u de séries de pièces c y l i n d r i q u e s c o u r t e s , au p r o f i l p o u v a n t être q u e l c o n q u e (fig. 12.23). L'usinage en c o n t i n u est o b t e n u par u n e alimentation automatique. M e u l e de régulation. F a i b l e m e n t i n c l i n é e p o u r a s s u r e r le c o n t a c t d e la pièce s u r u n e butée axiale. Axes des meules. Ils s o n t parallèles et leurs g é n é r a t r i c e s s o n t au p r o f i l à o b t e n i r s u r la pièce qui est i m m o b i l e en t r a n s l a t i o n d u r a n t l'usinage.

pièce

meule de travail

I

m

FIGURE 12.23

Schéma de rectification sans centres en plongée.

Rectification sans centres en enfilade Rectification en c o n t i n u de séries de pièces c y l i n d r i q u e s a y a n t un seul d i a m è t r e , c o u r t e s o u longues. Les pièces d é f i l e n t s u c c e s s i v e m e n t d e v a n t les m e u l e s . L'usinage au d i a m è t r e f i n a l s ' e f f e c t u e g é n é r a l e m e n t en une passe (fig. 12.4 b). Vitesse d'avance. Elle est r e l a t i v e m e n t lente, de 1,5 à 5 m / m i n : assurer s u f f i s a m m e n t de t o u r s de pièces p o u r o b t e n i r la p r é c i s i o n de c i r c u l a r i t é . M e u l e de régulation. Elle est i n c l i n é e sur le plan h o r i z o n t a l : p r o d u i t le m o u v e m e n t de t r a n s l a t i o n de la pièce (l'avance). Elle est d i a m a n t é e s u i v a n t u n p r o f i l h y p e r b o l i q u e : p o u r s o n a c t i o n efficace, d u fait de s o n inclinaison.

Mise en œuvre La r e c t i f i c a t i o n sans c e n t r e s nécessite l ' u s i n a g e de p l u s i e u r s pièces de r é g l a g e p o u r c o r r i g e r d ' é v e n t u e l s d é f a u t s de la f o r m e rectifiée, soit : INlon-circularité de la pièce : m a u v a i s e p o s i t i o n de l ' a x e de pièce par r a p p o r t a u x a x e s d e meules. Traces hélicoïdales sur la surface rectifiée : p r e s s i o n excessive de la m e u l e de r é g u l a t i o n sur la pièce. Brûlures sur la surface rectifiée : vitesse de t r a n s l a t i o n de la pièce t r o p faible. Facettes sur la surface rectifiée : e n t r a î n e m e n t de pièce m a l assuré par u n m a u v a i s a n g l e d ' i n c l i n a i s o n de la m e u l e de r é g u l a t i o n . Vibration. P r o v i e n d r a i t d ' u n e m e u l e de t r a v a i l n o n a d a p t é e au m a t é r i a u usiné.

408

Guide de l'usinage

11. Rectification en surfaçage Avec meule à segments L ' o u t i l - m e u l e est c o n s t i t u é de s e g m e n t s normalisés f i x é s sur u n d i s q u e m é t a l l i q u e (génér a l e m e n t de d i a m è t r e s 300 à 600 m m ) et reçoit u n m o u v e m e n t d ' a v a n c e c i r c u l a i r e sur m a c h i n e s p é c i f i q u e (fig. 12.24). L'espace entre les s e g m e n t s facilite : l'évac u a t i o n des m i c r o - c o p e a u x et des g r a i n s u s é s ; l ' a c t i o n de la l u b r i f i c a t i o n . Utilisation. P a r t i c u l i è r e m e n t e n u s i n a g e d e pièces de petites d i m e n s i o n s m a i n t e n u e s en n o m b r e , par a t t r a c t i o n m a g n é t i q u e d e la table p o r t e - p i è c e circulaire. Peut r e m p l a c e r le s u r f a ç a g e par c o u p e (fraisage) de pièces en alliage d ' a l u m i n i u m , avec f i n i t i o n en q u a l i t é r e c t i f i c a t i o n .

meule boisseau (à

FIGURE 11.24

Schéma de surfaçage avec meule boisseau.

Avec meule boisseau et meule plate La m e u l e reçoit u n m o u v e m e n t d ' a v a n c e r e c t i l i g n e . Utilisation : m e u l e b o i s s e a u : r e c t i f i c a t i o n de s u r f a c e s de g r a n d e l o n g u e u r et r e l a t i v e m e n t é t r o i t e s ( g l i s s i è r e s de g u i d a g e . . . ) o u d e p e t i t e s pièces MOUVEMENT VERTICAL groupées sur table magnéPLONGEES SUCCESSIVES t i q u e (fig. 12.24). SURfACAGE PLONGEE M e u l e plate. R e c t i f i c a t i o n de p l a n s de t o u t e s d i m e n s i o n s (dans les l i m i t e s m a c h i n e ) (fig. 12.25). La descase se tait à chaque Sa de cotiise dutranswrsal

éF

La descente se lait à chaquetade course de la tabie

Le mouwmed « t e l effectue un cycle de ptorigée, sui« oe déplacement du ianswisal

MOUVEMENT TRANSVERSAL Balayage par déplacement «pas à pas» (1 à 4 0 mm) du transversal

Balayage par déplacement continu, à vitesse variable du transversal

FIGURE 12.25

Cycles de surfaçage en rectification plane. Doc. LGB Bricaud SA


409

12. Lubrification Nécessaire en r e c t i f i c a t i o n p o u r r e f r o i d i r et n e t t o y e r c o n t i n u e l l e m e n t la m e u l e . Pour assurer une excellente lubrification, il f a u t s u p p r i m e r le p h é n o m è n e de c o u c h e l i m i t e par s a t e l l i s a t i o n d u l i q u i d e d ' a r r o s a g e a u t o u r de la m e u l e , la f o r c e c e n t r i f u g e de la m e u l e t e n d a n t à p r o j e t e r le l i q u i d e t a n g e n t i e l l e m e n t . Si le liquide est laminé e n t r e la m e u l e et u n p a t i n d ' u n e g r a n d e é n e r g i e c i n é t i q u e , les actions de l u b r i f i c a t i o n s o n t t r è s efficaces. Liquide d'arrosage. Il est f i l t r é p o u r s o n recyclage, afin d ' é l i m i n e r les b o u e s en s u s p e n s i o n , et simultanément refroidi. Sa propreté a u n e i n c i d e n c e s u r la q u a l i t é de l'état de surface o b t e n u ( f i l t r a t i o n à 99 % des part i c u l e s j u s q u ' à 3 fjim) t o u t en a m é l i o r a n t les c o n d i t i o n s de t r a v a i l . La haute pression (10 à 20 bars) avec des b u s e s de d i f f u s i o n , f a i t t r a v e r s e r par le l i q u i d e la c o u c h e l i m i t e , a s s u r a n t r e f r o i d i s s e m e n t et n e t t o y a g e d a n s la zone de t r a v a i l .

13. Appareillages 13.1

Les pièces cylindriques longues

Elles s o n t m a i n t e n u e s e n t r e p o i n t e s , sèches ou t o u r n a n t e s , de g r a n d e p r é c i s i o n . Les c e n t r e s de prise de pièce s o n t préalablem e n t rectifiés o u r o d é s (en r e c t i f i c a t i o n o r b i t a l e avec m e u l e c o n i q u e ) p o u r a s s u r e r les p r é c i s i o n s g é o m é t r i q u e et d i m e n s i o n n e l l e (fig. 12.26).

Schéma de

FIGURE 12.26 ractifiootio- ••

Scnéma de rectification sans centres en plongée.

Les pièces cylindriques courtes Elles s o n t m a i n t e n u e s en pinces, en m a n d r i n s de p r é c i s i o n à 3,4 o u n m o r s c o n c e n t r i q u e s o u e: indépendants. Certains m a n d r i n s p e u v e n t être à i n d e x a g e p o u r la r e c t i f i c a t i o n de p l u s i e u r s alésages i n s c r i s sur un cercle d ' u n e pièce plate (sans d é m o n t a g e , d a n s la phase).

410

Guide de l'usinage

Des montages f i x a t i o n de pièces s u r m a n d r i n s à 4 o u 6 m o r s (avec u n m a x i m u m de m o d u l a r i t é ) p e r m e t la prise de pièces avec p r é c i s i o n , en t r a v a i l de série (fig. 12.27). a - Mandrin concentrique à 3 mors équipés de satellites pour le serrage au diamètre primitif de la denture d'un pignon.

b - Mandrin à indexage manuel pour le serrage excentrique d'un corps de pompe permettant de rectifier successivement 11 alésages en un seul serrage.

FIGURE 12.27

Mandrins de prise de pièces courtes en rectification. Doc. Voumard

Les pièces de types plates et cubiques Elles s o n t m a i n t e n u e s sur plateau m a g n é t i q u e , en étau de p r é c i s i o n (à m o r s p a r a l l è l e s ; p i v o tants, sinus) sur d i v i s e u r rotatif à CN (à 1 o u 2 axes de r o t a t i o n ) .

14. Machines Les rectifieuses s o n t des m a c h i n e s s p é c i f i q u e s à c h a c u n des d i f f é r e n t s p r o c é d é s : d ' e x t é r i e u r et/ou d ' i n t é r i e u r , p l a n e , sans centres, de p r o f i l s p a r t i c u l i e r s . Elles s o n t g é n é r a l e m e n t à c o m m a n d e n u m é r i q u e de h a u t e r é s o l u t i o n (1 o u 0,1 ^ m ) avec des c o n c e p t i o n s leur p e r m e t t a n t , s e l o n l ' a u t o m a t i s a t i o n et le t y p e de m a c h i n e s :


411

F i n i t i o n de g r a n d e p r é c i s i o n . Rectification d ' é b a u c h e d a n s la masse. Rectification de p l u s i e u r s faces et d ' a l é s a g e s a u t o m a t i q u e m e n t dans une m ê m e phase sans d é m o n t a g e de la pièce ( c o n d i t i o n s de c o n c e n t r i c i t é et de p e r p e n d i c u l a r i t é assurées avec u n e très g r a n d e précision). P r o d u c t i o n en t r a v a u x u n i t a i r e s c o m m e de série. I n t é g r a t i o n d a n s u n e u n i t é de p r o d u c t i o n a u t o m a t i s é e . Rectification, en s y n c h r o n e , d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r . Flexibilité, avec i d e n t i f i c a t i o n de c h a q u e pièce et p i l o t a g e d ' u n r o b o t d ' a l i m e n t a t i o n intégré. R e c t i f i c a t i o n de pièce de f o r m e c o m p l e x e , avec : i n t e r p o l a t i o n l i n é a i r e et c i r c u l a i r e ; prog r a m m e s de d i a m a n t a g e ; c o r r e c t i o n de r a y o n q u e l q u e s o i t l ' a n g l e d ' i n c l i n a i s o n de la m e u l e (plongée oblique...). C o m p e n s a t i o n a u t o m a t i q u e de l ' u s u r e de m e u l e . J a u g e d ' a u t o c a l i b r a g e (à c o n t a c t , à c o m m a n d e BCD, à g é n é r a t i o n s d ' i m p u l s i o n s ) f a i s a n t réagir la CN i m m é d i a t e m e n t aux s i g n a u x reçus : c o m p a r a i s o n cote m e s u r é e avec cote à obtenir, j u s q u ' à l ' o b t e n t i o n de la p r é c i s i o n désirée, avec d é g a g e m e n t de la m e u l e (fig. 12.28).

P r o g r a m m a t i o n , c o n ç u e à partir d u métier, avec : cycles répétitifs de r e c t i f i c a t i o n (fig. 12.29) et de d r e s s a g e - d i a m a n t a g e , s o u s - p r o g r a m m e s , m e n u s u t i l i s a b l e s i n d i v i d u e l l e m e n t o u c o m b i n é s , d i a l o g u e ( i n t r o d u c t i o n p r é c i s i o n s d i m e n s i o n n e l l e et état de surface, surépaisseur...) p o u r u s i n a g e u n i t a i r e à la série, en é b a u c h e et f i n i t i o n , dans la phase en c o n t i n u i t é de cycles.

FIGURE 12.29

Schéma de cycles de rectification d'extérieur avec MOCN Doc. Grundin Toyoda

412

Guide de l'usinage

b y s t e m e de m e s u r e d u d i a m è t r e de m e u l e c o m m a n d a n t la vitesse c o n s t a n t e de m e u l e (fig. 12.30). Résolution incrémentale de l'avance Système d e mesure d u p o u v a n t être d i f f é r e n t e p o u r c h a q u e diamètre d e la meule cas et d a n s la s u c c e s s i o n des o p é r a C o m m a n d e d e la vitesse t i o n s d e r e c t i f i c a t i o n ( é b a u c h e , diade rotation mantage). Vitesse d e c o u p e (v) Rectification à a v a n c e lente p o u r usiconstante n a g e en passe p r o f o n d e ( i d e n t i q u e au fraisage), puis à a v a n c e s de rectification.

FIGURE 12.30

Schéma de principe de commande vitesse constante de meule sur rectifieuse plane. Doc. G + H Gobel et Hotz

Rectîfieuses planes P r i n c i p a l e m e n t c o n ç u e s à t a b l e p o r t e - p i è c e s r e c t a n g u l a i r e , la b r o c h e p o r t e - m e u l e étant horizontale ( p o u r m e u l e plate) o u v e r t i c a l e ( p o u r m e u l e boisseau) (fig. 12.31). Les m a c h i n e s à b r o c h e h o r i z o n t a l e s o n t les p l u s utilisées. Leurs capacités p e u v e n t être i m p o r t a n t e s ( p l u s i e u r s m è t r e s de l o n g u e u r d e t a b l e j u s q u ' à u n m è t r e de large). L'avance lente p e r m e t l ' é b a u c h e en une passe p r o f o n d e ( i d e n t i q u e au fraisage) d a n s des m a t é riaux très d u r s , avec f i n i t i o n en passe r a p i d e et en p e n d u l a i r e . Avec dresseur de meule à CN : r é a l i s a t i o n de p r o f i l s linéaires c o m p l e x e s ; diam a n t a g e avec c o m p e n s a tion automatique d'usure de m e u l e i n t é g r é e d a n s le cycle de r e c t i f i c a t i o n . Utilisation. O b t e n t i o n de pièces d'outillage, en plongée et à avance lente, d i r e c t e m e n t d a n s des é b a u c h e s t r e m p é e s .

FIGURE 12.31

Schéma de conception modulaire de rectifieuses planes. Doc. Mägerle


413

14.2

Rectifieuses cylindriques

C o n ç u e s p o u r la r e c t i f i c a t i o n : d ' e x t é r i e u r o u d ' i n t é r i e u r o u m i x t e ( m a c h i n e de r e c t i f i c a t i o n d ' e x t é r i e u r avec u n e u n i t é m o b i l e de r e c t i f i c a t i o n d ' i n t é r i e u r ) . Ces m a c h i n e s à CN p e u v e n t être c o n ç u e s à d e u x b r o c h e s avec 3 à 6 axes n u m é r i s é s . Avec broche hydrostatique m o n t é e sur u n a r b r e t é l e s c o p i q u e , r e c t i f i c a t i o n d ' a l é s a g e s l o n g s , de d i v e r s e s p r o f o n d e u r s avec u n m i n i m u m de p o r t e - à - f a u x . Avec plongée oblique : r e c t i f i c a t i o n de p l u s i e u r s s u r f a c e s en une seule p l o n g é e ( j u s q u ' à 45° d ' o r i e n t a t i o n ) avec u n e g r a n d e p l a g e d e v i t e s s e s de p l o n g é e (de q u e l q u e s c e n t i è m e s à quelques mètres/minute). Précision. C y l i n d r i c i t é et c o n c e n t r i c i t é de q u e l q u e s m i c r o n s en r e c t i f i c a t i o n e n t r e p o i n t e s (pièces l o n g u e s ) . Rectification conique. A v e c p r é c i s i o n par p i v o t e m e n t a u t o m a t i q u e d e l ' u n i t é p o r t e - m e u l e ( r é s o l u t i o n au m i l l i è m e de degré). Avec m e u l e en CBN. R e c t i f i c a t i o n à g r a n d e vitesse (100 à 200 m/s) : a u g m e n t e la p r o d u c t i v i t é ; r é d u i t le t e m p s d ' é t i n c e l a g e et les t e n s i o n s s u p e r f i c i e l l e s de la surface rectifiée. Sur certaines rectifieuses, é q u i l i b r a g e a u t o m a t i q u e d e m e u l e et r é g u l a t i o n t h e r m i q u e des paliers b r o c h e p o r t e - m e u l e .

Rectifieuses sans centres Très u t i l i s é e s d a n s l ' i n d u s t r i e : g r a n d e p r o d u c t i v i t é ; p r é c i s i o n o b t e n u e (avance i m p u l s i o n n e l l e j u s q u ' à 0,25 |jLm).

automatiquement

L'alimentation, en e n f i l a d e et en p l o n g é e , est r a p i d e , la pièce n ' é t a n t pas m a i n t e n u e . Des pièces cylindriques de petits diamètres et d e v a n t être g é o m é t r i q u e m e n t très précises s o n t usinées d i r e c t e m e n t d a n s la barre (en p l u s i e u r s o p é r a t i o n s é v e n t u e l l e m e n t ) . En plongée, p r é c i s i o n c o n t i n u e assurée avec : c o m p e n s a t i o n d ' e r r e u r de d i a m è t r e (usure de m e u l e , v a r i a t i o n t h e r m i q u e ) , cycles a u t o m a t i q u e s , j a u g e de m e s u r e . Conicité réglée a u t o m a t i q u e m e n t avec d e u x j a u g e s de m e s u r e p r o v o q u a n t le d i a m a n t a g e de m e u l e et, à d é f a u t , le p i v o t e m e n t de la s e m e l l e d ' o r i e n t a t i o n . Utilisation. P r o d u c t i o n e n t i è r e m e n t a u t o m a t i q u e avec : a l i m e n t a t i o n , c o n t r ô l e d i a m é t r a l , diam a n t a g e - t a i l l a g e d u p r o f i l de m e u l e , c o m p e n s a t i o n d ' e r r e u r s .

• H i Rectification d'intérieur sans centres Possible p o u r des pièces de g r a n d d i a m è t r e et de f a i b l e largeur, t y p e b a g u e . La pièce est m a i n t e n u e e n t r e d e u x g a l e t s et la m e u l e de r é g u l a t i o n (fig. 12.32).

FIGURE 12.32

galet-presseur

meule de travail

Schéma de principe de rectification d'intérieur sans centres.

414

Guide de l'usinage

14.4

Rectifieuses de forme

2 e n é r a l e m e n t à CN, c o n ç u e s très s p é c i f i q u e m e n t p o u r u s i n a g e de p r o f i l s d o n n é s (cames sur ; t > r e à c a m e s , p r o f i l s « p o l y g o n », c y l i n d r e s de l a m i n o i r s . . . ) .

Rectifieuses des profils «polygon» C o m b i n a i s o n de d e u x m o u v e m e n t s s y n c h r o n i s é s , la r o t a t i o n u n i f o r m e de la pièce avec le r e p l a c e m e n t p é r i o d i q u e de la m e u l e ( o u t r e sa r o t a t i o n ) p r o d u i s a n t un m o u v e m e n t e l l i p t i q u e n g . 12.33). Déplacement de la meule. O b t e n u par d e u x

meule

- î o u v e m e n t s ( h o r i z o n t a l et vertical). _e m o u v e m e n t h o r i z o n t a l est r é g l a b l e p o u r obtenir l ' e x c e n t r i c i t é désirée. _e m o u v e m e n t v e r t i c a l p e r m e t l ' a t t a q u e de a pièce par la m e u l e s u i v a n t u n e v e r t i c a l i t é , e ¡minant l'influence du diamètre. La pièce t o u r n e à u n e v i t e s s e a n g u l a i r e c o n s t a n t e et la m e u l e reste au c o n t a c t de la mouvements de meule pièce s u i v a n t la n o r m a l e i n s t a n t a n é e à la conjugués et synchronisés avec rotation pièce courbe polygonale. ê m o u v e m e n t de l'axe de la m e u l e d é c r i t une t r a j e c t o i r e e l l i p t i q u e . FIGURE12.33 Schéma de principe de rectification polygon. Utilisation. R e c t i f i c a t i o n de p r o f i l s « p o l y g o n » d ' e x t é r i e u r sur c y l i n d r e et c ô n e . Rectification de p r o f i l s i n t é r i e u r s de g r a n d s d i a m è t r e s (le d i a m è t r e de la m e u l e d e v a n t corresp o n d r e au d i a m è t r e de r a c c o r d e m e n t des arches de cycloïde).

Rectifieuses de surfaçage d'un type de pièces M a c h i n e s c o n ç u e s p o u r la t r è s g r a n d e série, avec a l i m e n t a t i o n a u t o m a t i q u e . E x e m p l e de s u r f a ç a g e des faces de b i e l l e s , en é b a u c h e et f i n i t i o n , s i m u l t a n é m e n t sur les d e u x faces, avec p l a t e a u p o r t e - p i è c e s c i r c u l a i r e et d e u x m e u l e s t r a v a i l l a n t s i m u l t a n é m e n t s u r les faces o p p o s é e s des pièces (fig. 12.34).

é

.

m

m

1 B ü l

*

WBÊmStÊÊmM

Nota : La r e c t i f i c a t i o n de d e n t u r e s ( e n g r e n a g e s et arbres cannelés) est é t u d i é e au c h a p i t r e « Procédés de t a i l l a g e ». La r e c t i f i c a t i o n de f i l e t a g e s est é t u d i é e au c h a p i t r e « Procédés de f i l e t a g e ».

Tf

m OPERATIONS A REALISER : - Surfaçage des faces en ébauche en finition S CONDITIONS DE RECTIFICATION : FIGURE 12.34

Schéma d'une station de rectification plane en continu. Doc.


- Prise de pièce en "barillet" rotatif

Gendron

415

Rectifieuses d'arbres à cames Machines à cinq axes numérisés avec s y n c h r o n i s a t i o n de la rotation de pièce et de la translat i o n de meule. Avec m e u l e en CBN de petit d i a m è t r e , rectification dans des m a t é r i a u x durs, de f o r m e s convexes et concaves. La p r o g r a m m a t i o n est a u t o m a t i q u e (avec cycles et c o n d i t i o n s de rectification intégrée) à partir de l ' i n t r o d u c t i o n de la levée de came dans la CN (fig. 12.35). L'ensemble des cames d ' u n arbre étant m é m o r i s é dans la CN, t o u t e la rectification est automatique.

Rectifieuses par coordonnées M a c h i n e s à CN, p o u r rectification de pièces plates de f o r m e c o m p l e x e avec précision de quelques |j.m : matrices et poinçons, avec un seul p r o g r a m m e par f o n c t i o n miroir... (fig. 12.36). Un palpeur de contrôle électronique, s'adaptant sur la broche, permet la vérification de l'usinage sur la machine.

416

Guide de l'usinage

FIGURE 12.36

Schéma de principe de rectification par coordonnées XY.

Rectifieuses d'un profil donné La m e u l e , de t y p e plate, a s o n p r o f i l taillé à la f o r m e à obtenir. Pour m a i n t e n i r le p r o f i l le p l u s l o n g t e m p s p o s s i b l e e n t r e d e u x retaillages, la m e u l e est de très g r a n d d i a m è t r e (500 à 1 000 m m ) . La prise de passe s ' e f f e c t u e en p l o n g é e de m e u l e .

Rectifieuses planétaires La m e u l e , de t y p e c y l i n d r i q u e et d e p e t i t d i a m è t r e , est a n i m é e , o u t r e s o n m o u v e m e n t de r o t a t i o n , de m o u v e m e n t s p l a n é t a i r e et r e c t i l i g n e - a l t e r n a t i f , la pièce étant f i x e (fig. 12.37). Utilisation. R e c t i f i c a t i o n d e g r a n d s a l é s a g e s d a n s des pièces plates (peu épaisses).

FIGURE 12.37

Schéma de principe de rectification planétaire.


417

PROCÉDÉS DE SUPERFINITION

1.

2.

3.

4.

Généralités

421

1.1

Le procédé de galetage

421

1.2

Le procédé de rodage

421

1.3

Le procédé de polissage

421

Procédés de galetage

421

2.1

Généralités

421

2.2

Galetage de précision en état de surface

423

2.3

Galetage de précision d i m e n s i o n n e l l e

424

2.4

Galetage de r e n f o r c e m e n t

424

2.5

Mise en œuvre

425

Procédés de rodage

428

3.1

Généralités

428

3.2

Outils abrasifs

429

3.3

Lubrification

430

3.4

Surépaisseur de rodage

431

3.5

Rodage d'intérieur (alésages)

431

3.6

Rodage d'extérieur de pièces cylindriques

433

3.7

Rodage d'extérieur des pièces plates

433

3.8

Rodage avec poudre abrasive

434

Procédés de polissage

434

4.1

Généralités

434

4.2

Outils abrasifs

434

4.3

M o u v e m e n t s de génération

435

4.4

Machines

435

4.5

Utilisation

436

419

1.

Généralités

I^^KS

Production d ' u n excellent état de surface a m é l i o r a n t en particulier la portance des pièces usinées. Les différents procédés de superfinition sont le galetage, le rodage, le polissage.

Le procédé de galetage A m é l i o r e l'état de surface et produit une excellente portance avec a m é l i o r a t i o n des caractéristiques mécaniques par fluage de la matière en superficie.

Le procédé de rodage A m é l i o r e l'état de surface avec essentiellement un excellent état de surface par usure de la matière inerte en surface après usinage par coupe.

Le procédé de polissage A m é l i o r e l'état de surface avec une excellente planéité j u s q u ' a u fini spéculaire.

2.

Procédés de galetage Généralités

S u p e r f i n i t i o n de surfaces fonctionnelles cylindriques sous l'action de galets d é f o r m a n t à f r o i d la surface enveloppe des pièces (d'intérieur et d'extérieur) par pression, faisant fluer la matière en surface. Procédé é c o n o m i q u e de s u p e r f i n i t i o n des surfaces : les galets, en acier traité, ne s'usant pas.

Qualités obtenues Le galetage améliore l'état de surface (fig. 13.1), la portance, la dureté, la résistance à l'usure et la résistance à la rupture, réalisant des surfaces polies, avec précision d i m e n s i o n n e l l e et orientation des fibres.

13. Procédés de superfinition

421

ligne moyenne

surface rectifiée

FIGURE 13.1

surface galetée

État de surface obtenu en

Etat de surface. 0,8 à 0,05 Ra. Plus la pression exercée sera g r a n d e et plus l'état de surface o b t e n u se r a p p r o c h e r a de la l i g n e moyenne. Les s o m m e t s s o n t écrêtés et les c r e u x relevés par r a p p o r t à la l i g n e m o y e n n e . Le m é t a l refoulé f l u e s o u s la p r e s s i o n exercée par le g a l e t q u i d é f o r m e , plastifie et p o l i t galet-presseur la s u r f a c e d a n s s o n a c t i o n de t r a v a i l , sans f p r o v o q u e r de c r i q u e s d a n s la pièce (fig. 13.2). surépaisseur de rodage

matière fluant pièce

FIGURE 13.2

Schéma de mode d'action du galet-presseur. Résistance à la fatigue. Elle a u g m e n t e c o n s i d é r a b l e m e n t j u s q u ' à e n v i r o n 3 m m m i n i m u m de profondeur. Les effets d'entaille, cause d ' a m o r ç a g e de c r i q u e s , n ' e x i s t e n t pas. Surface galetée. E n g e n d r e un f a i b l e f r o t t e m e n t , f a v o r a b l e a u x p o r t é e s é t a n c h e s (joints...) sur pièces t o u r n a n t e s , la p o r t a n c e é t a n t excellente. Dureté de galetage. Décroît, p r e s q u e r é g u l i è r e m e n t , j u s q u ' à la d u r e t é initiale de la pièce. Elle a u g m e n t e de 5 à 10 % sur u n e p r o f o n d e u r de 0,25 à 0,80 m m . Nota : Un a l l o n g e m e n t de m a t i è r e c o n t i n u est à c o n s i d é r e r , en c o n c e p t i o n et m é t h o d e p o u r c h a q u e cas de pièce à galeter.

Différents galetages S e l o n le t y p e de q u a l i t é recherché, la phase de g a l e t a g e sera : de r e n f o r c e m e n t , d e p r é c i s i o n en état de surface, de p r é c i s i o n d i m e n s i o n n e l l e de la f o r m e galetée.

Procédé d'usinage précédant le galetage Par coupe ou abrasion, il n'a p r a t i q u e m e n t pas d ' e f f e t sur l'état de surface gaieté. U n e r u g o s i t é r e l a t i v e m e n t g r a n d e est p r é f é r a b l e ( = 1,6 Ra m i n i ) . Quel q u e soit le p r o c é d é e m p l o y é , la s u r é p a i s s e u r de g a l e t a g e est à p r é v o i r ainsi q u e la précis i o n d ' é t a t de surface à o b t e n i r .

Elles s o n t r a p i d e s : m o u v e m e n t de r o t a t i o n de la pièce d e 100 à 200 m / m i n ; m o u v e m e n t d ' a v a n c e des galets de 5 m m / t o u r .

422

Guide de l'usinage

Galetage de précision en état de surface a i e 5 2 3e d ' u n g a l e t - p r e s s e u r ( c y l i n d r i q u e ) et de d e u x g a l e t s - s u p p o r t s q u i e x e r c e n t • la surface à galeter. st m o u v e m e n t de r o t a t i o n e n t r a î n a n t l ' o u t i l é g a l e m e n t en r o t a t i o n et q u i reçoit - e - : 3 avance (fig. 13.3).

FIGURE 13.3

Schéma de principe du galetage de précision en état de surface.

r a st-presseur, incliné sur la génératrice du cylindre, donne l'angle d'attaque de l'outil sur m. a-rface. . " n d i n a i s o n de l ' e n s e m b l e des g a l e t s p a r r a p p o r t à l ' a x e d e la p i è c e p r o v o q u e u n e a u t o : m a r c e . et c o n t r i b u e à l ' o b t e n t i o n d ' u n état de surface de q u a l i t é .

Surépaisseur

de galetage

Zn *5 a 20 ptm p o u r les surfaces o b t e n u e s par c o u p e . Zte 3 a 5 p.m p o u r les surfaces o b t e n u e s par r e c t i f i c a t i o n .

Qualité recherchée État de surface (Ra m a x i 0,05 ptm) avec u n e a m é l i o r a t i o n de p r é c i s i o n m a c r o et m i c r o - g é o m é — : u e (fig. 13.4). 1 Rt ( p m ) 10 9

rodage

galetage

X\

\

8

>

7 6 5

\\ >

4 3 2 1 FIGURE 13.4

Taux de portance comparé galetage-rodage.


10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

423

2.3

Galetage de précision dimensionnelle

Il s ' e f f e c t u e e s s e n t i e l l e m e n t s u r des f o r m e s c o u r t e s ( p o r t é e s de r o u l e ments...). Le g a l e t - p r e s s e u r , c y l i n d r i q u e a u x e x t r é m i t é s a r r o n d i e s , p o r t e en t o t a lité sur la surface à galeter, les galetss u p p o r t s p o u v a n t ê t r e décalés de cette surface (fig. 13.5).

FIGURE 13.5

Schéma de principe du galetage de précision dimensionnelle.

Surépaisseur de galetage De 0,10 à 0,15 m m .

Qualités recherchées D i m e n s i o n n e l l e et a u g m e n t a t i o n de la p o r t a n c e . Dimensionnelle : m a x i m u m de 10 (¿m, à cause de l'élasticité d u m a t é r i a u , en p a r t i c u l i e r , qualité 5, à p a r t i r d ' u n e q u a l i t é initiale g r o s s i è r e (9 o u 10). État de surface. Ra m a x i 0,5 |xm, à partir d ' u n e r u g o s i t é initiale q u a l i t é 8 à 9.

| Galetage de renforcement Il s ' e f f e c t u e e s s e n t i e l l e m e n t sur des zones localisées de pièces où le t a u x de f a t i g u e est i m p o r t a n t ( c o n g é s de raccordement ayant à supporter de f o r t e s c h a r g e s ) , avec le g a l e t - p r e s seur de f o r m e a r r o n d i e et o r i e n t é e à 45° (fig. 13.6).

FIGURE 13.6

Schéma de principe du galetage de renforcement. Des v a l e u r s d e r e n f o r c e m e n t o p t i m a l e s et u n i f o r m e s s o n t o b t e n u e s à l ' a i d e de p r e s s i o n s c o n t r ô l é e s d a n s le t e m p s de g a l e t a g e . Des c o n t r a i n t e s de c o m p r e s s i o n o b t e n u e s avec ce p r o c é d é s ' o p p o s e n t a u x c o n t r a i n t e s de tract i o n et de f l e x i o n .

424

Guide de l'usinage

Surépaisseur de galetage De 0,15 à 0,30 m m s e l o n les d i m e n s i o n s des pièces.

Qualité recherchée E n d u r a n c e de la pièce par u n t r a i t e m e n t m o l é c u l a i r e de la m a t i è r e en o r i e n t a n t les fibres. A u g m e n t a t i o n c o n s i d é r a b l e de la résistance à la f a t i g u e (300 %).

Mise en œuvre En p r o d u c t i o n de g r a n d e série ( a u t o m o b i l e s , h y d r a u l i q u e . . . ) : r é a l i s a t i o n r a p i d e p o u r u n e portance s u p é r i e u r e a u x autres procédés. Le galetage peut s'effectuer s u i v a n t plusieurs m é t h o d e s , avec pièce m a i n t e n u e o u pièce guidée.

Galetage pièce maintenue Il v a r i e s u i v a n t la l o n g u e u r à galeter, soit : En chariotage. Pour surfaces l o n g u e s (la pièce étant m a i n t e n u e a u x d e u x e x t r é m i t é s ) avec un o u p l u s i e u r s g a l e t s - p r e s s e u r s (fig. 13.7). Les machines produisent l ' a v a n c e des g a l e t s , m é c a n i quement ou hydrauliquegalets-presseur ment. piece

HK %

FIGURE 13.7

galet-support '

Schéma de principe de galetage en chariotage.

f^tos

En plongée. Pour surfaces c o u r t e s , de l o n g u e u r à galeter « l a r g e u r des galets. Les galets s o n t parallèles aux g é n é r a t r i c e s de la s u r f a c e (pas de m o u v e m e n t d ' a v a n c e ) .

Galetage pièce guidée Trois galets, en p o s i t i o n t r i a n g u l é e , m a i n t i e n n e n t la pièce centrée. Un des galets, étant m o t e u r , assure les m o u v e m e n t s de r o t a t i o n et d ' a v a n c e (par a d h é r e n c e ) de la pièce. La d i s p o s i t i o n i n c l i n é e et en q u i n c o n c e des galets p e r m e t d ' o b t e n i r une a v a n c e c o n t i n u e d e q u e l q u e s m è t r e s / m i n (fig. 13.8). Le g a l e t a g e s ' e f f e c t u e en enfilade o u en p l o n g é e . galets-presseur

pièce

FIGURE 13.8

Schéma de principe de galetage

galet-support

pièce guidée en enfilade.


425

Pression de galetage Elle v a r i e en f o n c t i o n : des d i a m è t r e s g a l e t - p r e s s e u r et pièce avec leur l o n g u e u r de c o n t a c t ; de la p r e s s i o n s p é c i f i q u e d u m a t é r i a u - p i è c e .

Matériaux à galeter Ils a u r o n t un a l l o n g e m e n t à la r u p t u r e de 6 % et j u s q u ' à 10 % p o u r le g a l e t a g e d i m e n s i o n n e l . La fonte et les matériaux frittés, de s t r u c t u r e p o r e u s e , c o n v i e n n e n t bien au g a l e t a g e . Les aciers cémentés ne d o i v e n t pas être g a i e t é s (risque de d é c o l l e m e n t de la c o u c h e c é m e n tée).

Surfaces courtes Galetage en p l o n g é e . U s i n a g e p r é a l a b l e avec c h a n f r e i n d ' e n t r é e et g o r g e de d é g a g e m e n t ( s o u s - d i m e n s i o n n é e de q u e l q u e s d i x i è m e s de m m afin d ' a b s o r b e r l ' a l l o n g e m e n t de matière). Les s u r f a c e s c y l i n d r i q u e s plates p e u v e n t être galetées avec des g a l e t s situés en o p p o s i t i o n sur les d e u x faces o p p o s é e s (fig. 13.9).

galets-presseur

cq mg~ - — • —

Y * ®g >

FIGURE 13.9

Schéma de galetage de faces sur pièce cylindrique plate.

" P " ' cop

Surfaces cylindriques d'intérieur (alésages) Peuvent être galetées à l ' a i d e de m a n d r i n s p o r t e - g a l e t s , avec e x p a n s i o n des galets de 0,5 à 1 m m s e l o n les d i a m è t r e s d ' o u t i l s (fig. 13.10). L'usinage préalable est généralement l'alésage (coupe) avec la m ê m e précision q u e p o u r le g a l e t a g e d'extérieur. Possibilité de perçage, étirage de p r é c i s i o n , r o d a g e d'ébauche éventuellement. La s u r é p a i s s e u r d ' u s i n a g e est f o n c t i o n en p a r t i c u l i e r d u d i a m è t r e de l ' a l é s a g e , de 0,01 à 0,08 m m . La qualité 6 est o b t e n u e à partir de l ' é b a u c h e en qualité 8 o u 9. Les d é f a u t s m a c r o g é o m é t r i q u e s d a n s l'alésage s o n t r é d u i t s d ' e n v i r o n 25 %.

FIGURE14.10

426

Mandrin de galetage d'intérieur. Doc. Cogsdill - Numeaton Ltd., SET dustributeur

Guide de l'usinage

mandrin porte-galets reçoit le m o u v e m e n t de r o t a t i o n (100 à 200 m / m i n ) et le m o u v e m e n t rf avance (0,5 à 4 m m / t o u r , en général). Jtilisation : En particulier, p r o d u c t i o n de pièces h y d r a u l i q u e s et p n e u m a t i q u e s (vérins) : pré::sion, rapidité d'obtention. c o e f f i c i e n t de f r o t t e m e n t des alésages g a i e t é s p e r m e t u n e r é d u c t i o n i m p o r t a n t e de l ' u s u r e Des j o i n t s associés a u x alésages (la surface galetée ne p r é s e n t e pas de pics). Forme discontinue. Ne pas d é p a s s e r 15 % de la p é r i p h é r i e de l'alésage o u utiliser u n o u t i l à ; - a n d n o m b r e de g a l e t s ( r é p a r t i t i o n des pressions).

taMn

«Hi:

Pièces tubulaires

wêêêê*

d é f o r m a t i o n étant é l a s t i q u e , u n p h é n o m è n e de r e t o u r nécessite de galeter à u n d i a m è t r e supérieur de 0,03 à 0,05 m m p o u r c o m p e n s e r cet effet.

Outil combiné d'alésage-galetage _=s o p é r a t i o n s d ' u s i n a g e d a n s les t u b e s , alésage et g a l e t a g e , p e u v e n t s ' e f f e c t u e r en u n e seule zœration. - o p é r a t i o n d'alésage, en cycle a u t o m a t i q u e , s ' e f f e c t u e à la c o u r s e aller de l ' o u t i l c o m b i n é , avec r é t r a c t i o n des l a m e s de c o u p e en f i n de c o u r s e . . opération de galetage se réalise en c o u r s e *=:our d ' o u t i l , avec prise de passe p r é a l a b l e (les lubrification galets é t a n t rétractés r ^ - a n t l'alésage) (fig. '3.11). 4 V^X™,Ll'JlL.^ riliril J alésage "galetage (aller) (retour) lame outil de galetage outil d'alésage

FIGURE14.11

Schéma d'outil combiné calibrage - galetage d'intérieur.

_a tète d'alésage c o m p o r t e d e u x l a m e s o p p o s é e s , g u i d é e s par des p a t i n s : g é n é r a l e m e n t , son â . a n c e est i m p o r t a n t e ( q u e l q u e s m m / t o u r ) la p r o f o n d e u r de passe é t a n t f a i b l e ( q u e l q u e s ; x i e m e s de m m ) : l a m e s de c o u p e avec un a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e Kr faible. _a précision recherchée est de q u a l i t é 7 avec Ra 0,8 |xm. Une forte lubrification s o u s p r e s s i o n est nécessaire : l u b r i f i c a t i o n et r é f r i g é r a t i o n de l ' o u t i l ; éli— n a t i o n des c o p e a u x de la surface alésée. Conditions d'usinage : I d e n t i q u e s à des v a l e u r s d ' a l é s a g e ( c o u p e ) et d u g a l e t a g e : 70 à 170 m / m i n en r o t a t i o n ; 1 à 7 m m / t o u r en t r a n s l a t i o n . Linclinaison des galets par r a p p o r t à l'axe d u p o r t e - o u t i l f a v o r i s e l ' a v a n c e p r o g r a m m é e (supé" e u r e à l ' a v a n c e m e n t naturel des galets inclinés) : s u f f i s a n c e d ' u n e f a i b l e f o r c e de t r a c t i o n des ; î ets (400 à 800 d a N , s e l o n les d i a m è t r e s usinés).

12. Procédés de

rectification

427

3.

Procédés de rodage Généralités

S u p e r f i n i t i o n de s u r f a c e s f o n c t i o n n e l l e s par d é p l a c e m e n t rapide et d i s c o n t i n u de pierres abrasives m a i n t e n u e s en pression c o n t r e la surface à roder, s o u s f o r t e l u b r i f i c a t i o n e n l e v a n t une f a i b l e q u a n t i t é de m a t i è r e par f r o t t e m e n t et a b r a s i o n (fig. 13.12). L'outil abrasif (pierre o u p o u d r e ) é r o d e la s u r f a c e usinée, supp r i m a n t la c o u c h e de m é t a l a m o r p h e (couche de Beilby, aspérités de c o u p e ) sans a r r a c h e m e n t de m a t i è r e ni é c h a u f f e m e n t superficiel.

Surfaces rodées A v e c des m é t h o d e s d i f f é r e n t e s : c y l i n d r i q u e s d ' i n t é r i e u r (les alésages, d é b o u c h a n t s o u b o r g n e s ) ; p l a n e s , c o n i q u e s , c y l i n driques d'extérieur. Opération d'usinage rapide, p r o d u i s a n t des s u r f a c e s d ' e x c e l lente p r é c i s i o n , avec une m i s e en p o s i t i o n de la pièce g é n é r a l e m e n t p e u précise.

Qualités obtenues Le r o d a g e a m é l i o r e les q u a l i t é s f o n c t i o n n e l l e s des pièces en m o u v e m e n t (état de s u r f a c e , g é o m é t r i e , d i m e n s i o n ) et l e u r u s u r e par la s u p p r e s s i o n des d é f a u t s s u p e r f i c i e l s s u b s i s t a n t sur les s u r f a c e s après usinage. État de surface. Inférieur au m i c r o n . Dimension, circularité, cylindricité. Q u e l q u e s m i c r o n s .

Matériaux à galeter La p l u p a r t des m é t a u x p e u v e n t être rodés et p a r t i c u l i è r e m e n t les aciers ( t r e m p é s o u non), les f o n t e s , le c a r b u r e , les m é t a u x non ferreux.

Procédé d'usinage précédent En g é n é r a l , par c o u p e . Le rodage s ' e f f e c t u e g é n é r a l e m e n t en d e r n i è r e phase de f a b r i cation. En p r o d u c t i o n de g r a n d e série il peut être réalisé en p l u s i e u r s o p é r a t i o n s ( é b a u c h e , d e m i - f i n i t i o n , f i n i t i o n ) avec u n e a u t r e phase i n t e r m é d i a i r e ( t r a i t e m e n t t h e r m i q u e , n e t t o y a g e . . . ) .

FIGURE 13.12

Opération de rodage avec rodoir monobloc

mm

sec.

sur machine à CN Prohone PRH 18/16.

0,05

13

Doc.

428

mm

1.8

mm

0,0015 0,002

Guiliani

Guide de l'usinage

F

Utilisation

( P - c d u c t i o n de g r a n d e série ( a u t o m o b i l e , h y d r a u l i q u e , p n e u m a t i q u e . . . ) . ffetrts alésages. R e m p l a c e a v a n t a g e u s e m e n t la r e c t i f i c a t i o n (usure et f l e x i o n des m e u l e s de d i a m è t r e , d ' o ù r i s q u e de c o n i c i t é de l'alésage rectifié).

Outils abrasifs A grains très fins. Ils s o n t des t y p e s s u p e r - d u r s o u d u r s . _e diamant ( s y n t h é t i q u e ) , s y m b o l e D, p o s s è d e une b o n n e a c t i o n abrasive. Le borazon, cristal c u b i q u e de n i t r u r e de b o r e , s y m b o l e B, est de d u r e t é i m m é d i a t e après le r a m a n t , avec la m ê m e c a r a c t é r i s t i q u e a b r a s i v e q u e le d i a m a n t .

Définition ~ar leur l e t t r e - s y m b o l e et un n o m b r e indiquant la g r o s s e u r d u g r a i n q u i c o r r e s p o n d su d i a m è t r e m o y e n en p m . La n o r m e DIN 548 i n d i q u e : g r a i n s f i n s 7, 15, 3 0 ; g r o s grains 45, 50, 55, 70, 90, 100, 150, 180, 220 '•fi g. 13.13). Grains fins. U t i l i s é s e n r o d a g e de g r a n d e qualité. Gros grains. U t i l i s é s en r o d a g e d ' é b a u c h e i plus g r a n d débit). Grosseur du grain. En p a r t i c u l i e r p o u r le d i a m a n t et le b o r a z o n , il n'a p r a t i q u e m e n t pas d ' i n f l u e n c e sur l'état de surface à obtenir, j u s q u ' à 0,3 |xm. Les abrasifs s o n t a g g l o m é r é s e n p i e r r e s abrasives à m o n t e r sur s u p p o r t m é t a l l i q u e le p o r t e - o u t i l ) q u i s ' a d a p t e à la m a c h i n e . Ils sont en poudre p o u r r o d a g e r é c i p r o q u e .

180

grosseur du grain (|im)

Acier XC38 traité

150

fonte HB220

100

90 70

50 45 30

FIGURE 13.13

Exemple de rugosités obtenues avec des grosseurs de grain différentes.

15 7

Ra (|im) 1

2

3

4

5

6

7

Pierres abrasives Pour assurer la c y l i n d r i c i t é de l'alésage r o d é : l o n g u e u r des pierres = 2/3 l o n g u e u r alésage ; en t r a v a i l , s o r t i e d e c h a q u e côté de l'alésage = 1/3 l o n g u e u r des pierres (fig. 13.14). Pression spécifique des pierres. De 20 à 60 bars, c o n d i t i o n n a n t la p r o f o n d e u r de passe, avec la g r o s s e u r d u g r a i n . L ' a u g m e n t a t i o n de p r e s s i o n accélère le r o d a g e , en a c c r o i s s a n t la p r o f o n d e u r de passe.


429

FIGURE 13.14

Schéma d'outil de rodage d'alésages. liaison articulée

Choix de l'outil A b r a s i f . Travaux de grande série : abrasifs super-durs, le d i a m a n t et le borazon qui ont une très f a i b l e usure (assure le m a i n t i e n g é o m é t r i q u e des pierres). Travaux autres q u ' e n grande série : c a r b u r e de s i l i c i u m et c o r i n d o n à g r a i n s f i n s (500 à 800). Liant. A n a l o g i e avec r e c t i f i c a t i o n : g r a d e t e n d r e p o u r m é t a u x d u r s et r o d a g e d ' e x t é r i e u r (arbres, plans) ; grade durs pour métaux tendres. Outil « é b a u c h e » finition. T e c h n i q u e d u r o d a g e p l a t e a u de PCI M e u d o n : a s s u r e u n e excellente f i n i t i o n ( m a s s e des pics r é d u i t e ) avec m a î t r i s e l u b r i f i c a tion, asservissement mesure associée au b a t t e m e n t en t e m p s réel et a u x e x p a n s i o n s d u c o u p l e de r o d a g e (fig. 13.15).

FIGURF.14.15

7/ M KSM y,

9

^ pièce (fixe) pierres abrasives

]

mouvement hélicoïdal expansibilité

illustration du principe

Schéma de rodoir «ébauche - finition» avec résultats d'un rodage. Doc. PCI Meudon. (machine à CN)

Lubrification Elle est f o r c é e p o u r évacuer les m i c r o - c o p e a u x , les calories d u e s au f r o t t e m e n t , les p a r t i c u l e s abrasives en s u s p e n s i o n d a n s le l i q u i d e .

430

Guide de l'usinage

brifier la zone de t r a v a i l . i q u i d e a un p o u v o i r m o u i l l a n t ( p é t r o l e à 30 % e n v i r o n ) et un p o u v o i r l u b r i f i a n t (huile), ¿ . a n t recyclage ( a u t o m a t i q u e ) il est f i l t r é et é v e n t u e l l e m e n t réfrigéré.

ZM

de roda9e

3 e 0,02 à 0,08 m m , s e l o n les d i m e n s i o n s des pièces. 3 n c o n s i d è r e : F o r m e s c y l i n d r i q u e s : [¡T état de surface + iT g é o m é t r i e ] x 2 f o r m e s planes : IT état de surface + IT g é o m é t r i e . _ auto-centrage d u r o d o i r - m o n t é f l o t t a n t - p e r m e t de l i m i t e r la s u r é p a i s s e u r de r o d a g e . Profondeur de passe. Q u e l q u e s d i x i è m e s de jj.m. par passe, nécessaire p o u r r o d e r u n e surface : e n l è v e m e n t m i n i m u m de m a t i è r e . La prise de passe s ' e f f e c t u e a u t o m a t i q u e m e n t en c o n t i n u , à c h a q u e cycle.

Rodage d'intérieur (alésages) Réalisé à l'aide de r o d o i r s c y l i n d r i q u e s : s u p p o r t m é t a l l i q u e des pierres à r o d e r situées en périphérie et m a i n t e n u e s en p r e s s i o n c o n t r e la paroi de l'alésage ( m é c a n i q u e m e n t o u h y d r a u l i quement).

Rodoir Il est a n i m é de d e u x m o u v e m e n t s s i m u l t a n é s : r o t a t i o n c o n t i nue et t r a n s l a t i o n a l t e r n é e ( d e s c e n d a n t e et m o n t a n t e , suiv a n t s o n axe) p r o v o q u a n t des t r a j e c t o i r e s h é l i c o ï d a l e s i r o d a g e à t r a i t s croisés) la pièce étant f i x e (fig. 13.16). Il reçoit u n e e x p a n s i o n par des c ô n e s situés d a n s le p o r t e pièce, q u i agissent sur les pierres. Il est m o n t é f l o t t a n t sur la b r o c h e d e la m a c h i n e : a u t o - c e n t r a g e et a u t o - a l i g n e m e n t rodoir/alésage. Le s y s t è m e d ' e x p a n s i o n est h y d r a u l i q u e (en e n l è v e m e n t de m a t i è r e au m a x i m u m ) o u m é c a n i q u e (en r a t t r a p a g e des d é f a u t s de f o r m e ) . Les rodoirs à plusieurs pierres s ' u t i l i s e n t d a n s t o u s les cas, avec un n o m b r e p l u s o u m o i n s g r a n d de pierres, s e l o n les d i a m è t r e s à r o d e r et p o u r e n l e v e r le m a x i m u m de m a t i è r e par passe. FIGURE14.16

Trajectoires de rodage

à «traits croisés».

Vitesses de rodage Le r a p p o r t e n t r e les vitesses de r o t a t i o n et de t r a n s l a t i o n d o n n e l ' a n g l e d u t r a i t c r o i s é : t a n g e n t e de l'angle/2 = vitesse de t r a n s l a t i o n / v i t e s s e de r o t a t i o n . À partir des vitesses conseillées, d é t e r m i n e r les d e u x vitesses p o u r o b t e n i r des « t r a i t s crois é s » e n t r e 45° et 70° ( p r o d u c t i o n d ' u n e n l è v e m e n t de m a t i è r e m a x i m u m ) . Vitesse de rotation du rodoir. 40 à 80 m / m i n p o u r le d i a m a n t , 35 à 60 m / m i n p o u r le b o r a z o n ; 10 à 20 m / m i n p o u r le c o r i n d o n et le c a r b u r e de s i l i c i u m .


431

Vitesse de translation du rodoir A b r a s i f s d i a m a n t et b o r a z o n : 6 à 16 m / m i n d a n s l ' a c i e r ; 12 à 32 m / m i n dans la f o n t e . A b r a s i f s c o r i n d o n et c a r b u r e de s i l i c i u m : 5 à 10 m / m i n Elle est m a x i m a l e en é b a u c h e et m i n i m a l e en f i n i t i o n .

Rodage des alésages borgnes Avec des pierres p l u s larges en b o u t : f a v o r i s e le r e c o u p e m e n t des hélices en f o n d d ' a l é s a g e .

Rodage des alésages discontinus (avec cannelures) idiiIBBlIllIii Avec des pierres de l a r g e u r s u p é r i e u r e à celle des c a n n e l u r e s : ne d é t é r i o r e pas la c y l i n d r i c i t é de l'alésage.

Rodage des alésages de petit diamètre R o d o i r à u n e pierre m a i n t e n u e au c o n t a c t de l ' a l é s a g e par d e u x g u i d e s en c a r b u r e , en p o s i t i o n t r i a n g u l a i r e (fig. 13.17). R o d o i r m o n o b l o c à d é s a x a g e p i l o t é par CN a s s u r a n t la c o r r e c t i o n d i a m é t r a l e en c o u r s d'usinage.

guide pierre i p C ' i ' - L abrasive flgiXP \X coin de V poussée

FIGURE 7 . 1 7

Section schématique de rodoir pour petits alésages.

section de corps d'outil

Porte- pièces lls d i f f è r e n t s e l o n les d i m e n s i o n s des pièces et les c o n d i t i o n s g é o m é t r i q u e s à m a i n t e n i r avec l'alésage à roder. Pièces maintenues à l'unité sur la m a c h i n e . Ne nécessite pas, en p r i n c i p e , u n e m i s e en position rigoureuse : outil flottant. Pièces de faible épaisseur ( g é n é r a l e m e n t de petites d i m e n s i o n s ) . P e u v e n t être r o d é e s s i m u l t a n é m e n t avec le m ê m e r o d o i r . Elles s o n t m a i n t e n u e s g r o u p é e s en p o s i t i o n f i x e d a n s un s u p p o r t (fixe o u f l o t t a n t ) . Pièces avec condition géométrique rigoureuse. P e r p e n d i c u l a r i t é alésage/face d ' a p p u i : rectifier o u r o d e r cette face de référence a v a n t r o d a g e de l'alésage. Les pièces s o n t g r o u p é e s o u isolées dans des cages à e m p i l e r d a n s u n p o r t e - p i è c e s ( e x e m p l e de p i g n o n s avec c o n d i t i o n r i g o u r e u s e de c o a x i a l i t é p r o f i l e x t é r i e u r / a l é s a g e ) .

Machines à roder G é n é r a l e m e n t à b r o c h e v e r t i c a l e ; à b r o c h e h o r i z o n t a l e p o u r les pièces très l o n g u e s . La capacité de r o d a g e des alésages v a r i e de 2 m m à 1 500 m m en d i a m è t r e et j u s q u ' à 8 m è t r e s de l o n g u e u r . La qualité dimensionnelle peut être assurée à l'aide d ' u n s y s t è m e d ' a u t o - c a l i b r a g e q u i m a i n t i e n t la c o t e a u t o m a t i q u e m e n t par j a u g e - t a m p o n o u en b o u c l e f e r m é e (avec des a b r a s i f s s u p e r - d u r s ( m a c h i n e à CN).

Rôdeuses à table rotative O p t i m i s a t i o n d u p r o c é d é de r o d a g e de petits alésages en p r o d u c t i o n de g r a n d e série : cycle rotatif de la t a b l e p o r t e - p i è c e s à n s t a t i o n s d e v a n t les b r o c h e s p o r t e - b r o c h e s ; a u t o m a t i s a t i o n t o t a l e d u p r o c e s s u s ; i n t é g r a t i o n de la m a c h i n e d a n s u n e l i g n e d e p r o d u c t i o n .

432

Guide de l'usinage

3.6

Rodage d'extérieur de pièces cylindriques

Il s ' e f f e c t u e avec une o u p l u s i e u r s pierres a b r a s i v e s r e c e v a n t u n m o u v e m e n t o s c i l l a t o i r e (30 à 40 p é r i o d e s / s e c o n d e ) de f a i b l e a m p l i t u d e (1 à 5 m m ) et s o u s u n e f a i b l e p r e s s i o n <= 4 bars) (fig. 13.18). La p i è c e est a n i m é e en r o t a t i o n à f a i b l e vitesse (4 à 10 m / m i n ) . L'outil se t r a n s l a t e à a v a n c e l e n t e (0,1 à 0,5 m m / t r ) . O p é r a t i o n peu e m p l o y é e : la rectific a t i o n f i n e p e r m e t t a n t d ' o b t e n i r la précision «superfinie». FIGURE 13.18

Schéma de principe du rodage cylindrique d'extérieur.

| Rodage d'extérieur des pièces plates Il s ' e f f e c t u e avec u n r o d o i r c y l i n d r i q u e ( t r a v a i l l a n t de face). Le rodoir est a n i m é des m o u v e m e n t s de r o t a t i o n (5 à 15 m / m i n ) et de t r a n s l a t i o n a l t e r n a t i v e (30 à 40 p é r i o d e s / s e c o n d e ) de f a i b l e a m p l i t u d e (2 à 5 m m ) (fig. 13.19). La pièce est a n i m é e en r o t a t i o n de 8 à 10 m / m i n s u r m a c h i n e à u n oscillations r o d o i r , en r o d a g e d ' u n e face. <±¿.(0 ierre abrasive Le rodage simultané de deux faces pièce parallèles s ' e f f e c t u e s u r m a c h i n e avec r o d o i r s o p p o s é s (fig. 13.20). Plusieurs rodoirs agissant s i m u l t a ^ ¡ L n é m e n t s u r u n e m ê m e face (avec /plateau machine spécifique) ont des porte-pièce M-top v i t e s s e s de t r a v a i l s u p é r i e u r e s au m o n o - r o d o i r , 15 à 20 m / m i n p o u r le FIGURE 13.19 Schéma de principe du rodage plan. r o d o i r , 30 à 40 m / m i n p o u r la pièce).

£


433

3.8

Rodage avec poudre abrasive

Il s'effectue en rodage réciproque, avec pâte abrasive interposée, de d e u x surfaces situées dans leur position fonctionnelle, prov o q u a n t le rodage m u t u e l des deux surfaces en contact. La pression de contact ne d o i t pas être très forte (3 bars environ) pour ne pas chasser la pâte abrasive. Une rotation alternée p e r m e t d'assurer le m a x i m u m d'efficacité. On utilise ce procédé pour des pièces de type axile associées f o n c t i o n n e l l e m e n t avec un m a x i m u m d'étanchéité (clapets, soupapes...) (fig. 13.21).

4.

Procédés de polissage Généralités

S u p e r f i n i t i o n de surfaces planes par rodage à l'abrasif libre ou fixe par pression de la surface à roder sur un plateau de polissage a n i m é en rotation.

Qualités obtenues Rugosité très réduite, excellente planéité, fini spéculaire, surface portante élevée.

Ôutils abrasifs Les abrasifs utilisés, en poudre (grains excessivement fins) sont super-durs ou durs : poudre de d i a m a n t , borazon, carbure de silicium, c o r i n d o n (voir procédé de rodage).

Abrasif fixe L'abrasif fixe est encollé sur un s u p p o r t (disque, papier ou latex i m p e r m é a b l e ) . Utilisation g é n é r a l e m e n t en prépolissage. Support tendre : o b t e n t i o n d ' u n excellent fini spéculaire. Support dur : o b t e n t i o n d ' u n e excellente planéité. Film de microfinition « Q 151 » de NORTON. S u p p o r t polyester d'épaisseur précise (0,13 m m ) avec abrasif en o x y d e d ' a l u m i n e à grains très fins (9 à 100 |xm) (fig. 13.22). Possède un pouv o i r anti-encrassant d ' u n e résistance aux agents c h i m i q u e s , p r o d u i s a n t un f i n i excellent et régulier. Excellente durée de vie du f i l m abrasif conçu en rouleaux et bandes.

434

Guide de l'usinage

FIGURE 13.22

Schéma du film «microfinition Q 151 » de polissage.

Double encollage Abrasifs en granulométrie micron

Doc. Norton

Utilisation. Sous huile entière ou e m u l s i o n n é e , en p o l i s s a g e de oièces p r é c i s e s , t y p e c y l i n d r i q u e p o u r g r a n d e série ( a u t o m o b i l e , hydraulique...).

Support film polyester Couche anti-friction, non abrasive

Abrasif libre S u s p e n s i o n a b r a s i v e p u l v é r i s é e s u r le p l a t e a u p o r t e - p i è c e o ù r e p o s e la s u r f a c e à p o l i r des pièces. Utilisation en p o l i s s a g e et p r é p o l i s s a g e , s e l o n la finesse des g r a i n s .

N k

Pièces à polir

De petites d i m e n s i o n s , elles s o n t usinées en n o m b r e en les m a i n t e n a n t d a n s des p l a t i n e s placées en a n n e a u x de m a i n t i e n , le t o u t r e p o s a n t sur le p l a t e a u de polissage.

Mouvements de génération Une t ê t e de polissage exerce la p r e s s i o n nécessaire sur les pièces. Elle reçoit u n m o u v e m e n t de r o t a t i o n et un m o u v e m e n t de b a l a y a g e c i r c u l a i r e e n t r a î n a n t les pièces en r o t a t i o n . Le plateau de p o l i s s a g e t o u r n e de 15 à 150 t r / m i n en v a r i a t i o n c o n t i n u e , dans les d e u x sens. Les d i f f é r e n t s m o u v e m e n t s ( r o t a t i o n d u p l a t e a u , r o t a t i o n et b a l a y a g e de la tête de polissage), p r o v o q u a n t u n m o u v e m e n t l o u v o y a n t des pièces, p r o d u i s e n t le p o l i s s a g e d e l e u r face en a p p u i sur le p l a t e a u , avec l'abrasif i n t e r p o s é . Plateau de polissage. En f o n t e p o u r l ' u t i l i s a t i o n des abrasifs l i b r e s ; en a l u m i n i u m p o u r l'utilis a t i o n des a b r a s i f s f i x e s sur d i s q u e . Tête de polissage. Elle exerce une f o r c e d ' a p p u i de 0 à 200 d a N et balaie la t a b l e avec u n e a m p l i t u d e v a r i a b l e de 0 au m a x i m u m de la s u r f a c e de t a b l e .

jpVlachines Elles s o n t à plateau c i r c u l a i r e , r é f r i g é r é (par air o u eau) en partie i n f é r i e u r e p o u r assurer la qualité de l ' u s i n a g e . Polissage en cycles a u t o m a t i q u e s , avec t e m p s de p o l i s s a g e et d e g r é de f i n i t i o n ; d é b i t et fré-


435

q u e n c e de p u l v é r i s a t i o n d u l i q u i d e a b r a s i f ; v i t e s s e de b a l a y a g e ; f o r c e d ' a p p u i ; t e m p s de lavage (fig. 13.23). A l i m e n t a t i o n a u t o m a t i q u e des pièces. Polissage e n t i è r e m e n t a u t o m a t i s é p o u r la p r o d u c t i o n de série.

pâte abrasive

plateau rodoir

anneau maintien de pièces

FIGURE 1 3 . 2 3

Schéma de principe du polissage à l'abrasif libre.

E

Utilisation

P r o d u c t i o n de petites pièces m i n c e s et f r a g i l e s en m a t é r i a u dur, p o u r é l e c t r o n i q u e , o p t i q u e , i n f o r m a t i q u e : o b t e n t i o n d u f i n i s p é c u l a i r e et d ' u n e e x c e l l e n t e p l a n é i t é des s u r f a c e s f o n c t i o n nelles. O n utilise é g a l e m e n t ce p r o c é d é en m é t a l l o g r a p h i e p o u r l ' e x a m e n m i c r o s c o p i q u e d ' é c h a n t i l l o n s de m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s . L'abrasif est le d i a m a n t s o u s f o r m e de pâte o u de s u s p e n s i o n abrasive.

436

Guide de l'usinage

PR(|C4ES ET SUPERFINITION DES DENTURES 1.

Généralités

439

2.

Procédés de taillage de dentures par fraise-mère 2.1 Généralités 2.2 Mouvements générateurs 2.3 M o u v e m e n t d'avance 2.4 Précisions 2.5 Conditions de coupe 2.6 Outils fraises-mères (NF E 66-223) 2.7 Appareillages 2.8 Machines 2.9 Utilisation

440 440 440 441 442 442 443 443 443 445

3.

Procédé de taillage de dentures par outil-pignon 3.1 Généralités 3.2 Outil-pignon 3.3 M o u v e m e n t s générateurs 3.4 Phase de taillage 3.5 Taillage de dentures hélicoïdales 3.6 Taillage de dentures d'intérieur 3.7 Condition de coupe 3.8 Machines à tailler 3.9 Utilisation

445 445 446 447 447 447 447 448 449 449

4.

Procédé de taillage de dentures par outil-crémaillère 4.1 Généralités 4.2 Outil-crémaillère 4.3 M o u v e m e n t s générateurs 4.4 Phase de taillage 4.5 Taillage de dentures hélicoïdales 4.6 Utilisation et machines

450 450 450 451 451 451 452

437

5

Procédé de taillage de dentures par fraise de f o r m e 5.1 Généralités 5.2 Utilisation

6.

Procédés de taillage des dentures de roues coniques 6.1 Généralités 6.2 Taillage des dentures droites de roues coniques 6.3 Taillage des dentures courbes-spirales ou hypoïdes de roues coniques

7.

Procédé de f o r m a g e des cannelures et des dentelures 7.1 Généralités 7.2 Formage l o n g i t u d i n a l (cannelures, dentelures) 7.3 Matériaux 7.4 Précision 7.5 Utilisation

456 456 457 457 457 457

8.

Procédé de rectification de dentures avec meule-mère 8.1 Généralités 8.2 Outil-meule 8.3 M o u v e m e n t s générateurs 8.4 Roues à denture hélicoïdale, de petits m o d u l e s

457 457 458 458 458

9.

Procédé de rectification de dentures avec meule de f o r m e 9.1 Généralités 9.2 Outils-meule 9.3 Utilisation

458 458 459 459

10. Procédé de rectification de dentures avec meules plates 10.1 Généralités 10.2 Machines " M A A G " à deux meules assiettes 10.3 Machines " NILES " à une meule biconique 11. Procédés d'ébavurage et de chanfreinage des entrées de dents 11.1 Ebavurage des entrées de dents 11.2 Chanfreinage des entrées de dents 12. Procédés de rectification des dentures de roues coniques 12.1 Généralités 12.2 Rectification des dentures droites 12.3 Rectification des dentures courbes (spirale ou hypoïde) 13. Procédé d'arasage - ou shaving - des dentures

452 452 452 452 452 453 . 454

460 460 460 461 462 462 462 462 462 463 463 464

13.1 Généralités

464

13.2 Outil d'arasage 13.3 M o u v e m e n t s générateurs 13.4 Conditions d'utilisation

464 464 466

13.5 Utilisation

466

14. Procédé de rodage de dentures en développante 14.1 Généralités 14.2 Rodage avec roue-outil 14.3 Rodage réciproque

466 466 467 467

1.

Généralités

Production et f i n i t i o n des dentures de p i g n o n s et roues cylindriques et coniques, des cannel l e s et dentelures, à l'aide de machines spécifiques. t r a i t e m e n t s t h e r m i q u e s g é n é r a l e m e n t effectués sur les dentures p r o v o q u e n t des défor—ations de profil, nécessitant une opération de rectification.

Procédés de taillage des dentures droites et hélicoïdales • "aillage de dentures par fraise-mère, qui découle du principe d ' e n g r è n e m e n t d ' u n e vis sans fin avec une roue, par fraisage. - Taillage de dentures par o u t i l - p i g n o n , qui découle du principe d ' e n g r è n e m e n t de deux roues cylindriques, par mortaisage. • Taillage de d e n t u r e s par outil-crémaillère, qui découle du principe d ' e n g r è n e m e n t d ' u n e roue avec une crémaillère, par mortaisage. • Taillage de dentures par fraise de f o r m e , réalisant la denture dent par dent, sans m o u v e ment de génération, avec système de d i v i s i o n par fraisage.

Procédés de taillage de roues coniques à denture droite, spirale et hypoïde qui découlent du principe d ' e n g r è n e m e n t d ' u n e roue c o n i q u e avec une roue plate. • Par mortaisage des dentures droites. • Par fraisage des dentures spirale et hypoïde. • Par brochage, sans m o u v e m e n t de génération, de dentures droites.

Procédés de formage des cannelures et dentelures Réalisation de profils par d é f o r m a t i o n de la matière entre deux molettes.

Procédés de rectification des dentelures O b t e n t i o n d ' u n e excellente précision (profil, état de surface) et é l i m i n a t i o n des facettes sur flancs (superfinition). Les différents procédés de rectification et de s u p e r f i n i t i o n des dentures sont : • Rectification par meule-mère, qui découle du m ê m e principe que le taillage par fraise-mère. • Rectification par meule de f o r m e , sans m o u v e m e n t de génération avec système de division. • Rectification par meules plates, qui découle du m ê m e principe que le taillage par outil-crémaillère.

Procédés d'ébavurage et chanfreinage des entrées de dents Par rectification, pour ébavurage. Par fraisage, pour chanfreinage.

Procédés de rectification des dentures de roues coniques, droites, spirales et hypoïdes Découlent du m ê m e principe d ' e n g r è n e m e n t que les procédés de taillage de ces roues.

Procédés de superfinition des dentures Découlent du principe d ' e n g r è n e m e n t de deux roues. • Par rasage ou shaving. • Par rodage.

14. Procédés de taillage, rectification et superfinition des dentures

439

2.

Procédés de taillage de dentures par fraise-mère Généralités

Le taillage s ' e f f e c t u e par g é n é r a t i o n d u p r o f i l à o b t e n i r , en f r a i sage de la denture, l'outil f r a i s e - m è r e é t a n t é q u i v a l e n t à la v i s sans f i n (fig. 14.1) : p r i n c i p e d ' e n g r è n e m e n t d ' u n e v i s sans f i n avec u n e roue.

FIGURE 14.1

Schéma de principe d'engrènement roue et fraise-mère. Des goujures l o n g i t u d i n a l e s , perpendiculaires à l'hélice du filet, f o r m e n t les faces de c o u p e , d o n t les arêtes de c o u p e des d e n t s de la f r a i s e - m è r e . Les dents de l ' o u t i l , au p r o f i l de la d e n t u r e à o b t e n i r (dents d ' e n g r e nage, crabots...) sont détalonnées (fig. 14.2). U n e fraise-mère, d ' u n m o d u l e (réel) d o n n é , p o u r r a t a i l l e r t o u s les d i a m è t r e s de roues à d e n t u r e droite ou hélicoïdale du m ê m e m o d u l e , e s s e n t i e l l e m e n t en extérieur et d a n s les l i m i t e s de capacités-machine.

FIGURE 14.2 Définition géométrique d'une dent de fraise-mère.

Mouvements générateurs La génération de dentures est o b t e n u e par les m o u v e m e n t s c o n j u g u é s des r o t a t i o n s de la roue à tailler et de la f r a i s e - m è r e : r a p p o r t des vitesses a n g u l a i r e s ojq/
Mouvement de coupe O b t e n u par la r o t a t i o n de la f r a i s e - m è r e .

440

Guide de l'usinage

2.3

Mouvement d'avance

Donné à l'outil.

Taillage denture droite M o u v e m e n t parallèle à l'axe de la r o u e à tailler, la f r a i s e - m è r e est i n c l i n é e de l ' a n g l e d ' h é l i c e p r i m i t i v e d u f i l e t par r a p p o r t à la d e n t u r e (fig. 14.3).

FIGURE 14.3 Position de la fraise-mère en taillage de dentures droites.

Taillage denture hélicoïdale M o u v e m e n t d o n n é s u i v a n t l'axe de la r o u e q u i reçoit une r o t a t i o n c o m p l é m e n t a i r e o j c m e s u rée au c y l i n d r e p r i m i t i f (fig. 14.4). La vitesse angulaire c o r r i g é e de la pièce sera

(1)' = (i)1 + o)c avec u)c = f. t g / 7 R ; et f = avance/tour; R = r a y o n p r i m i t i f de la pièce. Inclinaison de la fraise-mère. S e l o n le sens des h é l i c e s prim i t i v e s de la d e n t u r e à tailler (3 et de la f r a i s e - m è r e /', a n g l e et sens d ' i n c l i n a i s o n à d o n n e r à la f r a i s e - m è r e v a r i e n t , s o i t p o = p ± /'(fig. 14.5). FIGURE 14.4 Position de la fraise-mère en taillage de dentures hélicoïdales.

Taillage en shifting

9

D é p l a c e m e n t c o m p l é m e n t a i r e axial de la f r a i s e - m è r e , l ' o u t i l t r a v a i l l e sur l ' e n s e m b l e de sa dent u r e , a u t o m a t i q u e m e n t , en c o n t i n u o u p é r i o d i q u e m e n t . Le shifting en continu a m é l i o r e l'état de s u r f a c e des flancs de d e n t u r e s .


441

a - Fraise-mère : hélice à gauche Pièce : hélice à gauche

c - Fraise-mère : hélice à droite Pièce : hélice à gauche

d - Fraise-mère : hélice à gauche Pièce : hélice à droite

b - Fraise-mère : hélice à droite Pièce : hélice à gauche

FIGURE 14.5 Sens et angle d'inclinaison de fraise-mère en fonction de l'inclinaison des dentures à tailler.

2.4

Précisions '

••

.

1

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'

.••!-•

:

Erreur de d i v i s i o n , 10 à 20 |j,m. État de surface. Le p r o f i l des d e n t s p r é s e n t e des d é f a u t s de f o r m e ( s u i v a n t d i r e c t i o n d u m o u v e m e n t d ' a v a n c e , p e r p e n d i c u l a i r e au profil) : g é n é r a l e m e n t , o p é r a t i o n c o m p l é m e n t a i r e de f i n i t i o n (rasage, rectification). Shifting. État de surface, 3 à 4 (jtm sur flancs de d e n t u r e . Nota : Des facettes, p l u s ou m o i n s i m p o r t a n t e s sur les f l a n c s de d e n t s , s o n t e n g e n d r é e s s e l o n la vitesse d ' a v a n c e et le n o m b r e de d e n t s des f r a i s e s - m è r e s .

• Conditions de coupe

...

:

C o m p a r a b l e s à celles d u fraisage.

Vitesses de coupe

mmmm

G é n é r a l e m e n t , o u t i l s en ARS r e c o u v e r t T I N : 100 m / m i n m a x i .

442

Guide de l'usinage

FIGURE 14.8

Exemple de pièce avec deux dentures obtenues simultanément sur machine à double outil (fraise-mère et outil-pignon). Doc. Pfauter FIGURE 14.9 Chargeur rotatif de pièces à double pince sur machine à tailler par fraise-mère. Doc. Mikron

C h a n g e m e n t de pièces à d o u b l e p i n c e p o u r d é c h a r g e m e n t - c h a r g e m e n t r a p i d e (fig. 14.9). Convoyeurs de pièces en d i v e r s e s p o s i t i o n s (couchées, sur s u p p o r t . . . ) a s s u r e n t la f l e x i b i l i t é . Machines spéciales. C o n ç u e s p o u r la g r a n d e série : o p t i m i s a t i o n m a x i de p r o d u c t i v i t é et q u a l i t é ( e x e m p l e : f r a i s a g e des e n t r é e s de d e n t u r e et t a i l l a g e à l ' o u t i l - p i g n o n ) .

444

Guide de l'usinage

Utilisation Procédé très productif (coupe c o n t i n u e ) . P r o d u c t i o n u n i t a i r e à la g r a n d e série, en t a i l l a g e d ' e x t é r i e u r u n i q u e m e n t , p o u r t o u s t y p e s de d e n t u r e s (fraises-mères au p r o f i l a d a p t é à c e l u i à obtenir). Selon les m a c h i n e s (capacité et p e r f o r m a n c e s ) , t a i l l a g e a v a n t o u après t r a i t e m e n t t h e r m i q u e de roues, p i g n o n s , vis, arbres. Exemple machine Pfauter, taillage, avec a p p a r e i l l a g e s spécif i q u e s , de : Roues à d e n t u r e d'épaisseur d é c r o i s s a n t e sur la l a r g e u r des d e n t s (fig. 14.10) et e n v e l o p p e e x t é r i e u r e c y l i n d r i q u e , avec u n o u d e u x f l a n c s pentés ( p o u r utilisation en porte-à-faux, assurant le c o n t a c t p e r m a n e n t , q u e l l e q u e soit la charge) ; roues t a n g e n t e s . Roues à d e n t u r e légèrement c o n i q u e et b o m b é e , à l ' a i d e d ' u n e fraise-mère f cylindrique ou c o n i q u e (fig. 14.11) s e l o n les m a c h i n e s ; roues coniques, à d e n t u r e d r o i t e o u hélicoïdale. Vis s a n s f i n à un o u p l u s i e u r s filets, v i s à pas rapide. Arbres cannelés à denture à flancs parallèles, e n v e l o p p e extérieure c y l i n d r i q u e et c r e u x de dents coniques (pour assemblage sans j e u ) ; r a i n u r e s de clavetage.

3.

FIGURE 14.10 Schéma de roue à denture d'épaisseur décroissante réalisable sur machine à tailler Pfauter. Doc. Pfauter

FIGURE 14.11

Schéma de taillage de dentures coniques.

Doc. Pfauter

Procédé de taillage de dentures par outil-pignon

i

Principe d ' e n g r è n e m e n t de d e u x r o u e s c y l i n d r i q u e s ayant m ê m e m o d u l e (fig. 14.12). Le t a i l l a g e s ' e f f e c t u e par g é n é r a t i o n d u p r o f i l à o b t e n i r , en m o r t a i s a g e de la d e n t u r e , l ' o u t i l p i g n o n étant é q u i v a l e n t à une des d e u x r o u e s d ' e n g r è n e m e n t d o n t les arêtes de c o u p e o n t c o m m e e n v e l o p p e la surface de d e n t u r e d ' u n e r o u e c y l i n d r i q u e « é q u i v a l e n t e » .


445

escamotage au retour d'outil

outil-pignon Z1 dents

roue dentée Z2 dents

FIGURE 14.12

Schéma de principe d'engrènement roue et outil-pignon.

Outil-pignon O u t i l de f o r m e : a f f û t a b l e e s s e n t i e l l e m e n t sur les faces de c o u p e . Les dents d e l ' o u t i l s o n t d é t a l o n n é e s : les faces de c o u p e s o n t s i t u é e s s u r u n c ô t é d e l ' o u t i l - p i g n o n (fig. 14.13). Un outil-pignon, d'un m o d u l e donné, pourra t a i l l e r t o u s les d i a m è t r e s de roues à d e n t u r e d'intérieur ou d'extérieur. Wafer-Cutter. L a m e s c o u p a n t e s i n t e r c h a n g e a b l e s f i x é e s sur u n c o r p s d ' o u t i l : s u p p r e s s i o n des a f f û t a g e s ( l a m e s j e t a b l e s ) (fig. 14.14). Matériau de coupe. ARS revêtu T I N , a s s u r a n t u n e usure r é d u i t e .

FIGURE 14.13

Définition géométrique d'une dent d'outil-pignon.

Principe d'éxécution d ' u n «Wafer-Cutter». (D

Vis d e f i x a t i o n

(2) C o r p s d e b a s e @

L a m e c o u p a n t e (Wafer)

d)

Entraîneur

@

Couvercle d e pression

(g) V i s d ' e n t r a î n e m e n t

446

FIGURE 14.14 Outil-pignon à lame coupante amovible. Doc. Pfauter

Guide de l'usinage

3.3


_3 génération de dentures est obtenue par les m o u v e m e n t s conjugués des rotations de la roue = tailler et de l ' o u t i l - p i g n o n : rapport des vitesses angulaires w 0 /w 1 = (fig. 14.12).

Mouvement de coupe =

ectiligne-alternatif où, d u r a n t sa course retour, l'outil est escamoté de la pièce, évitant la retérioration des arêtes de coupe.

Mouvement d'avance Obtenu par les rotations conjuguées pièce-outil, après pénétration de l'outil à la p r o f o n d e u r aesirée.

| Phase de taillage 5 effectue en 1 ou 2 passes : Une passe avec o u t i l - p i g n o n finisseur, deux passes (ébauche et finition).

Taillage en deux passes _a première passe (ébauche) s'effectue à l ' o u t i l - p i g n o n ébaucheur : laissant une surépaisseur ae f i n i t i o n sur les flancs, le f o n d de denture est réalisé à la d i m e n s i o n finale. Cycle d'ébauche. En 1 à n t o u r s de pièce selon les m o d u l e s , sous forte avance. Cycle de finition. À avance réduite : génération du profil en développante avec état de surface désiré. Surépaisseurs pour finition : 0,1 à 0,4 m m par flanc, selon les m o d u l e s , soit : 0,1 m m pour M =s 1.50; 0,2 pour M2 à 2.75; 0,25 m m pour M3 à 4 ; 0,3 m m pour M 4,25 à 5 ; 0,4 m m au-delà de M5.

Passe de finition Avec subsistance d ' u n e surépaisseur de rectification ou de s u p e r f i n i t i o n à enlever après trait e m e n t t h e r m i q u e (de 0,05 à 0,15 m m , selon modules).

Taillage de dentures hélicoïdales Le m o u v e m e n t de coupe s'effectue suivant l'hélice primitive. La denture de l'outil - de m ê m e angle d'hélice - est de sens opposé à la denture de la roue à tailler. Nota : Le taillage à l ' o u t i l - p i g n o n (dentures droites ou hélicoïdales) peut s'effectuer en tirant, à la r e m o n t é e de l'outil (machines à broche verticale).

Taillage de dentures d'intérieur Nécessite une g o r g e de d é g a g e m e n t d ' o u t i l dans les alésages b o r g n e s de p r o f o n d e u r au m o i n s égale à la hauteur des dents (fig. 14.15).

Les outils d'intérieur sont généralement à queue (petits diamètres) (fig. 14.16).


447

Condition de coupe Avec m a c h i n e s à c o m m a n d e n u m é r i q u e , v a r i a b l e s en c o n t i n u .

Vitesse de coupe D o n n é e en n o m b r e de coups/minute de l'outil : 2 5 0 à 2 0 0 0 cp/min, variable en continu ou étagée s e l o n les m a c h i n e s . ^Hi I• IHnHHHii

Vitesse d'avance

Correspond aux m o u v e m e n t s de rotation c o n j u g u é s p i è c e - o u t i l d e 24 à 1 000 m m / m i n .

Vitesse de pénétration D o n n e la p r o f o n d e u r de passe. De 1 000 à 1 800 m m / m i n , avec les p o s s i b i l i tés : radiale avec o u sans d é v e l o p p a n t e ; spiralée r a d i a l e , c o n s t a n t e o u d é g r e s s i v e (fig. 14.17).

a. avance radiale sans développante FIGURE 14.17

Variantes de pénétration d'outil-pignon à la profondeur de denture en développante.

b. avance radiale avec développante c. pénétration en spirale avec avance radiale constante d. pénétration en spirale avec avance radiale dégressive

Doc. Lorentz

448

Guide de

l'usinage

Machines à tailler A c o m m a n d e n u m é r i q u e 3 à 4 axes ( X C D ; XCDZ) avec a u t o m a t i s a t i o n t o t a l e ( i n t é g r a t i o n s y s t è m e de m a n u t e n t i o n ) (fig. 14.18).

FIGURE 1 4 . 1 8

Schémas de machine à tailler par outil-pignon.

Doc. Lorentz

FIGURE 14.19

Phase de taillage simultané (denture et cames) avec outils à lame amovible. Doc. Pfauter

Sécurité. A s p i r a t i o n des v a p e u r s d ' h u i l e ( r e f r o i d i e en c o n t i n u ) . Possibilités de taillage intégrées dans certaines machines : g é n é r a t i o n de dent u r e s e n a v a n c e s p i r a l é e et f i n i t i o n e n d é v e l o p p a n t e ; t a i l l a g e de d e n t u r e s en p o s i t i o n s relatives (secteurs, p r o f i l s spéc i a u x ) ; t a i l l a g e s i m u l t a n é de p l u s i e u r s r o u e s o u de r o u e s avec des p r o f i l s spéc i a u x (fig. 14.19) ; t a i l l a g e c o n i q u e , selon l ' i n c l i n a i s o n p o s s i b l e d u m o n t a n t porteoutil. Sur certaines machines. T a i l l a g e , avec les axes croisés de l ' o u t i l - p i g n o n et de la r o u e à tailler, par o u t i l p i g n o n - f r a i s e (fig. 14.20) : m o u v e m e n t de c o u p e relatif r é d u i s a n t les t e m p s d e c o u p e . M a c h i n e de g r a n d e p r o d u c t i v i t é : effect u e des t a i l l a g e s s i m u l t a n é s d ' i n t é r i e u r à l ' o u t i l - p i g n o n et d ' e x t é r i e u r à la f r a i s e mère.

FIGURE 14.20

Schéma de taillage (d'intérieur) à outil-pignon

avec axes croisés pièce et outil.

2 cames 1 denture à développante usinée en un cycle Denture à développante 3 m = 1,587; Z 2 = 7 0 Un outil du type «Wafer-Cutter» est utilisé pour les 3 usinages (A, B et C). Les contours des cames 1 et 2 sont produits par un profilage correspondant des «Wafer» A et B.

Utilisation Taillage de d e n t u r e s d é b o u c h a n t e s o u c o n t r e é p a u l e m e n t , d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r en prod u c t i o n u n i t a i r e à g r a n d e série.


449

4 . P r o c é d é de taillage de dentures par outil-crémaillère Généralités Principe d ' e n g r è n e m e n t d'une r o u e avec u n e c r é m a i l l è r e a y a n t m ê m e m o d u l e (fig. 14.21). Le taillage s ' e f f e c t u e par g é n é r a t i o n d u p r o f i l à o b t e n i r , en m o r t a i sage de la d e n t u r e , l ' o u t i l é t a n t équivalent à une crémaillère dont les arêtes de c o u p e o n t c o m m e e n v e l o p p e la surface de d e n t u r e .

outil-crémaillère

FIGURE 14.21

Schéma de principe d'engrènement roue et outil-crémaillère.

Outil-crémaillère O u t i l de f o r m e : a f f û t a b l e e s s e n t i e l l e m e n t sur les faces de c o u p e . Les dents de l ' o u t i l s o n t d é t a l o n n é e s : les faces de c o u p e s o n t situées sur un côté de l ' o u t i l c r é m a i l l è r e (fig. 14.22). Ils o n t un p r o f i l c o r r e s p o n d a n t à la c r é m a i l l è r e de référence, avec des v a r i a n t e s p o u r t a i l l a g e s : d i r e c t e m e n t de f i n i t i o n , d ' é b a u c h e , avec s u r é p a i s s e u r de r e c t i f i c a t i o n sur f l a n c s o u de rasage (avec c h a n f r e i n de tête). Un outil-crémaillère, d'un m o d u l e donné, pourra tailler t o u s les d i a m è t r e s de r o u e s à d e n t u r e d r o i t e o u hélicoïdale, essentiellement d'extérieur. Ils s o n t de relatif f a i b l e c o û t ( q u e l q u e s d e n t s suffisent).

FIGURIC 14.22

Définition géométrique d'une dent d'outil-crémaillère.

450

Guide de l'usinage

Mouvements générateurs La g é n é r a t i o n d e d e n t u r e s est o b t e n u e par des cycles carrés de la c r é m a i l l è r e d o n t le n o m b r e d e d e n t s est l i m i t é ( l ' o u t i l étant préal a b l e m e n t à la p r o f o n d e u r de d e n t s ) , s o i t : les m o u v e m e n t s c o n j u g u é s de r o t a t i o n de la r o u e à tailler et de la t r a n s l a t i o n alternat i v e d e l ' o u t i l - c r é m a i l l è r e (fig. 14.23).

FIGURE 14.23

Cycle répétitif de l'outil-crémaillère.

Mouvement de coupe R e c t i l i g n e - a l t e r n a t i f o ù , d u r a n t sa c o u r s e r e t o u r , l ' o u t i l est e s c a m o t é de la pièce, é v i t a n t la d é t é r i o r a t i o n des arêtes de c o u p e .

Mouvement d'avance O b t e n u par les m o u v e m e n t s c o n j u g u é s r o t a t i o n - p i è c e et t r a n s l a t i o n - o u t i l , après p é n é t r a t i o n de l ' o u t i l à la p r o f o n d e u r désirée.

| Phase de taillage S ' e f f e c t u e en u n e o u d e u x passes (ébauche et f i n i t i o n avec le m ê m e outil) a u t o m a t i q u e m e n t .

^Taillage de dentures hélicoïdales O b t e n u par i n c l i n a i son d u p o r t e - o u t i l suivant l'angle d'hélice primitive. Dentures hélicoïdales contre épaulement : avec un outil-crémaillère à denture inclinée de l'angle d ' h é l i c e à o b t e n i r (fig. 14.24). FIGURE 14.24

Schéma de taillage de dentures hélicoïdales.


451

| Utilisation et machines P r o c é d é p e u p r o d u c t i f , p o u r t a i l l a g e o c c a s i o n n e l d ' e x t é r i e u r de r o u e s de g r a n d d i a m è t r e , à d e n t u r e s d r o i t e s o u hélicoïdales (la pièce repose de son p r o p r e p o i d s sur la t a b l e p o r t e - p i è c e à axe vertical). Les m a c h i n e s s o n t de t y p e m o r t a i s e u s e , à c o u l i s s e a u p o r t e - o u t i l v e r t i c a l .

5.

Procédé de taillage de dentures par fraise de forme Généralités

O b t e n t i o n de d e n t u r e s d e n t par d e n t avec un o u t i l f r a i s e a y a n t un p r o f i l i d e n t i q u e à u n i n t e r - d e n t de la d e n t u r e à e f f e c t u e r (fig. 14.25). Les fraises d e f o r m e utilisées s o n t d u t y p e f r a i s e t r o i s tailles.

outil-fraise.

Me

v/y/zâ FIGURE 1 4 . 2 5

Schéma de taillage de dentures par fraise de forme.

A

V//A pièce dent par dent

Utilisation Fraisage d e c a n n e l u r e s à f l a n c s p a r a l l è l e s et d e d e n t e l u r e s , s u r m a c h i n e de f r a i s a g e (fraiseuses, c e n t r e s d ' u s i n a g e ) à c o m m a n d e n u m é r i q u e . E x c e p t i o n n e l l e m e n t , des d e n t u r e s en d é v e l o p p a n t e , d r o i t e s o u hélicoïdales, s o n t o b t e n u e s par ce p r o c é d é , avec o u t i l - f r a i s e au p r o f i l de l ' i n t e r - d e n t .

6.

Procédés de taillage des dentures de roues coniques

•

Généralités Les engrenages coniques o n t des d e n t u r e s p o u v a n t ê t r e d r o i t e s o u c o u r b e s ( s p i r a l é e s o u hypoïdes).

452

Guide de l'usinage

6.2

Taillage des dentures droites de roues coniques

Deux p r o c é d é s s o n t utilisés : par g é n é r a t i o n et par o u t i l de f o r m e .

Taillage par génération M o u v e m e n t de c o u p e rectiligne alternatif (mortaisage) : principe d'engrènement d'un pignon conique avec une r o u e plate ( l ' a n g l e au s o m m e t d u c ô n e p r i m i t i f de la r o u e est de 180°) (fig. 14.26). Le profil des dents d u p i g n o n é t a n t en d é v e l o p p a n t e de cercle, le p r o f i l des d e n t s de la r o u e p l a t e est à flancs droits (crémaillère fictive conique).

FIGURE 14.26

Schéma de principe d'engrènement pignon conique - roue plate (crémaillère conique).

Outil de taillage Une dent de la c r é m a i l l è r e f i c t i v e est m a t é r i a l i s é e par l ' o u t i l q u i taille le p i g n o n c o n i q u e , en m o r t a i s a g e dent par dent. Un s y s t è m e de d i v i s i o n p e r m e t le passage a u t o m a t i q u e de la d e n t taillée à la d e n t s u i v a n t e .

Machines et mouvements de génération Deux types de m a c h i n e s r e p o s a n t sur le m ê m e p r i n c i p e , avec m o u v e m e n t de g é n é r a t i o n diff é r e m m e n t affecté, s o i t : - R o t a t i o n de la pièce et rotation de la crémaillère f i c t i v e a u t o u r de l e u r s axes fixes respectifs ( m a c h i n e G l e a s o n ) (fig. 14.27).

FIGURE 14.27

Schéma de principe du taillage conique avec machine Gleason.


453

- Rotation de la pièce a u t o u r de s o n axe et s u r la c r é m a i l l è r e f i c t i v e ( m a c h i n e Reinecker) (fig. 14.28). M o u v e m e n t de coupe d o n n é à l'outil : rectiligne-alternatif. Outil Gleason. C o n s t i t u é d e d e u x demi-dents complémentaires, en p o s i t i o n décalée p o u r éviter leur renc o n t r e vers le s o m m e t d u c ô n e p r i m i tif. Outil Reinecker. É q u i v a l e n t à u n e d e n t de la r o u e plate.

Utilisation De la p r o d u c t i o n u n i t a i r e à la p e t i t e série. FIGURE 14.28 ne Reinecker.

Schéma de principe du taillage conique avec machi-

Taillage par outil de forme P r o c é d é d e b r o c h a g e des d e n t u r e s d r o i t e s sur c ô n e , par o u t i l r o t a t i f à p r o g r e s s i o n des d e n t s de c o u p e (fig. 14.29).

Outil de taillage B r o c h e circulaire c o m p r e n a n t en périp h é r i e : la p r o g r e s s i o n d e s d e n t s d e c o u p e (voir chapitre « P r o c é d é s de broc h a g e » ) ; u n s e c t e u r libre p e r m e t t a n t l a d i v i s i o n ( p a s s a g e d e la d e n t t a i l l é e à la suivante). Le taillage s ' e f f e c t u e d e n t p a r d e n t (un tour de la b r o c h e p r o d u i t une dent) en cycle automatique.

Utilisation P r o c é d é p r o d u c t i f : p o u r t r a v a u x de

FIGURE 14.29

g r a n d e série, u n e b r o c h e é t a n t néces-

forme

Schéma de principe du taillage conique par outil de

(procédé Revacycle).

saire p o u r c h a q u e t y p e de roues.

H B ^ H Taillage des dentures courbes (spirales ou hypoïdes) j j j ^ B d e r o u e s coniques Deux p r o c é d é s de t a i l l a g e par g é n é r a t i o n s o n t utilisés : par f r a i s e f r o n t a l e et par f r a i s e - m è r e conique.

454

Guide de

l'usinage

Ces d e u x p r o c é d é s d é c o u l e n t d u p r i n c i p e d ' e n g r è n e m e n t d ' u n p i g n o n c o n i q u e avec u n e r o u e plate ( l ' a n g l e au s o m m e t d u c ô n e p r i m i t i f de la r o u e est de 180°).

Taillage par fraise frontale L'outil est une f r a i s e t y p e t o u r t e a u d o n t l ' e n s e m b l e des d e n t s , à f l a n c s d r o i t s , m a t é r i a l i s e u n e d e n t de la r o u e f i c t i v e taillant un entre-dent d u p i g n o n à prod u i r e (fig. 14.30).

berceau porte-fraise

frontale

FIGURE 14.30

Schéma de principe du taillage de dentures courbes par fraise frontale (machine Gleason - spiral).

L'inclinaison des dents de la fraise d i f f è r e ( m a c h i n e G l e a s o n h y p o ï d ) d ' u n côté à l'autre, les r a y o n s d e c o u r b u r e i n t e r n e et e x t e r n e des d e n t s à t a i l l e r étant d i f f é r e n t s . La coupe s ' e f f e c t u e en a l t e r n a n c e (une d e n t , f l a n c d r o i t ; la d e n t s u i v a n t e , f l a n c g a u c h e , etc.). La hauteur des dents taillées est c o n s t a n t e ( h a u t e u r de tête). A p r è s t a i l l a g e d ' u n e d e n t , la d i v i s i o n est a u t o m a t i q u e p o u r le passage à la d e n t s u i v a n t e .

Taillage de dentures hypoïdes Il d i f f è r e d u t a i l l a g e à d e n t u r e s p i r a l e par les p o s i t i o n s r e l a t i v e s p i g n o n à t a i l l e r et r o u e p l a t e g é n é r a t r i c e f i c t i v e , d o n t les axes ne s o n t pas c o n c o u r a n t s (fig. 14.31). Ce t y p e de t a i l l a g e s ' e f f e c t u e avec les m ê m e s m a c h i n e s q u e p o u r les d e n t u r e s spirales. FIGURE 14.31

Schéma de principe du taillage de dentures hypoïdes (procédé Klingelberg).

Taillage par fraise-mère conique -"outil est une fraise c o n i q u e , t y p e d e u x tailles à d e n t u r e h é l i c o ï d a l e et flancs d r o i t s , m a t é r i a sant la r o u e plate f i c t i v e s u r l a q u e l l e r o u l e la fraise en t o u r n a n t a u t o u r d u c e n t r e de cette r o u e aïate f i c t i v e (fig. 14.32). Les dents taillées o n t m ê m e é p a i s s e u r sur t o u t e leur l o n g u e u r .


455

FIGURE 14.32

Schéma de taillage de dentures courbes par fraise-mère conique.

7.

Procédé de formage des cannelures et des dentelures Généralités

P r o c é d é « i n c r é m e n t a l » d ' a p r è s le c o n c e p t e u r « E s c o f i e r » : F o r m a g e des d e n t u r e s par la v a r i a t i o n d u p r o f i l é v o l u t i f de d e u x m o l e t t e s à e n t r a x e outils f i x e (fig. 14.33). circulaires à profil fixe La p é n é t r a t i o n r é s u l t e de l ' é v o l u t i o n d u p r o f i l ( p r o g r e s s i o n i n c r é m e n t a l e ) de la partie active des pièce o u t i l s - m o l e t t e s e n t r a î n é s p o s i t i v e m e n t en rotation. À chaque point d u p r o c e s s u s de p é n é t r a t i o n relat i v e , o u t i l et pièce r o u l e n t sans g l i s s e r l ' u n s u r l'autre. FIGURE 14.33 Schéma de formage entre molettes Le s o m m e t des p r o f i l s o b t e n u s n ' e s t pas cratéde cannelures et dentelures (d'après doc. Escoffier procédé « incrémental »). risé : le f l u a g e se p r o d u i t de f a ç o n assez h o m o g è n e d a n s u n e m ê m e d i r e c t i o n (fig. 14.34). U n p o i n t q u e l c o n q u e de la p é r i p h é r i e de la pièce se t r o u v e en c o n t a c t , de f a ç o n d i s c o n t i n u e et r é p é t i t i v e , avec c h a c u n e des m o l e t t e s ( g é n é r a l e m e n t 2, 3 o u 4 p o u r pièces creuses). Pas de l i m i t a t i o n d ' a n g l e d ' h é l i c e , ce q u i p e r m e t l ' o b t e n t i o n , avec p r é c i s i o n , de d e n t u r e s d r o i t e s (fig. 14.35). FIGURE 14.35 FIGURE 14.34

Fibrage

de la matière par formage entre molettes. Doc.

Dentures obtenues par formage Doc.

Escoffier

Escoffier

Dentures simples ou doubles conjuguées avec filetage, gorges, rainures d'huile. Opération en une seule prise de pièce jusqu'à longueur 700 mm. machine

456

incrémental

300

Guide de l'usinage

7.2

Formage longitudinal (cannelures, dentelures)

y a d i s t o r s i o n e n t r e la f o r m e des m o l e t t e s et celles à o b t e n i r , nécessitant une c o r r e c t i o n d ' o u til p o u r les a n g l e s s u p é r i e u r s à 45°. Le p r o f i l des m o l e t t e s est d é f i n i p o u r c h a q u e a n g l e d ' h é l i c e .

Matériaux La p l u p a r t s o n t é c r o u i s s a b l e s s u i v a n t u n e loi linéaire de d i f f i c u l t é au f l u a g e : c h a q u e m a t é r i a u p r é s e n t e u n e l i m i t e de r é s i s t a n c e à la d é f o r m a t i o n q u ' i l f a u t d é p a s s e r p o u r p r o v o q u e r le fluage.

1 Précision Les p r o f i l s o b t e n u s s o n t p r é c i s en f o r m e et d i v i sion, m ê m e avec un g r a n d a n g l e d ' h é l i c e et d e n t u r e s d r o i t e s (fig. 14.36). Précision division. Relation outils/pièces c o n s t a n t e d u r a n t le cycle. Nota : Principe d u f o r m a g e à f r o i d : v o i r c h a p i t r e « Procédés de f i l e t a g e ». FIGURE 14.36

Pièce obtenue par formage Doc. Escoffier

€1

Procédé Quatroll, pour bagues de roulement, calibrage intérieur de tubes, sertissage. Diamètre de tube jusqu'à 70 mm, épaisseur de paroi jusqu'à 6 mm. Machine H 18 SN à H 36 SN

Utilisation R é a l i s a t i o n des c a n n e l u r e s , d e n t e l u r e s , d e n t u r e s d r o i t e s et série (petite à très g r a n d e ) d a n s des m a t é r i a u x é c r o u i s s a b l e s Temps de production. Rapide, q u e l q u e s s e c o n d e s à q u e l q u e s Avec alimentation a u t o m a t i q u e de la machine, la p r o d u c t i o n

8.

h é l i c o ï d a l e s , en p r o d u c t i o n de (acier, i n o x y d a b l e , t i t a n e . . . ) . m i n u t e s s e l o n les pièces. est c o n t i n u e .

Procédé de rectification de dentures avec meule-mère

wmm

I Généralités La r e c t i f i c a t i o n d é c o u l e d u p r o c é d é de t a i l l a g e par f r a i s e - m è r e , s o i t e n g r è n e m e n t d ' u n e v i s sans f i n avec u n e r o u e de m ê m e m o d u l e .


457

8.2

Outil-meule

É q u i v a l e n t à u n e v i s sans f i n de g r a n d diam è t r e et de f a i b l e é p a i s s e u r ( p r o c é d é Reishauer) (fig. 14.37).

FIGURE 14.37

Schéma de principe de rectification de dentures avec meule-mère (procédé Reishauer).

Mouvements générateurs La g é n é r a t i o n de d e n t u r e s est o b t e n u e par les m o u v e m e n t s c o n j u g u é s de r o t a t i o n de la roue à t a i l l e r et de la m e u l e - m è r e (qui reçoit le m o u v e m e n t de c o u p e ) . Le m o u v e m e n t d'avance est d o n n é à la pièce, p a r a l l è l e m e n t à la d e n t u r e q u i est i n c l i n é e suiv a n t l'hélice d u filet de la m e u l e .

Roues à denture hélicoïdale, de petits modules Pour faciliter le retaillage, la m e u l e p e u t être à s e c t i o n t r a p é z o ï d a l e , c o m m e p o u r les d e n t u r e s droites. La m e u l e étant d ' u n g r a n d d i a m è t r e , l ' a p p r o x i m a t i o n de la f o r m e des d e n t s peut être acceptable.

9.

E

Procédé de rectification de dentures avec meule de forme H

Généralités

La r e c t i f i c a t i o n s ' e f f e c t u e sans g é n é r a t i o n , à l ' a i d e d ' u n e m e u l e au p r o f i l d ' u n i n t e r - d e n t o u de d e u x m e u l e s ( u n e p o u r c h a q u e f l a n c et le f o n d de dent) (fig. 14.38). Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e s ' e f f e c t u e p a r a l l è l e m e n t à la d e n t u r e (droite o u hélicoïdale).

458

Guide de l'usinage

Outils-meule Les m e u l e s s o n t en s u p e r abrasif p o u r é v i t e r d ' o b t e n i r des d é f a u t s d e p r o f i l des d e n t s (fig. 14.39). Le diamantage, avec le repos i t i o n n e m e n t des m e u l e s et la d i v i s i o n ( p a s s a g e d ' u n i n t e r d e n t rectifié au s u i v a n t ) sont a u t o m a t i q u e s .

FIGURE 14.39

Meules de rectification de denture. Doc. Fàssler

Utilisation R e c t i f i c a t i o n des c a n n e l u r e s et des d e n t e lures d ' e x t é r i e u r ( a r b r e s c y l i n d r i q u e s ) à f l a n c s r e c t i l i g n e s o u en d é v e l o p p a n t e , avec deux meules, travaillant simultanément. Taillage de d e n t u r e s peu p r o f o n d e s d a n s des pièces en acier t r a i t é ( l a m e s c i r c u l a i r e s . . . ) fig. 14.40).

FIGURE 14.40

Exemple de taillage de dentures par rectification. Doc. Mikron Meulage d'un paquet d'environ 20 disques de scie circulaire en métal dur dans le plein avec meule diamantee.


459

10. Procédé de rectification de dentures avec meules plates Généralités La r e c t i f i c a t i o n d é c o u l e d u p r o c é d é de t a i l l a g e par o u t i l - c r é m a i l l è r e , soit l ' e n g r è n e m e n t d ' u n e r o u e avec une c r é m a i l l è r e - g é n é r a t r i c e de m ê m e m o d u l e . La crémaillère é q u i v a l e n t e est d é f i n i e par les p l a n s de t r a v a i l d e d e u x m e u l e s a s s i e t t e s o u d ' u n e m e u l e plate b i c o n i q u e . La division est a u t o m a t i q u e : passage d ' u n e d e n t rectifiée à la s u i v a n t e .

Machines « MAAG » à deux meules assiettes La g é n é r a t i o n de d e n t u r e s est o b t e n u e par les m o u v e m e n t s (rapides) c o n j u g u é s de r o t a t i o n et t r a n s l a t i o n a l t e r n a t i v e s de la r o u e à rectifier (fig. 14.41). M o u v e m e n t s de coupe. R o t a t i o n des m e u l e s . M o u v e m e n t d'avance. T r a n s l a t i o n lente des m e u l e s s u i v a n t la d e n t u r e sur la l a r g e u r de r o u e à rectifier : b a l a y a g e de t o u t le p r o f i l de d e n t . Plusieurs cycles p e u v e n t être nécessaires ( é b a u c h e , d e m i - f i n i t i o n , f i n i t i o n ) avec c o m p e n s a t i o n a u t o m a t i q u e de l ' u s u r e des m e u l e s ( m e s u r e , d i a m a n t a g e et r e p o s i t i o n n e m e n t ) .

FIGURE 14.41 Schéma de principe de rectification de dentures avec meules assiettes (procédé MAAG).

460

Guide de l'usinage

Position des meutes - Sans inclinaison (0°). La p l u s c o u r a n t e (fig. 14.42). - Inclinées de 15°. Le cercle d e g é n é r a t i o n a p o u r r a y o n R = C/cos 15° = Rp. cos 20°/cos 15°; (avec p o u r a n g l e d e p r e s s i o n n o r m a l i s é , c e r c l e de base C = r a y o n p r i m i t i f Rp. cos. 20°). Utilisation. R e c t i f i c a t i o n de d e n t u r e s en d é v e l o p p a n t e , d ' e x t é r i e u r d r o i t e s et h é l i c o ï d a l e s (la m e u l e est o r i e n t é e de l ' a n g l e d ' h é l i c e p r i m i t i v e et la pièce reçoit u n m o u v e m e n t hélicoïdal).

diamant

FIGURE 14.42

Schéma d'utilisation de meules sans inclinaison, (procédé MAAG).

Machines «NILES» à une meule biconique La g é n é r a t i o n des d e n t u r e s est obten u e par les m o u v e m e n t s c o n j u g u é s , de r o t a t i o n et de t r a n s l a t i o n a l t e r n a t i v e s d e la pièce, p o u r r e c t i f i e r succ e s s i v e m e n t c h a c u n des d e u x f l a n c s d ' u n e n t r e - d e n t (fig. 14.43). La meule, plate b i c o n i q u e , est au prof i l d e la d e n t , m a i s d ' é p a i s s e u r inférieure. M o u v e m e n t de coupe. R o t a t i o n de la meule.

travail

M o u v e m e n t d'avance. T r a n s l a t i o n lente de la m e u l e s u i v a n t la d e n t u r e sur la l a r g e u r de la r o u e à rectifier.

FIGURE 1 4 . 4 3

Schéma de principe de rectification de dentures avec meule biconique (procédé NILES).


461

11. Procédés d'ébavurage et de chanfreinage des entrées de dents lÉbavurage des entrées de dents Il s ' e f f e c t u e par rectificat i o n à la m e u l e d e f o r m e , sur les e x t r é m i t é s des f l a n c s de d e n t u r e d r o i t e o u s u r l ' e x t r é m i t é des f l a n c s s i t u é s d u c ô t é de l ' a n g l e a i g u des d e n t u r e s h é l i c o ï dales (fig. 14.44). On utilise une m a c h i n e s p é c i f i q u e t r a v a i l l a n t par division.

^ ^ v ^ j ^ a r o f i l de meule

/

f O ^

W denture droite

FIGURE 14.44

denture hélicoïdale

Ébavurage par rectification des entrées de dents.

Chanfreinage des entrées de dents Il s ' e f f e c t u e par f r a i s a g e avec u n e fraise c y l i n d r i q u e creuse (fig. 14.45). On utilise u n e m a c h i n e s p é c i f i q u e trav a i l l a n t par d i v i s i o n .

FIGURE 14.45

Chanfreinage par fraisage des entrées de dents.

12. Procédés de rectification des dentures de roues coniques Généralités Ils s o n t c o m p a r a b l e s au p r o c é d é de t a i l l a g e de ces d e n t u r e s , s o i t le p r i n c i p e d ' e n g r è n e m e n t d ' u n p i g n o n c o n i q u e avec une r o u e plate.

462

Guide de l'usinage

Rectification des dentures droites M o u v e m e n t de génération o b t e n u par les r o t a t i o n s de la pièce et de la c r é m a i l l è r e f i c t i v e (fig. 14.46). Une d e n t de la c r é m a i l l è r e f i c t i v e est matérialisée par deux meules assiettes. M o u v e m e n t de coupe ( r o t a t i o n ) et m o u v e m e n t d'avance (translation s u i v a n t la d e n t ) s o n t d o n n é s a u x meules.

meule assiette

FIGURE 14.46

Schéma de principe de rectification de roues à denture droite (machine Gleason).

Rectification des dentures courbes (spirale ou hypoïde) M o u v e m e n t de g é n é r a t i o n o b t e n u par les r o t a t i o n s de la r o u e à tailler et de la m e u l e ( r o u t e plate f i c t i v e ) (fig. 14.47). L'outil-meule est une m e u l e b o i s s e a u de g r a n d d i a m è t r e au p r o f i l rectiligne. Machine. Celle utilisée p o u r la rectific a t i o n et le t a i l l a g e des d e n t u r e s c o u r b e s (fig. 14.30).

berceau porte-meule i

Mc„ piece meule boisseau conique (roue plate fictive)

FIGURE 14.47 Schéma de principe de rectification de roues coniques à dentures courbes (machine Gleason hypoïd).


ï 463

13. Procédé d'arasage-ou shaving - des dentures Généralités Superfinition des dentures d é c o u l a n t d u p r i n c i p e d ' e n g r è n e m e n t de d e u x r o u e s d e n t é e s de m ê m e m o d u l e (une des 2 r o u e s étant l'outil). L'outil corrige les défauts de p r o f i l et d ' é t a t de surface sur les f l a n c s de d e n t u r e , par raclage d ' u n e f a i b l e s u r é p a i s s e u r de m a t i è r e . Le raclage est o b t e n u par g l i s s e m e n t rela0)1 t i f l o n g i t u d i n a l des d e n t u r e s , c o n j u g u é dent d'outil avec u n e p r e s s i o n de c o n t a c t e n t r e les d e u x roues (outil et pièce) q u i c o n s t i t u e n t u n e n g r e n a g e g a u c h e h é l i c o ï d a l (à a x e s ligne de contact croisés) (fig. 14.48). outil / pièce Il p e u t s ' e f f e c t u e r : c o n t r e é p a u l e m e n t ; dent de pièce d ' i n t é r i e u r ( l ' a n g l e de c r o i s e m e n t est l i m i t é de 3° à 1 0 ° ) ; avec b o m b e m e n t de d e n t s ( d e n t u r e bateau) par b a s c u l e m e n t d u porte-pièce. FIGURE 14.48

Schéma de principe de l'arasage.

Outil d'arasage Roue c y l i n d r i q u e de g r a n d d i a m è t r e (200 à 300 m m ) à d e n t u r e hélicoïdale. Les flancs d'outil c o m p o r t e n t des saig n é e s r a p p r o c h é e s s i t u é e s s u i v a n t la d é v e l o p p a n t e de cercle, d a n s le sens d u p r o f i l , f o r m a n t de n o m b r e u s e s arêtes de c o u p e q u i raclent les f l a n c s (fig. 14.49).

FIGURE 14.49

Schéma d'une dent d'outil d'arasage.

13.3

Mouvements générateurs i -

-

- - - ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^— -

Les flancsi d ' o u t i l g l i s s e n t l o n g i t u d i n a l e m e n t sur les flancs des d e n t s à raser : la pièce - m o n t é e libre s;ur s o n s u p p o r t - est entraînée en r o t a t i o n par l ' o u t i l - m o t e u r q u i se t r a n s l a t e lentement. Ce glissern e n t avec e n g r è n e m e n t o u t i l / p i è c e p r o d u i t la c o u p e (de f i n s c o p e a u x ) .

464

Guide de l'usinage

Les points de contact des flancs se s i t u e n t sur une l i g n e i n c l i n é e par r a p p o r t à la d e n t u r e (fig. 14.48) : la p r e s s i o n de c o n t a c t p r o v o q u e un é c r a s e m e n t d ' u n e f a i b l e surface e l l i p t i q u e a u t o u r d u p o i n t de c o n t a c t t h é o r i q u e . La t r a n s l a t i o n est r e l a t i v e m e n t lente p o u r raser t o u t e la surface des dents.

Méthodes d'arasage Plusieurs m é t h o d e s sont e m p l o y é e s , s e l o n le m o u v e m e n t d ' a v a n c e de l ' o u t i l : parallèle, diagonale, Underpass, plongée.

Arasage «parallèle» Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e est parallèle à l'axe de la pièce, la c o u r s e de t r a v a i l c o r r e s p o n d à ' é p a i s s e u r de la r o u e à shaver (fig. 14.50).

outil (denture hélicoïdale. roue (denture droite)

FIGURE 14.50

Schéma d'arasage «parallèle».

Arasage «diagonale» Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e s ' e f f e c t u e s u i v a n t une direction

o b l i q u e , ce q u i d i m i n u e

la

c o u r s e de t r a v a i l (fig. 14.51). Nota : Pour ces d e u x m é t h o d e s , l ' o u t i l est à dents rectilignes d'épaisseur constante.

FIGURE 14.51

Schéma d'arasage «diagonale».

Arasage « Underpass » Le m o u v e m e n t d ' a v a n c e s ' e f f e c t u e p e r p e n d i c u l a i r e m e n t à l ' a x e de la pièce, d i m i n u a n t e n c o r e la c o u r s e de t r a v a i l (fig. 14.52).

FIGURE 14.52

Schéma d'arasage «Underpass ».


465

Procédé de rodage de dentures en développante Généralités Découle du principe d ' e n g r è n e m e n t de deux roues dentées de m ê m e m o d u l e . Le rodage s'effectue en r é c i p r o q u e ou avec une roue-outil, à l'aide d ' u n liquide abrasif qui érode la denture.

466

Guide de l'usinage

14.2

Rodage avec roue-outil

Obtenu par la rotation c o n j u g u é e des deux roues (outil et pièce) avec glissement des dents d'outil, parallèlement aux dents de la pièce qui produisent, avec le liquide abrasif, le rodage des flancs. Procédé analogue au procédé d'arasage (fig. 14.48). La roue-outil, en fonte spéciale, rode = 1 000 pièces m i n i sans usure significative.

Rodage réciproque Obtenu avec les deux roues d ' u n engrenage, mis en rotation dans leur position fonctionnelle, qui se rodent m u t u e l l e m e n t avec l'arrosage abrasif. Le rodage s'effectuera seulement par f r o t t e m e n t ; il n'y a pas glissement des dents en contact : rodage médiocre, donc à pratiquer e x c e p t i o n n e l l e m e n t .


467

Généralités

471

1.1

Pièces produites

471

1.2

Machines utilisées

472

1.3


472

Outils de t o u r n a g e

473

Définition g é o m é t r i q u e

474

2.2

Outils d'extérieur

475

2.3

Outils d'intérieur

476

2.4

Matériaux outils

477

2.1

Vitesse d'avance

479

3.1

Grandes avances

479

3.2

Avances de f i n i t i o n

479

3.3

Rayon de bec

479

Section de copeau

480

Vitesses de coupe

481

5.1

Différents procédés de filetage

4

S1

5.2

Choix des vitesses de coupe et d'avance

4

81

5.3

Plaquettes revêtues en multicouches

4

83

5.4

Vitesses de coupe réduites

4

83


î

484

469

7.

8.

9.

Mise en œuvre

484

7.1

Pièces cylindriques courtes et plates

484

7.2

Pièces cylindriques longues

487

7.3

Opérations de fonçage de f o r m e s courtes

489

7.4

Opérations de filetage

489

7.5

Opérations de perçage et fraisage

489

7.6

Opérations de suivi de profil

490

7.7

Formes intérieures

490

7.8

Pièces brutes de forgeage et m o u l a g e

491

7.9

Pièces cylindriques m u l t i f o r m e s

491

7.10 Pièces c y l i n d r i q u e s v o l u m i n e u s e s

491

7.11 Pièces usinées en décolletage

491

7.12 Opérations de m o l e t a g e

491

7.13 Opérations de centrage - dressage

492

Appareillages support-pièce

493

8.1

Tournage en l'air

493

8.2

Tournage en mixte

495

Machines

497

9.1

Tours à CN

497

9.2

Centres de t o u r n a g e

497

9.3

Tours f r o n t a u x

498

9.4

Tours à décolleter

499

9.5

Tours verticaux

499

9.6

Tours séquentiels

500

1.

Généralités WSBBmfSM

Obtention de pièces cylindriques courtes et longues à partir de bruts coulés, forgés, dans la barre.

Pièces produites Elles p e u v e n t ê t r e de d i m e n s i o n s : t r è s p e t i t e s ( 0 = 1 m m , longueur quelques m m ) ; très g r a n d e s ( p l u s i e u r s m è t r e s de d i a m è t r e o u de l o n g u e u r ) (fig. 15.1).

Précisions obtenues Dimensionnelle. Q u a l i t é 7 ; 6 avec m a c h i n e s très précises. O b t e n t i o n d a n s l ' e n s e m b l e des m a t é r i a u x m é t a l l i q u e s et n o n m é t a l l i q u e s ( p l a s t i q u e s , bois...) avec des o u t i l s s p é c i f i q u e s aux f o r m e s à obtenir. État de surface : 1,6 à 0,4 Ra, avec r a y o n re o u plat be de bec (fig. 15.2). FIGURE 15.1

Pièces type cylindrique produites en une phase sur tour automatique «cicom M16/M20». Doc. Citizen

FIGURE 15.2

Ordre de grandeur d'états de surface obtenus en fonction de l'avance et du bec d'outil en tournage finition.

* 5. Procédés de t o u r n a g e

471

1.2

Machines utilisées

En f o n c t i o n p a r t i c u l i è r e m e n t des d i m e n s i o n s et des t y p e s de pièces (avec t o u r s à c o m m a n d e n u m é r i q u e m o n o o u b i b r o c h e , c e n t r e s de t o u r n a g e , t o u r s à décolleter, t o u r s f r o n t a u x , t o u r s verticaux, tours séquentiels).

1.3


M o u v e m e n t de c o u p e , c i r c u l a i r e , d o n n é à la pièce; m o u v e m e n t d'avance, translation d o n n é e à l ' o u t i l (fig. 15.3). M o d e d'action avec u n e s e u l e a r ê t e de coupe.

X

FIGURE 15.3

Mouvements générateurs en tournage (formes d'extérieur).

472

b. Mouvements de contournage (X et Z) (suivi de profil ; copiage).

Guide de l'usinage

2.

Outils de tournage

Outils d'enveloppe et de forme Outils d'enveloppe. O b t e n t i o n de f o r m e s axiles réglées ( c y l i n d r e , c ô n e , p l a n . . . par t r a n s l a t i o n de l ' o u t i l à une arête de c o u p e ( d ' a n g l e de d i r e c t i o n a d a p t é à l ' o p é r a t i o n ) . De f o r m e p r o f i l é e q u e l c o n q u e par c o m b i n a i s o n t r a n s l a t i o n - p l o n g é e avec o u t i l l o s a n g é (suivi de p r o f i l l i m i t é par l ' a n g l e de p o i n t e e r ) à 2 arêtes de c o u p e ( o u t i l b i d i r e c t i o n n e l ) (fig. 15.4).

FIGURE 15.4

Trajectoires d'outils d'enveloppe et angle de pointe limite.

Outils de forme. O b t e n t i o n de f o r m e s c y l i n d r i q u e s d e p r o f i l q u e l c o n q u e c o u r t ( c h a n f r e i n , g o r g e , r a y o n . . . ) par p l o n g é e d ' o u t i l à u n e arête de c o u p e (fig. 15.5). - e s d i f f é r e n t s t y p e s d ' o u t i l s et leur g é o m é t r i e s o n t n o r m a l i s é s (NF E 66.331...).

?hs fcï 15.5

Schémas d'outils de forme.

15.Procédésde tournage

473

2.1

Définition géométrique

A n g l e s c a r a c t é r i s t i q u e s de la partie active c o n t e n u s d a n s les p l a n s de référence.

Angles de l'utilisateur O u t i l en m a i n , avec d i r e c t i o n s de c o u p e et d ' a v a n c e s u p p o s é e s o r t h o g o n a l e s . On c o n s i d è r e , p o u r les o u t i l s d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r (fig. 15.6) : - la face de c o u p e sur l a q u e l l e se d é r o u l e le c o p e a u ; - la face de d é p o u i l l e au r e g a r d d e la surface t r a v a i l l é e ; - l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e , i n t e r s e c t i o n des faces de c o u p e et de d é p o u i l l e ; - l'arête de c o u p e s e c o n d a i r e , d o n t l ' i n t e r s e c t i o n avec l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e f o r m e le bec ou pointe d'outil ; - le plan de référence Prqui est parallèle à l'axe d u c o r p s d ' o u t i l o u passe par l ' a x e ; - l ' a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e K r (kappa r) f o r m é par le plan d ' a r ê t e Ps et le plan de t r a v a i l Pf, d a n s le p l a n de référence Pr; - l ' a n g l e de p o i n t e e r ( e p s i l o n r) f o r m é par le pan d ' a r ê t e Ps et le plan d ' a r ê t e s e c o n d a i r e , dans le plan de référence P r ; - l ' a n g l e de c o u p e o r t h o g o n a l 7 0 ( g a m m a 0) f o r m é par la face de c o u p e et le plan de référence Pr, d a n s le plan o r t h o g o n a l P 0 ; - l ' a n g l e de d é p o u i l l e o r t h o g o n a l e a 0 (alpha 0) f o r m é par la face de d é p o u i l l e et le p l a n d ' a r ê t e Ps, dans le plan o r t h o g o n a l P 0 ; - l ' a n g l e de t a i l l a n t o r t h o g o n a l ß 0 (bêta 0) d o n t sa v a l e u r est 90° - (-y0 + a 0 ) ; - l ' a n g l e d ' i n c l i n a i s o n d ' a r ê t e X s ( l a m b d a s) f o r m é par l'arête de c o u p e p r i n c i p a l e et le plan de référence Pr, d a n s le p l a n d ' a r ê t e P s ; - le r a y o n d e bec o u d e p o i n t e r e (r e p s i l o n ) , i n t e r s e c t i o n des arêtes de c o u p e p r i n c i p a l e et s e c o n d a i r e , dans le plan de référence Pr.

face de coupe face de dépouille

corps d'outil d'extérieur arête de coupe

corps d'outil d'intérieur

SIÏ

FIGURK 15.6

474

Définition géométrique des outils de tournage.

Guide de l'usinage

Avec u n e arête de c o u p e : à droite, s y m b o l e R ( r i g h t ) ; à g a u c h e , s y m b o l e L (left). Avec 2 arêtes de c o u p e ; dans les 2 sens, s y m b o l e N (neutral) (fig. 15.7). outil d'extérieur

FIGURE 15.7

Sens de la coupe des outils de tournage.

Outils d'extérieur P r i n c i p a u x o u t i l s (fig. 15.8) :

FIGURE 15.8 Schémas des principaux outils de tournage d'extérieur.

1. Outil à dresser : s u r f a ç a g e de faces : u s i n a g e de g r a n d e s surfaces, en f o r t e s passes. 2. Outil à profiler : s u r f a ç a g e de p r o f i l avec r a y o n s d ' i n t e r s e c t i o n , p r i n c i p a l e m e n t de f o r m e s en c r e u x : u s i n a g e de larges g o r g e s . 3. Outil couteau : c h a r i o t a g e des c y l i n d r e s et c ô n e s : u s i n a g e d ' é b a u c h e en f o r t e s passes. i Outil à fileter : o b t e n t i o n de filets au p r o f i l de l ' o u t i l : u s i n a g e en cycle de passes. 5 Outil à gorge : o u t i l de f o r m e de l a r g e u r et de p r o f i l c o r r e s p o n d a n t s à la g o r g e à o b t e n i r : u s i n a g e en p l o n g é e . à Outil à copier : s u i v i de p r o f i l s q u e l c o n q u e s , d a n s les l i m i t e s p e r m i s e s par l ' a n g l e de p o i n t e : u s i n a g e b i d i r e c t i o n n e l , idéal p o u r t o u s p r o f i l s à o b t e n i r (fig. 15.9). Angles de bec e r s t a n d a r d s : 80°, 60°, 50°, 40°. 7 Outil à tronçonner : d é b i t de pièces usinées d a n s la b a r r e : u s i n a g e en p l o n g é e .

"5 Procédés de tournage

475

FIGURE 15.9

Outils à copier d'extérieur. Doc. Widia

Outils d'intérieur P r i n c i p a u x o u t i l s (fig. 15.10) : 8. Outil à aléser. A l é s a g e de c y l i n d r e s et c ô n e s : u s i n a g e d ' é b a u c h e et de f i n i t i o n . 9. Outil à fileter d'intérieur. O b t e n t i o n de filets au p r o f i l de l ' o u t i l : u s i n a g e en cycle d e passes. 10. Outil à gorge d'intérieur. O u t i l de f o r m e de l a r g e u r et de p r o f i l c o r r e s p o n d a n t s à la g o r g e à o b t e n i r : u s i n a g e en p l o n g é e . 11. Outil à copier d'intérieur. S u i v i de p r o f i l s q u e l c o n q u e s d a n s les l i m i t e s p e r m i s e s par l ' a n g l e de p o i n t e et l'accès de l ' o u t i l : usinage bidirectionnel, pour tous profils (fig. 15.11).

476

FIGURE 15.10

Schémas des principaux outils de tournage

d'intérieur.

Guide de l'usinage

| Matériaux outils La partie active des o u t i l s est en : c a r b u r e s m é t a l l i q u e s ( g é n é r a l e m e n t ) revêtus o u n o n , acier rapide s u p é r i e u r r e v ê t u T I N o u n o n , o x y d e d ' a l u m i n e .

Outils en carbure métallique Constitués d'une plaquette fixée m é c a n i q u e m e n t s u r le c o r p s d ' o u t i l p o r t e - p l a q u e t t e (fig. 15.12). FIGURE 16,12

Outil de tournage d'extérieur à plaquette carbure avec support à changement rapide. Doc. Sandwik Coromant

Porte-plaquettes N o r m a l i s é s NF E 66.311 à 344, et défi- i s par 12 s y m b o l e s p l u s 2 c o m p l é - l e n t a i r e s p o u r le f a b r i c a n t , i d e n t i f i é s : a r des lettres et des c h i f f r e s (fig. 15.13).

pour osignation des porte-plaquettes

CODE ISO ade de fixation te plaquette

: > URE 15.13

pour osignation des cartouches

4. Sépouila mtmtie

Désignation normalisée des outils porte-plaquettes de tournage.


Doc. Stellram

477

Plaquettes carbure N o r m a l i s é e s NF E 66.310, et d é f i n i e s par 7 s y m b o l e s plus 2 o p t i o n n e l s et 2 c o m p l é m e n t a i r e s p o u r le f a b r i c a n t , i d e n t i f i é e s par des lettres et des c h i f f r e s (fig. 15.14). Type de plaquette. Défini par 4 lettres. Dimensions de plaquette. D é f i n i e s par des c h i f f r e s . À c h o i s i r en f o n c t i o n d e la s e c t i o n d u c o p e a u (ébauche). Longueur d'arête de coupe. À d é t e r m i n e r en f o n c t i o n de la p r o f o n d e u r de passe et de l ' a n g l e de d i r e c t i o n d ' a r ê t e Kr CODE ISO pour ta désignation des plaquettes amovibles de tournage et de fraisage e*ftf»»le Ou asfoansnw» d'un apspggf J j j T c ri T 16 13 OH

STELLRAM

| | |

'-"Sxti»îifêiiat>Btlon 4'im« pUtquotot *mtotiu da f

R v Fomw

FIGURE 15.14

P | a.

0*fOum

F a. CE-,.*

U |

A.

u u w ^ u i

16

OH

ÎS.tlnnteuT

|s. E c u i i m m

Désignation normalisée des plaquettes de tournage.

Outils en acier rapide Utilisés p o u r t r a v a u x u n i t a i r e s et en o u t i l s de f o r m e . Les p e t i t s o u t i l s s o n t réalisés d a n s des b a r r e a u x rectifiés (en ARS) (fig. 15.15).

Outils en oxyde d'alumine

J.

Pomi»

T j j e.

ÇonMkm

S.. j 9 . DlmcUon

1 j -10.

Doc. Stellram

BARREAUX TRAITÉS RECTIFIÉS Section carrée

WÊKÊmiMk

NF-E - 6 6 . 3 8 0 ISO - 5 4 2 1

v

BARREAUX TRAITÉS RECTIFIÉS Section ronde

Utilisés p o u r : u s i n a g e de p r é c i s i o n , tournage d'intérieur (alésages longs). FIGURE 15.15

478

PD j

NF-E - 6 6 . 3 8 0 ISO - 6 . 4 2 1

Barreaux traités rectifiés \p 4 à 25, hl 1 ; 0 3 à 20, h8. Doc. Ledere

Guide de l'usinage

3.

Vitesse d'avance

I n d i q u é e s en m m / t o u r (fig. 15.16). La v a l e u r des avances varie de 1/10 de m m à q u e l q u e s m m en f o n c t i o n : des c o n d i t i o n s d ' u t i lisation, d u r a y o n de bec d ' o u t i l , de l'état de surface à o b t e n i r .

ÉBAUCHE

FINITION

Choisir un rayon de bec le plus grand possible afin d'obtenir une arête de coupe résistante ; choisir un plus petit rayon s'il existe un risque de vibrations.

Etat

de surface

Ra

H

firn

um

0,6 1.6 3.2 6,3 8 32 Etat

RECOMMANDATIONS

rayon {r) m m avance max /•"mrn/tr-

0,4

0,25

0,8

0,50

0,40 0,35

1,2

0,70

1,00

1,6

2,4

1,0

0,70 1.3

1.S

état de surface

1,6 4 10 16 26 100 de

surface

Rayon de Plaquette 0.4

0.8

0,07 0,11 0,17 0,22 0,27

0.10 0,15 0,24 0,30 0,38

1.6

2,4

0,12 0,19 0,29 0,37 0,47

0,14 0,22 0,34 0.43 0,54 1,08

0,17 0,26 0,42 0,53 0,66 1,32

Diamètre (Plaquettes rondes) 10

12

Ra

H

um

jim

Avance m m / r

0.6 1.6 3,2 6,3 8 32

1.6 4 10 16 25 100

0,25 0,40 0.63 0,80 1,00 2,00

FIGURE15.16 Vitesses d'avance conseillées en tournage avec outils carbure.

1,2

Avance mm/r

0.28 0,44 0,69 0,88 1.10 2,20

16

20

25

32

0,32 0,51 0.80 1,01 1,28 2,54

0,36 0,57 0.89 1,13 1.42 2,94

0,40 0.63 1,00 1,26 1,41 3,33

0,45 0,71 1.13 1,43 1.79 3,59

Doc. Sandwik Coromant

Rayon de bec Ébauche. À c h o i s i r le plus g r a n d p o s s i b l e : r i g i d i f i e l ' a r ê t e de c o u p e au v o i s i n a g e d u bec, avec u t i l i s a t i o n d ' u n e g r a n d e avance. R a y o n de bec r £ = 1,2 à 1,6 m m .


479

4.

Section de copeau

Usure rapide en dépouille

"A

Vitesse de coupe trop élevée Nuance avec résistance à l'usure trop faible Forte usure résultant d'une déformation plastique

Usure rapide en cratère 1 Vitesse de coupe trop élevée 1 Avance trop faible 1 Nuance avec résistance à l'usure trop faible Écaillage Arête trop fragile Vibrations Améliorer la stabilité 1 Choisir une nuance plus tenace Rupture du tranchant

La s e c t i o n m a x i m a l e d u c o p e a u est c o n d i t i o n n é e par : la p u i s s a n c e de la m a c h i n e , la r i g i d i t é et le m a i n t i e n de la pièce (pas de v i b r a t i o n s pièce o u o u t i l p r o v o q u a n t un état d e s u r f a c e d é f e c t u e u x ) , les c o n d i t i o n s de c o u p e (fig. 15.17). En é b a u c h e , c h o i s i r une section rect a n g u l a i r e de c o p e a u p o u r u n e prof o n d e u r de passe d o n n é e : l i m i t e l ' e n g a g e m e n t d ' a r ê t e r é d u i s a n t les p o s s i b l e s v i b r a t i o n s , avec Kr = 90° (fig. 15.18). Si n é c e s s a i r e , d é f i n i r p l u s i e u r s t r a jectoires pour usiner une f o r m e , avec un o u t i l de Kr = 90° (fig. 15.19).

• Stabiliser le poste de travail (machine, pièce, outil) • Choisir une nuance plus tenace Arête rapportée • Vitesse de coupe et avance trop faibles • Augmenter la température sur l'arête • Augmenter l'angle de coupe

FIGURE 15.17

Types d'usures des plaquettes carbure et correction à apporter. Doc. Sandwik Coromant

FIGURE 15.18

m)

Longueur d'engagement d'arête en fonction de Kr.

480

Guide de l'usinage

FIGURE 15.19

Combinaison de trajectoires en ébauche chariotage - dressage avec un seul outil.

5.

Vitesses de coupe

Elles s o n t f o n c t i o n , p r i n c i p a l e m e n t , de la n a t u r e des m a t é r i a u x , o u t i l et pièce. Ces vitesses c o r r e s p o n d e n t à u n e d u r é e de v i e d ' a r ê t e de c o u p e d o n n a n t le m e i l l e u r r a p p o r t c o û t d ' a r ê t e - d é b i t de c o p e a u x , soit : - c a r b u r e s m é t a l l i q u e s : 15 m m . - aciers r a p i d e s : 60 m m .

Différents procédés de filetage Pour u s i n a g e d ' u n e série de p i è c e s avec la m ê m e a r ê t e de c o u p e . . . : a p p l i q u e r la r e l a t i o n VQ. f 0 = Vv tv avec V1 = vitesse r e c o m m a n d é e par le f a b r i c a n t .

Choix des vitesses de coupe et d'avance Les vitesses de c o u p e v a r i e n t de 10 à 1 000 m / m i n ( U s i n a g e G r a n d e Vitesse) s e l o n : p r i n c i p a l e m e n t m a t é r i a u x à usiner, p o s s i b i l i t é s m a c h i n e s , r i g i d i t é c o u p l e o u t i l - p i è c e , m a t é r i a u o u t i l , section de c o p e a u x . Des t a b l e a u x de f a b r i c a n t s d ' o u t i l s r e c o m m a n d e n t des vitesses de c o u p e et d ' a v a n c e p o u r util i s a t i o n à d u r é e de v i e V 15 (carbure) et V 60 (ARS) (fig. 15.20).


481

Paramètres de coupe pour le tournage MÉTAUX FERREUX (pour une durée de vie d'environ 15 mm/arête de coupe) NUANCE P No CMC

Matière

Force

f | | §

at.t

06 135 k*mm mm fît

190

u

04

0.2 2,

C=0.IS % Acier au carbonne non allié C=0.35 %

125

2« 345 430

210

150

185

0,3

C=0 ?0 %

200

180-

02.1

Recaiî

210

125-200

165

02 ?

Cémenté trempé

250

200- 275

120

02.2

Cémenté Sfempê

82.2

Cémenté trempé

05!

Martensaiquê/ feuitiQue

Acier allié

0S2 06.3

220 280

390 75 170 220

2/0

330

en

135

175

275

340

60

135

175

215 285

50

110 140

275

220- 325 100 170 230

40

90

115

300

225 450

JS

135 185

30

70

90

230

150-270

150

215 270

170 210

260

150-220

105

175 210

135 165

Non allié

180

150

1» 205 290

60

Faiblement afïré

210

150-250

150 180

45

Fortemeo? allié

240

160 250

qae

Acier coulé

SS

315

Acier inoxydable Recuit, ferriti- Àustémtique

86!

0,4 0.2

Vitesse de confie m/min.

Ot.2

05 2

1

Dureté

coupe HB spécifique ks 0.4? kp/mm

250 1 «

15

145 175

120 150 80

100

80

95

Paramètres de coupe pour le tournage MÉTAUX NON FERREUX (pour une durée de vie d'environ 15 mnj/arête de coupe)

§||É C t l f i

Force de coupe spécifique ks 0.4 kp/n«n>i

Matière

87.t "i Fonte roaiFerritique 07.2 iéabie • Periitique Fonte grise, faible résistance Font« frise à baule résistance Féru! ¡que 9,t j '"onte noîluiaire Periitique GS Caivre éîectraiytiqus Bronze Alliages Alliage de plomb ¡ M j g l de laiton laiton, laiton rsuge 33.3 Phosphore, brorwe Alliages

#ataniBÎ8ta Âlimgm tfalumtmum feouiés) Matériaux divers

Non îraitsbles à chaticS Traitables à chaud Non traitantes à zttaué Traitables I chaud Caoutchouc dur Fibre Plastiques durs

110 100

110- 150 150- 270

110 180

70 75 175 FIGURE 15.20

Vitesses de coupe recommandées en tournage avec outils carbure. Doc. Sandwik

482

Coromant

Guide de l'usinage

Plaquettes revêtues en multicouches A v e c r e v ê t e m e n t Ti, A l 2 0 3 . . . très résistantes à l ' u s u r e avec u n s u b s t r a t à f o r t e t é n a c i t é p o u r u s i n a g e : des aciers et f o n t e s à vitesse e x t r ê m e (des m a c h i n e s ) , des aciers de g r a n d e d u r e t é , des f o n t e s n o d u l a i r e s (fig. 15.21).

Avance mm/tr

Nuance universelle GC 4Ü25 PIO à P40 et KOI à K30

P

GC4025 (P10-P40) Ebauche légère et moyenne dans l'acier et l'acier coulé. Vitesses de coupe moyennes ou élevées avec des avances relativement élevées. Nuance universelle pour l'usinage d'acier, offrant une excellente combinaison de résistance à l'usure et de sécurité d'arête.

10 20 30 40 50 GC4025 (K05-K25) Finition et ébauche légère dans la fonte à des vitesses de coupe moyennes ou relativement élevées.

| # 01

10 20

•

t i

• S ü

•M

0.1-0,4-0,8 Vitesse de coupa m/min

01.1 012 013

Acier au carbone non allié C=0,1S% C=0,35% C=0,60%

450-310—215 410-280-195 360—250—170

02.1 022 022 022

Acier faiblement allié Recuit Trempé et revenu (HB 275) Trempé et revenu (HB 300) Trempé et revenu (HB 350)

330-230-155 225—160—120 205-140-110 160—125— 95

03.1 032

Acier fortement Bllié Recuit (HB 200) Trempé (HB 325)

290-195—145 130— 90— 70

05.1

Acier inoxydable, recuit Martensitique/lerritiqua

280—215—170

06.1 062 063

Acier coulé Non allié Faiblement allé Fortement allié

235-165—125 200-135— 95 175—120— 85

07.1 072

Fonte malléable Ferritique Pertitique

270-235—165 1 9 0 - 1 5 0 - 85

08.1 082

Fonte A faible résistance A forte résistance

360—265—150 230—160— 90

09.1 092

Fonte nodulaire GS Ferritique Pertitique

255—175—120 185-125— 85

FIGURE 15.21 Vitesses de coupe recommandées en tournage avec outil carbure multimatériaux métalliques (nuance universelle). Doc. Sandwik Coromant

Vitesses de coupe réduites U t i l i s a t i o n d ' o u t i l s : de résistance r é d u i t e ( t r o n ç o n n a g e , alésage de petits d i a m è t r e s . . . ) ; trav a i l l a n t à avance r a p i d e (filetage à g r a n d pas).

< 15. Procédés de tournage

483

6.


Elle est d é t e r m i n é e avec u n e a p p r o x i m a t i o n s u f f i s a n t e , en c o n s i d é r a n t e s s e n t i e l l e m e n t l ' e f f o r t de c o u p e F ^ La vitesse d ' a v a n c e V f e s t n é g l i g e a b l e d e v a n t la vitesse de c o u p e Vc, et la vitesse de pénétrat i o n est n u l l e (fig. 15.22). Puissance nécessaire à la c o u p e P w = FC N . V m / m i n / 6 0 = Ka. f, s. 1//60, avec FC n = E f f o r t de c o u p e t a n g e n t i e l en n e w t o n s . V m / m i n = Vitesse de c o u p e en m / m i n . Ka = P r e s s i o n s p é c i f i q u e d e c o u p e N / m m 2 (fig. 15.20). f = A v a n c e en m m / t o u r , s = P r o f o n d e u r de passe en m m . Puissance a b s o r b é e par la m a c h i n e Pu, s e l o n s o n r e n d e m e n t : soit Pu = P.i). Elle peut être d é t e r m i n é e à l'aide d ' u n g r a p h e c o n ç u par u n f a b r i c a n t d ' o u t i l s . FIGURE 15.22 Efforts de coupe en tournage.

7.

Mise en œuvre Pièces cylindriques courtes et plates

Pièces cylindriques courtes. De l o n g u e u r = à leur plus g r a n d d i a m è t r e extérieur. Elles s o n t m a i n t e n u e s d ' u n seul côté sur la m a c h i n e (en g é n é r a l n o n - d é f o r m a t i o n s o u s les effets de c o u p e ) d o n nant libre accès aux o u t i l s . Pièces plates. De p r o f i l e x t é r i e u r c y l i n d r i q u e o u n o n . M a i n t e n u e s p o u r laisser l i b r e accès a u x o u t i l s (fig. 15.23).

FIGURE 15.23

Pièce plate maintenue en mandrin à serrage axial. Doc. S.M.U.

484

Guide de l'usinage

Isostatisme G é n é r a l e m e n t ces p i è c e s s o n t m a i n t e n u e s « e n l ' a i r » ( a p p u i - p l a n sur l ' a r r i è r e , f i x a t i o n sur profil) par : m a n d r i n 3 a n m o r s c o n c e n t r i q u e s , p o r t e - p i è c e s p é c i f i q u e (fig. 15.24).

FIGURE 15.24

Mandrin à serrage 3 mors concentriques Doc. Gammet

ÉMAC

Mandrins haute vitesse à compensation de force centrifuge

Usinage S ' e f f e c t u e en l o n g i t u d i n a l ( c h a r i o t a g e , avec Z) ou/et t r a n s v e r s a l (dressage, axe X) d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é r i e u r (fig. 15.25). Production à partir d ' u n b r u t ( f o r g é , m o u l é , d é b i t é ) o u d i r e c t e m e n t d a n s la barre. Usinages simultanés d'outils. U n o u t i l d ' e x t é r i e u r et un d ' i n t é r i e u r p e u v e n t être utilisés s i m u l t a n é m e n t : sur m a c h i n e à CN b i t o u r e l l e p o r t e - o u t i l i n d é p e n d a n t e (fig. 15.26).

outil d'extérieur sur tourelle arrière Me arrière

-H; outil d'intérieur sur tourelle avant

FIGURE 15.25 Cycle de tournage d'intérieur et d'extérieur d'une pièce cylindrique plate, en suivi de profil avec un seul outil.

FIGURE 15.26 Tournage simultané d'extérieur et d'intérieur d'une pièce courte sur tour bitourelle.

Usinage suivant les deux sens. En 2 s o u s - p h a s e s . Par r e t o u r n e m e n t de la pièce : reprise sur f o r m e usinée. Dans la phase. Sur t o u r b i b r o c h e (2 b r o c h e s en o p p o s i t i o n ) à vitesses s y n c h r o n i s é e s : t r a n s fert a u t o m a t i q u e de la pièce d ' u n e b r o c h e à l ' a u t r e et o p é r a t i o n s s i m u l t a n é e s d ' u s i n a g e sur 3eux pièces (fig. 15.27). Sur tour bibroche parallèle. Transfert a u t o m a t i q u e à l'aide d ' u n p r é h e n s e u r de pièce é q u i p a n t la t o u r e l l e p o r t e - o u t i l .


<

485

1ère broche

2 è m e broche

Orientation broches.

synchrone

1ère broche Transfert automatique de la pièce d'une broche à l'autre. FIGURE 15.27

des

2

2ème broche

Opérations simultanées

Usinage de pièces courtes sur tour bitourelle en opposition «multiplex».

Doc. Mazak

Pièces usinées dans la barre A p r è s u s i n a g e d ' u n e pièce, d é b i t par o u t i l à t r o n ç o n n e r : à la c o t e f i n a l e o u n o n (reprise de la pièce). Un titre-barre é q u i p a n t la t o u r e l l e p o r t e - o u t i l a s s u r e la p r o d u c t i o n a u t o m a t i q u e (fig. 15.28).

FIGURE 13.28

Tire-barre pour équiper tourelles porte-outils. Doc. Gamet

Pièces volumineuses courtes U s i n é e s sur t o u r s v e r t i c a u x , la pièce r e p o s e par g r a v i t é sur le p l a t e a u , f a c i l i t a n t sa m i s e en p o s i t i o n (fig. 15.29).

FIGURE 15.29

Mandrin à mors autocentrants (à griffes avec appuis) de grand diamètre pour tour vertical. Doc. Roto-Mors-Torino

486

Guide de l'usinage

Pièces cylindriques longues De l o n g u e u r s u p é r i e u r e au d i a m è t r e extérieur.

Isostatisme M a i n t i e n m i x t e (aux d e u x e x t r é m i t é s d e la pièce) : p o s i t i f côté m a n d r i n ( e n t r a î n e m e n t ) et s o u t i e n côté o p p o s é (pointe) (fig. 15.30).

Usinage Les e f f o r t s de c o u p e ne d o i v e n t pas p r o v o q u e r u n f l é c h i s s e m e n t d e la pièce : r i s q u e de d é f o r m a t i o n t e m p o raire avec o b t e n t i o n d ' u n d é f a u t de c y l i n d r i c i t é ( f o r m e en t o n n e a u ) , éject i o n de la pièce, r u p t u r e d ' o u t i l . Usinage-ébauche. A v e c s e c t i o n m a x i des c o p e a u x : f l è c h e a d m i s e f =s 1/4 IT d u d i a m è t r e à obtenir. C h o i s i r l ' a n g l e Kr = 90°, a n n u l a n t l'eff o r t de p é n é t r a t i o n (fig. 15.22 et 15.31). Usinages simultanés d'outils. D e u x outils peuvent travailler simultaném e n t en o p p o s i t i o n s u r la pièce : s u r m a c h i n e à CN b i t o u r e l l e (axes X Z et UV) (fig. 15.31). Usinage en bout. S o u t e n i r la pièce, côté à usiner, par u n e l u n e t t e f i x e laissant libre accès aux o u t i l s (fig. 15.32).

FIGURE 15.30

Isostatisme des pièces longues (cas général) en tournage. Doc. Réalméca

FIGURE 15.31

Tournage simultané avec deux outils en opposition sur tour bitourelle.

avec levier pivotant supplémentaire pour le chargement automatique de la pièce à usiner. Livrable en 6 tailles, vérin à l'arrière sur modèle normal, pour graissage manuel (LAE) ou graissage centralisé (LAZ),

15. Procédés de t o u r n a g e

unette à suivre

outil sur tourelle 1 Kr

Vf1

V

Kr outil sur tourelle

Lunette fixe

FIGURE 13.32 Lunettes de soutènement de pièces cylindriques en tournage, a. autocentrante (doc. Forkardt) b. fixe et à suivre (doc. Boehringer)

487

Pièces très longues D ' u n grand rapport longueur/diamètre, à s o u t e n i r : c o m p l é m e n t a i r e m e n t d a n s la partie cent r a l e par une l u n e t t e f i x e et par u n e l u n e t t e à s u i v r e (au d r o i t de l ' o u t i l : o p p o s i t i o n a u x v i b r a t i o n s ) (fig. 15.32a).

Pièces longues volumineuses De plusieurs mètres de longueur. À usiner en m a i n t i e n m i x t e avec p l u s i e u r s l u n e t t e s f i x e s et une lunette à suivre. Pièces à p l u s i e u r s lignes d ' a x e s ( g r a n d s v i l e b r e q u i n s ) s o n t usinées sur t o u r s p é c i f i q u e à l'aide de lunettes à d o u b l e axe de r o t a t i o n .

Pièces de très petit diamètre De quelques m m ; t o u r n a g e m i c r o m é t r i q u e . À usiner sur t o u r de d é c o l l e t a g e à p o u p é e m o b i l e : l ' a c t i o n de c o u p e s ' e f f e c t u e au d r o i t d u m a i n t i e n (par p i n c e d e serrage) ; l ' a v a n c e est affectée à la pièce.

Pièces de profil quelconque À usiner en s u i v i de p r o f i l sur t o u r à CN o u t o u r à reprod u i r e , avec o u t i l l o s a n g é b i d i r e c t i o n n e l ( c h o i s i r e r m a x i r i g i d i f i a n t le bec) (fig. 15.33). L i m i t e de p r o f i l usiné. e r + 4 à 6° ( d é p o u i l l e latérale par arête de c o u p e : 2 à 3°) p o u r m a i n t i e n d u c o n t a c t bec/profil pièce i m p é r a t i f (fig. 15.35 c). FIGURE 15.33

Outil à plaquette losangé pour tournage en suivi de profil. a. outils d'intérieur b. outils d'extérieur Doc. Flexible Tooling system

FIGURE 15.34

Outils de forme pour fonçage de formes courtes outil à gorge « Vardex» Doc. Vargus

488

Guide de l'usinage

7.3

Opérations de fonçage de formes courtes

G o r g e s , rainures, p r o f i l s q u e l c o n q u e s . À réaliser g é n é r a l e m e n t avec o u t i l s s p é c i f i q u e s a u x p r o f i l s à o b t e n i r , en avance par p l o n g é e (fig. 15.34). A s y s t é m a t i s e r en d é c o l l e t a g e des profils c o u r t s : p r o d u c t i o n m a x i m a l e .

Opérations de filetage G é n é r a l e m e n t réalisées en phase t o u r n a g e , sauf : c o n t r a i n t e de d o n n e u r d ' o r d r e (filetage par d é f o r m a t i o n ) , pièces à p r é d o m i n a n c e de f i l e t a g e (pièces l o n g u e s t o t a l e m e n t filetées...) (voir « Procédés de f i l e t a g e »). D i f f é r e n t s f i l e t a g e s s o n t réalisables, sur l ' a v a n t o u l'arrière de la pièce installée, en cycle autom a t i q u e ( m u l t i p a s s e s ) sur m a c h i n e s à CN : c y l i n d r i q u e s , c o n i q u e s , m u l t i f i l e t s , t r a n s v e r s a u x , suivant profils curvilignes... Nota : Sur t o u r s é q u e n t i e l à c h a r i o t e r et f i l e t e r : r é a l i s a t i o n de f i l e t a g e s c y l i n d r i q u e s , en cycle s e m i - a u t o m a t i q u e avec vitesse d ' a v a n c e lente.

Opérations de perçage et fraisage Réalisables sur m a c h i n e s à CN é q u i p é e s de l'axe C ( i n d e x a g e de la b r o c h e porte-pièce) et d ' o u tils t o u r n a n t s (en p o s i t i o n parallèle, p e r p e n d i c u l a i r e o u i n c l i n é e par r a p p o r t à l'axe-pièce) (fig. 15.35). O p é r a t i o n s à s y s t é m a t i s e r en d é c o l l e t a g e ( g r a n d e série, petites pièces d i f f i c i l e s à r e p r e n d r e ) : p r o d u c t i v i t é , n o n - r e p r i s e de pièce (sauf sur la m a c h i n e , a u t o m a t i q u e m e n t , avec a p p a r e i l l a g e spécifique).

Cycle d'usinage de trou de boulon Entrée de données dans le système de coordonnées X-Y

FIGURE 15.35 Opérations de perçage et fraisage sur centre de tournage a. exemple d'utilisation axe C sur CT Mazatrol T32 (doc. Mazak) b. exemple de fraisage et perçage (doc. Somab)


489

7.6

Opérations de suivi de profil

Réalisables s u r m a c h i n e s à CN et t o u r s à reproduire. Machines à C N ( t o u r s et c e n t r e s de t o u r nage). O b t e n u e s par c o m b i n a i s o n des m o u v e m e n t s Z et X. L'avance réelle fr t o u t au l o n g d u p r o f i l à o b t e n i r est c e l l e p r o g r a m m é e f : le c a l c u l a t e u r d é t e r m i n e A Z et A X p o u r c h a q u e v a l e u r de f (fig. 15.36). Tour à copier. Obtention à l'aide d ' u n modèle (gabarit métallique). L'avance réelle fr v a r i e s e l o n la p e n t e à s u i v r e , l ' a v a n c e - m a c h i n e f étant s u i v a n t Z ou X ( l o n g i t u d i n a l o u t r a n s v e r s a l ) , avec l'axe d u c y l i n d r e r e p r o d u c t e u r , (fig. 15.37) : Perpendiculaire à l ' a x e pièce, fr > f, en descente et m o n t é e de p e n t e s avec i m p o s s i b i l i t é de réaliser des é p a u l e m e n t s . Incliné sur l'axe pièce : si l ' o u t i l d e s c e n d une p e n t e , f r > f ; si l ' o u t i l m o n t e u n e p e n t e , fr
FIGURE 15.36 à CN (fr = f).

Avances réelles en suivi de profil sur tour

avec n * 0

avec n = 0

FIGURE 15.37 Avances réelles en suivi de profil sur tour à copier (fr # f)

Formes intérieures Les o u t i l s agissent s u c c e s s i v e m e n t (perçage, alésage...) Corps d'outil de section m a x i , de l o n g u e u r à l i m i t e r au m i n i m u m (voir c h a p i t r e « Procédés d ' a l é s a g e »). M a i n t i e n auxiliaire en b o u t de pièce l o n g u e par : l u n e t t e f i x e , b a g u e t o u r n a n t e ( p r é c i s i o n , s e c t i o n de pièce n o n c y l i n d r i q u e ) (fig. 15.38).

FIGURE 15.38 Maintien auxiliaire de pièce longue pour usinage en bout.

490

Guide de l'usinage

7.8

Pièces brutes de forgeage et moulage

Pièces c o m p o r t a n t essentiellement des f o r m e s c y l i n d r i q u e s (d'extérieur et/ou d'intérieur) à usiner : Unitaire à petites séries. Sur t o u r m o n o b r o c h e , pièce m a i n t e n u e en m a n d r i n ou porte-pièce. Grande série à illimitée. Sur t o u r m u l t i b r o c h e s : chaque broche porte-pièce c o n s t i t u e une sous-phase. Usinage total de la pièce après passage devant toutes les stations m o i n s une (poste de chargement-déchargement).

Pièces cylindriques multiformes C o m p r e n a n t t o u r n a g e , perçage, fraisage, filetage : à usiner sur centre de t o u r n a g e , dans la phase, en 1 ou 2 sous-phases (reprise pour usinage arrière).

Réalisation de stries parallèles ou croisées sur des surfaces cylindriques préalablement usinées, par fluage de la matière sous une pression exercée par l'outil sur la f o r m e initiale. Outils. Conçus à une, deux ou plusieurs g r o u p e s de 2 molettes (tête revolver). Outil à une m o l e t t e , p o u r t o u r à décolleter, et à CN, p o u r : m o l e t a g e court en p a r t i c u l i e r ; e n c o m b r e m e n t réduit, (fig. 15.39)


491

O u t i l à d e u x m o l e t t e s agiss a n t d u m ê m e c ô t é de la f o r m e p o u r : t o u s t y p e s de t o u r (fig. 15.40). Avec molettes inclinées, a g i s s a n t avec l ' e x t r é m i t é des a r ê t e s , p r o d u i s a n t u n relatif fraisage ( d i m i n u t i o n e f f o r t de p r e s s i o n ) (fig. FIGURE 15.39 15.41). Outil à deux molettes opposées d i a m é t r a l e m e n t à la pièce, avec : r é g l a g e d u diam è t r e et de la p r o f o n d e u r de d é f o r m a t i o n , i n d i c a t i o n d u d i a m è t r e à m o l e t e r , arros a g e sur les m o l e t t e s (fig. 15.42).

Outil à moleter simple, jusqu'à la face.

Doc. Intégi

FIGURE 15.40

Outil à moleter molette. Doc. Intégi

double

1BR150 + BL159

FIGURE 15.41 Outil à moleter double molette à tête réglage aux différents diamètre Doc. Intégi

FIGURE 15.42 Outil à moleter à double action compensée, capacité 0 6 à 50. Doc. Intégi

Opérations de centrage - dressage M i s e en l o n g u e u r et u s i n a g e en b o u t des é b a u c h e s de pièces c y l i n d r i q u e s , a v a n t m a i n t i e n aux extrémités pour tournage. O p t i m i s a t i o n s y s t é m a t i q u e par u s i n a g e s i m u l t a n é : c e n t r a g e , d r e s s a g e , c h a n f r e i n a g e , c y l i n d r a g e c o u r t avec o u t i l l a g e p o r t e - o u t i l (fig. 15.43). U t i l i s a t i o n en t o u t e s séries.

492

Guide de l'usinage

Mors doux (acier dur, n o n t r e m p é ) . Reprise de pièce sur d i a m è t r e usiné, d ' e x t é r i e u r et d ' i n t é rieur : les m o r s s o n t usinés au d i a m è t r e de la f o r m e de m a i n t i e n (fig. 15.44). Précision de c o n c e n t r i c i t é en u s i n a g e répétitif : 0,02 à 0,04 m m .

FIGURE 15.44

Mors de mandrins de tournage fig. a, b, c {doc. Forkardt) ; fig. d (doc. Rotomors). a. Mors durs rapportés b. Mors doux rapportés c. Mors à griffes à garniture interchangeable d. Mors à changement rapide

Entraînement des pièces O b t e n u par a d h é r e n c e . Les effets de f i x a t i o n , par serrage p o n c t u e l , avec n m o r s d ' u n m a n d r i n d o i v e n t s ' o p p o s e r à l ' e f f o r t de c o u p e m a x i Fc (fig. 15.45). S e l o n le n o m b r e de m o r s d u m a n d r i n , T.RmFc-Rc=0, avec T = e f f o r t t a n g e n t i e l ; Rm = r a y o n de m a i n t i e n ; Rc = r a y o n m a x i de c o u p e . Effort n o r m a l N = 7 7 t g
tan (p = 0,15 pour mors doux = 0,35 pour mors durs FIGURE 15.45 Schéma d'équilibre efforts de coupe et de maintien.

Porte-pièces S p é c i f i q u e s p o u r pièces plates en t r a v a u x de série : c o n c e p t i o n en é l é m e n t s m o d u l a i r e s o u m a n d r i n s à s e r r a g e axial.

Mandrins à pinces et à expansibilité M a i n t i e n en p o s i t i o n avec p r é c i s i o n de pièces c y l i n d r i q u e s en reprise o u prise d ' e x t é r i e u r o u d'intérieur. Précision de c o n c e n t r i c i t é de reprise : 0,01 à 0,03 m m . Pinces à lamelles. Reprise d ' e x t é r i e u r avec des l a m e l l e s à serrage i n d i v i d u e l : g r a n d e p l a g e de d i a m è t r e s par p i n c e ( e x e m p l e d ' u n e p i n c e LZK de Forkard : 4,5 à 15 m m ) (fig. 15.46 a). M a i n t i e n de pièces d é f o r m a b l e s ( m u l t i t u d e de l a m e l l e s ) . Mandrins à pinces. Prise de barre, en p a r t i c u l i e r à r i s q u e de d é f o r m a t i o n . De t y p e s n o r m a l i s é o u à l a m e l l e s (fig. 15.46 b).

494

Guide de l'usinage

Prise de pièce b r u t e à s e r r a g e par a c t i o n s r a d i a l e et a x i a l e ( p l a c a g e s u r b u t é e de l o n g u e u r ) ; m o r s i n t e r c h a n g e a b l e s (fig. 15.46 c). M a n d r i n s expansibles. L a m e l l e s o u p l o t s à d é p l a c e m e n t radial : reprise de pièces dans alésage (caractéristiques a n a l o g u e s a u x pinces) (fig. 15.47). a. mandrin à pinces de serrage ià lamelles LZK

b. mandrin à pinces de serrage Rubbe-Flex ZKS

Tour avec ZLHK c. mandrin à pinces de serrage interchangeables

FIGURE 15.46 rieur.

Mandrins à pinces pour pièces en prise d'extéDoc. Forkardt

FIGURE 15.47 Mandrins expansibles pour pièces en reprise d'intérieur. Doc. Forkardt

Tournage en mixte Pour pièces l o n g u e s , pleines et t u b u l a i r e s , utiliser : m a n d r i n o u p o i n t e à picots et p o i n t e t o u r n a n t e . . . , b a g u e t o u r n a n t e , l u n e t t e de s o u t è n e m e n t .

Mandrin 3 mors et pointe tournante E n t r a î n e m e n t de la pièce par m a n d r i n à u n e e x t r é m i t é , s o u t è n e m e n t par p o i n t e t o u r n a n t e à l ' a u t r e e x t r é m i t é (fig. 15.48).


495

FIGURE 1 5 . 4 8

Pointes tournantes de soutènement pièces longues. Doc. Rohm

Entraîneur frontal et pointe tournante E n t r a î n e m e n t de la pièce p o u r : f i n i t i o n de p r é c i s i o n sur t o u t e la l o n g u e u r d e pièce (sans reprise) p l e i n e o u c r e u s e ( t u b e s ) ; é b a u c h e à f a i b l e sect i o n de c o p e a u x (fig. 15.49 et 15.50).

Bagues tournantes Sur centres de tournage. À r o t a t i o n s y n c h r o n i s é e avec la b r o c h e , en positionnement automatique. De m ê m e s e c t i o n q u e les barres à usiner : s u r t o u r à d é c o l l e t e r (fig. 15.38).

Lunettes de soutènement

I

(pointe à picots)

FIGURE 15.49 Tournage total d'une pièce cylindrique épaulée, avec pointe d'entraînement.

Fixes ou « à suivre». M a i n t i e n c o m p l é m e n t a i r e d e pièces longues : o p p o s i t i o n aux efforts de c o u p e é v i t a n t v i b r a t i o n s et d é f o r m a t i o n t e m p o r a i r e en c o u r s d ' u s i n a g e (fig. 15.32). A u t o - c e n t r a n t e s , d e tailles différentes. Lunette fixe. C o n t a c t à la pièce en 3 p o i n t s ( r o u l e m e n t s à billes) s u r surface usinée p r é a l a b l e m e n t ( p o r t é e de lunette). Pièce de section non cylindrique : m a i n t i e n par b a g u e i n t e r m é d i a i r e . Lunette à suivre. C o n t a c t en 2 p o i n t s en vé : en a p p u i sur la s u r f a c e usinée, en o p p o s i t i o n et se d é p l a ç a n t avec l ' o u t i l q u i la précède.

496

FIGURE 15.50 Mandrin à mors flottants éclipsables avec entraîneur frontal à lames et pointe de centrage. Doc. Rotomors

Guide de l'usinage

9.

Machines

À c o m m a n d e n u m é r i q u e , avec m e s u r e des d é p l a c e m e n t s en boucle f e r m é e , assurant une excellente précision de répétabilité. Usinage automatique de t o u t e s pièces d o n t l'usinage est m é m o r i s é dans la CN (cycles et c o n d i t i o n s de coupe de chaque outil utilisé).

Tours à CN À 2 axes automatisés XZ, avec tourelle porte-outils. Programmation. Par icônes définissant les principales f o r m e s de t o u r n a g e ( c y l i n d r i q u e s , cônes, épaulements, alésages, filetages...) : description du profil-pièce dans l'ordre d ' u s i n a g e ; la CN définit des c o n d i t i o n s d ' u s i n a g e (à valider ou non) (fig. 15.51). Par définition géométrique du profil-pièce (FAO...) m é m o r i s é s dans la CN : appel de chaque p r o g r a m m e c o r r e s p o n d a n t à un t y p e de pièces à p r o d u i r e ( p r o d u c t i o n flexible). Utilisation. Production unitaire à la série de t o u t e s pièces cylindriques.

Centres de tournage De 3 à 7 axes automatisés et synchronisés, avec 1, 2, 4 broches porte-pièces. Porte-outils. 1 à 2 tourelles ou/et magasin d'outils. Axes C. Indexage de broche (principale) et s y n c h r o n i s a t i o n avec XZ, p o u r : Perçage réseau de t r o u s perpendiculaires à l'axe-pièce. Fraisage linéaire, circulaire, hélicoïdal sur faces et cylindres.


497

Autres opérations. S e l o n les m a c h i n e s : f i l e t a g e à la fraise, t o u r n a g e p o l y g o n a l , f r a i s a g e de rainures o b l i q u e s , de d e n t u r e s l o n g i t u d i n a l e s et f r o n t a l e s . Sur certains CT, avec axe Y : u s i n a g e e x c e n t r é ; s y n c h r o n i s é avec axe C, t a i l l a g e de d e n t u r e s à l'outil-fraise. Assistance technologique. A u t o n o m i e de f o n c t i o n n e m e n t d u CT par : g e s t i o n des o u t i l s (durée de vie, c o n t r ô l e de bris, m e s u r e d ' u s u r e et c o m p e n s a t i o n de d é r i v e de c o t e , r e m p l a c e m e n t d ' o u t i l par o u t i l - f r è r e . . . ) . Bibroche en opposition. S y n c h r o n i s a t i o n des 2 b r o c h e s p o u r : t o u r n a g e de pièces l o n g u e s s i m u l t a n é m e n t s u i v a n t les 2 d i r e c t i o n s , par t r a n s f e r t a u t o m a t i q u e d ' u n e b r o c h e à l ' a u t r e (avec b i t o u r e l l e ) (fig. 15.27); t o u r n a g e de pièces très l o n g u e s par m a i n t i e n de la pièce d a n s les 2 b r o c h e s (fig. 15.52). Usinage indépendant pour chaque broche ou simultané pour l'ensemble des b r o c h e s ( s y n c h r o n i s é e s ) .

FIGURE 15.52 Schéma et zone de travail de tournage pièce très longue sur tour «Multiplex» avec CN «Mazatrol T 32» Doc. Mazak

Foncîiannemeni synchronisé de I'

Tours frontaux U s i n a g e en g r a n d e série de pièces c y l i n d r i q u e s c o u r t e s et de g r a n d e p r é c i s i o n . O u t i l s installés en parallèle sur un o u d e u x p o r t e - o u t i l s (chariots) t r a n s v e r s a u x : succession t r è s rapide d ' o u t i l s en t r a v a i l (fig. 15.53).

ras de jauge outils optionnel

FICURE 15.53

Zone de travail d'un tour frontal «Conquest GT». Doc. Hardinge Brothers

498

Guide de l'usinage

jj Tours à décolleter À c o m m a n d e n u m é r i q u e m u l t i - a x e s : p r o d u c t i o n d e série g r a n d e à i l l i m i t é e , avec a c t i o n s s i m u l t a n é e s d ' o u t i l s 2 à 2. Toutes les o p é r a t i o n s d ' u s i n a g e s o n t réalisées sur la m a c h i n e avec o u t i l s s p é c i f i q u e s (de f o r m e en particulier). Capacités. Passage de barre en b r o c h e 16, 25, 32... 120 m m en m é c a n i q u e c o u r a n t e ; de 2 m m à 12 m m en m i c r o - m é c a n i q u e . A v a n c e - b a r r e p o u r a l i m e n t a t i o n c o n t i n u e de la b r o c h e avec : • p l u s i e u r s t u b e s d ' a l i m e n t a t i o n de d i a m è t r e s d i f f é r e n t s : petites séries. • stock t a m p o n de barres a l i m e n t a n t a u t o m a t i q u e m e n t u n seul t u b e : g r a n d e s séries. Fréquence de r o t a t i o n de b r o c h e en c o n t i n u (de 0 à 15000 t r / m i n , en 1 s e c o n d e avec m o t e u r i n t é g r é à la b r o c h e ) . Différents équipements, s e l o n les m a c h i n e s : P o r t e - o u t i l s de 3 à 7 r a y o n n a n t a u t o u r de la pièce, avec m o u v e m e n t s i n d é p e n d a n t s (fig. 15.54). Appareillages pour outils tournants : p e r ç a g e et f r a i s a g e t r a n s v e r s a u x avec b r o c h e i n d e x a b l e (axe C). B i t o u r e l l e recevant j u s q u ' à 25 outils. B r o c h e de r e p r i s e a u t o m a t i q u e d e pièces pour usinage arrière sur machine. Tourelle arrière pour outils t o u r n a n t s t r a v a i l l a n t dans l'axe-pièce.

FIGURE 15.54

Tour à décolleter 7 axes «Cicom M20» Doc.

Citizen

Tours verticaux À c o m m a n d e numérique : p r o d u c t i o n de pièces v o l u m i n e u s e s , t y p e plate et c o u r t e : plateau porte-pièce h o r i z o n t a l de g r a n d d i a m è t r e ( j u s q u ' à q u e l q u e s mètres) (fig. 15.55).

FIGURE 15.55

Station de transfert-pièces sur tour vertical «Mégaturn» palettisé. Doc.


ovec système d e changement M A N D R I N PALETTES AUTOMATIQUES type AP-3J-C diom. 1 2 5 0 mm à 3 mors. Référence CATERPILLAR Peoria (USA)

Mazak

499

Tours séquentiels À charioter et fileter. M o u v e m e n t s mécanisés, avec règle de mesure des déplacements XZ t r a v a u x de maintenance.

500

Guide de l'usinage

PROCÉD D

1.

Généralités

503

1.1

503

Ébavurage

2.

Différentes bavures

503

3.

Procédés d'ébavurage

504

4.

Ébavurage par extrusion

504

5.

Ébavurage par f r o t t e m e n t - t r i b o f i n i t i o n

505

5.1

Utilisation

506

6.

Ébavurage par coupe

507

6.1

Outil-main

507

6.2

Outlil-main rotatif

507

6.3

Outil-machine

508

7.

Ébavurage par effet t h e r m i q u e

509

8.

Ébavurage électro-chimique

509

9.

Ébavurage par abrasion

509

10. Ébavurage m é c a n o - c r y o g é n i q u e

510

501 H H H

HNRIMP

1.

Généralités

Les bavures sur les pièces mécaniques sont des excroissances de matière produites involont a i r e m e n t à l ' o b t e n t i o n de ces pièces. Elles sont néfastes aux pièces : dans le cycle des phases de p r o d u c t i o n ; en utilisation fonctionnelle. Elles sont normalisées en définition s y m b o l i q u e suivant la n o r m e de qualité DIN 6784.

Ébavurage Il ne p r o d u i t q u ' u n e très faible m o d i f i c a t i o n de f o r m e des pièces : chanfreins o b t e n u s en ébavurage par c o u p e ; d e r m e métallique m o d i f i é par les autres procédés d'ébavurage (tribofinition, abrasion...) sur toutes les surfaces de pièces soumises à « l'outil».

Derme métallique Il résulte du procédé de p r o d u c t i o n et de la nature du matériau : Macro et micro-rugosité des surfaces obtenues par coupe, découpe. Résidus minéraux et oxydes divers sur les surfaces obtenues par m o u l a g e , forgeage. - sans inclusions physiques, en m o u l a g e m é t a l l i q u e : facilite l'ébavurage par f r o t t e m e n t . - avec inclusions physiques discontinues en m o u l a g e au sable : non favorable à l'ébavurage par f r o t t e m e n t .

2 . D i f f é r e n t e s bavures — Elles diffèrent selon les procédés de fabrication. Bavures de coupe. Fines bavures produites en fin de trajectoire d'outil par repoussage du métal. Bavures de découpe. Très fines bavures produites au s e c t i o n n e m e n t de la matière ( c o m m e un morfil). Bavures de moulage. Plus ou m o i n s i m p o r t a n t e s selon le procédé utilisé, produites par écoulement du métal en f u s i o n dans les joints du m o u l e (étanchéité imparfaite). Bavures de forgeage. Importantes bavures produites v o l o n t a i r e m e n t à l ' o b t e n t i o n des pièces; à éliminer par coupe, découpe. Bavures de rectification. Très fines bavures produites par arrachement de matière en fin de trajectoire de meule, d o n n a n t un m o r f i l .

* 5. Procédés

de

tournage

503

3.

Procédés cTébavurage

Selon la f o r m e , les d i m e n s i o n s des pièces et leur p r o c é d é de f a b r i c a t i o n , l ' é b a v u r a g e p o u r r a s ' e f f e c t u e r par un o u p l u s i e u r s p r o c é d é s . Par coupe, avec o u t i l s m o n o et m u l t i - a r ê t e s , m a n u e l o u m a c h i n e . Par Par Par Par

f r o t t e m e n t ( t r i b o f i n i t i o n ) avec a c t i o n m é c a n o - c h i m i q u e . abrasion, avec jet abrasif de p o u d r e o u g r a n u l é s . effet mécano-cryogénique, avec r e f r o i d i s s e m e n t des pièces. extrusion, avec pâte a b r a s i v e en c i r c u l a t i o n forcée.

Par effet thermique, avec b r û l u r e des bavures. Nota : Les p r o c é d é s d ' é b a v u r a g e a g i s s a n t sur l ' e n s e m b l e des surfaces p r o v o q u e n t é g a l e m e n t : superfinition, polissage, décapage, dégraissage. Pièces en matériau dur. Les b a v u r e s s o n t cassantes, ce q u i f a c i l i t e leur é l i m i n a t i o n . Pièces en matériau « t e n d r e » . Les b a v u r e s o n t t e n d a n c e à se plier, nécessitant l ' é b a v u r a g e par coupe, durcissement avant élimination, frottement. À e f f e c t u e r après un é v e n t u e l t r a i t e m e n t t h e r m i q u e . Pièces avec formes fonctionnelles. Filetages, c a n n e l u r e s . . . à p r o t é g e r a v a n t é b a v u r a g e .

r

4.

Ebavurage par extrusion

Circulation forcée a l t e r n a t i v e o u c o n t i n u e d ' u n e pâte abrasive dans la o u les f o r m e s intér i e u r e s de la pièce p r o d u i s a n t u n e a b r a s i o n f i n e , s u r les surfaces (fig. 16.1 et 2). La pâte e f f e c t u e sur les surfaces p a r c o u r u e s u n r o d a g e u n i f o r m e et u n n e t t o y a g e , en absorbant les résidus de matière. L'abrasion f i n e p r o d u i t un r o d a g e des surfaces. L'outil, d'après «Extrude H o n e » est u n p o l y m è r e plast i q u e c h a r g é d ' a b r a s i f d o n t les p r o p r i é t é s r h é o l o g i q u e s spéciales p e r m e t t e n t d ' a b r a s e r les s u r f a c e s c o n t r e l e s q u e l l e s il circule de m a n i è r e sélective et contrôlable.

504

rjjj : iIV »S—5 'J1 RÌ \ / 5 1

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•

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l ill

———l] '

1

FIGURE 16.1

FIGURE 16.2

Pricipe d'ébavurage - polissage par extrusion en mouvements alternatifs. Doc. Extrude Hone

Principe d'ébavurage polissage par extrusion en mouvement continu. Doc. Extrude Hone

Guide de l'usinage

Utilisation É b a v u r a g e et s u p e r f i n i t i o n des o u t i l l a g e s ( m o u l e s m é t a l l i q u e s et m a t r i c e s ) en f i n i - p o l i ; d e pièces m é c a n i q u e s ( h y d r a u l i q u e , a l i m e n t a i r e , m é d i c a l e . . . ) Ébavurage des formes intérieures, avec r a y o n n a g e et r o d a g e , après t o u s p r o c é d é s de f a b r i c a tion (coupe, érosion...) Décalaminage intérieur de pièces creuses coulées. Nota : A v e c u n g a b a r i t , é b a v u r a g e - s u p e r f i n i t i o n de s u r f a c e s e x t e r n e s de p r o f i l q u e l c o n q u e (fig. 16.3). Machines. Pour la p r o d u c t i o n en série de t o u s t y p e s de pièces (fig. 16.4).

Orbital Vibration

FIGURE 16.3 extérieur.

Viscoelastic Abrasive

Principe d'ébavurage - polissage d'une surface Doc. Extrude Hone

FIGURE 16.4

Machine d'ébavurage - polissage Doc. Extrude Hone

r

5.

Ebavurage par frottement-tribofinition

Frottement réciproque e n t r e des pièces en vrac m é l a n g é e s à des a g e n t s a b r a s i f s d a n s u n e e n c e i n t e f o u r n i s s a n t l ' é n e r g i e d u brassage. Les i n t e r a c t i o n s o b t e n u e s r é s u l t e n t d u f r o t t e m e n t des g l i s s e m e n t s et r o u l e m e n t s des pièces et de l'abrasif. Le r a p p o r t g l i s s e m e n t / f r o t t e m e n t d é f i n i t le d e g r é d e f i n i t i o n (du m a r t e l a g e au polissage). L'agent abrasif, très d u r et h o m o g è n e , arrache par f r o t t e m e n t de f a i b l e s q u a n t i t é s de m a t i è r e sur t o u t e s les surfaces e x t é r i e u r e s des pièces. C o n s t i t u é de g r a i n s f i n s a g g l o m é r é s avec u n liant. Céramique. É b a v u r a g e g r o s s i e r et p r é p o l i s s a g e s i m u l t a n é d a n s des m a c h i n e s à t a m b o u r et vibrateurs. Résinoïde. É b a v u r a g e et p o l i s s a g e s i m u l t a n é s de t o u s m é t a u x . Billes métalliques. B r u n i s s a g e et b r i l l a n t a g e . Adjuvants physico-chimiques b i o d é g r a d a b l e s a g i s s a n t a u x interfaces abrasif/pièces.

15. Procédés

de

tournage

505

5.1

Utilisation

Ébavurage et polissage (grossier à fin) s i m u l t a n é et t o t a l en e x t é r i e u r des pièces. Machines

pièce

A v e c c u v e d e m a i n t i e n des pièces à m o u v e m e n t s rotatif, v i b r a t o i r e , r e c t i l i g n e - a l t e r n a t i f o u c o n t i n u (cuve statique). M o u v e m e n t rotatif. Brassage a l é a t o i r e des pièces en cuve (chocs p o s s i b l e s par é b o u l e m e n t des pièces) (fig. 16.5). Utilisation Pièces m é t a l l i q u e s m o u l é e s , f o r g é e s . É b a v u r a g e peu rapide. M o u v e m e n t vibratoire. Brassage u n i f o r m e en f o n d de c u v e (en auge) : pièces e s s e n t i e l l e m e n t s o u m i s e s à l'act i o n a b r a s i v e (fig. 16.6).

V Ji/ \ ¿•à/ \ ^ W - f ) V^jjjfjL \ j s h ~ l abrasit libre

Oh

-

.

/

\ action de frottement FIGURE 16.5 Schéma de principe du brassage de pièces en ébavurage par mouvement rotatif.

FIGURE 16.6 Schéma de principe du brassage de pièces en ébavurage par mouvements vibratoires et machine (doc. USF Traitement de surface). É b a v u r a g e - p o l i s s a g e rapide. M o u v e m e n t rectiligne-alternatif. D é p l a c e m e n t de la pièce d a n s l ' a b r a s i f . C u v e l i n é a i r e p o u r g r a n d e s et g r o s s e s pièces m é t a l l i q u e s . Ébavurage-polissage long. M o u v e m e n t continu. R o t a t i o n des pièces m a i n t e n u e s s é p a r é m e n t par u n e b r o c h e t o u r n a n t e d a n s l ' a b r a s i f s t a t i q u e o u en m o u v e m e n t (fig. 16.7). Ébavurage-polissage rapide de pièces métalliques. Cuve statique. D é s i n t é g r a t i o n par p r o j e c t i o n de g r a n u l é s ( p l a s t i q u e ) à g r a n d e vitesse (100 m/s).

(

1É1 •"i -

VA pièce en rotation abrasif libre

FIGURE 16.7 Schéma de principe en ébavurage de pièce par mouvement continu.

É b a v u r a g e - p o l i s s a g e de m a t é r i a u x d i v e r s : métallique, plastique, (élastomère, thermodurcissables).

506

Guide de l'usinage

r

6.

Ebavurage par coupe

S e c t i o n n e m e n t d ' a r ê t e s r e c t i l i g n e s , c i r c u l a i r e s , s i n u e u s e s , avec o u t i l s m a n u e l s o u m a c h i n e . É b a v u r a g e localisé avec m a i n t i e n des arêtes v i v e s , sans d é t é r i o r a t i o n des surfaces.

Outil-main Ébavureur tournant, type manivelle à p o i g n é e de p r é h e n s i o n , avec différents outils amovibles : à chanf r e i n e r d ' e x t é r i e u r , d ' i n t é r i e u r (fig. 16.8) avec :

2

Rotation à droite ou à gauche. Angle de coupe réduit pour c o p e a u x c o u r t s (fontes, bronze). Carbure pour matériaux abrasifs, composites. D i a m a n t p o u r m a t é r i a u x très d u r s .

1 2 3 4

3

1

4

Manche en acétal Tige télescopique Bague de blocage de la tige Bouchon de réserve d'outils facile et sûr

FIGURE 16.8

Outil-main d'ébavurage par coupe.

Doc. Kepal

Utilisation C h a n f r e i n a g e r a y o n n a g e extérieur, localisé o u n o n sur pièces f i n i e s par c o u p e , abras i o n . . . (fig. 16.9).

FIGURE 16.9

Différentes opérations de chanfreinage avec outil-main d'ébavurage. Doc. Vargus

Outil-main rotatif Fraise o u m e u l e : c y l i n d r i q u e à q u e u e de petit d i a m è t r e en c a r b u r e , a n i m é e en r o t a t i o n par f l e x i b l e , avec g u i d e de p r o f o n d e u r de passe (fig. 16.10 et 11). Utilisation C o n t o u r n a g e de t o u s p r o f i l s e x t é r i e u r s sur pièces ( c u b i q u e s , plates) f i n i e s par c o u p e , a b r a s i o n .

15. Procédés

de

tournage

507

Outil-machine Fraise à chanfreiner p o u r f r a i s e u s e s , centres d'usinage (voir chapitre « Procédés de f r a i s a g e ») Utilisation. Chanfreinage par c o n t o u r n a g e de t o u s p r o f i l s sur faces ME a v a n t ( é v e n t u e l l e m e n t arrière) de outil p i è c e s en c o u r s d ' u s i n a g e , avec avant outil M O C N (fig. 16.12). arrière Outil mono-arête p o u r t o u r s , centres de t o u r n a g e (voir c h a p i t r e « Procédés de t o u r n a g e »). FIGURE 16.12 Chanfreinage par contourage avec fraise sur fraiUtilisation. C h a n f r e i n a g e de f o r m e s seuses CN et centres d'usinage, c y l i n d r i q u e s a v a n t et arrière de pièces en c o u r s d ' u s i n a g e , s u r t o u r s et CT (fig. 16.13). Limes rotatives de d i f f é r e n t e s f o r m e s , en c a r b u r e m o n o b l o c avec o u sans brise-copeaux. Utilisation sur r o b o t d ' é b a v u r a g e (fig. 16.14) ; en o u t i l - m a i n rotatif é g a l e m e n t ,

iir FIGURE 16.13 Chanfreinage sur tours et centres de tournage a. Outil d'enveloppe b. Outil de forme

508

FIGURE 16.14 Opération d'ébavurage à la lime rotative sur robot. Doc. Sandwik Coromant

Guide de l'usinage

r

7.

Ebavurage par effet thermique

D e s t r u c t i o n par b r û l u r e (à 3 0 0 0 °C) des b a v u r e s par e x p l o s i o n d ' u n m é l a n g e h y d r o g è n e - o x y g è n e c o m p r i m é d a n s une c h a m b r e avec les pièces ( p r o c é d é Bosch R o t o f i n i s h ) . Utilisation. É b a v u r a g e de série sur m a c h i n e s s p é c i f i q u e s dans les f o r m e s i n t é r i e u r e s de pièces m é c a n i q u e s avec r a p i d i t é (20 ms).

8.

Ébavurage électrochimique

É r o s i o n des b a v u r e s par é l e c t r o l y s e c i r c u l a n t s u i v a n t une t r a j e c t o i r e d é f i n i e par u n o u t i l l a g e s p é c i f i q u e ( é l e c t r o d e de f o r m e ) au t y p e de pièces (voir c h a p i t r e « Procédés d ' é r o s i o n »). Utilisation. Pour t r a v a u x de série sur m a c h i n e s p é c i f i q u e .

r

Ebavurage par abrasion Usure des bavures par b r o s s a g e avec o u t i l r o t a t i f (fig. 16.15) o u l i n é a i r e ( b a n d e abrasive) m é t a l l i q u e , s y n t h é t i q u e : é b a v u r a g e , g r o s s i e r o u f i n s e l o n abrasif, de pièces t u b u laires de g r a n d d i a m è t r e , m o u l é e s , f o r g é e s . A u t o m a t i s a t i o n avec r o b o t m u l t i - a x e s de p o s i t i o n n e m e n t des pièces. Usure des bavures par jet abrasif. D e s t r u c t i o n des b a v u r e s par a n a l o g i e à la d é c o u p e par jet d ' e a u (voir c h a p i t r e « Procédés de d é c o u p e »). Disque abrasif à lamelles agissant sur t o u t e la l o n g u e u r des arêtes de l a m e l l e s (fig. 16.16).

Discand back-up pad am recessed to allow more contactnith work surface and prevent kxknut tooling.

FIGURE 16.15

Disque abrasif pour outil-main rotatif. Doc. Avos TM - distributeur Norton

FIGURE 1 6 . 1 6

Disque abrasif à lamelles. Doc. Comet et Suhner

16. Procédés d'ébavurage 0

509

Bandes abrasives, c o n s t i t u é e s d ' a g r é g a t s de grains (corindon, à structure ouverte) fixés sur s u p p o r t t o i l e p o l y e s t e r : r e n o u v e l l e m e n t p r o g r e s s i f de la c o u c h e a b r a s i v e ( c o m m e les m e u l e s ) a m é l i o r a n t d u r é e de vie de la b a n d e (fig. 16.17 et 16.18). M u l t i r o u l e a u x abrasifs : outils « F l a d d e r » avec six r o u l e a u x t o u r n a n t d e u x à d e u x en sens o p p o s é s , associés à un m o u v e m e n t o s c i l l a t o i r e (fig. 16.19). Grains. C o r i n d o n p o u r aciers f a i b l e m e n t alliés et m a t é r i a u x n o n m é t a l l i q u e s . Z i r c o n p o u r aciers alliés.

FIGURE 16.17 Constitution de bandes abrasives (type R273).

Doc. Norton

FIGURE 16.18

Outil-main rotatif à bande abrasive. Doc.

Suhner

FIGURE 16.19

Schéma de principe de l'outil à multirouleaux abrasifs. Doc.

Fladder

r

10. Ebavurage mécano-cryogénique D e s t r u c t i o n par r u p t u r e s o u s v i b r a t i o n s o u p r o j e c t i o n d e g r a n u l é s p l a s t i q u e à g r a n d e vitesse sur les pièces après r e f r o i d i s s e m e n t par l'azote l i q u i d e ( - 1 3 0 °C) les r e n d a n t cassantes (procédé c r y o j e t M e s s e r - G r i e s h e i m ) . É b a v u r a g e i n t e r n e et e x t e r n e des pièces m é t a l l i q u e s .

510

Guide de l'usinage

Compogravure : Microcompo CSB 90 A c h e v é d ' i m p r i m e r en France par Loire Offset Plus à Saint-Etienne N° d ' i m p r i m e u r : 34671 Editions Delagrave - N° d ' é d i t i o n : 8222 - R1 - J u i n 2007

GUIDE DE L'USINAGE La polyvalence technique, aujourd'hui indispensable aux techniciens de tous niveaux, implique d'avoir acquis les bases de connaissances sur l'ensemble des procédés de fabrication qui sont nécessaires dans les activités de projet et de mise en œuvre de production. Ainsi, cet ouvrage, véritable guide pratique, traite tous les procédés de la fabrication et permet de faire un choix des outils de transformation en expliquant les procédés, les règles et les paramétrages en fonction des matériaux et des machines utilisés. Sont abordés les procédés d'alésage, d'assemblage, de brochage, de découpage, d'érosion, de filetage, de forgeage, de formage, de fraisage, de moulage, de superfinition, de perçage, de rectification, de taillage, de tournage et d'ébavurage. Il est destiné aux élèves en BEP, Bac pro, STI, BTS et à tous ceux qui doivent appréhender une étude de conception ou de production afin de faire le choix d'un procédé optimum.

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Guide de l'Usinage

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