Tournage mécanique

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Le tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de matière qui consiste en l'obtention de pièces de forme cylindrique ou/et conique à l'aide d'outils coupants sur des machines appelées tours. La pièce à usiner est fixée dans une pince, dans un mandrin, ou entre pointes. Il est également possible de percer sur un tour, même si ce n'est pas sa fonction première.

Tour conventionnel

En tournage, le mouvement de coupe est obtenu par rotation de la pièce serrée entre les mors d'un mandrin ou dans une pince spécifique, tandis que le mouvement d'avance est obtenu par le déplacement de l'outil coupant. La combinaison de ces deux mouvements permet l'enlèvement de matière sous forme de copeaux.

Un tour permet de fabriquer principalement des pièces de révolution même si certaines machines peuvent réaliser des formes très complexes (tours de décolletage).

Ces pièces peuvent être :

Les tours à bois et mécaniques conventionnels laissent aujourd'hui de plus en plus la place à des tours à commande numérique, entièrement automatisés. Ces derniers peuvent aisément réaliser des opérations complexes de type fraisage, polygonage, perçages radiaux, etc. La programmation de commande numérique est effectuée par des instructions. Dans l'industrie les ouvriers tourneurs sont souvent aussi chargés du fraisage. On les appelle alors les tourneurs-fraiseurs.

Les différents types d'opérations[modifier | modifier le code]

Tournage extérieur[modifier | modifier le code]

Usinage externe sur tour
  • Tournage longitudinal (chariotage, axe z), réalisation d'un diamètre ;
  • tournage transversal (dressage, axe x), réalisation d'une face, d'un épaulement ;
  • tournage par profilage ou contournage, réalisé par copiage ou utilisation d'une commande numérique ;
  • tournage de gorges, dégagements ;
  • filetage, réalisation d'un pas de vis ;
  • tronçonnage.

Tournage intérieur[modifier | modifier le code]

Usinage interne sur tour
  • Alésage ;
  • dressage ;
  • tournage intérieur par contournage ;
  • tournage de dégagement, gorges ;
  • taraudage, réalisation d'un filetage intérieur ;
  • chambrage.

Tournage de pièces métalliques[modifier | modifier le code]

Le chariotage d'une pièce métallique brute en tournage conventionnel se fait typiquement en cinq opérations :

  1. Écroûtage du brut : on enlève la couche extérieure, qui a un mauvais état de surface et contient de nombreux défauts (calamine, corrosion, fissures, inclusions, écrouissage important, …) ; il s'agit d'une passe d'environ 0,5 à 1 mm.
  2. Contrôle du diamètre obtenu (au pied à coulisse voire au micromètre), ce qui permet de déterminer combien il faut enlever de matière pour arriver à la cote visée.
  3. Passes d'ébauche d'une profondeur de plusieurs mm, pour enlever la matière.
  4. Contrôle du diamètre avant finition.
  5. Passe de finition, d'une profondeur inférieure à 0,5 mm mais supérieure au copeau minimum, afin d'avoir une bonne tolérance dimensionnelle et un bon état de surface.

Si l'on doit réaliser un épaulement, on chariote en laissant une surépaisseur de 0,5 mm ; celle-ci est enlevée en dégageant l'outil lors de la passe de finition. On assure ainsi la planéité et la perpendicularité de la surface par rapport à l'axe, puisque la surface finale est réalisée en une seule passe.

Matériaux utilisés pour les outils[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Outil de tour.
  • L'acier rapide (HSS - High Speed Steel), qui est un acier fortement allié, est très employé pour la production d'outils de coupe. Les caractéristiques qui le rendent intéressant sont sa dureté d'environ 65 HRc et sa ténacité qui lui confère une bonne longévité.
  • les carbures métalliques. Rentrent dans cette catégorie les alliages composés de tungstène (60-90 %), titane et tantale (1-35 %) et de cobalt ou nickel (5-15 %), ainsi que d'autre matières en plus faibles quantités comme le molybdène ou le vanadium. La fabrication du métal dur est réalisée par frittage, on en fait généralement des plaquettes que l'on fixe sur le corps de l'outil par brasage, avec une vis ou aussi par bridage. Certains outils de petites dimensions sont fabriqués entièrement en métal dur.

Revêtements[modifier | modifier le code]

Souvent, les outils en acier rapide ou en métal dur sont revêtus d'une ou plusieurs couches, ils possèdent une durée de vie plus longue et permettent une augmentation des vitesses d'usinage et un état de surface meilleur. Les différents types de revêtement sont :

Conditions de coupe[modifier | modifier le code]

Vitesse de coupe[modifier | modifier le code]

En tournage, la vitesse de coupe est la vitesse relative de l'outil par rapport à la pièce. Il s'agit donc de la vitesse tangentielle au point de la pièce coïncidente avec la pointe de l'outil. Cette vitesse qui s'exprime toujours en mètres par minute (m/min) se calcule ainsi:

V_c = \frac{\pi \times d \times N}{1000}

avec:

  • V_c : vitesse de coupe en m/min
  • d : diamètre en mm au point d'usinage
  • N : vitesse de rotation de la pièce en tours par minute

En permutant les termes de la formule précédente, on obtient :

N = \frac{1000 \times Vc}{\pi \times d}

Et c'est cette vitesse de rotation N que l'on règle sur la machine. Il faut donc connaître V_c dont la valeur est le plus souvent issue de méthodes empiriques. Certains organismes, comme le CETIM pour l'industrie mécanique, ont établi des tableaux de référence.

La vitesse de coupe est déterminée en fonction de différents facteurs:

  • de la matière à usiner : en général plus elle est tendre et plus la vitesse est élevée
  • de la matière de l'outil de coupe
  • de la géométrie de l'outil de coupe
  • du type d'usinage: ébauche, finition, filetage, etc
  • du lubrifiant, qui permet une augmentation de la vitesse
  • de la qualité du tour : plus il est rigide, plus il supportera des vitesses élevées

Avance[modifier | modifier le code]

En tournage, l'avance est la vitesse avec laquelle progresse l'outil suivant l'axe de rotation pendant une révolution de la pièce, cette vitesse est déterminée expérimentalement en fonction des critères précédemment cités. Cela correspond, en première approximation à l'épaisseur du copeau. On règle l'avance directement sur la machine.

À ne pas confondre avec la formule de calcul de l'avance en fraisage, qui est:

 Vf = fz \times Z \times N

Vf = avance en mm/min
fz = avance par dent en mm/(dent.tour)
Z = nombre de dents de la fraise
N = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/min

En tournage, si on veut calculer la vitesse d'avance de l'outil, on applique cette formule :

 Vf = f \times N

f = avance en mm/tour
N = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/min

Puissance nécessaire[modifier | modifier le code]

Un tour ne dispose pas d'une puissance illimitée : celle-ci lui est fournie par voie électrique. Lors de l'usinage d'une pièce, il est impératif de s'assurer que la machine est capable de réaliser l'opération demandée, sans quoi on risque d'abîmer, l'outil, le tour, ou la pièce à usiner.

On définit pour cela le débit de tournage, quantité de matière enlevée par l'outil dans un temps donné. Ce débit QT s'exprime comme :

Q_T = f \times a_p \times V_c (en cm3/min)

Avec :

  • f : l'avance (en mm/tour)
  • ap : la profondeur de passe (en mm²)
  • Vc : la vitesse de coupe (en m/min)

Grâce à ce débit, on exprime la puissance nécessaire à la passe demandée :

P=\frac{k_c \times Q_T}{60}=\frac{k_c \times a_p \times f \times V_c}{60} (en Watt)

Avec kc la pression de coupe, ou effort spécifique de coupe, en N/mm².

La puissance de fonctionnement, et la puissance max (ou "en pointe") sont données par le constructeur du tour, l'ajustement de la profondeur de passe permettra de diminuer la puissance nécessaire à l'étape demandée, sans jouer sur la vitesse de coupe ni sur l'avance, critères primordiaux à la bonne réalisation de la pièce.

Formations[modifier | modifier le code]

En France, il existe différentes formations proposant l'apprentissage du tournage : BEP MPMI (Métiers de la production mécanique informatisée), BTS IPM (Industrialisation des produits mécaniques), DUT GMP (Génie mécanique et Productique), etc

De nombreux masters et écoles d'ingénieurs proposent des formations qui intègrent les procédés d'usinage dans leurs cours (Polytech, INSA, ICAM, Arts et Métiers Paristech, ENI, ENS, UTs, ISAT, Ecoles CENTRALE, ESPCI ParisTech,IFMA, Master GSI, etc.).

Sécurité[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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