Tournage mécanique 1

Tournage mécaniqueLe tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux qui consiste à l'obtention de pièces de formecylindrique ou/et conique à l'aide d'outils coupants sur des machines appelées tours. La pièce à usiner est fixée dansune pince, dans un mandrin, ou entre pointes. Il est également possible de percer sur un tour, même si ce n'est pas safonction première.

Tour conventionnel

En tournage, le mouvement de coupeest obtenu par rotation de la pièceserrée entre les mors d'un mandrin oudans une pince spécifique, tandis quele mouvement d'avance est obtenu parle déplacement de l'outil coupant. Lacombinaison de ces deux mouvementspermet l'enlèvement de matière sousforme de copeaux.

Un tour permet de fabriquerprincipalement des pièces derévolution même si certaines machinespeuvent réaliser des formes trèscomplexes (tours de décolletage).

Ces pièces peuvent être :• métalliques ou en plastique (tour

mécanique) ;• en bois (tour à bois) ;• en terre (tour vertical de potier).Les tours à bois et mécaniques conventionnels laissent aujourd'hui de plus en plus la place à des tours à commandenumérique, entièrement automatisés. Ces derniers peuvent aisément réaliser des opérations complexes de typefraisage, polygonage, perçages radiaux, etc. La programmation de commande numérique est effectuée par desinstructions. Dans l'industrie les ouvriers tourneurs sont souvent aussi chargés du fraisage. On les appelle alors lestourneurs-fraiseurs.

Tour à commande numérique Tournage à commande numérique Produit d'exercice

Tournage mécanique 2

Les différents types d'opérations

Tournage extérieur

Usinage externe sur tour

• Tournage longitudinal (chariotage, axez), 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'unecommande numérique ;

•• tournage de gorges, dégagements ;•• filetage, réalisation d'un pas de vis ;•• tronçonnage.

Tournage intérieur

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

Le chariotage d'une pièce métallique bruteen tournage conventionnel se faittypiquement en cinq opérations :1. Écroûtage du brut : on enlève la couche

extérieure, qui a un mauvais état desurface et contient de nombreux défauts(calamine, corrosion, fissures, inclusions,écrouissage important, …) ; il s'agit d'unepasse 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 ilfaut enlever de matière pour arriver à la cote visée.

3.3. Passes d'ébauche d'une profondeur de plusieurs mm, pour enlever la matière.4.4. 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.

Tournage mécanique 3

Si l'on doit réaliser un épaulement, on chariote en laissant une surépaisseur de 0.5 mm ; celle-ci est enlevée endégageant l'outil lors de la passe de finition. On assure ainsi la planéité et la perpendicularité de la surface par rapportà l'axe, puisque la surface finale est réalisée en une seule passe.

Matériaux utilisés pour les outils• 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 quilui confère une bonne longévité.

• les carbures métalliques. Rentrent dans cette catégorie les alliages composés de tungstène (60-90%), titane ettantale (1-35%) et de cobalt ou nickel (5-15%), ainsi que d'autre matières en plus faibles quantités comme lemolybdène ou le vanadium. La fabrication du métal dur est réalisée par frittage, on en fait généralement desplaquettes que l'on fixe sur le corps de l'outil par brasage, avec une vis ou aussi par bridage. Certains outils depetites dimensions sont fabriqués entièrement en métal dur.

RevêtementsSouvent, les outils en acier rapide ou en métal dur sont revêtus d'une ou plusieurs couches, ils possèdent une duréede vie plus longue et permettent une augmentation des vitesses d'usinage et un état de surface meilleur. Les différentstypes de revêtement sont :• Le nitrure de titane (TiN), matériau standard.• Le carbonitrure de titane (TiCN), grande dureté, bonne résistance à l'abrasion.• L'oxyde d'aluminium (Al2O3) et nitrure de silicium (Si3N4), appartiennent à la classe des céramiques ; ce sont deux

matériaux de base auxquels on peut additionner différentes matières en fonction des caractéristiques recherchées :oxyde de zirconium (ZrO2), carbure de titane (TiC) ou du carbure de silicium (SiC).

• Le diamant utilisé pour l'usinage de métaux non-ferreux et de non-métaux abrasifs tels que : carbone oucéramique.

• Le nitrure de bore utilisé pour l'usinage de métaux ferreux trempés.

Conditions de coupe

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

avec:• : vitesse de coupe en m/min• d : diamètre en mm au point d'usinage• N : correspond à la fréquence de rotation de la pièce en tours par minuteEn permutant les termes de la formule précédente, on obtient :

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

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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 (qui ne s'utilise presque plus dans l'industrie moderne,

remplacé par l'UGV)•• de la qualité du tour : plus il est rigide, plus il supportera des vitesses élevées

AvanceEn tournage, l'avance est la vitesse avec laquelle progresse l'outil suivant l'axe de rotation pendant une révolution dela pièce, cette vitesse est déterminée expérimentalement en fonction des critères précédemment cités. Celacorrespond, 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 = avance en mm/minfz = avance par dent en mm/(dent.tour)Z = nombre de dents de la fraiseN = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/minEn tournage, si on veut calculer la vitesse d'avance de l'outil, on applique cette formule :

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

FormationsEn France, il existe, un BEP MPMI (Métiers de la production mécanique informatisée), un baccalauréatprofessionnel TU (Technicien d'usinage), un baccalauréat technologique sciences et technologies industrielles STIGM (Génie mécanique), BTS IPM (Industrialisation des produits mécaniques) et enfin un DUT GMP [1] (Géniemécanique et Productique).De nombreuses écoles d'ingénieurs proposent des formations qui intègrent les procédés d'usinage dans leurs cours(Arts et Métiers Paristech, ENI, ENS, UTC, Ecoles CENTRALE, ESPCI ParisTech, etc.).

Références[1] http:/ / iut-gmp-toulouse. ups-tlse. fr

Sources et contributeurs de l’article 5

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