Guide de L'usinage [PDF]

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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

Amf

Guhring

Pfauter

PCI Meudon

Andréa

Guiliani

Plansee TIZIT

Avyac

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Production Suisse

Baltec

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La revue métiers de NUM SA

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LASAG-Industrial-lasers

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SMU

Dubuis électrochimie

Lorentz

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Editions techniques des industries de la fonderie

Magafor

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Escoffier

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Sumitomo-Electric

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System 3R

Extrude Hone

Mikron

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Norbert

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Forkardt

Norton

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Framet-Loctite

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Vitrazon Unicorn international

Frömag

Outilec

Voumard

Gendron

Oxymill

Weingartner

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

1. Procédés d'alésage

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

Acier Super Rapide : HSS-E 5 % de cobalt

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.

1. Procédés d'alésage

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»).

Acier Super Rapide : HSS-E 5 % de cobalt

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

Doc. Leclerc

FIGURE 1.16 Alésoir conique pour moules d'injection.

¡

mmJl

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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 .

1. Procédés d'alésage

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


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.

2. Procédés d'assemblage

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

— 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 .

2. Procédés d'assemblage

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

2. Procédés d'assemblage

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.

2. Procédés d'assemblage

•

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.

2. Procédés d'assemblage

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 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.

2. Procédés d'assemblage

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

2. Procédés d'assemblage

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 .

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 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.

3. Procédés de brochage

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

Alliages d'aluminium

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 .

3. Procédés de brochage

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

Alliages d'aluminium

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

Alliages d'aluminium

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.

3. Procédés de brochage

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.

3. Procédés de brochage

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

3. Procédés de brochage

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

3. Procédés de brochage

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 ^e 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).

4. Procédés de découpe

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.

4. Procédés de découpe

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

4. Procédés de découpe

; 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.

4. Procédés de découpe

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.

^Utilisation 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...

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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.

4. Procédés de découpe

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.

4. Procédés de découpe

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.

4. Procédés de découpe

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

4. Procédés de découpe

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 iBBaMg^i^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.

4. Procédés de découpe

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

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 ) .

4. Procédés de découpe

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).

4. Procédés de découpe

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.

4. Procédés de découpe

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.

4. Procédés de découpe

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 .

4. Procédés de découpe

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

4. Procédés de découpe

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).

4. Procédés de découpe

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.

4. Procédés de découpe

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 . . . ) .

4. Procédés de découpe

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

Précisions obtenues

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

Précisions obtenues

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 : =rR R 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 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

6. Procédés de filetage

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 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.

7. Procédés de forgeage

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.

7. Procédés de forgeage

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.

7. Procédés de forgeage

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 ) .

7. Procédés de forgeage

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.

7. Procédés de forgeage

/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,

a CM •E If

D = \jd2 + 4 [h2

+

d1

• h2)

4 dh

V

1,1414 v'd2 + 2dh .

d2

™5 200 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.

9. Procédés de fraisage

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.

9. Procédés de fraisage

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>

, 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.

9. Procédés de 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.

9. Procédés de fraisage

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).

9. Procédés de fraisage

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».

lIiWliIKfcMi^iMMM

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

9. Procédés de fraisage

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).

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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).

î. Procédés de fraisage

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

î. Procédés de fraisage

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

î. Procédés de fraisage

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

î. Procédés de fraisage

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

Alliages d'aluminium

=

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 d'aluminium

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.

9. P r o c é d é s d e

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.

9. P r o c é d é s d e

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

[

(

rL—Jv ~ i f Jy

\w\

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.

10. Procédés de moulage

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.

10. Procédés de moulage

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.

10. Procédés de moulage

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).

10. Procédés de moulage

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.

10. Procédés de moulage

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.

10. Procédés de moulage

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.

10. Procédés de moulage

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.

10. Procédés de moulage

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. 100 100 > 200 10

2°

2°

T30 1°

10

50

50

100

0X5

0 x 5

0 X 10

7 6 5

\\ >

4 3 2 1 FIGURE 13.4

Taux de portance comparé galetage-rodage.

13. Procédés de superfinition

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.

13. Procédés de superfinition

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.

13. Procédés de superfinition

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 .

13. Procédés de superfinition

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 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 .

* 5. Procédés de tournage

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).

15. Procédés de tournage

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.

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 ' 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 .

15. Procédés de tournage


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