Cours mécanique les outils coupants (Fabrication mécanique)

Chapitre I : Les outils coupants
I-1 Introduction
I.2 Les outils de coupe
I.2.1 Stabilité thermique
I.2.2 Stabilité contre l’usure
I.2.3 Aciers au carbone
I.2.4 Aciers alliés
I.2.5 Aciers a coupe rapide
I.2.6 Carbures Métalliques
I.2.7 Céramiques
I.2.8 Diamants
I.3 Géométrie des outils de coupe
I.3.1 Description des éléments
I.3.1.1 Le Corps d’outil
I.3.1.2 La partie active de l’outil
I.3.1.3 La face de coupe : Aγ
I.3.1.4 La face de dépouille : Aα
I.3.1.5 L’arrêt tranchante principale : S
I.3.1.6 L’arrêt tranchante secondaire : S’
I.3.1.7 Le Bec d’outil
I.3.2 Les Plans de l’outil
I.3.2.1 Plans de l’outil en main
I.3.2.2 Plans de l’outil en travail
I.3.3 Angles de l’outil
I.3.3.1 Angles d’arête de l’outil en main
I.3.3.2 Angle d’arrête de l’outil en travail
I.3.3.3 Angles des faces
I.3.4. Orientation de l’arête
I.3.4.1. Outil à droite « R » (Right)
I.3.4.2. Outil à gauche « L » (Left)
I.3.4.3. Outil neutre (Neutral)
I.4 Références bibliographiques du chapitre
Chapitre II : Coupe des Métaux
II.2 Les paramètres de coupe
II.2.1 Vitesse de coupe « Vc »
II.2.1.1 Vitesse linéaire d’un point en rotation
II. 2.1.2 Vitesse de coupe dans le cas du mouvement de coupe rectiligne
I.2.2 La vitesse d’avance V et avance par tour f
I.2.2.1 La vitesse d’avance Vf en tournage et fraisage
II.2.2.2 Les types d’avances
II.2.3 Profondeur de passe « a »
II.3 Temps de fabrication
II.3.1. Temps manuels « Tm »
II.3.2. Temps technico-manuels « Ttm »
II.3.3. Temps masqué « Tz »
II.3.4.Temps série « Ts »
II.3.5. Temps technologique « Tt »
II.4 Efforts de coupe
II.4.1. Etude expérimentale
II.4.2. Valeur approximative de l’effort de coupe en tournage
II.4.3. Efforts de coupe lors du perçage
II.4.4. Effort de coupe lors du fraisage
II.4.5. Puissance en travail [Pe]
II.5. Formation et types de copeaux
II.5.1. Les types de copeaux
II.5.2. Notion d’état de surface
II.5.3. Arête rapportée
II.6. Formulation Mathématique des paramètres de coupe
II.6.1. Loi de Taylor
II.6.2. Loi du Commandant Denis
II.7. Usure des outils
II.7.1. Types d’usures
II.7.2. Dépendance ente l’usure et le temps
II.8. La lubrification
II.8.1. Conséquence de l’augmentation de la température
II.8.1.1. Sur l’outil
II.8.1.2. Sur la pièce
II.8.2. Limitation de la température θ [°C] en cours d’usinage
II.8.3. Pratique de l’arrosage
II.9 Références bibliographiques du chapitre II
Chapitre III : Les Procédés d’usinage
III Généralités
III.1. Tournage
III.1.1. Tours revolvers
III.1.2. Tours en l’air
III.1.3. Tours verticaux
III.1.4. Principaux usinages réalisables sur tour
III.2. Perçage
III.2.1. Perceuses sensitives
III.2.2. Perceuses à colonne
III.2.3. Perceuses radiales
III.2.4. Perceuses horizontales
III.2.5. Perceuses multibroches
III.2.6. Perceuses C.N.C
III.3. Fraisage
III.3.1. Fraiseuse horizontale
III.3.2. Fraiseuse raboteuse
III.4. Rectification
III.4.1 Rectifieuse plane
III.4.2 Rectifieuse cylindrique
III.4.3. Rectifieuse sans centres
III.5. Rabotage
III.5.1. Raboteuses
III.5.2. Etau limeurs
III.5.3. Mortaiseuses
III.6. Taillage d’engrenages
III.7. Les autres procédés d’usinages
III.8. Degré d’automatisation
III.9. Degré d’universalité
III.9.1. Machines-outils universelles
III.9.2. Machines-outils spécialisées
III.9.3. Machines-outils spéciales
III.10. Précision d’usinage
III.11. Particularités de construction
III.12. Références Bibliographique du Chapitre III
Chapitre IV : Les procédés Mécano-Soudés
IV.1. Généralités
IV.2. Conditions de réalisation
IV.3. Classification des procédés de soudage
IV.4. Soudage oxyacéthylénique
IV.4.1. Présentation du poste de soudure à l’oxyacéthylénique
IV.4.2. Réactions lors du soudage
IV.5. Soudage à l’arc électrique
IV.6. Soudage par résistance
IV.6.1. Soudage par recouvrement
IV.6.2. Soudage en bout
IV.7. Soudure au plasma
IV.8. Brasage
IV.9. Contrôle des joints de soudure
IV.10. Types de chanfreins utilisés en soudure
IV.11. Références bibliographiques du chapitre IV
Chapitre V : Fonderie
V.1. Généralités
V.3.1 Coulabilité
V.3.2. Retrait
V.4. Surépaisseur d’usinage
V.5. Modelage
V.6. Sable de fonderie
V.6.1. Infusibilité
V.6.2. Plasticité
V.6.3. Cohésion
V.6.4. Perméabilité
V.7 Techniques de moulage
V.7.1. Moulage en sable
V.7.1.1. Moulage naturel sur modèle
V.7.1.2. Moulage mécanique
V.7.2.Méthodes modernes de fonderie
V.7.2.1. Moulage en coquille
V.7.2.2. Moulage par gravité
V.7.2.3. Moulage sous pression
V.7.2.4. Moulage par centrifugation
V.7.2.5. Moulage par enrobage ou à la cire perdue
V.8. Références bibliographiques du chapitre V
Références bibliographiques

Chapitre I : Les outils coupants

I-1 Introduction
On appelle usinage toute opération de mise en forme par enlèvement de matière à l’aide d’une machine-outil destinée à conférer à une pièce des dimensions et un état de surface (écart de forme et rugosité) situés dans un intervalle de tolérance donné (Figure I.1). (Cours mécanique les outils coupants)
L’enlèvement de matière est obtenu par une action mécanique de compression jusqu’à cisaillement mettant en œuvre un outil coupant en contact avec la pièce à usiner (Figure I.2), où le phénomène de coupe ne peut être obtenu que si l’outil est plus dur que la pièce [1].
Pour cela, les moyens d’obtention des pièces sont très variés et l’on peut avoir à produire des pièces par quantité plus ou moins grandes à savoir [2]:
– Production unitaire : 1 à 10 pièces
– Production en série :
* Petite série : 10 à 200 pièces
* Moyenne série : 200 à 1000 pièces
* Grande série : 1000 à 5000 pièces
– Production de masse : plus de 5000 pièces
– Production continue en chaîne : lorsque les postes de travail sont occupés en permanence pour la même pièce.
Dans cette optique, les procédés de mise en forme des matériaux par enlèvement de matière n’ont cessé d’être remis en question afin de répondre aux exigences industrielles imposées, quelles soient économiques où écologiques, ……etc. Aujourd’hui, l’ingénieur de fabrication se doit donc de pouvoir répondre à une multitude de questions tel que :
Quel type de machine faut-il utiliser et suffira-t-elle en terme de puissance et de précision ?
Quelles sont les conditions de coupe à utiliser pour minimiser l’endommagement des outils ou du matériau usiné ?
Quelles sont les solutions à adopter lors de la conception des outils et dans quels matériaux doivent-ils être fabriqués pour améliorer leur durée de vie et/ou la qualité des états de surface des pièces usinées ?
Quelles sont les propriétés mécaniques de la pièce après usinage ?
Est-il possible d’usiner sans apport de lubrifiant ? …
Afin de réaliser rapidement des pièces mécaniques avec la qualité demandée et à moindre coût [3]. (Cours mécanique les outils coupants)
I.2 Les outils de coupe
Les outils coupants sont des instruments destinés à travailler la matière par enlèvement sous forme de copeaux. Il existe une grande variété d’outils (Figure I.3) : des outils monocoupe (tournage), et multi-coupe (fraisage, perçage, ect..).
Quelque soit leurs destinations ainsi que leurs différents aspects extérieur, n’importe quel outil comporte une partie active, c’est à dire celle qui enlève directement la matière sous forme de copeau et un corps d’outil qui porte les éléments composants l’outil.
Les outils de coupe présentent alors deux parties fonctionnelles distinctes :
– La partie active qui constitue l’arête coupante et qui doit obligatoirement subir l’opération d’affûtage.
– Le corps d’outil dont le rôle est de résister sans déformation excessive à l’effort de coupe ainsi que pour la fixation de l’outil sur la machine.
La fabrication des outils est donc liée à la nature de ces parties fonctionnelles. Pour cela, les matériaux utilisés pour la fabrication des outils ont les propriétés suivantes [5] :
– Stabilité thermique ;
– Stabilité contre l’usure.
I.2.1 Stabilité thermique
Par définition : la stabilité thermique est la capacité de l’outil lui permettant de couper les métaux à haute température.
I.2.2 Stabilité contre l’usure
La stabilité contre l’usure c’est la capacité de résister à l’usure par frottement pendant l’enlèvement de la matière. A cet effet, tous les matériaux employés pour la fabrication des outils de coupe peuvent être rangé dans les catégories suivantes [6]:
– Aciers au carbone.
– Aciers alliés.
– Aciers à coupe rapide.
– Carbures métalliques.
– Céramiques.
– Diamants.
– Abrasifs.
I.2.3 Aciers au carbone
Ces aciers ont une teneure en carbone comprise entre (0,6 et 1,3%). La dureté varie entre (58 et 63) HRC. La vitesse de coupe varie entre : Vc 1 = (10 à 15) [m/min]. Les nuances les plus utilisés sont : XC 65 ; XC 85 ; XC 95.
La vitesse de coupe Vc, est une vitesse instantanée du point considéré de l’arête par rapport à la pièce (figure I.4). Dans le cas du mouvement circulaire, la vitesse de coupe est une fonction de la vitesse de rotation ‘N’ et du diamètre ‘D’ de l’élément en rotation [7]. (Cours mécanique les outils coupants)
I.2.4 Aciers alliés
Ces types d’aciers sont utilisés pour la fabrications des limes, tarauds, forêts etc. l’acier allié est obtenu par l’ajout d’éléments d’alliage (Chrome, Tungstène, Molybdène, Vanadium, …..) à l’acier au carbone. La dureté varie entre (60 à 62) HRC. La vitesse de coupe varie entre : Vc 2 = (1,2 à 1,4) Vc1 [m/min]. Les nuances les plus utilisées sont : Z 35 NCD 22 ; 36 CD 4. (Cours mécanique les outils coupants)
I.2.5 Aciers a coupe rapide
Ils sont obtenus avec un taux de tungstène et de chrome atteignent respectivement (8,5 à 19%) et (3,5 à 4,6%), La dureté de ces aciers après la trempe varie entre (62 à 65 HRC).
Les vitesses de coupe des outils en aciers à coupe rapide sont trois fois plus grandes que celle des outils en acier au carbone Vc3 = 3.Vc 1.

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