Recherche de l’optimum en usinage
Le choix des meilleures conditions d’usinage consiste à trouver pour un produit de qualité donnée les conditions de travail qui conduisant à un optimum.
Le choix du critère optimalité peut correspondre à de différentes éventualités, en général le prix de revient est considéré comme critère quant ont se penche à de stricts considération économiques par une démarche très voisine. On prend quelques fois le temps de fabrication comme critère ou autrement dit, on recherche les conditions d’une production maximum, mais il y a des situations où d’autres critères peuvent prévaloir.
Il faut d’abord souligner que le nombre de facteurs à faire entrer en ligne de compte est très élevé en usinage. Pour plus de clarté, ont les a groupés par domaines techniques, et on ce contente de ne prendre en considération que certain, sur les quels on peut agir pour optimaliser le travail. Ces facteurs sont essentiellement liés aux éléments suivants :
La machine outil : Automatisation des opérations d’usinage ou auxiliaires (commande numérique). Augmentation de la puissance des moteurs. Commande automatique des vitesses. Stabilité du système usinant en diminution les vibrations. Palier antifriction pour éviter les pertes de puissances à haute vitesse. Machine à outils multiples. La manutention des pièces : Mandrins pneumatiques. Chaînes de transferts.
Outils : Diminution des temps de changement des outils. Préréglage des outils dans les blocs spéciaux. Plaquettes à jeter en barreaux diminuant le nombre de réaffûtages. Amélioration des tenues des outils en utilisant des nuances comme céramiques etc…
L’usinabilité des métaux : Amélioration de l’usinabilité des métaux en agissant sur l’état structural du matériau usiné, le corroyage, les inclusions favorables, etc…
Les facteurs précédents étant fixés à leurs valeurs optimales, on cherchera à déterminer les conditions d’usinage proprement dites qui conduisent à l’optimum du critère retenu et qui sont essentiellement : vitesse de coupe (en tenant compte de la relation de TAYLOR entre vitesse et durée d’outil notamment). Profondeur de passe et avance. Angle d’outil. Lubrifiant.
Il faut toute fois vérifier que le travail d’usinage peut effectivement être exécuté avec les équipements existant et compte tenus d’un certains nombres de limitation parmi les plus importantes on peut citer : La puissance utile de la machine-outil, compte tenu de son rendement mécanique (puissance à l’outil). L’importance des efforts de coupe qui peuvent mettre en danger les organes de la machine. L’apparition de vibration (broutage) rendant le travail impossible et mettant les pièces de la machine en danger. – La qualité de la pièce (précision, finie de surface, erreur de forme) qui en dernier ressort est le facteur déterminant pour le choix des conditions de travail. Les valeurs limites des paramètres machine-outil comme vitesse, avance, etc…
Critères d’évolutions de l’usinabilité
Étant donné que l’usinabilité a été définie de différentes façons cependant les critères de son évaluation se diffèrent aussi d’un chercheur à l’autre.
Critère d’après P.MATHON : Les principaux critères sont classés selon l’ordre suivant : La rugosité de la surface usinée définissant l’aptitude au finie de surface. La force de coupe définissant la résistance à la coupe. La durée de vie de l’outil ou la vitesse de coupe permettant d’obtenir une durée de vie de l’outil donnée ou l’usure pour un temps donné. Par contre d’autres chercheurs prennent l’usure de l’outil comme l’effet le plus observable.
Critère selon ROBELET ET G.ODIN : Ils classent les critères d’usinabilité de la façon suivante : L’usure de l’outil. L’effort de coupe. La température de coupe.
Critères selon B.ROUMESY : Les critères d’évaluation de l’usinabilité en deux catégories : Critère direct : basé sur l’évolution de l’usure avec ses différentes formes . Critère de l’usure frontale (VB). Critère de la mort de l’outil. Critère de l’usure volumétrique ou massique. Critère basé sur les variations des côtes de la surface usinée, utilisé pour déterminer l’usinabilité des aciers. Critère indirect: basé sur la variation de certaines grandeurs en fonction de l’usure de l’outil telle que : L’effort de coupe et le travail spécifique. La rugosité de la surface usinée. La température dans la zone de coupe.
Il est à mentionner que le critère utilisé est recommandé par I.S.O pour les outils en carbure métalliques est l’usure frontales VB (VB max), ou en critère (KT) .
Méthodes de déterminations de l’usinabilité
Pour déterminer l’usinabilité, plusieurs méthodes ont été mises au point, dont les plus essentielles sont les méthodes basés sur la mesure de l’usure, ces méthodes sont plus réalistes en pratique, et se divisent en deux types selon la durée de l’essai : Essais de longue durée. Essais accélérés (rapide).
Essais accélérés : Ces essais visent à jouir des informations sur l’usure des outils, au moindre coût, en un temps réduit et avec un prélèvement de matière minimal. Pour atteindre cet objectif, l’expérimentateur doit choisir les conditions de coupe utilisées en pratique.
Essais de longue durée : Ces essais sont adoptés pour apprécier la durée de vie de l’outil en se servant du critère de la «mort de l‘outil» en acier rapide, c’est à dire la défaillance totale de ce dernier. Pour établir les lois d’usure, il faudra maintenir les conditions de travail constantes, et le contrôle de l’usure de l’outil doit se poursuivre jusqu’à sa destruction.
En prenant comme critère d’usure la mort de l’outil, on peut déterminer les valeurs optimales de la tenue (T) et la vitesse (V), en traçant la droite en échelle bilogarithmique de la loi de TAYLOR et en se référant au graphique, on peut déduire les coefficients nets. Les essais d’usures de l’outil sont jugés de bonne efficacité en raison de l’exploitation des conditions d’usinage concrètement utilisées. Ils permettent en outre, de mesurer avec fiabilité les indices d’usinabilités bien définies.
Importance du perçage dans la fabrication mécanique
Le perçage est une opération destinée à produire un trou cylindrique sous l’action d’un outil coupant appelé mèche ou foret. Ce trou peut être effectué par un foret sur une perceuse, par une mèche sur un vilebrequin, par la découpe entre un poinçon et une matrice, par laser, ou par électroérosion….
L’opération de perçage par usinage (avec un foret) est une des plus utilisées dans la fabrication de pièces mécaniques. Environ 25% des usinages sont des perçages dans la mécanique générale. On parle de micro-perçage pour des diamètres inférieurs à 5 mm, alors que les trous d’un diamètre supérieur à 20 mm sont du domaine du macro-usinage.
Le perçage doit être considéré comme une opération d’ébauche, et donc nécessite une opération d’Alésage pour obtenir une cote diamétrale exacte. Néanmoins, des avancées majeures dans la conception des forets ont permis l’obtention directe de trous avec une tolérance IT9, soit une qualité suffisante dans une grande majorité des applications.
Le perçage est également découpé en deux catégories en fonction de la profondeur du trou, et plus particulièrement du rapport diamètre sur longueur. On admet en général qu’au-delà de 10 fois le diamètre on se trouve en perçage profond, et qu’au-delà de 20 fois, c’est le domaine du forage. Le perçage de très faible diamètre est un problème technique majeur. En effet, pour obtenir des conditions de coupe correcte, il faut une vitesse de rotation du foret très importante, couramment supérieur à 24 000 tr/min, et jusqu’à 63 000 tr/min. De plus, à ces vitesses, la lubrification devient très délicate puisque le fluide est éjecté avant même de rejoindre la zone de coupe. Paradoxalement, le domaine d’application est large, puisqu’il va de l’horlogerie (bracelet de montre, boitier) jusqu’à l’électronique. Très souvent le mouvement de coupe et d’avance en perçage sont donnés à l’outil.
Rugosité de surfaces usinées en perçage
Lorsque ces opérations sont appliquées à des travaux préliminaires voire de semi- finition la rugosité de la surface obtenue alors peut influencer sur celle réalisée dans la phase ultérieure. Si cependant les perçages sont prévues comme opérations finales la rugosité créée grâce à elles, interviendront directement en service. Compte tenue qu’elles sont très courantes en construction mécanique, et plus particulièrement en grande série, il importe d’en réglementer l’exécution et avec elle la qualité que l’on peut en atteindre.
Perçage et chambrage se déroulent dans des conditions plus complexes que celles du tournage ou du rabotage tant par les caractéristiques géométrique et constructive des outils que par la façon dont s’évacue le copeau. Il est clair que le micro profil des surfaces percées, lamées ou chambrée sera caractérisé par une grande irrégularité, ainsi les crêtes successives rémanentes, après passage de l’outil coupant sont entremêler de dépôt, auquel succèdent des arrachements profonds des refoulements de métal et des rayures provenant de copeau, sur tout au-delà de 10 (m/min), la fonte ne donne pas lieu à des rayures car le copeau fragmenté ne se prête pas à ce rôle destructeur .
Avec la fonte grise on observe une grande irrégularité du micro profil, caractérisée par de nombreux cratères ponctuels évoluant par fois en arrachement local du métal. Le perçage de l’acier donne lieu en plus des crêtes, rayures et couches de métal rapporté (dépôts) à des grippages et sillons cannulaires profond (jusqu’à 0.7mm) dont les dimensions et la disposition sont très diverses. Il apparaît donc que l’étude théorique de la rugosité reposant sur la géométrie et sur l’avance de l’outil ne saurait pas un intérêt pratique. La hauteur théorique des aspérités soit (Rc) est de 20 à 30 fois inférieure à la hauteur réelle.
Table des matières
Introduction
CHAPITRE I : ETUDE ET ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1. Introduction
1.2. Généralité
1.3. Principales opérations de coupe
1.4. Recherche de l’optimum en usinage
1.5. Différentes définitions de l’usinabilité
1.5.1. Définition de l’usinabilité selon [6]
1.5.2. Définition de l’usinabilité selon [4]
1.5.3. Définition de l’usinabilité selon Mr BERAD GRUBER
1.5.4. Définition de l’usinabilité selon Mr M . KNOWLTON
1.5.5. Définition de l’usinabilité selon Mr A . MOSTACHI
1.5.6. Définition selon [66]
1.5.7. Synthèse des définitions et adoption
1.6. Critères dévaluation de l’usinabilité
1.6.1. Critère d’après P . MATHON
1.6.2. Critère selon ROBELET et GODIN
1.6.3. Critère selon B . ROUMESY
1.6.4. Synthèse des critères et adoption
1.7. Méthodes de détermination de l’usinabilité
1.7.1 Essais accélérés
1.7.2 Essais de longue durée
1.7.3 Méthode graphique
1.7.4 Méthode analytique
1.7.5 Analyse et position du problème
1.8. Importance du perçage dans la fabrication mécanique
1.8.1 Généralité
1.8.2 Condition optimales de perçage en fonction du matériau
1.8.3 Sélection et utilisation des forêts
1.8.4 Choix du cycle de débourrage
1.8.5 Principaux types d’un foret hélicoïdal
1.8.6 Géométrie d’un foret hélicoïdale
1.9. Développement des critères d’évaluation de l’usinabilité
1.9.1. Introduction
1.9.2. Durée de vie des outils conséquences économiques
1.9.3. Les efforts de coupe et puissance absorbée
1.9.4. Influences des facteurs de coupe sur les efforts
1.9.5. Effort de coupe et puissance absorbée en perçage
1.9.6. Qualité de surface usinée
1.9.7. Lubrification méthodes et produits
1.10. Conclusion et position du problème
CHAPITRE II : METHODOLOGIE DE RECHERCHE ET PREPARATION DES EXPERIENCES
2.1. Méthodologie de recherche
2.1.1. Méthode uni factorielle
2.1.1. Méthode multifactorielle
2.2. Préparation des expériences
2.2.1. Machine outil
2.2.2. Matière à usiner
2.2.3. Préparation des éprouvettes
2.2.4. Les outils de coupe
2.2.5. Condition de coupe
2.2.6. Appareil de mesure
CHAPITRE III : REALISATION ET RESULTAT DES EXPERIENCES
3.1. But de l’étude
3.2. Introduction
3.2.1. Choix des valeurs du nombre de tour
3.2.2. Régime de coupe pour la série longue
3.2.3. Régime de coupe pour la série courte
3.2.4. Critère et mesure de l’usure
3.3. Plans des expériences
3.3.1. Plans des expériences série longue
3.3.2. Plans des expériences série courte
3.4. Résultats et interprétation de l’usure des forets
3.4.1. Traitement graphique des résultats de l’usure
3.4.2. Analyse comparative des résultats de l’usure
3.4.3. Traitement statistique des résultats de la tenue
3.4.4. Détermination des modèles de l’usure
3.4.5. Analyse des modèles de l’usure des forets
3.5. Traitement et analyse des résultats de la rugosité
3.5.1. Traitement des résultats
3.5.2. Analyse des résultats en fonction des éléments du régime de coupe
3.5.3. Analyse statistique de la rugosité des surfaces usinée
3.5.4. Analyse de la modélisation de la rugosité
CONCLUSION ET RECOMMANDATION
A)- Conclusion
B)- Recommandation
Perspective
Références bibliographiques
Annexe A
