Différence entre l'usinage et le meulage

La fabrication de produits de forme compliquée avec une bonne finition de surface par moulage n'est pas toujours faisable et économique. Diverses opérations secondaires peuvent être effectuées sur les produits coulés pour finalement produire l'objet souhaité. Ces opérations comprennent l'assemblage (comme le soudage), l'enlèvement de matière ou l'usinage, le traitement thermique ou la modification des propriétés, la coloration et le revêtement, etc. Un grand nombre de ces processus existent pour répondre au besoin de traiter une variété de matériaux de diverses manières et de finir leurs surfaces à différents niveaux. Parmi eux, les procédés d'usinage conventionnels sont anciens et en même temps fiables; cependant, divers processus de coupe abrasive et les processus d'usinage dits non traditionnels (NTM) peuvent également fournir des installations similaires.

Par définition, usinage ou découpe de métaux est l'un des processus de fabrication secondaires par lesquels le matériau couche par couche est progressivement retiré sous forme de copeaux d'une ébauche préformée afin d'obtenir la forme, la taille et la finition souhaitées. Pour répondre à cette demande, il existe différents procédés d'usinage comme le tournage, le filetage, l'effilage, le chanfreinage, le repoussage, le taraudage, le rétreint, le filetage, le surfaçage, le rainurage, le tronçonnage, le moletage, le perçage, le fraisage, le façonnage, le rabotage, le rainurage, l'alésage, le taillage, le brochage , etc. De tels processus peuvent fournir un taux d'enlèvement de matière (MRR) plus élevé et sont donc appropriés, productifs et économiques pour l'enlèvement en vrac de matière de travail. Un outil de coupe ou un couteau dur et tranchant est obligatoirement utilisé pour enlever le matériau par cisaillement. Cet outil de coupe doit également posséder une spécification définie et un matériau compatible pour un usinage ininterrompu et efficace. La plupart de ces procédés conventionnels peuvent usiner une grande variété de matériaux; cependant, certains matériaux de travail n'offrent pas une usinabilité acceptable et, par conséquent, d'autres processus d'enlèvement de matière (tels que la coupe abrasive ou NTM) sont recommandés dans ces cas.

Meulage , un type de processus de coupe abrasive, peut répondre à diverses limitations de l'usinage conventionnel. Ici, une meule est utilisée à la place de ce qu'on appelle un outil de coupe. La meule est essentiellement constituée de particules abrasives de petite taille et plus dures, telles que l'alumine, la silice, le diamant, etc., qui sont liées dans un milieu approprié. De tels abrasifs ont une forme arbitraire et manquent donc d'une géométrie définie; bien que la roue elle-même ait une configuration spécifique. Bien que la matière soit retirée sous forme de copeaux, ici les copeaux sont de taille micro. Ce procédé n'est pas adapté à l'enlèvement en vrac de matériaux; au lieu de cela, il est préféré pour la finition de la surface au niveau du micron (0,5 – 2,0 µm). Il peut également meuler efficacement des matériaux durs et résistants. Les différentes différences entre l'usinage conventionnel et le meulage sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

Table :Différences entre l'usinage et le meulage

Élimination en masse vs processus de finition : Le taux d'enlèvement de matière (MRR) est défini comme le taux de volume de matériau de travail retiré de la surface de travail pendant tout processus de coupe. La plupart des processus d'usinage conventionnels (à l'exception de quelques-uns comme le moletage) sont utilisés pour enlever une plus grande quantité de matériau afin de donner une forme et une taille de base. Il fournit un MRR plus élevé et donc plus productif. Il peut également semi-finir la surface du produit au niveau de 1 à 50 µm en fonction de l'opération et des paramètres de processus correspondants. Meulage, d'autre part, est principalement utilisé pour la finition de la surface est de bien meilleur niveau. Une rugosité de surface de l'ordre de 0,5 à 2 µm est facilement réalisable par meulage. Ainsi, il peut fournir une précision dimensionnelle élevée et une tolérance étroite.

Outil de coupe - son matériau et sa géométrie : Tout processus d'usinage conventionnel utilise obligatoirement un outil de coupe (également appelé fraise) ayant une géométrie et un matériau spécifiques. Ce couteau contient un ou plusieurs tranchants tranchants pour cisailler efficacement le matériau de la surface de travail. Le matériau de cette fraise est également un facteur important pour décider des performances d'usinage. Plus important encore, la dureté du matériau de la fraise doit être nettement supérieure à celle du matériau de travail. À partir de l'acier rapide (HSS), du carbure et de la céramique, les fraises au nitrate de bore cubique (cBN) et au diamant sont désormais facilement disponibles. Le meulage utilise la meule au lieu de la fraise et les abrasifs sur la meule enlèvent en fait de la matière. Contrairement à la fraise, ces abrasifs n'ont pas de géométrie définie (différents angles, rayon d'arête, rayon de nez, longueur d'arête de coupe, etc. varient arbitrairement); cependant, les matériaux abrasifs peuvent être fixés comme l'alumine, la silice ou le diamant.

Angle de coupe et angle de dégagement : L'angle de coupe d'un outil de coupe indique l'inclinaison de la surface de coupe par rapport au plan de référence. C'est un facteur important qui influence la déformation par cisaillement, la direction d'écoulement des copeaux, l'épaisseur des copeaux, la force de coupe, la contrainte de cisaillement, la consommation d'énergie, etc. Les fraises, utilisées dans l'usinage conventionnel, peuvent avoir un angle de coupe positif, négatif ou même nul et sa valeur varie généralement entre +15° et –15°. Les abrasifs de la meule ont un angle de coupe abrupt et peuvent varier de +60° à –60°, parfois même au-delà de cette limite. Un tel angle de coupe élevé est généralement indésirable car il provoque un déséquilibre dans la coupe et augmente soit la consommation d'énergie de coupe (positif élevé) soit la défaillance de l'outil (négatif élevé). Contrairement à l'angle de coupe, l'angle de dégagement d'une fraise ne peut pas être négatif ou nul - il doit avoir une valeur positive. La qualité et la tolérance de la surface finie dépendent de cet angle. Pour les fraises, l'angle de dégagement se situe généralement entre +3° et +15° ; tandis que pour les abrasifs, il peut être arbitraire (il peut être nul ou aussi élevé que +90°).

Cisaillement et participation des arêtes de coupe : Un couteau peut être constitué d'un ou plusieurs tranchants et, par conséquent, il peut s'agir d'un couteau à un seul point ou d'un couteau à plusieurs points. Quel que soit leur nombre, chacune des arêtes de coupe participe également à l'action d'enlèvement de matière. De plus, lors de l'usinage, la matière est enlevée par cisaillement d'une fine couche de matière lorsqu'une force de compression suffisante est appliquée par la fraise. Dans la meule, seuls quelques abrasifs exposés (parfois même en dessous de 1%) participent à l'action d'enlèvement de matière. Le reste des abrasifs ne touche pas la surface de travail (notez que la pénétration est très faible, même en dessous de 10 µm) ou ils provoquent des rayures, des labours ou des frottements au lieu de cisailler. Cependant, la matière n'est enlevée que par cisaillement; d'autres augmentent simplement la force normale de manière indésirable.

Consommation énergétique spécifique : L'énergie de coupe nécessaire pour enlever le volume unitaire de matériau est appelée énergie spécifique, mesurée en J/mm ³ . Mathématiquement, la puissance divisée par MRR donne une énergie spécifique. L'usinage conventionnel fournit un taux d'enlèvement de matière élevé (MRR) et donc l'énergie spécifique est relativement faible. D'autre part, dans le broyage, le MRR est faible et la majeure partie de l'énergie est gaspillée en raison du grattage, du labourage ou du frottement au lieu du cisaillement. En conséquence, l'énergie spécifique augmente fortement; même cela peut être 5 à 20 fois plus élevé.

Dommages de surface par génération de chaleur : Dans l'usinage conventionnel, la majorité de la chaleur de coupe est générée dans la zone de déformation secondaire où se produit un frottement intense entre le copeau et la surface de coupe. La zone de cisaillement primaire contribue également dans une certaine mesure. Cependant, la majeure partie de la chaleur générée (70 à 80 %) est emportée par les copeaux qui s'écoulent en continu et seule une infime partie va à l'intérieur de la fraise ou de la pièce à usiner. Ainsi, les dommages thermiques de la pièce à usiner et de la fraise sont généralement insignifiants, en particulier lorsqu'un fluide de coupe approprié est appliqué. Lors du broyage, la génération de chaleur se produit principalement en raison du grattage, du labourage et du frottement. Une telle chaleur s'accumule dans la pièce car les abrasifs sont des isolants thermiques et un très petit volume de micro-copeaux se forme. Une accumulation de chaleur extrême peut entraîner divers dommages thermiques sur la surface finie, notamment des brûlures de surface, des modifications des propriétés mécaniques, des imprécisions dimensionnelles dues à la dilatation thermique, etc.

Usinage de matériaux durs et résistants : Ces matériaux présentent de nombreux défis lorsqu'ils sont traités par des processus d'usinage conventionnels tels qu'une usure élevée de l'outil, des copeaux fragmentés, etc., qui conduisent finalement à une mauvaise usinabilité. Le meulage peut être avantageusement appliqué indépendamment de la ténacité et de la dureté du matériau de travail.

Une comparaison scientifique entre l'usinage et la rectification conventionnels est présentée dans cet article. L'auteur vous suggère également de parcourir les références suivantes pour une meilleure compréhension du sujet.

• Usinage et machines-outils par A. B. Chattopadhyay (1 ^er édition, Wiley).
• Manufacturing Engineering and Technology :SI Edition par S. Kalpakjian et S. R. Schmid (7 ^e édition, Pearson Ed Asia).
• Différence entre l'usinage et le meulage par difference.minaprem.com.