Comprendre le processus d'usinage et la machine-outil

L'usinage est une technique d'enlèvement de matière contrôlée qui coupe un matériau (généralement du métal) à une forme et une taille finales spécifiées. La fabrication soustractive fait référence aux procédures qui ont ce modèle commun, par opposition à la fabrication additive, qui implique l'ajout contrôlé de matière. La signification précise de l'élément "contrôlé" de l'expression varie, bien qu'il implique fréquemment l'utilisation de machines-outils.

L'usinage est utilisé pour fabriquer de nombreux objets métalliques, mais il peut également être utilisé pour fabriquer d'autres matériaux comme le bois, le plastique, la céramique et les composites. Un machiniste est une personne spécialisée dans l'usinage. Un atelier d'usinage est une pièce, un bâtiment ou une entreprise où l'usinage est effectué. La commande numérique par ordinateur (CNC), qui utilise des ordinateurs pour contrôler le mouvement et le fonctionnement des moulins, des tours et d'autres équipements de coupe, est utilisée pour de nombreux usinages modernes. Cela améliore l'efficacité en permettant à la machine CNC de fonctionner sans surveillance, ce qui réduit les dépenses de main-d'œuvre pour les ateliers d'usinage.

Dans cet article, vous apprendrez à connaître la définition, les applications, le but et les fonctions, le diagramme, les types, les opérations, le travail, les avantages et les inconvénients du processus d'usinage. Vous découvrirez également le terme machine-outil.

Qu'est-ce qu'un processus d'usinage ?

L'usinage est le processus de mise en forme et de dimensionnement des matériaux selon une forme et une taille spécifiques. En règle générale, l'usinage concerne le travail des métaux, bien qu'il puisse également faire référence à la fabrication de bois, de plastique, de céramique, de pierre et d'autres matériaux. Si vous avez des matières premières que vous souhaitez mouler dans une certaine forme dans un but spécifique, vous utiliserez des procédures d'usinage pour le faire. Les écrous et boulons, les pièces de véhicules, les brides, les forets, les plaques et une gamme d'autres équipements et objets utilisés dans diverses industries sont des exemples de produits usinés.

L'usinage peut également être considéré comme une technique de finition cruciale dans laquelle les tâches sont créées aux dimensions et au polissage de surface appropriés en éliminant progressivement le surplus de matériau de l'ébauche préparée sous forme de copeaux à l'aide d'un ou plusieurs outils de coupe qui sont poussés à travers la surface de travail. (s). Une machine-outil est un équipement motorisé qui enlève le matériau supplémentaire sous forme de copeaux pour dimensionner, façonner et traiter un produit avec la précision souhaitée. Tours, perceuses, façonneuses, raboteuses, etc. Ce sont des exemples de machines-outils. Enfin, pour enlever le matériau de la surface de la pièce, un outil de coupe est utilisé. Pour effectuer l'opération, il doit être plus dur que la pièce. Les outils de coupe sont divisés en deux catégories; monopoint et multipoint.

Objectif

La plupart des composants techniques, tels que les engrenages, les roulements, les embrayages, les outils, les vis et les écrous, nécessitent des dimensions et une forme correctes ainsi qu'un bon poli de surface pour fonctionner correctement. Les techniques performantes telles que la coulée et le forgeage, par exemple, sont incapables d'atteindre la précision et le polissage requis. Ces pièces préparées, appelées ébauches, nécessitent une semi-finition et une finition, qui sont réalisées par usinage et meulage. Le meulage est essentiellement le même que l'usinage. L'usinage à un degré élevé de précision et de polissage permet à un produit de • répondre à ses exigences fonctionnelles • d'augmenter ses performances • de prolonger sa durée de vie.

Les schémas des machines-outils sont ci-dessous.

Types de processus d'usinage

Les processus d'usinage sont classés en deux; procédés d'usinage conventionnels et non conventionnels.

Usinage conventionnel :

Un processus d'usinage conventionnel est un processus dans lequel l'usinage est effectué de manière traditionnelle, c'est-à-dire sans l'utilisation de méthodes sophistiquées. Par conséquent, cette méthode d'usinage est également connue sous le nom d'usinage traditionnel. Des outils de coupe pointus, tels que l'outil conique dans la machine de tour pour conicité, sont utilisés dans cette technique d'usinage. Voici les types de processus d'usinage conventionnels et leurs opérations :

Machine de tournage

La machine à tourner les métaux horizontale, souvent connue sous le nom de tour à moteur, est la plus importante de toutes les machines-outils. Bon nombre de ses principes mécaniques de base sont inclus dans la conception d'autres machines-outils, ce qui en fait le père de toutes les autres machines-outils. Le tour à moteur est une machine-outil simple qui peut être utilisée pour une gamme d'opérations telles que le tournage, le dressage et le perçage. Il tourne et perce avec un outil de coupe monopoint. Les procédures de tournage comprennent le tournage de formes cylindriques droites ou coniques, de rainures, d'épaulements et de filetages de vis, ainsi que des surfaces planes en regard aux extrémités de pièces cylindriques, et impliquent la découpe de métal supplémentaire du diamètre extérieur d'une pièce sous forme de copeaux. Les opérations d'usinage de trous les plus courantes, telles que le perçage, l'alésage, l'alésage, le contre-alésage, le fraisage et le filetage avec un outil ou un taraud monopointe, sont incluses dans les opérations cylindriques internes.

Affûteuses

Les rectifieuses utilisent une meule abrasive en rotation, également appelée meule ou bande abrasive, pour éliminer les copeaux microscopiques des pièces métalliques. La plus précise de toutes les techniques d'usinage de base est la rectification. Les articles durs ou mous sont rectifiés à des tolérances de plus ou moins 0,0001 pouce à l'aide de rectifieuses modernes (0,0025 millimètres).

Façonneuses et raboteuses

Les outils à point unique sont utilisés pour usiner des surfaces planes, des rainures, des épaulements, des rainures en T et des surfaces angulaires lors des opérations de façonnage et de planification. Les plus grands façonneurs peuvent traiter des composants jusqu'à 36 pouces de long et avoir une course de coupe de 36 pouces. L'outil de coupe de la toupie oscille, coupant sur la course avant et faisant automatiquement avancer la pièce vers l'outil lors de la course retour.

Fraiseuses

Dans ces types de processus d'usinage, la pièce est alimentée contre un outil de coupe rotatif appelé fraise dans une fraiseuse, qui coupe le métal. Pour une large gamme d'opérations de fraisage, des fraises de différentes formes et tailles sont proposées. Les surfaces planes, les rainures, les épaulements, les surfaces inclinées, les queues d'aronde et les rainures en T sont toutes découpées avec des fraiseuses. Pour couper des formes concaves et des rainures convexes, arrondir les coins et couper les dents d'engrenage, divers fraises à dents de forme sont utilisées.

Perceuses

Les perceuses, également appelées perceuses à colonne, utilisent un foret hélicoïdal pour percer des trous dans le métal. Ils utilisent également une gamme d'autres outils de coupe pour accomplir des opérations d'usinage de trous de base telles que l'alésage, l'alésage, le contre-alésage, le fraisage et le taraudage de filetages internes avec un accessoire de taraudage.

Presses

Cisailler, découper, façonner, emboutir, plier, forger, frapper, refouler, brider, presser et marteler sont quelques-unes des opérations utilisées pour fabriquer des pièces métalliques. Toutes ces opérations nécessitent des presses comportant un vérin mobile pouvant être appuyé contre une enclume ou un socle. La gravité, les connexions mécaniques, les systèmes hydrauliques ou pneumatiques peuvent tous être utilisés pour alimenter le vérin mobile.

Usinage non conventionnel :

Les processus d'usinage traditionnels sont basés sur l'idée que l'outil est plus résistant que la pièce. Cependant, certains matériaux sont trop durs ou cassants pour être usinés avec des procédés traditionnels. L'utilisation d'alliages extrêmement durs à base de nickel et de titane dans les moteurs d'aviation, par exemple, a suscité un intérêt pour les techniques d'usinage non traditionnelles, en particulier les «méthodes électriques». Voici les différents types de techniques d'usinage non conventionnelles :

Usinage par faisceau d'électrons (EBM)

EBM peut couper des trous aussi petits que 0,001 pouce (0,025 mm) de diamètre ou des fentes aussi étroites que 0,001 pouce dans des matériaux d'une épaisseur allant jusqu'à 0,250 pouce (6,25 millimètres). Dans le secteur des semi-conducteurs, l'EBM est également utilisé comme alternative aux méthodes de production d'optiques lumineuses.

Usinage par décharge électrique (EDM)

L'électrode et la pièce sont immergées dans un liquide diélectrique, et un mécanisme d'alimentation maintient un éclateur entre l'électrode et la pièce de 0,0005 à 0,020 pouce (0,013 à 0,5 millimètre). Les particules sont chassées lorsque les décharges d'étincelles fondent ou évaporent de petites particules de la pièce et l'électrode avance. La procédure est utilisée pour usiner des matrices, des moules, des trous, des fentes et des cavités de pratiquement toutes les formes. C'est précis mais lent.

Usinage électrochimique (ECM)

L'ECM reproduit la galvanoplastie en sens inverse. Dans ce processus, le métal est dissous à partir d'une pièce avec un courant continu à une vitesse contrôlée dans une cellule électrolytique. La pièce d'anode est usinée dans une forme complémentaire lorsqu'une électrode se rapproche de l'autre pour maintenir un espacement constant. L'absence d'usure de l'outil et la possibilité de traiter une pièce plus dure avec un outil à cathode plus souple sont deux avantages de l'ECM. L'ECM est utilisé dans l'industrie des moteurs d'avion et de l'automobile pour l'ébavurage, le perçage de petits trous et l'usinage d'aubes de turbine exceptionnellement dures, entre autres.

Usinage par faisceau d'ions (IBM)

IBM est utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs et la production de lentilles asphériques car il permet un usinage précis de presque tous les matériaux. La texturation des surfaces pour améliorer l'adhérence, la production de surfaces atomiquement propres sur des appareils tels que les miroirs laser et la modification de l'épaisseur des revêtements minces sont autant d'exemples de la façon dont la technologie est utilisée.

Usinage laser (LM)

LM est une technique de découpe de métaux ou de matériaux réfractaires qui consiste à faire fondre et vaporiser le matériau avec un faisceau laser intense. Le perçage au laser est utilisé pour découper des trous microscopiques (0,005 à 0,05 pouce [0,13 à 1,3 millimètre]) dans des matériaux trop résistants pour être traités à l'aide de méthodes standard, même s'il est énergivore car la substance doit être fondue et vaporisée pour être supprimé.

Usinage à l'arc plasma (PAM)

La plupart des métaux, y compris ceux qui ne peuvent pas être coupés avec succès avec une torche oxyacétylénique, peuvent être coupés avec cette méthode. La technique PAM a été utilisée pour couper des alliages d'aluminium jusqu'à six pouces (15 centimètres) d'épaisseur et de l'acier inoxydable jusqu'à quatre pouces (10 centimètres) d'épaisseur à l'aide de chalumeaux à usage intensif. La découpe de profilés plats, la découpe de rainures en acier inoxydable et le tournage massif en acier trempé sur des tours sont toutes des applications pour cette procédure.

D'autres méthodes de processus d'usinage non conventionnel comprennent :

• Usinage par ultrasons (USM)
• Usinage chimique (CHM)
• Usinage photochimique (PCM)
• Usinage au jet d'eau

Regardez la vidéo ci-dessous pour découvrir le fonctionnement des processus d'usinage :

Avantages et inconvénients des processus d'usinage conventionnels et non conventionnels

Avantages de l'usinage conventionnel

Voici quelques-uns des avantages du processus d'usinage.

• Il est presque impossible d'obtenir un haut niveau de finition de surface.
• L'usinage est effectué sur une variété de matériaux, y compris le bois, le plastique, les composites et la céramique.
• Des filets de vis, des bords très droits, des trous ronds précis et d'autres aspects géométriques sont tous réalisables.
• La précision dimensionnelle est excellente.

Inconvénients de l'usinage conventionnel

Voici les limites du processus d'usinage.

• L'efficacité de l'opérateur détermine l'exactitude des composants produits.
• La fabrication manque de cohérence. Par conséquent, une inspection complète du composant est requise.
• Les exigences de l'opérateur réduisent les cadences de production.
• Le problème de main-d'œuvre sera grave en raison du volume massif de main-d'œuvre engagée.
• Fabriquer des formes compliquées telles que des composants de courbure parabolique et des composants de courbure de cellule est difficile.
• Les modifications de conception fréquentes du composant ne peuvent pas être prises en compte dans la mise en page actuelle.

Avantages des processus d'usinage non conventionnels

Voici les avantages des méthodes d'usinage conventionnelles :

• Il a un haut niveau de précision et de finition de surface.
• Parce qu'aucun outil physique n'est utilisé, il n'y a pas d'usure d'outil.
• Ils ne fabriquent pas de puces, encore moins de puces minuscules.
• En fonctionnement, ils sont plus silencieux.
• C'est simple à automatiser.
• Il est capable d'usiner n'importe quelle forme complexe.

Inconvénients des processus d'usinage non conventionnels

Voici les limites de l'usinage non conventionnel :

• Les coûts initiaux ou de configuration sont élevés.
• Une main-d'œuvre hautement qualifiée est nécessaire.
• Le taux d'enlèvement de métal est inférieur.
• L'usinage nécessite plus de puissance.
• Ce n'est pas rentable pour les fabricants à grande échelle.

Conclusion

Les processus d'usinage ou les machines-outils sont classés en processus conventionnels et non conventionnels. Le non-conventionnel n'est que les nouvelles méthodes d'usinage tandis que la convention est l'ancienne méthode d'usinage que nous avons répertoriée pour le tournage, le perçage, la rectification, le façonnage, la planification, etc. C'est tout pour cet article où la définition, les applications, le but, diagramme, types, opérations, avantages et inconvénients du processus d'usinage sont en cours de discussion.

J'espère que vous tirerez beaucoup de la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à bientôt !