Outils de coupe 101 : Types, matériaux et applications – Télécharger PDF

Dans cet article, vous apprendrez ce qu'est un outil de coupe : ses matériaux, classification et types d'outils de coupe, tous expliqués avec images.

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Qu'est-ce qu'un outil de coupe ?

Les outils de coupe sont des outils en forme de coin à bords tranchants, utilisés en usinage pour enlever l'excès de matière d'une pièce afin d'obtenir la forme, la dimension et la précision souhaitées. Ils sont solidement fixés à la machine-outil.

L'outil doit résister à la chaleur et à la force générées pendant l'usinage, et le matériau de l'outil doit être plus dur que la pièce usinée.

De plus, les outils doivent avoir une géométrie spécifique avec des angles de dépouille pour que seul le tranchant touche la surface de la pièce. La largeur, le nombre et la forme des goujures ou dents, ainsi que les angles de la face de coupe, sont tous des facteurs significatifs.

Toutes ces variables, ainsi que la vitesse et l'avance de la machine, doivent être optimisées pour une durée de vie maximale. On peut utiliser des outils à une arête de coupe et des outils à plusieurs arêtes.

Passons aux sections suivantes pour en savoir plus sur les types d'outils de coupe.

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Un outil de coupe peut avoir une ou plusieurs arêtes de coupe participant simultanément à l'enlèvement de matière en un seul passage. La méthode la plus courante de classification est basée sur le nombre d'arêtes principales actives dans le processus de coupe à un moment donné.

Classification selon les noms courants des outils de coupe

Selon ce critère, les outils de coupe se divisent en trois catégories :

#1 Outil à une arête de coupe (Single Point)

Un outil à une arête n'a qu'un seul tranchant principal qui enlève la matière en un mouvement. Utilisé en tournage, dressage, rabotage et procédés apparentés.

Acier à haute teneur en carbone, acier rapide, céramique et diamant sont quelques matériaux durs utilisés. Comme une seule arête fait tout le travail, l'enlèvement de matière peut être lent et l'arête peut se briser.

Si une arête casse pendant l'utilisation, il faut arrêter et remplacer l'outil entièrement. Un alésoir à une lame est un exemple d'outil à une arête.

Avantages de l'outil à une arête

1. Relativement faciles à concevoir et fabriquer, moins de temps requis.
2. Considérablement moins chers.

Inconvénients de l'outil à une arête

1. Pendant l'usinage, une seule arête maintient un contact physique constant avec la pièce. Durée de vie courte due à l'usure élevée.
2. Hausse rapide de la température de l'outil par contact constant. Accélère l'usure et chauffe la surface usinée.

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#2 Outil à deux arêtes de coupe (Double Point)

Image: minaprem.com

Un outil à deux arêtes a deux tranchants qui coupent et cisailent simultanément en un mouvement. Les outils à une arête ont un tranchant principal, les outils multi-arêtes en ont plus de deux pour l'usinage en un passage.

Parfois, les fraises ne se divisent qu'en deux catégories : double-arête et multi-arêtes. Une arête de coupe est créée par l'intersection d'une face de dépouille et d'une face de rake. Par conséquent, les outils à double arête ont deux faces de dépouille et deux faces de rake.

Le seul exemple d'outil à double arête est le foret. Les forets peuvent avoir plus de deux goujures, mais le foret métallique typique n'en a que deux. Les arêtes modifiées peuvent en avoir plus, les classant comme multi-arêtes.

Avantages de l'outil à double arête

1. Absorbe les chocs comme les vibrations pendant l'usinage.
2. Capable de produire un élément de coupe fixe.
3. Deux arêtes travaillent simultanément, contrairement aux outils à une arête.

Inconvénients de l'outil à double arête

1. Les arêtes de cet outil pourraient être altérées.
2. Problème de précision possible.

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#3 Outil multi-arêtes (Multi-Point)

Image: fastenersweb.com

Un outil multi-arêtes a plus de deux arêtes qui coupent simultanément pendant un passage. Les outils à plus d'une arête sont parfois considérés comme multi-arêtes (au lieu de double-arête).

Le nombre d'arêtes peut aller de trois à plusieurs centaines. Comme les arêtes apparaissent à l'intersection des faces de rake et de dépouille, ces faces sont nécessaires pour chaque arête.

Exemple populaire : fraises. La plupart des autres fraises sont multi-arêtes, sauf la fraise volante (outil à une arête). Une petite fraise à queue peut avoir trois arêtes, une grosse fraise lourde jusqu'à quarante.

Avantages de l'outil multi-arêtes

1. Faible charge de copeau par dent.
2. Facilitent vitesse, avance et profondeur de coupe plus élevées.
3. Taux d'enlèvement de matière et productivité élevés.

Inconvénients de l'outil multi-arêtes

1. Conception et fabrication complexes.
2. Plus chers que les autres types.
3. Coupe intrinsèquement intermittente.

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Classification selon le mouvement de l'outil

Selon ce critère, trois catégories :

#1 Mouvement de translation

Se produit quand un corps se déplace de manière que toutes ses particules bougent en parallèle. Ces outils se trouvent sur les tours.

#2 Mouvement alternatif

Répétition d'un mouvement linéaire haut/bas ou avant/arrière. Ces outils se trouvent sur les raboteuses.

#3 Mouvement de rotation

Se produit quand un corps tourne autour d'un axe fixe. Ces outils se trouvent sur les fraiseuses et perceuses.

Classification selon les noms courants des outils de coupe (suite)

Selon ce critère, les catégories suivantes :

#1 Foret (Drill)

Outil pour créer des trous circulaires ou visser des fixations. Équipé d'un foret, soit un mandrin porte-outil soit un foret. Les versions sans fil à batterie remplacent rapidement les versions manuelles.

Fixés sur perceuses, fraiseuses ou tours car ils effectuent des opérations de perçage. Divers types utilisés en menuiserie, métallurgie, construction, fabrication d'outils machines et projets utilitaires.

#2 Fraise (Milling Cutter)

Sur fraiseuses ou centres d'usinage, les fraises effectuent des opérations de fraisage (parfois sur d'autres machines). Enlèvent de la matière en se déplaçant dans la machine (ex: fraise hémisphérique) ou directement par la forme de la fraise (ex: fraise à engrenage).

#3 Fraise volante (Fly Cutter)

Outils rotatifs pour surfacage plan avec une ou plusieurs arêtes simples. Une fraise volante est un outil à une arête monté sur un porte-outil spécial ressemblant à un outil de tour.

Utilisées sur fraiseuse pour usiner de grandes surfaces planes. Pas besoin d'arbres supplémentaires sur fraiseuses manuelles et centres d'usinage.

#4 Outil de raboteuse (Shaper)

Outils à une arête avec dépouilles, rakes et angles similaires aux tours. Outils de raboteuse plus rigides et lourds pour résister au choc au début de chaque course de coupe.

Pour fonte et acier, l'angle de dépouille latéral est seulement 2° et 4° respectivement. Matériau typique : acier rapide, mais matériaux plus durs usinables avec outils à pointe carbure cémenté résistant aux chocs. Utilisé sur raboteuse pour donner forme et précision à la pièce.

#5 Outil de planeuse (Planer)

Sur planeuse, seulement outils à une arête. Forme et angles similaires aux tours ou raboteuses. Mais plus lourds et sections transversales plus grandes.

Pour coupes lourdes sur longues courses, doivent fonctionner sur avances grossières. Trois types : massif, forgé, à plaquette. Plaquettes en carbure cémenté, stellite ou acier rapide.

#6 Barre d'alésage (Boring Bar)

Courantes en métallurgie et menuiserie. L'alésage est une technique courante en construction. Depuis des siècles, les menuisiers l'utilisent comme type de perçage. Outils d'alésage pour coupes circulaires plongeantes en menuiserie.

Légèrement différent en métallurgie : le trou créé n'a pas à être circulaire. Pour un trou parfaitement circulaire, l'outil est poussé et tiré haut/bas (axe Z) tout en plongeant et traînant sur axes X et Y.

#7 Alésoir (Reamer)

Dispositif pour agrandir ou finir des trous pré-percés, alésés ou noyés pour obtenir une bonne finition et dimensions précises. Outil multi-dents pour enlever relativement peu de matière.

Surfaces de coupe droites, légèrement torsadées ou hélicoïdales, rectifiées à diamètre très précis. Alésoirs divisables en catégories selon usage, conception, forme. Utilisés sur perceuse pour opérations d'alésage.

#8 Broche (Broach)

Outil de brochage avec une série de tranchants distincts sur sa longueur, appelés dents de coupe. L'avance s'effectue en augmentant le pas entre deux dents successives. Broches généralement en acier rapide (HSS).

Le mouvement linéaire de l'outil vers la pièce détermine la vitesse de coupe. Les contours des arêtes déterminent la forme de la surface usinée. Sur machine à brocher, cet outil effectue l'opération de brochage.

#9 Outil à tailler les engrenages (Hob)

Image: dictoolsindia.com

Outil pour tailler des dents dans une pièce. Dentures hélicoïdales, forme cylindrique. Rainures sur toute la longueur pour faciliter coupe et évacuation copeaux.

Hobs spéciaux pour engrenages particuliers comme pignons et engrenages à cannelures. Utilisés pour opérations de taillage sur machine à tailler.

#10 Meule (Grinding Wheel)

Contient composés abrasifs pour rectification et usinage. Grains abrasifs donnent la capacité de coupe, finissent la pièce à la précision dimensionnelle et état de surface requis.

Employées sur rectifieuses. Meules sont consommables, durée de vie de quelques heures à plusieurs années selon usage. Grains abrasifs se détachent périodiquement quand ils s'émoussent et sont arrachés par la traînée accrue.

À lire aussi : 14 types de machines à rectifier et leurs utilisations [Guide complet]

Classification selon la forme de l'outil de coupe

Division supplémentaire selon les formes du tranchant :

#1 Massif (Solid)

Généralement utilisé comme outil de tournage sur tour pour opérations de tournage.

#2 Outil à plaquette (Tipped Tool)

Corps et partie coupante en matériaux différents. Assemblage par serrage, soudage, etc. Exemple : outils à pointe carbure de tungstène.

#3 Outil pointu (Pointed Tool)

Pointe fine et tranchante, arêtes se rejoignant en une ligne. Exemples : diamants pointus montés sur porte-outil, outils carbure durs.

#4 Taille de grain (Grain Size)

Classés selon taille et quantité des grains. Grain fin = enlève plus de matière. Grain gros = enlève plus de matière. Exemple : meules utilisent outils abrasifs.

#5 Porte-outil (Tool Bit)

Ne tourne pas. Utilisé sur raboteuse ou planeuse pour former et raboter la pièce. Une seule rainure de coupe principale. Exemples : cobalt satellite non ferreux coulé, outils de tour sur porte-outil machine, etc.

Classification selon les matériaux des outils de coupe

Selon ce critère, les catégories suivantes :

#1 Acier à haute teneur en carbone

La haute teneur en carbone améliore le fonctionnement en milieux à haute dureté. Mais la dureté diminue quand la température monte.

Supportent jusqu'à 400°C sans affecter structure ni composition.

#2 Acier rapide (HSS)

Vitesses de coupe plus rapides. Alliage d'acier avec cobalt, tungstène, chrome.

Fonctionnent à 550-650°C grâce à matériaux durs, résistants, thermorésistants. Souvent dans lames de scie électrique et forets.

#3 Outil céramique

Parmi les plus durs, supportent températures élevées. Plage : 1160-1210°C. Souvent sur tours et fraiseuses.

#4 Carbure cémenté

Titane, tungstène et autres métaux. Grande résistance et dureté.

Résistance à l'usure accrue, supportent températures plus élevées. Fonctionnent à 900-1000°C.

#5 Diamant

Matériaux les plus résistants actuellement. Avantages en résistance aux contraintes, usure, température. Pour couper matériaux résistants, forts et durs.

#6 Abrasifs

Enlèvent matière par rectification et érosion, pas par coupe à dents de scie.

Matériaux durs et grossiers, usent ce qu'ils touchent. L'outil contient substance abrasive. Meule est forme basique.

Conclusion

C'est tout. Merci de votre lecture. J'espère avoir couvert tout sur les « Types d'outils de coupe ». Dites-moi si j'ai oublié quelque chose ou si vous avez des doutes.

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