Types et classification des processus d'usinage | Sciences de la fabrication

Cet article met en lumière les types de processus d'usinage. Les types sont :- 1. Formation et Planification 2. Tournage et alésage 3. Perçage et 4. Fraisage. Il est nécessaire d'avoir une certaine connaissance des opérations d'usinage réelles et de leurs analyses. Dans cet article, nous n'entrerons pas dans les détails technologiques extrêmes et tous les types d'opérations possibles, mais nous ne traiterons que des opérations d'usinage très basiques et courantes.

Types de processus d'usinage # 1. Façonnage et Planification :

La nature fondamentale du processus d'enlèvement de matière est la même dans les deux cas. La principale différence entre les deux est que, dans le façonnage, le mouvement principal (de coupe) est fourni à l'outil et l'avance est donnée à la pièce à usiner, alors que, dans la planification, c'est juste L'opposé.

L'opération de coupe est de nature intermittente et a lieu pendant la course vers l'avant. Lors du retour de l'outil (ou du travail, selon le cas), le mouvement d'avance est fourni lorsqu'il n'y a pas d'action de coupe. La figure 4.34 montre quelques détails de la zone de coupe.

Dans une opération de coupe réelle, les principaux paramètres sont les courses par unité de temps (N), la longueur de course (S), le rapport de retour rapide (R) (déplacement / course), la profondeur de coupe ( d) et les angles de l'outil. Pour convertir ces paramètres en paramètres d'usinage de base, il suffirait d'examiner la figure 4.34 montrant une vue en coupe.

Il faut rappeler qu'en général la condition d'usinage orthogonal n'est pas satisfaite mais nous traiterons le procédé en supposant que la mécanique de l'usinage orthogonal est applicable. En ce qui concerne la consommation électrique, les résultats ne sont pas très imprécis. L'épaisseur non coupée et la largeur de coupe sont données par les relations –

Où Ψ est l'angle de coupe principal principal. L'angle de coupe s'avère être (également appelé coupe normale) d'après la vue en coupe (Fig. 4.34). La figure 4.35 montre les composantes de coupe et de poussée de la force.

Le composant de coupe F_C agit contre v et F_T agit perpendiculairement à la surface transitoire. F_T peut être à nouveau résolu en deux composants, à savoir, F_f (composant de flux) et F_n (composant normal à la surface usinée), comme –

Le taux d'enlèvement de métal est donné par LdƒN, où L est la longueur du travail et N est le nombre de coups de coupe par unité de temps. Le temps de coupe peut également être découvert si la largeur (B) du travail, la profondeur totale dont la surface de travail doit être abaissée (H), la profondeur de coupe (d), l'avance (ƒ) et le coups de coupe par unité de temps (N) sont donnés. Le temps total –

Types de processus d'usinage # 2. Tournant et ennuyeux :

Le tournage est l'une des opérations les plus courantes. Les surfaces de révolution sont généralement produites par cette opération alors que les surfaces planes sont produites par tournage frontal. Toutes les opérations de tournage sont effectuées dans des tours. Les principaux types d'opérations de tournage sont - (i) le tournage de surfaces cylindriques et cylindriques étagées, (ii) le tournage de surfaces de révolution coniques et courbes, (iii) le tournage de filets de vis et (iv) le tournage et le tronçonnage de face. Lorsqu'une surface interne est usinée, l'opération est communément appelée alésage.

Les opérations de perçage peuvent également être réalisées pour réaliser différents types de surfaces internes de révolution. Nous aborderons ici la mécanique d'une simple opération de tournage. Cela peut ensuite être étendu aux diverses autres opérations spéciales chaque fois que cela est nécessaire. La figure 4.37a montre une opération de retournement simple. L'outil utilisé pour une telle opération est communément appelé outil à point unique.

La géométrie détaillée de cette opération est illustrée à la figure 4.37b. La figure 4.38 montre les différentes vues et angles d'un outil de tournage monopoint. Les paramètres de l'opération d'usinage de base correspondante peuvent être trouvés comme –

Où est l'angle du bord de coupe latéral. L'angle de coupe normal α peut être trouvé lorsque les angles d'outil sont spécifiés. En général, la condition d'orthogonalité n'est pas satisfaite, mais pour garder la discussion dans le cadre de ce texte, nous supposerons un usinage orthogonal. La vitesse de coupe est donnée par –

Où N est le nombre de tours de travail par unité de temps et D est le diamètre du travail. La profondeur de coupe d étant très faible par rapport à D, la vitesse de coupe peut être supposée constante sur toute la largeur de coupe et égale à la valeur donnée par l'équation (4.41). Pour remplir la condition d'usinage orthogonal, le tranchant doit être perpendiculaire au vecteur vitesse, et on peut facilement montrer que la condition à satisfaire par les angles de l'outil est –

Tapez # 3. Perçage :

L'opération de perçage la plus courante est le perçage et elle est généralement réalisée à l'aide d'une perceuse hélicoïdale. Contrairement au façonnage et au tournage, cela implique deux arêtes de coupe principales. La figure 4.41 montre une opération de forage.

Si l'avancement total du foret par tour (la vitesse d'avance) est alors la part de chaque arête de coupe est /2 car chaque lèvre reçoit la couche non coupée dont la surface supérieure a terminé par l'autre lèvre à 180° en avant (lors d'une rotation à 180°, le déplacement vertical du foret est de ƒ/2). L'épaisseur non coupée t₁ et la largeur de coupe w sont donnés comme –

r étant le rayon du point sur l'arête de coupe où la coupe normale est évaluée, D le diamètre nominal du foret, β le demi-angle de pointe (Fig. 4.41b), et Ψ l'angle d'hélice (Fig. 4.42).

Le tableau 4.12 donne les valeurs typiques des angles et des paramètres de forage.

Il est à noter que dans l'opération de perçage les variations de vitesse de coupe et d'autres paramètres le long de l'arête de coupe sont appréciables et l'ensemble du phénomène est très complexe. Cependant, tous nos calculs sont basés sur le point médian de chaque arête de coupe. L'effet de toutes les forces agissant sur le foret (Fig. 4.43) peut être représenté par un couple résistant M et une force de poussée F. L'action au bord du ciseau n'est pas vraiment une action coupante; il s'agit plutôt d'enfoncer le matériau comme un coin. Mais l'effet du tranchant du burin sur le couple est négligeable car il l'est sur l'axe de rotation.

La contribution du tranchant du ciseau au développement de la force de poussée est considérable. La force de poussée totale F peut être exprimée comme –

Types de processus d'usinage # 4. Fraisage :

Le fraisage est peut-être l'opération d'usinage la plus polyvalente et la plupart des formes peuvent être générées par cette opération. Elle est surtout plus indispensable pour usiner les pièces sans symétrie de rotation. Contrairement aux outils de tournage, de formage et de perçage, l'outil de fraisage possède un grand nombre d'arêtes de coupe. L'arbre sur lequel la fraise est montée est communément appelé arbre.

Les opérations de fraisage peuvent être classées en deux grands groupes, à savoir – (i) le fraisage horizontal et (ii) le fraisage vertical. Dans l'opération de fraisage horizontal, l'axe de la fraise est horizontal. La figure 4.44 montre quelques opérations de fraisage horizontal courantes. Le fraisage horizontal peut, encore une fois, être divisé en deux groupes en fonction des directions relatives de la coupe et du mouvement d'avance. Lorsque l'agencement est semblable à ce qui est montré sur la figure 4.45a, l'opération est appelée fraisage.

Lorsque la coupe et le mouvement d'avance sont dans le même sens (Fig. 4.45b), l'opération est appelée fraisage descendant. Étant donné que dans le fraisage descendant, le travail a tendance à être traîné dans la fraise, le fraisage ascendant est plus sûr et est couramment effectué. Cependant, le fraisage vers le bas permet d'obtenir une meilleure finition de surface et une durée de vie plus longue de l'outil. Lorsque les arêtes de coupe sont hélicoïdales, l'opération de coupe est plus douce et une meilleure finition est obtenue. Ceci est dû à l'engagement progressif du tranchant.

L'axe de la fraise est vertical et perpendiculaire (généralement) à la surface de travail en fraisage vertical. Le schéma de formation des copeaux lors du fraisage de brames à l'aide d'une fraise droite est expliqué sur la figure 4.47a. La fraise a un diamètre D et la profondeur de coupe prévue est d. Lorsque le fraisage est effectué avec une fraise à tranchant droit, l'opération est orthogonale et la cinématique de formation des copeaux est telle qu'illustrée à la Fig. 4.47b.

Comme toutes les arêtes de coupe participent à l'usinage, l'étude du procédé est facilitée en considérant l'action d'une seule dent. Si est la vitesse d'avance de la table en mm/min, l'avance effective par dent en mm sera ƒ/(NZ), où N est la vitesse de rotation de la fraise et Z est le nombre de dents de la fraise.

Le taux d'enlèvement de matière par unité de largeur du travail est donné par ƒd. Il ressort clairement de la figure 4.47b que l'épaisseur du matériau non coupé devant l'arête de coupe augmente progressivement, atteignant un maximum près de la surface, puis retombe rapidement à zéro. Si la vitesse d'avance est faible par rapport à la vitesse circonférentielle de la fraise, alors –

Donc, les composantes de la force de coupe F_C et F_T (illustré à la Fig. 4.48) changent non seulement de direction mais aussi d'amplitude lorsque l'arête de coupe se déplace le long de la surface de coupe.

Il est évident que lors de la coupe avec une fraise droite, il n'y a pas de composante de la force de coupe le long de l'axe de la fraise. L'épaisseur moyenne non coupée peut être considérée comme la moitié de la valeur maximale. Ainsi –

Les valeurs moyennes de F_C et F_T peut être trouvé approximativement en utilisant cette valeur d'épaisseur non coupée. Depuis F_T agit dans le sens radial, il ne produit aucun couple et le couple de l'arbre est dû uniquement à la composante F_C . Ainsi, le couple M dû à une dent de coupe est F_C (d/2) et varie approximativement comme F_c . La figure 4.49 montre la variation du couple de l'arbre (M) avec la rotation de l'arbre pour l'action d'une seule dent.

Maintenant, pour obtenir le couple global (M̅), les moments dus à toutes les dents doivent être correctement superposés. Cela conduit à trois possibilités différentes, à savoir- (i) β <2π / Z, (ii) β =2π / Z, et (iii) β> 2π / Z. La figure 4.50a montre les trois possibilités différentes; le couple d'arbre correspondant à chacun d'eux est indiqué sur la figure 4.50b. Il ressort de la Fig. 4.50 qu'avec une fraise à tranchant droit, la force et le couple de l'arbre présentent de fortes variations qui peuvent provoquer des problèmes de vibration.

Lorsqu'une fraise hélicoïdale est utilisée, le contact entre le tranchant et la pièce commence et se termine progressivement. Ici, le couple d'arbre dû à une seule dent et le couple global sont du type représenté sur les Fig. 4.51a et 4.51b, respectivement. La puissance d'usinage peut être calculée en faisant le produit de la vitesse de l'arbre et du couple global moyen de l'arbre. La force de poussée moyenne peut être considérée comme agissant le long de la ligne radiale médiane de l'arc de contact pièce-outil.