Le tournage en usinage : définition, types et opérations clés

Qu'est-ce que le tournage ?

Le tournage est un procédé d'usinage où un outil de coupe (généralement un outil monobrin non rotatif) décrit une trajectoire hélicoïdale en se déplaçant plus ou moins linéairement pendant que la pièce tourne.

Le terme « tournage » désigne généralement la génération de surfaces externes par cette action de coupe, tandis que la même action appliquée aux surfaces internes s'appelle « alésage » (boring). L'ensemble « tournage et alésage » catégorise la famille plus large des procédés de tour. Le tronçonnage des faces (que ce soit par outil de tournage ou d'alésage) s'appelle « dressage » (facing) et peut être rattaché à l'une ou l'autre catégorie.

Le tournage peut être manuel (tour conventionnel nécessitant une surveillance continue) ou automatisé (tour automatisé). Aujourd'hui, la forme d'automatisation la plus courante est le contrôle numérique par ordinateur (CNC).

En tournage, la pièce (bois, métal, plastique, pierre) tourne tandis que l'outil se déplace sur 1, 2 ou 3 axes pour créer diamètres et profondeurs précis. Le tournage s'effectue soit à l'extérieur du cylindre, soit à l'intérieur (aussi appelé perçage) pour produire des composants tubulaires aux géométries variées.

Bien que rares aujourd'hui, les tours anciens pouvaient réaliser des figures géométriques complexes, même les solides de Platon ; depuis l'avènement du CNC, le contrôle de trajectoire non informatisé est devenu marginal pour cet usage.

Les procédés de tournage s'effectuent typiquement sur un tour, considéré comme la plus ancienne des machines-outils, existant sous divers types : tournage droit, conique, profilage, rainurage externe.

Ce procédé permet de produire diverses formes : droites, coniques, courbes, rainurées. On utilise généralement une coupe monobrin simple. Chaque groupe de matériaux a ses angles d'outil optimaux, développés au fil des ans.

Les copeaux métalliques du tournage sont appelés chips (Amérique du Nord) ou swarf (Grande-Bretagne), parfois turnings.

Processus de tournage

Le tournage est une forme d'usinage, un procédé d'enlèvement de matière créant des pièces de révolution par élimination du matériau superflu. Il requiert : tour, pièce, dispositif de serrage, outil de coupe.

La pièce (matériau préformé) est fixée au dispositif, lui-même solidaire du tour, et tourne à grande vitesse. L'outil est typiquement un outil monobrin fixé sur la machine, bien que certaines opérations utilisent des outils multi-points.

L'outil pénètre dans la pièce en rotation et enlève la matière sous forme de petits copeaux pour créer la forme désirée.

Le tournage produit des pièces de révolution, généralement axisymétriques, avec de nombreux éléments : trous, rainures, filets, cônes, marches de diamètre, surfaces profilées. Les pièces entièrement tournées incluent souvent des composants en petites séries, pour prototypes (arbres sur mesure, fixations).

Le tournage sert aussi couramment d'opération secondaire pour ajouter ou affiner des détails sur des pièces issues d'un autre procédé. Grâce aux tolérances serrées et états de surface qu'il offre, il est idéal pour ajouter des éléments de précision rotationnels sur une forme de base déjà réalisée.

Opérations de tournage

Le tournage est l'opération de tour la plus courante. Pendant le processus, un outil enlève de la matière sur le diamètre externe d'une pièce tournante. L'objectif principal : réduire le diamètre à la cote voulue. Deux types : ébauche et finition.

Diverses opérations peuvent être réalisées pour obtenir la forme finale. Classables en externes (modifient le diamètre extérieur) et internes (modifient le diamètre intérieur). Chaque opération est définie par le type d'outil et sa trajectoire.

Opérations de tournage spécifiques (Externes)

• Tournage (Turning). Outil monobrin avançant axialement le long de la pièce, enlevant de la matière pour créer marches, cônes, chanfreins, profils. Usiné à faible profondeur radiale par passes multiples jusqu'au diamètre final.
• Tournage conique (Tapered turning). Produit une forme cylindrique dont le diamètre diminue progressivement d'une extrémité à l'autre.
• Tournage dur (Hard Turning). Tournage de matériaux dureté Rockwell C > 45, généralement après traitement thermique. Vise à remplacer ou limiter le meulage traditionnel. En simple enlèvement de matière, compete avec le meulage d'ébauche. En finition (forme et cote critiques), le meulage reste supérieur.
• Dressage (Facing). Outil monobrin avançant radialement le long de la face de la pièce, enlevant une fine couche pour surface plane lisse. Faible profondeur, en un ou plusieurs passes.
• Tronçonnage (Parting). Similaire au rainurage, outil de coupe radial pénétrant jusqu'au centre ou diamètre intérieur, séparant une section de la pièce.
• Rainurage (Grooving). Outil monobrin avançant radialement dans le flanc, créant une rainure de largeur égale à l'outil. Passes multiples pour rainures plus larges, outils à forme spéciale pour géométries variées.

Opérations non-spécifiques (Internes)

• Alésage (Boring). Outil pénétrant axialement et coupant une surface intérieure pour créer marches, cônes, chanfreins, profils. Outil monobrin à diamètre réglable via tête d'alésage réglable. Souvent après perçage pour agrandir ou préciser le diamètre.
• Perçage (Drilling). Enlève de la matière à l'intérieur de la pièce. Utilise forets standards montés fixe sur la contre-pointe ou tourelle. Peut se faire sur perceuses dédiées.
• Moletage (Knurling). Création d'un motif cannelé sur la surface pour préhension ou esthétique, via outil de moletage spécial.
• Alésage de finition (Reaming). Opération de calibrage enlevant peu de métal d'un trou déjà percé. Pour trous intérieurs de diamètres très précis. Exemple : trou 6 mm percé à 5,98 mm puis alésoir à 6 mm.
• Filetage (Threading). Outil monobrin à nez pointu 60° avançant axialement le long de la pièce, taillant un filetage sur la surface externe. Longueur et pas spécifiés, passes multiples souvent nécessaires.
• Tournage polygonal (Polygonal turning). Usinage de formes non circulaires sans interrompre la rotation de la matière brute.

Paramètres de coupe

En tournage, vitesse et mouvement de l'outil sont définis par plusieurs paramètres, choisis selon matériau pièce, matériau outil, dimensions outil, etc.

• Avance de coupe (Cutting feed) – distance parcourue par l'outil ou la pièce par tour de broche (mm/tr ou in/tr). Pour outil multi-points, avance = avance par dent × nombre de dents.
• Vitesse de coupe (Cutting speed) – vitesse relative surface pièce / arête outil pendant la coupe (m/min ou ft/min).
• Vitesse de broche (Spindle speed) – vitesse de rotation broche/pièce (tr/min). Vitesse broche = vitesse coupe / circonférence au point de coupe. Pour vitesse de coupe constante, la vitesse broche doit varier selon le diamètre. Si vitesse broche constante, vitesse coupe varie.
• Débit d'avance (Feed rate) – vitesse déplacement outil par rapport à pièce (mm/min), produit de l'avance de coupe (mm/tr) × vitesse broche (tr/min).
• Profondeur de passe axiale (Axial depth of cut) – profondeur outil suivant l'axe pièce (ex: dressage). Grande profondeur axiale impose faible avance, sinon charge outil élevée et durée de vie réduite. Usinage par passes successives.
• Profondeur de passe radiale (Radial depth of cut) – profondeur outil suivant le rayon pièce (ex: tournage, alésage). Grande profondeur radiale impose faible avance. Usinage par passes successives.

Outillage

Les angles, formes et tailles des outils monobrins influencent directement l'état de surface de la pièce. Différents angles existent : angle de dépouille, angle de dépouille latéral, angle de coupe, rayon de nez, etc., variables selon la pièce.

De nombreuses formes d'outils monobrins existent : en V, carrés. Un porte-outil spécial maintient l'outil en place pendant l'opération.

FAQ

Qu'est-ce que le tournage ?

Le tournage est un procédé d'usinage où un outil de coupe, généralement un outil monobrin non rotatif, décrit une trajectoire hélicoïdale en se déplaçant linéairement pendant que la pièce tourne.

Quel est le processus de tournage ?

Le tournage est une forme d'usinage, un procédé d'enlèvement de matière créant des pièces de révolution par élimination du matériau superflu. Requis : tour, pièce, dispositif, outil de coupe.