Qu'est-ce que l'usinage ? - Définition, processus et outil

L'usinage est un terme de fabrication englobant un large éventail de technologies et de techniques. Il peut être défini grosso modo comme le processus d'enlèvement de matière d'une pièce à l'aide de machines-outils électriques pour la façonner en une conception prévue.

La plupart des composants et pièces métalliques nécessitent une certaine forme d'usinage au cours du processus de fabrication. D'autres matériaux, tels que les plastiques, les caoutchoucs et les articles en papier, sont également couramment fabriqués par des procédés d'usinage. Apprenons en détail ce qu'est l'usinage, son processus et l'outil et les technologies utilisés pour cela.

Qu'est-ce que l'usinage ?

L'usinage est un processus de prototypage et de fabrication qui crée la forme finale souhaitée en enlevant le matériau indésirable d'un plus gros morceau de matériau. Dans ces procédés, une pièce est construite en enlevant de la matière, ce procédé est également connu sous le nom de fabrication soustractive, contrairement à la fabrication additive, dans laquelle un ajout contrôlé de matière est utilisé.

Ce qu'implique exactement la partie "contrôlée" de la définition peut varier, mais cela implique généralement l'utilisation de machines-outils.

L'usinage fait partie de la fabrication de nombreux produits métalliques, mais il peut également être utilisé sur d'autres matériaux tels que le bois, le plastique, la céramique et les matériaux composites. Une personne spécialisée dans l'usinage s'appelle un machiniste.

Une pièce, un bâtiment ou une entreprise où l'usinage est effectué s'appelle un atelier d'usinage. Une grande partie de l'usinage moderne est effectuée par commande numérique par ordinateur (CNC), dans laquelle des ordinateurs sont utilisés pour contrôler le mouvement et le fonctionnement des moulins, des tours et d'autres machines de découpe. Cela augmente l'efficacité, car la machine CNC fonctionne sans personnel, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre pour les ateliers d'usinage.

Quels sont les différents types d'usinage ?

Les trois principaux procédés d'usinage sont classés en tournage, perçage et fraisage. D'autres opérations entrant dans des catégories diverses comprennent le façonnage, la planification, l'alésage, le brochage et le sciage. Ce sont :

• Tourner– Le tournage ou le lattage consiste à faire tourner la pièce sur une machine, tandis qu'un outil de coupe à un seul tranchant reste immobile. L'outil de coupe est lentement déplacé parallèlement à l'axe de rotation de la pièce, en enlevant de la matière au fur et à mesure.
• Forage – Le perçage entraîne la création d'un trou rond en faisant tourner un outil cylindrique parallèlement à l'axe de rotation de la pièce. Le trou créé est égal au diamètre de l'outil qui a été utilisé.
• Fraisage – Le fraisage est le processus d'enlèvement de matière, à l'aide de fraises rotatives, d'une pièce dans un mouvement d'avance perpendiculaire à l'axe de rotation de l'outil de coupe. C'est l'une des formes d'usinage les plus courantes utilisées aujourd'hui.
• Opérations diverses sont des opérations qui à proprement parler ne peuvent pas être des opérations d'usinage en ce sens qu'elles peuvent ne pas être des opérations de production de copeaux mais ces opérations sont effectuées sur une machine-outil typique. Le brunissage est un exemple d'opération diverse. Le brunissage ne produit pas de copeaux mais peut être effectué sur un tour, une fraiseuse ou une perceuse à colonne.

Comment fonctionne l'usinage ?

Une pièce non finie nécessitant un usinage devra être découpée pour créer un produit fini. Un produit fini serait une pièce qui répond aux spécifications définies pour cette pièce par des dessins techniques ou des plans.

Par exemple, une pièce peut devoir avoir un diamètre extérieur spécifique. Un tour est une machine-outil qui peut être utilisée pour créer ce diamètre en faisant tourner une pièce métallique afin qu'un outil de coupe puisse couper le métal, créant ainsi une surface lisse et ronde correspondant au diamètre et à la finition de surface requis.

Une perceuse peut être utilisée pour enlever le métal sous la forme d'un trou cylindrique. D'autres outils pouvant être utilisés pour divers types d'enlèvement de métal sont les fraiseuses, les scies et les rectifieuses. Beaucoup de ces mêmes techniques sont utilisées dans le travail du bois.

Les techniques d'usinage avancées plus récentes comprennent l'usinage CNC de précision, l'usinage par décharge électrique (EDM), l'usinage électrochimique (ECM), la découpe au laser ou la découpe au jet d'eau pour façonner des pièces métalliques.

Dans le développement de produits modernes, l'usinage est le plus souvent effectué à l'aide d'une machine CNC, qui signifie Computer Numeric Control. Essentiellement, la machine utilise un logiciel informatique pour prendre des modèles de conception CAO et tracer des trajectoires d'outils, transformant les conceptions en pièces usinées en 3D. La CNC peut créer des pièces à partir d'une grande variété de matériaux, dans différents types de finitions, avec des tolérances créées au .001" le plus proche à partir du matériau solide.

Contrairement au prototypage rapide, les pièces sont usinées à l'aide de matériaux réels reflétant la densité, la finition et la porosité de la conception finie. Les pièces usinées peuvent être utilisées pour des tests représentatifs, des modèles comprenant des composants coulissants où le frottement est un facteur, et pour des composants scellés nécessitant des bagues 0 et des surfaces de joint.

Maintenant que nous savons ce qu'est l'usinage et comment il est fait, nous savons que l'usinage est effectué par un outil d'usinage, alors découvrons les différents outils d'usinage et leurs utilisations.

Qu'est-ce qu'un outil d'usinage ?

Une machine-outil est une machine permettant de manipuler ou d'usiner du métal ou d'autres matériaux rigides, généralement par découpage, alésage, meulage, cisaillage ou autres formes de déformations. Les machines-outils utilisent une sorte d'outil qui effectue la coupe ou le façonnage.

Toutes les machines-outils ont des moyens de contraindre la pièce et fournissent un mouvement guidé des pièces de la machine. Ainsi, le mouvement relatif entre la pièce et l'outil de coupe (appelé parcours d'outil) est contrôlé ou contraint par la machine au moins dans une certaine mesure, plutôt que d'être entièrement "désinvolte" ou "à main levée".

Il s'agit d'une machine de découpe de métal à moteur qui aide à gérer le mouvement relatif nécessaire entre l'outil de coupe et le travail qui modifie la taille et la forme du matériau du travail.

La définition précise du terme machine-outil varie selon les utilisateurs, comme indiqué ci-dessous. Alors que toutes les machines-outils sont des "machines qui aident les gens à fabriquer des choses", toutes les machines d'usine ne sont pas des machines-outils.

Aujourd'hui, les machines-outils sont généralement alimentées autrement que par le muscle humain (par exemple, électriquement, hydrauliquement ou via un arbre de transmission), utilisées pour fabriquer des pièces manufacturées (composants) de diverses manières, notamment la coupe ou certains autres types de déformation. Grâce à leur précision inhérente, les machines-outils ont permis la production économique de pièces interchangeables.

Différents types d'outils et de technologies d'usinage

Types d'outils d'usinage

Il existe de nombreux types d'outils d'usinage, et ils peuvent être utilisés seuls ou en conjonction avec d'autres outils à différentes étapes du processus de fabrication pour obtenir la géométrie de pièce souhaitée. Les principales catégories d'outils d'usinage sont :

• Outils ennuyeux : Ceux-ci sont généralement utilisés comme équipement de finition pour agrandir les trous précédemment découpés dans le matériau.
• Outils de coupe : Des appareils tels que des scies et des cisailles sont des exemples typiques d'outils de coupe. Ils sont souvent utilisés pour couper des matériaux aux dimensions prédéterminées, comme la tôle, dans la forme souhaitée.
• Outils de perçage : Cette catégorie comprend les dispositifs rotatifs à deux tranchants qui créent des trous ronds parallèles à l'axe de rotation.
• Outils de meulage : Ces instruments appliquent une roue rotative pour obtenir une finition fine ou pour effectuer des coupes légères sur une pièce.
• Outils de fraisage : Un outil de fraisage utilise une surface de coupe rotative avec plusieurs lames pour créer des trous non circulaires ou découper des motifs uniques dans le matériau.
• Outils de tournage : Ces outils font tourner une pièce sur son axe tandis qu'un outil de coupe la façonne. Les tours sont le type d'équipement de tournage le plus courant.

Types de technologies d'usinage par gravure

Les machines-outils de soudage et de brûlage utilisent la chaleur pour façonner une pièce. Les types les plus courants de technologies d'usinage par soudage et brûlage incluent :

• Découpe laser : Une machine laser émet un faisceau de lumière étroit et à haute énergie qui fait fondre, vaporise ou brûle efficacement le matériau. Les lasers CO2 et Nd:YAG sont les types les plus couramment utilisés dans l'usinage. Le processus de découpe au laser est bien adapté pour façonner l'acier ou graver des motifs dans un morceau de matériau. Ses avantages incluent des finitions de surface de haute qualité et une précision de coupe extrême.
• Coupe à l'oxycoupage : Également connue sous le nom de coupage au gaz, cette méthode d'usinage utilise un mélange de gaz combustibles et d'oxygène pour faire fondre et découper le matériau. L'acétylène, l'essence, l'hydrogène et le propane servent fréquemment de gaz en raison de leur grande inflammabilité. Les avantages de cette méthode incluent une portabilité élevée, une faible dépendance aux sources d'alimentation principales et la possibilité de couper des matériaux épais ou durs, tels que des nuances d'acier robustes.
• Découpe plasma : Les torches à plasma déclenchent un arc électrique pour transformer le gaz inerte en plasma. Ce plasma atteint des températures extrêmement élevées et est appliqué à la pièce à usiner à grande vitesse pour faire fondre les matériaux indésirables. Le processus est souvent utilisé sur des métaux conducteurs d'électricité qui nécessitent une largeur de coupe précise et un temps de préparation minimal.

Types de technologies d'usinage par érosion

Alors que les outils brûlants appliquent de la chaleur pour faire fondre l'excédent de matière, les dispositifs d'usinage par érosion utilisent de l'eau ou de l'électricité pour éroder le matériau de la pièce. Les deux principaux types de technologies d'usinage par érosion sont :

• Découpe au jet d'eau : Ce processus utilise un jet d'eau à haute pression pour couper le matériau. De la poudre abrasive peut être ajoutée au jet d'eau pour faciliter l'érosion. La découpe au jet d'eau est généralement utilisée sur des matériaux susceptibles d'être endommagés ou déformés par une zone affectée par la chaleur.
• Usinage par décharge électrique (EDM) : Également connu sous le nom d'usinage par étincelage, ce procédé utilise des décharges d'arc électrique pour créer des micro-cratères qui entraînent rapidement des coupes complètes. L'EDM est utilisé dans des applications nécessitant des formes géométriques complexes dans des matériaux durs et à des tolérances étroites. L'EDM nécessite que le matériau de base soit électriquement conducteur, ce qui limite son utilisation aux alliages ferreux.

Usinage CNC

L'usinage à commande numérique par ordinateur (usinage CNC) est une technique assistée par ordinateur qui peut être utilisée avec une large gamme d'équipements. Il nécessite un logiciel et une programmation, généralement en langage G-code, pour guider un outil d'usinage dans la mise en forme de la pièce selon des paramètres prédéfinis.

Contrairement aux méthodes guidées manuellement, l'usinage CNC est un processus automatisé. Certains de ses avantages incluent :

• Cycles de production élevés : Une fois que la machine CNC a été correctement codée, elle nécessite généralement un minimum de maintenance ou de temps d'arrêt, ce qui permet un rythme de production plus rapide.
• Faibles coûts de fabrication : En raison de sa vitesse de rotation et de ses faibles besoins en main-d'œuvre manuelle, l'usinage CNC peut être un processus rentable, en particulier pour les cycles de production à volume élevé.
• Production uniforme : L'usinage CNC est généralement précis et offre un niveau élevé de cohérence de conception entre ses produits.

Usinage de précision

Tout processus d'usinage qui nécessite des tolérances de coupe inhabituellement petites (entre 0,013 mm et 0,0005 mm, en règle générale) ou des finitions de surface plus fines que 32T peut être considéré comme une forme d'usinage de précision. Comme l'usinage CNC, l'usinage de précision peut être appliqué à un grand nombre de méthodes et d'outils de fabrication.

Des facteurs tels que la rigidité, l'amortissement et la précision géométrique peuvent influencer l'exactitude de la coupe d'un outil de précision. Le contrôle du mouvement et la capacité de la machine à réagir à des vitesses d'avance rapides sont également importants dans les applications d'usinage de précision.

Quels sont les avantages de l'usinage ?

L'usinage présente plusieurs avantages :

1. Fiabilité

Le processus d'usinage se déroule en continu sans aucune panne quelle que soit l'heure ou le jour de la semaine. Les copeaux et les matières premières sont transformés en produits finis et mis sur le marché en tant qu'outils de haute qualité. Les pannes sont très minimes car elles peuvent survenir lors d'un entretien ou lors d'une réparation. Les machines fonctionnent de manière fiable ; peu importe que ce soit un jour de semaine, un week-end ou un jour férié.

2. Nécessite moins de travail humain

En raison du développement de la technologie, l'usinage dans les industries manufacturières est automatisé. Le processus est principalement contrôlé par des ordinateurs ou des robots qui réduisent généralement les coûts de production en éliminant le travail humain. Pendant l'ajout contrôlé de matière, le processus nécessite une supervision et une surveillance minimales à des fins de maintenance.

3. Haute Production

Le processus apporte une productivité élevée car ils effectuent généralement une énorme quantité de travail comme le perçage, une meilleure finition de surface, le fraisage et le repoussage dans une période relativement courte.

4. Produits identiques

Les produits finis, comme les métaux de coupe, sont homogènes et ne comportent que très peu ou pas d'erreurs malgré le rythme de production élevé. En conséquence, les produits deviennent commercialisables en raison de leur qualité améliorée.

5. Augmentez vos profits et réduisez vos efforts

Une autre excellente raison pour laquelle vous devez usiner vos appareils métalliques est d'augmenter les profits et de réduire les efforts. Certaines personnes peuvent se demander, quel est le lien entre l'usinage et l'augmentation des bénéfices ? Le fait est que l'usinage rend les appareils un peu chers, mais c'est en revanche très avantageux.

Avec un métal qui a subi un usinage, vous réduirez non seulement le coût de production, mais vous économiserez également beaucoup de temps et d'efforts. Malgré cet avantage, il est toujours conseillé si vous souhaitez en acheter un, de vous assurer de vérifier si la machine est correcte et si elle est sans erreur pendant le travail.

6. Efficacité améliorée

L'usinage est l'un des meilleurs moyens d'augmenter l'efficacité de vos métaux. Lors de l'usinage des métaux, ils sont toujours équipés de détecteurs internes d'assurance qualité. Cela apporte beaucoup d'efficacité en termes d'augmentation de la vitesse de production des métaux et de bonne utilisation des matières premières.

De plus, l'usinage est toujours considéré comme un moyen remarquable d'assurer des normes élevées de travail des métaux et de fabrication de pièces. En plus d'une efficacité accrue, l'usinage est considéré comme l'un des moyens de réduire les coûts de dépenses.

Cela est dû à sa capacité à faire baisser le coût de consommation; par conséquent, réduisant le gaspillage d'argent. En bref, cela réduit les dépenses; ainsi, ajoutant aux avantages de la réalisation du processus d'usinage.

7. Précision accrue

La plupart des métaux usinés sont utilisés dans les industries manufacturières. Cela inclut les endroits qui nécessitent des processus manuels de tournage et de fraisage. Ils peuvent également être utilisés dans le secteur de la santé, mais le point que vous devez noter ici, tous ces secteurs impliquent beaucoup de précisions.

Sur ce, ils se transforment en métaux qui ont subi un usinage en raison de leur niveau de précision. C'est la preuve évidente que l'usinage est essentiel pour garantir une précision accrue sur vos métaux, ce qui se traduit par une précision dans l'exécution de vos tâches.