Formation des puces expliquée :diagrammes, types et facteurs d'influence

La formation de copeaux est le processus par lequel la matière est mécaniquement retirée d'une pièce pendant les opérations de coupe, créant ainsi des copeaux. Ces puces peuvent être classées en différents types en fonction de leurs caractéristiques, notamment continues, discontinues et continues avec un bord bâti.

Dans cette lecture, nous explorerons ce que sont les puces, comment elles sont formées, le schéma de formation des puces et les types de puces. Nous découvrirons également les facteurs affectant la formation de copeaux.

Que sont les jetons ?

Les copeaux sont un sous-produit de la coupe mécanique de matériaux avec des équipements tels que des fraises, des tours et des scies. La Seconde Guerre mondiale et l'introduction d'outils de coupe plus rapides et plus puissants, en particulier des fraises en acier rapide pour la coupe des métaux, ont motivé la recherche sur le thème de la formation de copeaux. Franz (1958) et Kivima (1952) ont mené des recherches révolutionnaires dans ce domaine.

Comment se forment les chips ?

Lorsqu'un outil de coupe (comme un tour, une scie ou une fraise) interagit avec une pièce à usiner, le tranchant de l'outil déforme le matériau, le provoquant à se cisailler et à se séparer, entraînant la formation de copeaux.

Types de puces

Lors de l'usinage, le type de copeau produit dépend de facteurs tels que le matériau de la pièce, la vitesse de coupe, l'avance et la géométrie de l'outil. Les principaux types de copeaux en usinage sont :

Puce continue

Les copeaux continus forment une bobine en forme de ruban de même épaisseur. La coupe de matériaux ductiles comme l'acier à faible teneur en carbone, le cuivre, le laiton et les alliages d'aluminium à des vitesses de coupe élevées et à une pression d'arête de coupe élevée en compression et en cisaillement forme ce copeau. Cela place le matériau avant le bord de l’outil. La formation de copeaux est également facilitée par des arêtes de coupe tranchantes et une faible friction entre les copeaux et l'outil.

Avant le tranchant se trouve la zone de déformation principale. Le matériau à travailler se déforme dans la zone de déformation secondaire en raison du frottement au niveau du contact outil-copeau. L’épaisseur de cette zone est liée au frottement. La distorsion de la surface se produit lors de la coupe de métaux mous à faible vitesse et à faible angle de coupe. Cela donne de mauvais résultats d'usinage des métaux mous.

Les copeaux continus produisent une coupe douce et une qualité de surface supérieure. Augmente la durée de vie de l'outil et réduit la consommation d'énergie. L'outil de coupe est équipé de brise-copeaux pour empêcher les copeaux de s'emmêler. Cela se produit fréquemment pendant le tournage.

Puce discontinue

Les matériaux fragiles comme la fonte, le bronze et l'acier à haute teneur en carbone produisent des copeaux discontinus lorsqu'ils sont usinés à des vitesses modérées. Ces pièces sont faiblement connectées. Le matériau perd sa ductilité et se fracture lors de la déformation, et le flux de copeaux se rompt périodiquement.

Les forces de coupe changent souvent lors de la formation des copeaux. Ces copeaux sont produits grâce à une friction élevée entre les copeaux de l'outil, une avance importante et une profondeur de coupe. Les copeaux discontinus dégradent la durée de vie de l'outil et l'état de surface lors de la coupe de matériaux ductiles.

Lors de la formation discontinue de copeaux, la rigidité de l'outil de coupe et du dispositif de maintien peut provoquer des vibrations, des imprécisions dimensionnelles, un mauvais état de surface et des dommages à l'outil de coupe. En raison de leur faible longueur, les copeaux discontinus sont plus faciles à manipuler que les copeaux continus. Il est également jetable.

Puce continue avec bord accumulé

Pendant la coupe, la friction élevée entre les interfaces outil-copeau provoque la fusion du matériau des copeaux avec la surface de coupe de l'outil au niveau de la pointe de l'outil, créant ainsi une arête accumulée. Cela peut être grave si la puce touche constamment l'outil. Considérez-le comme une extension du tranchant de l’outil. Un bord d'accumulation temporaire et instable se forme.

L'usinage enlève ses morceaux. Les copeaux et la surface usinée peuvent coller partiellement après l'usinage. Cela entraîne une mauvaise finition de la surface. Cependant, il offre une mauvaise finition de surface, diminue l'usure des outils et améliore la durée de vie de l'outil en ajoutant un revêtement sur l'arête de coupe.

Puce segmentée ou dentelée

Un terme différent pour les copeaux dentés est celui des copeaux non homogènes. Une grande zone de forte déformation en cisaillement suivie d'une petite zone de faible déformation en cisaillement donne à ce copeau un aspect en dents de scie. Cette création cyclique de puces la rend semi-continue. Ces copeaux se forment lors de l'usinage à grande vitesse de matériaux durs comme les alliages de titane, les superalliages à base de nickel et l'acier inoxydable austénitique.

Classification des puces

Au milieu des années 1900, l’ingénieur américain Norman Franz a étudié les puces dans le secteur manufacturier et a identifié trois classifications principales. Selon Franz, la plupart des jetons appartiennent à l'une des trois classifications :

Puce de type I

Les copeaux de type I se forment lorsqu'un matériau se brise avant le tranchant en raison de l'action du coin vers le haut de l'outil dépassant la résistance à la traction perpendiculaire de la substance. Ils sont essentiels dans les matériaux fibreux comme le bois, dont les fibres sont solides mais faciles à séparer.

Les copeaux de type I se forment généralement lors de la coupe avec des outils ayant des angles de coupe peu profonds. Seule la longueur de coupe limite la taille des copeaux de type I. Il s'agit de la structure optimale des copeaux pour les copeaux de bois, en particulier ceux provenant d'un rabot bien réglé avec une bouche fine.

Puce de type II

Des copeaux de type II se forment lorsque le coin d'angle de l'outil se cisaille. Le matériau se décompose dans un court plan incliné à partir du sommet du bord de l’outil, en diagonale vers le haut et vers l’avant jusqu’à la surface. La déformation le long de cette ligne crée un éclat de curling vers le haut. Habituellement, ces copeaux sont créés en coupant à des angles intermédiaires. Un matériau ductile comme le métal peut créer des copeaux de type II. Les copeaux de type II peuvent également générer des copeaux continus.

Puce de type III

Les copeaux de type III provoquent une rupture de compression du matériau avant un angle de coupe de 90°. Cela peut produire de fins copeaux de poussière dans des matériaux faibles ou non ductiles, mais cela crée souvent un effet de « chasse-neige » aléatoire lorsque les déchets sont regroupés devant l'outil mais ne sont pas balayés.

Ce type de puce est constitué de routeurs. Les grattoirs à bois génèrent souvent un mince copeau de type III qui ressemble à un copeau de type II lorsqu'il est correctement affûté et utilisé. Les copeaux minces réduisent le volume de défaillance en compression pour correspondre au plan de cisaillement bien défini du type II.

Facteurs affectant la formation de copeaux

Plusieurs facteurs affectent la formation de copeaux, notamment :

• Propriétés des matériaux :les matériaux ductiles ont tendance à former des copeaux continus, tandis que les matériaux cassants forment des copeaux discontinus.
• Vitesse de coupe et avance :des vitesses et des avances plus élevées peuvent conduire à une formation continue de copeaux, tandis que des vitesses et des avances plus faibles peuvent conduire à des copeaux discontinus.
• Géométrie de l'outil :l'angle et la netteté du bord de l'outil de coupe peuvent avoir un impact significatif sur la formation de copeaux.
• Lubrification et refroidissement :l'utilisation de lubrifiants et de liquides de refroidissement peut réduire la friction et la température, ce qui peut affecter la formation de copeaux.
• Température et dureté de la pièce :ces facteurs peuvent également influencer le type de copeau formé.
• Matériau et revêtements de l'outil :le type de matériau utilisé pour l'outil de coupe et les éventuels revêtements qu'il peut contenir peuvent affecter la formation de copeaux.