Comprendre les types de copeaux en usinage : classification, causes et impacts

La génération de copeaux est inévitable dans les processus de coupe et d'usinage des métaux. Ces copeaux se présentent sous une variété de formes et de tailles, ce qui conduit à leur classification. De nombreux facteurs influencent les types de copeaux produits lors de la coupe des métaux, que nous allons examiner en détail.

Cet article a pour but de définir les copeaux, d'expliquer leur rôle et de présenter les différents types rencontrés en usinage. Nous aborderons également les éléments qui influencent leur formation, ainsi que les avantages et inconvénients de chaque type.

Qu'est-ce qu'un copeau ?

Les copeaux sont des matériaux retirés d'une pièce à l'aide d'outils coupants. Ils sont produits par cisaillement lors des opérations d'usinage. Le matériau situé devant l'outil de coupe, monté sur la machine, est cisaillement et déformé sous une forte pression au contact de la pièce. Ce matériau déformé a tendance à se fracturer et à s'écouler sur l'outil sous forme de copeau pour soulager son état de contrainte.

Certains copeaux ont une utilité commerciale. Par exemple, des copeaux d'acier inoxydable enroulés sont utilisés pour le nettoyage et le récurage des ustensiles ménagers.

Facteurs déterminant le type de copeaux produits

Voici les principaux facteurs qui influencent la formation des copeaux lors de l'usinage :

• Le matériau de l'outil de coupe
• Les dimensions de l'outil
• Le matériau de la pièce
• La vitesse de coupe
• Les forces appliquées pendant la coupe
• Le frottement entre l'outil et la pièce
• L'environnement de coupe (température, lubrification, etc.)

Types de copeaux en usinage

On distingue principalement trois catégories de copeaux :

Copeaux discontinus (segmentés)

Ces copeaux se présentent sous forme de petits segments faiblement liés entre eux, formant une longueur légèrement plus grande. Ils se forment lorsque la déformation du matériau est limitée par des ruptures successives. Les segments se forment de manière régulière par rupture du métal devant l'outil.

Dans les matériaux ductiles, les copeaux discontinus apparaissent lorsque la pression hydrostatique près du tranchant est de traction ou que l'énergie de cisaillement atteint un niveau critique. Bien que leur formation dans les matériaux fragiles offre une bonne finition, augmente la durée de vie de l'outil et consomme moins d'énergie, dans les matériaux ductiles, ils peuvent entraîner une mauvaise finition et une usure excessive de l'outil. Cependant, leur petite taille facilite l'évacuation.

On obtient des copeaux discontinus lors de l'usinage de métaux durs et fragiles comme le bronze, le laiton et la fonte. Parfois, la coupe de métaux ductiles à très faibles avances, avec un petit angle de dépouille de l'outil, des vitesses élevées et de fortes forces de frottement à l'interface copeau-outil produit également ce type de copeaux.

Avantages et inconvénients des copeaux discontinus

Avantages (sur matériaux fragiles) :

• Augmentation de la durée de vie de l'outil
• Bonne finition de surface
• Réduction de la consommation d'énergie

Inconvénients (sur matériaux ductiles) :

• Mauvaise finition de surface
• Usure excessive et prématurée de l'outil

Copeaux continus

Dans la formation de copeaux continus, la pression sur la pièce augmente jusqu'à ce que le matériau cède par glissement le long du plan de cisaillement. Les copeaux métalliques sont créés sans segmentation, c'est-à-dire sans fracture. Ce type se produit lors de l'usinage de matériaux ductiles à haute vitesse de coupe avec un frottement minimal entre le copeau et la face de l'outil. Les matériaux ductiles comme l'acier doux sont privilégiés.

Avantages des copeaux continus :

• Meilleure finition de surface sur matériaux ductiles
• Faible consommation d'énergie
• Moins de génération de chaleur grâce à la minimisation du frottement copeau-outil
• Moins d'usure, donc durée de vie de l'outil prolongée

Copeaux continus avec arête rapportée (Built-Up Edge - BUE)

Lorsqu'un matériau ductile est usiné avec un frottement élevé à l'interface copeau-outil, un copeau continu avec arête rapportée se forme. Ces copeaux ressemblent aux copeaux continus, mais leur surface est moins lisse en raison de l'arête rapportée.

L'arête rapportée se forme lorsque le copeau s'écoule vers le haut et qu'un frottement important existe à l'interface copeau-outil. Ce frottement génère une chaleur intense au niveau du nez de l'outil. Le métal comprimé adjacent au nez se soude à celui-ci. Ce métal soudé au nez constitue l'arête rapportée.

Ce type de copeau apparaît à des avances excessives, un petit angle de dépouille, une faible vitesse de coupe et l'absence de lubrifiant, ce qui augmente le frottement à l'interface copeau-outil.

Avantages et inconvénients des copeaux continus avec arête rapportée

Avantages :

• L'outil est protégé des dommages dus aux frottements et températures élevés
• Augmentation de la durée de vie de l'outil

Inconvénients :

• Finition de surface rugueuse
• Modification de l'angle de dépouille et des forces de coupe

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur les différents types de copeaux en coupe des métaux et usinage :

Conclusion

Les copeaux sont des matériaux retirés d'une pièce à l'aide d'un outil. Ils peuvent être retraités pour d'autres usages. Cet article a expliqué les différents types de copeaux ainsi que leurs avantages et inconvénients.

J'espère que cet article vous a été utile. N'hésitez pas à le partager. Merci de votre lecture, à la prochaine !