Types de processus d'usinage conventionnels et non conventionnels

Il existe différentes manières ou techniques d'usinage qui sont classées en conventionnelles et non conventionnelles. La production ou la fabrication peuvent être simplement définies comme des processus d'ajout de valeur dans lesquels des matières premières de faible utilité et de faible valeur sont converties en produits de grande utilité et de valeur avec des dimensions, des formes et des finitions définies conférant une certaine capacité fonctionnelle en raison de propriétés matérielles inadéquates et d'une taille médiocre ou irrégulière, forme et finition.

Dans cet article, vous apprendrez à connaître les types de processus d'usinage conventionnels et non conventionnels et leurs opérations.

Types de processus d'usinage

Les processus d'usinage sont classés en deux; procédés d'usinage conventionnels et non conventionnels.

Usinage conventionnel :

Un processus d'usinage conventionnel est un processus dans lequel l'usinage est effectué de manière traditionnelle, c'est-à-dire sans l'utilisation de méthodes sophistiquées. Par conséquent, cette méthode d'usinage est également connue sous le nom d'usinage traditionnel. Des outils de coupe pointus, tels que l'outil conique dans la machine de tour pour conicité, sont utilisés dans cette technique d'usinage. Voici les types de procédés d'usinage conventionnels :

Machine de tournage

La machine à tourner les métaux horizontale, souvent connue sous le nom de tour à moteur, est la plus importante de toutes les machines-outils. Bon nombre de ses principes mécaniques de base sont inclus dans la conception d'autres machines-outils, ce qui en fait le père de toutes les autres machines-outils. Le tour à moteur est une machine-outil simple qui peut être utilisée pour une gamme d'opérations telles que le tournage, le dressage et le perçage. Il tourne et perce avec un outil de coupe monopoint. Les procédures de tournage comprennent le tournage de formes cylindriques droites ou coniques, de rainures, d'épaulements et de filetages de vis, ainsi que des surfaces planes en regard aux extrémités de pièces cylindriques, et impliquent la découpe de métal supplémentaire du diamètre extérieur d'une pièce sous forme de copeaux. Les opérations d'usinage de trous les plus courantes, telles que le perçage, l'alésage, l'alésage, le contre-alésage, le fraisage et le filetage avec un outil ou un taraud monopointe, sont incluses dans les opérations cylindriques internes.

Affûteuses

Les rectifieuses utilisent une meule abrasive en rotation, également appelée meule ou bande abrasive, pour éliminer les copeaux microscopiques des pièces métalliques. La plus précise de toutes les techniques d'usinage de base est la rectification. Les articles durs ou mous sont rectifiés à des tolérances de plus ou moins 0,0001 pouce à l'aide de rectifieuses modernes (0,0025 millimètres). (1) cylindrique ordinaire, (2) cylindrique interne, (3) sans centre, (4) de surface, (5) à main levée, (6) spéciale et (7) les rectifieuses à bande abrasive sont parmi les types les plus répandus de rectifieuses.

Façonneuses et raboteuses

Les outils à point unique sont utilisés pour usiner des surfaces planes, des rainures, des épaulements, des rainures en T et des surfaces angulaires lors des opérations de façonnage et de planification. Les plus grands façonneurs peuvent traiter des composants jusqu'à 36 pouces de long et avoir une course de coupe de 36 pouces. L'outil de coupe de la toupie oscille, coupant sur la course avant et faisant automatiquement avancer la pièce vers l'outil lors de la course retour. Les machines de planification sont similaires aux shapers; cependant, ils peuvent manipuler des pièces plus longues. Certains planificateurs peuvent couper des pièces aussi longues que 50 pieds. La pièce est maintenue en place par une table à mouvement alternatif qui la déplace sous un outil de coupe. Après chaque course de coupe, cet outil, qui reste immobile pendant la course de coupe, avance automatiquement dans la pièce.

Fraiseuses

Dans ces types de processus d'usinage, la pièce est alimentée contre un outil de coupe rotatif appelé fraise dans une fraiseuse, qui coupe le métal. Pour une large gamme d'opérations de fraisage, des fraises de différentes formes et tailles sont proposées. Les surfaces planes, les rainures, les épaulements, les surfaces inclinées, les queues d'aronde et les rainures en T sont toutes découpées avec des fraiseuses. Pour couper des formes concaves et des rainures convexes, arrondir les coins et couper les dents d'engrenage, divers fraises à dents de forme sont utilisées. Les fraiseuses sont disponibles dans une gamme de styles, qui peuvent être classés comme suit :(1) machines à genou et à colonne standard, y compris les versions horizontales et verticales; (2) machines de type lit ou machines de fabrication; et (3) fraiseuses à usage spécial.

Perceuses

Les perceuses, également appelées perceuses à colonne, utilisent un foret hélicoïdal pour percer des trous dans le métal. Ils utilisent également une gamme d'autres outils de coupe pour accomplir des opérations d'usinage de trous de base telles que l'alésage, l'alésage, le contre-alésage, le fraisage et le taraudage de filetages internes avec un accessoire de taraudage.

Presses

Cisailler, découper, façonner, emboutir, plier, forger, frapper, refouler, brider, presser et marteler sont quelques-unes des opérations utilisées pour fabriquer des pièces métalliques. Toutes ces opérations nécessitent des presses comportant un vérin mobile pouvant être appuyé contre une enclume ou un socle. La gravité, les connexions mécaniques, les systèmes hydrauliques ou pneumatiques peuvent tous être utilisés pour alimenter le vérin mobile.

Usinage non conventionnel :

Les processus d'usinage traditionnels sont basés sur l'idée que l'outil est plus résistant que la pièce. Cependant, certains matériaux sont trop durs ou cassants pour être usinés avec des procédés traditionnels. L'utilisation d'alliages extrêmement durs à base de nickel et de titane dans les moteurs d'aviation, par exemple, a suscité un intérêt pour les techniques d'usinage non traditionnelles, en particulier les «méthodes électriques». Voici les différents types de techniques d'usinage non conventionnelles :

Usinage par faisceau d'électrons (EBM)

Dans n'importe quel matériau, le processus EBM est utilisé pour couper des trous et des fentes fins. Un faisceau d'électrons à grande vitesse est focalisé sur une pièce dans une chambre à vide. Lorsque les électrons entrent en collision avec une pièce, leur énergie cinétique est convertie en chaleur, qui vaporise de petites portions du matériau. En raison des collisions avec les molécules de gaz, les électrons ne se dispersent pas dans le vide. EBM peut couper des trous aussi petits que 0,001 pouce (0,025 mm) de diamètre ou des fentes aussi étroites que 0,001 pouce dans des matériaux d'une épaisseur allant jusqu'à 0,250 pouce (6,25 millimètres). Dans le secteur des semi-conducteurs, l'EBM est également utilisé comme alternative aux méthodes de production d'optiques lumineuses.

Usinage par décharge électrique (EDM)

L'EDM est le processus de désintégration de matériaux électriquement conducteurs tels que l'acier trempé ou le carbure en dirigeant des décharges d'étincelles électriques à haute fréquence à partir d'un outil en graphite ou en métal mou, qui sert d'électrode. L'électrode et la pièce sont immergées dans un liquide diélectrique, et un mécanisme d'alimentation maintient un éclateur entre l'électrode et la pièce de 0,0005 à 0,020 pouce (0,013 à 0,5 millimètre). Les particules sont chassées lorsque les décharges d'étincelles fondent ou évaporent de petites particules de la pièce et l'électrode avance. La procédure est utilisée pour usiner des matrices, des moules, des trous, des fentes et des cavités de pratiquement toutes les formes. C'est précis mais lent.

Usinage électrochimique (ECM)

L'ECM reproduit la galvanoplastie en sens inverse. Dans ce processus, le métal est dissous à partir d'une pièce avec un courant continu à une vitesse contrôlée dans une cellule électrolytique. La pièce sert d'anode et est séparée de l'outil, qui fonctionne comme cathode, par un espace de 0,001 à 0,030 pouce (0,025 à 0,75 millimètre). L'électrolyte, qui est généralement une solution saline aqueuse, est versé à travers l'espace entre les électrodes sous pression, éliminant le métal dissous de la pièce. La pièce d'anode est usinée dans une forme complémentaire lorsqu'une électrode se rapproche de l'autre pour maintenir un espacement constant. L'absence d'usure de l'outil et la possibilité de traiter une pièce plus dure avec un outil à cathode plus souple sont deux avantages de l'ECM. L'ECM est utilisé dans l'industrie des moteurs d'avion et de l'automobile pour l'ébavurage, le perçage de petits trous et l'usinage d'aubes de turbine exceptionnellement dures, entre autres.

Usinage par faisceau d'ions (IBM)

Un flux d'atomes chargés (ions) de gaz inerte, tel que l'argon, est accéléré par de hautes énergies dans le vide et dirigé vers une pièce solide dans IBM. En fournissant de l'énergie et de la quantité de mouvement aux atomes à la surface de l'objet, le faisceau élimine les atomes de la pièce. Lorsqu'un atome entre en collision avec un groupe d'atomes sur une pièce, entre 0,1 et 10 atomes sont délogés du matériau de la pièce. IBM est utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs et dans la production de lentilles asphériques car il permet un usinage précis de presque tous les matériaux. La texturation des surfaces pour améliorer l'adhérence, la production de surfaces atomiquement propres sur des appareils tels que les miroirs laser et la modification de l'épaisseur des revêtements minces sont autant d'exemples de la façon dont la technologie est utilisée.

Usinage laser (LM)

LM est une technique de découpe de métaux ou de matériaux réfractaires qui consiste à faire fondre et vaporiser le matériau avec un faisceau laser intense. Le perçage au laser est utilisé pour découper des trous microscopiques (0,005 à 0,05 pouce [0,13 à 1,3 millimètre]) dans des matériaux trop durs à traiter avec des méthodes standard, malgré le fait qu'il est énergivore car la substance doit être fondue et vaporisé pour être éliminé. Le perçage au laser de diamants à utiliser comme matrices pour tréfiler le fil est une application populaire. Le perçage et la découpe de céramiques et de substrats pour circuits intégrés sont également effectués à l'aide de lasers, et l'industrie aérospatiale utilise des lasers à commande numérique pour découper des profils et percer des trous dans des pièces de moteur.

Usinage à l'arc plasma (PAM)

Le PAM est une technique de chalumeau à arc plasma ou à arc à gaz inerte au tungstène pour couper le métal. La torche tire un jet à grande vitesse de gaz ionisé à haute température (plasma) qui traverse la pièce en faisant fondre et en déplaçant le matériau. La zone plasma peut atteindre des températures de 20 000° à 50 000° F (11 000° à 28 000° C). La plupart des métaux, y compris ceux qui ne peuvent pas être coupés avec succès avec une torche oxyacétylénique, peuvent être coupés avec cette méthode. La technique PAM a été utilisée pour couper des alliages d'aluminium jusqu'à six pouces (15 centimètres) d'épaisseur et de l'acier inoxydable jusqu'à quatre pouces (10 centimètres) d'épaisseur à l'aide de chalumeaux à usage intensif. La découpe de profilés plats, la découpe de rainures en acier inoxydable et le tournage massif en acier trempé sur des tours sont toutes des applications pour cette procédure.

D'autres méthodes de processus d'usinage non conventionnel comprennent :

Usinage par ultrasons (USM)

Dans USM, le matériau est retiré d'une pièce en faisant vibrer des particules abrasives dans une boue d'eau circulant à travers un espace restreint entre un outil vibrant et la pièce à usiner à haute fréquence. L'outil, qui a la forme de la cavité à créer, oscille entre 19 000 et 40 000 hertz avec une amplitude d'environ 0,0005 à 0,0025 pouce (0,013 à 0,062 millimètre) (cycles par seconde). L'outil enlève la matière en faisant vibrer les grains abrasifs contre la surface de la pièce. L'usinage par ultrasons est généralement utilisé pour couper des matériaux durs et cassants qui peuvent ou non être des conducteurs électriques ou des isolants.

La découpe de matériaux semi-conducteurs (tels que le germanium), la gravure, le perçage de trous fins dans le verre et l'usinage de céramiques et de pierres précieuses sont toutes des applications USM fréquentes. Le perçage hélicoïdal par ultrasons est une version modifiée de la procédure dans laquelle un outil à ultrasons est tourné contre une pièce sans avoir besoin d'une suspension abrasive. Ce type d'USM a percé des trous aussi petits que 80 micromètres.

Usinage chimique (CHM)

En utilisant une action chimique contrôlée, cette technique non électrique élimine le métal d'emplacements spécifiques ou généraux. Pour protéger les endroits qui n'ont pas besoin d'être enlevés, du ruban adhésif peut être utilisé. La procédure est similaire à celle utilisée pour créer des plaques d'impression et de gravure en métal. Le découpage chimique, qui est utilisé pour couper des ébauches de composants métalliques minces, et le fraisage chimique, qui est utilisé pour enlever le métal de sections sélectionnées ou globales de pièces métalliques, sont deux types de techniques d'usinage chimique.

Usinage photochimique (PCM)

PCM est une branche de CHM qui utilise une combinaison de techniques de gravure photographique et chimique pour créer des composants et des dispositifs dans une variété de métaux, en particulier l'acier inoxydable.

Usinage au jet d'eau

L'eau est soufflée à travers de petites buses à des pressions extrêmement élevées pour couper à travers des matériaux tels que les polymères, la maçonnerie et le papier dans le processus d'usinage au jet d'eau. L'usinage au jet d'eau présente plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes :il ne produit pas de chaleur, la pièce ne se déforme pas pendant l'usinage, le processus peut commencer n'importe où sur la pièce, aucune préparation préalable à l'usinage n'est requise et la procédure produit un minimum de bavures. Pour améliorer le rythme d'enlèvement de matière, un abrasif est parfois ajouté à l'eau, en particulier dans les opérations de finition. Lors de l'utilisation de cette approche, l'entreprise offshore utilise l'eau salée comme fluide de travail.

C'est tout pour cet article où les différents types de procédés d'usinage conventionnels et non conventionnels sont abordés. J'espère que vous tirerez beaucoup de la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à bientôt !