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S.BENSAADA
COUPE DES METAUX
i
PREFACE
L'industrie mecanique s'est developpee grace aux technologies diversifiees de fabrication de
pieces et composants qui constituent les ensembles et sous-ensembles mecaniques. Cependant
les techniques de moulage et d'estampage n’arrivent pas a satisfaire les besoins mecaniques en
pieces et composants specifiques. Parmi les principaux precedes de fabrication mecanique, il
est indispensable d’en citer l’usinage des metaux qui a contribue le plus dans la fabrication et
la finition des pieces de precision.
L’usinage des metaux consiste a faconner et (inir une surface de piece de configuration
donnee par un ensemble d’operations a effectuer a l’aide de machines outils. Nous allons voir
comment intervient la raison humaine pour l’obtention d’une geometrie determinee de la piece
grace a fhannonisation de l’interaction de plusieurs mouvements imposes tant a la machine,
qu’a l’outil de coupe qui fait partie de cette machine-outil, qu’a la surface de la piece a usiner.
Cette dynamique de coupe constitue une technologie de precision qui, par taillage de matiere,
arrive a concevoir les assemblages les plus recherches.
Nous entendons parler de tournage, de fraisage, de pcrgagc, de rabotage, etc., mais les
nuances sont tellement variees et diversifiees selon la nature du composant a obtenir qu’il faut
imperativement savoir chacune des operations a mettre en oeuvre car dans la plus part des cas
la combinaison de plusieurs precedes est inevitable. A titre d’exemple, nous evoquons
l’operation de pcrcagc qui parait relativement la plus simple car quiconque connait bien la
perceuse manuelle. Mais des que vous etes en presence de dizaines de milliers de pelages de
differents diametres a realiser sur des materiaux differents, comme dans le cas d’un vehicule,
cela devient un veritable domaine de la technologie car, en outre, il faut bien tenir compte des
efforts physiques et conditions de pelage pour ne pas alterer les proprietes mecanique des
materiaux en fin d’usinage.
La dynamique d'usinage fait appel aux connaissances physiques des efforts des solides en
mouvements, cedes des proprietes particulieres des materiaux et la metrologie
dimensionnelle. Bref, l’usinage des materiaux, est un precede noble qui, de nos jours, se
manifeste par la presence de machines numeriques programmables, et occupe la place
preponderate dans l’industrie mecanique notamment. Les potentiels d'usinage d’un pays
servent d'indice de developpement dans cette technologie. C'est pourquoi les bases de ce
module de technologie d'usinage sont destinees aux etudiants de cette filiere. Un module que
tous les eleves ingenieurs du tronc commun de technologie auront l'occasion de le suivre et
pouvoir meme voir pratiquement la concretisation de certaines operations fondamentales dont
les effets sont remarquables et apprecies.
L’auteur
S.BENSAADA
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COUPE DES METAUX
1. Introduction
1.1 Importance de l'outil de coupe dans la construction des machines
Generalement la mise en forme de la matiere pour produire des pieces de differents types de machines
et d’appareils fait appel a des techniques tres diverses et suivant l'etat de la matiere (liquide, solide ou
pulverulent), voir tableau 1 .
Done deux types de solutions se presentent:
a) La mise en forme par enlevement de la matiere qui est l'usinage ou coupe de matiere et qui occupe
une place de premiere importance en construction mecanique et dont les moyens sont sans cesse
perfectionnes pour diminuer le cout de fabrication et ameliorer la qualite du travail realise.
b) La mise en forme sans enlevement de la matiere et parmi lesquelles on peut citer:
Le Formage a chaud et a firoid
La Fonderie
Et le Frittage
Ce qui nous interesse dans cette partie est la coupe des metaux qui consiste a l'usinage des surfaces
fonctionnelles des pieces mecaniques par enlevement de la matiere (copeaux) au moyen d’outils de
coupe.
Avant revolution des techniques de coupe, la coupe des metaux s'effectuait avec des outils a main tres
simples dont certains se sont conserves jusqu'a nos jours sans changement important (lime d'ajusteur,
pointe de graveur, scie, burin).
Aujourd'hui l’effort musculaire se trouve evince par le travail de machines speciales dites machines
outils (tour, fraiseuse, perceuse, rectifieuse, mortaiseuse, raboteuse, etc....).
Done l’outil de coupe est un organe de machine outil qu'en cours d'operation agit directement sur
l'ebauche par enlevement de matiere pour produire une surface conforme a celle specifiee sur le dessin
de definition.
Dans l'usinage le materiau de base est a l'etat solide appele ebauche (etat initial), apres enlevement du
metal par coupe (transformation) on obtient la piece mecanique a l'etat final confonne aux
specifications du dessin de definition.
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Materiaux de base
ac iers.l a itons, mo litres
plastiques etc.. .
a I'etat
| Par enlevement de matiere |
Usinage
Decoupage
Formation de copeau
ou de micro copeau
1
Pas de formation
de copeau
Sans enlfevemenl da matibro
Formage
Pas de formation de copeau
A I' o util
Decoupage
Poingonnage
Au chalumeau
Oxycoupage
A troid
Special! Id
Emboutissage
Cambrage
Etirage
des
mdtsux en
Fcmilfes
Par coupe
Spdcialite
A
I’outil tranche nt
Mec&nlclens
usineurs
A chaud
Spdcialite
Forgeage.matrigage
estampage
do
la forge
Par abrasion Spdcialitb
Meulage
Polissage
Rectification
Rodage
Mficanigiens
usineurs
Procedes speciaux
Speciality
Usinage chimique
electro drosion
Chimistes
el
Mdcaniciens
usineurs
Tableau. 1
Elat initial
Transformation
I Tat final
Maleriaii de hase
Enlevement du
Piece mccaniquc a
a l'etat solute
metal par coupe
l'etat final con forme
(ebauche)
aux spccificitcs du
dcssin
Quelque soit le type de machine outil ou le cas d'usinage on a toujours le meme schema ci-dessous
representant les liaisons existantes entre les differents elements.
Avant de realiser un usinage, le mecanicien usineur devra choisir: - La machine la mieux adaptee a la
realisation du travail demande. - L'outil et ses conditions d'utilisation (l'outil convenable au travail desire).
- Le porte outil. - Le porte piece.
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1.1.1. Identification des elements en presence dans trois cas d'usinage
fig.2 travail de Percagc
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Fig. 3 travail de tournage
1.2. L'outil de coupe modele
Les outils manuels sont des intermediaires entre l’homme et la matiere (outils de montage, clefs,
tournevis, lime, etc..) ou entre la machine et la matiere (outils de coupe, fraises, outils de tour, foret
etc....).
Quelque soit le type de travail et pour qu’il y ait production de copeaux, il faut que le couple outil-
piece soit anime de mouvement relatif (fig.4 et fig. 5). Ce mouvement relatif peut etre compose de
mouvement de coupe (Me), mouvement d'avance (Mf) et mouvement de profondeur (Mp).
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Mouvement de coupe (Me)
C'est le mouvement qui participe directement au detachement de la matiere sous forme de
copeaux pendant la course de la machine dite course de travail.
Mouvement d'avance (Mf)
C'est le mouvement dont le direction est perpendiculaire a Me et qui intervient lorsque l'outil ne
travaille pas c'est-a-dire pendant la course-retour. Ce mouvement a pour but de decaler la piece
lateralement d'une quantite a dite avance, pour que l’outil puisse a la nouvelle course-travail
detacher d'autres copeaux.
Mouvement de profondeur (Mp)
C'est le mouvement de profondeur ou de passe dont la direction est perpendiculaire aux deux
precedentes.
Copeaux
Les copeaux sont continus (forme de ruban) dans le cas des metaux malleables (acier) et
fragmentes dans le cas des metaux non malleables (bronze et fonte).Les copeaux doivent etre
evacues, sinon ils tracent des sillons sur la surface usinee. Lors du pcrgagc avec un foret trop
court, des que la queue cylindrique se trouve engagee, les copeaux ne peuvent plus s'evacuer,
l'effort de rotation augmente et la machine ralentit jusqu'a l’arret ou la rupture du foret.
1.2.1 Differentes parties de I'outiI
Les parties principals (fig. 6 et 7) existantes sur un outil de coupe sont:
Le corps: II assure la liaison de l'outil avec le porte-outil, il est prismatique ou cylindrique.
La queue: Pour les fraises, les forets, on appelle "queue" l'element qui permet la liaison de
l’outil avec le porte-outil. La queue est cylindrique ou conique (cone morse CM ou standard
americain SA).
La partie active: C'est la partie qui agit sur la piece pour provoquer un enlevement de metal.
Elle est caracterisee par sa forme et son materiau.
La durete de la partie active doit etre plus grande que celle du metal a travailler.
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1.3.Classification des outils
On peut classer les outils en trois groupes:
1. Les outils simples a tranchant uniques: outil de Toumage et de Rabotage
outil de Toumage et de Rabotage.
2. Les outils associes ou outils a aretes multiples: outils fraise, foret, alesoir, scie, lime etc..
3. Les outils-meules: ce sont des outils a aretes multiples dont le mode d'action est un peu different
de celui des outils du 2 e groupe
2. Materiaux d’outillage et exigence principale de l'outil de coupe
Les performances des machines outils dependent etroitement de celles des outils de coupe qu'elles
actionnent et des conditions d’utilisation des outils.
Pour que l'arete tranchante d’un outil de coupe reste toujours vive, elle ne doit pas s'user, ainsi la
matiere qui la constitue doit etre plus dure que celle de la piece a usiner. Comme la durete d'un metal
et sa resistance varient en sens inverse, on doit prendre des precautions particulieres pour avoir une
partie active, sur laquelle se forme les copeaux, tres durs et un corps resilient et resistant a la flexion
et la torsion. D'ou l’idee de constituer un outil en deux parties.
- L'une (active) en materiau dur avec ou sans traitement thermique.
- L'autre (passive) sur laquelle est rapportee la partie active, soit par plaquette montee mecaniquement
ou par soudobrasage, soit par soudage electrique par rapprochement, soit par sertissage.
La partie active de l'outil servant a couper la matiere doit posseder les qualites suivantes:
• Resistance elevee aux solicitations (resistance aux chocs, a la traction, compression etc....).
• Durete elevee des faces de coupe et de depouille (des surfaces dont l’intersection forme l'arete
coupante) pour pouvoir penetrer dans le metal usine.
• Faible rugosite (Ra =1.6 pm) des faces de coupe et de depouille. Conservation de la durete a des
temperatures elevees (500 a 900°C) pour limiter les effets de l'usure sur les faces de coupe et de
depouille.
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Depuis 1900 beaucoup de travaux ont ete realises dans le domaine de coupe des metaux et
plusieurs materiaux a outils ont ete successivement introduits dont les performances sont de plus
en plus elevees en ce qui concerne:La durete des materiaux susceptibles d’etre usines et les
vitesses de coupe utilisables.
Le cout de l'usinage depend du debit, c-a-d du volume des copeaux enleves par minute (fig. 9).
Connaissons Vm/min, a etf
- La section S du copeau : S = a . f
Volume du copeau: V(m3)= S . I
Volume debite par minute: V/min=S.L/t
Vitesse Vm/min = 1/t
V min = S. Vm/min
Done pour augmenter le debit on doit augmenter S (a et f).
La ligure 10 nous donne un apercu sur revolution historique des vitesses pour l'usinage des
aciers.
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Une classification des materiaux par ordre de durete croissant peut etre etabli coimne suit:
Acier au carbone trempe -
Acier au carbone allie
Acier au Tungstene trempe (acier rapide)
Alliages coules (stellites)
Carbures metalliques
Ceramique
Diamant
2.1 Aciers au carbone
2.1.1 Aciers au carbone trempe
Ce sont les aciers de designation XC et dont la teneur en carbone depasse 0,6% (XC82, XC100) qui
presentent une durete a froid de 60 HRC. Leur vitesse de coupe est tres faible, car un echauffement
superieur a 250°C leur fait perdre leur tenue (durete).
Ces aciers acquierent toute leur durete par une trempe a l'eau apres un chauffage a 750°C environ.
Done ces outils sont fabriques d’une seule piece (acier categorie dur et extra dur).
Ces aciers sont employes dans l’industrie uniquement pour les outils a faible vitesse de coupe
(tarauds, filiere, alesoirs, pour le travail a main).
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2.1.2 Aciers au carbone allies
On sait que le chrome et le molybdene pennettent au carbone d'obtenir son maximum de durete. Ce
sont done ces elements que Ton retrouvera dans la composition des aciers allies pour outils. Ils seront
utilises dans les memes conditions que les aciers XC mais permettront la coupe de materiaux plus
durs.
2.2 Aciers rapides (au tungstene trempe)
Par aciers "rapides" il faut entendre "aciers a coupe rapide". On effet, ces aciers comportent
generalement une quantite importante de Tungstene (W) de cobalt (K) et de chrome (C) additionnee
a l’alliage de base afin d’ameliorer la durete et la resistance a l'usure (acier comportant 0.9 a 1.5% de
carbone), ils sont austenises entre 1250°C et 1300°C et subissent un revenu a une temperature de
l’ordre de 600°C. Par suite ils peuvent travailler facilement a une temperature de 500°C sans que
l'arete tranchante soit deterioree. Si rechauffement n’est pas a craindre jusqu'a cette temperature, ils
peuvent travailler plus vite, d'ou leur tenninologie. Bien que leur performances soient relativement
faibles, ils sont encore utilises dans differents domaines, tels que:
Outils a tranchants multiples (fraise, taraud, foret).
Outils de fonne complexe.
Outils a tranchant unique utilises pour la fabrication des outillages.
II est necessaire de choisir une nuance d'acier rapide adaptee aux travaux a realiser. Une
revolution importante semble se dessiner avec l’introduction sur le marche des outils a aciers rapides
revetus d'une couche de nitrure de titane dont la durete (HRC = 80) permet une meilleure resistance
a l'usure et a a corrosion.
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15
Z: allie, W: tungstene, Kicobalt, C: chrome, V: vanadium, D: molybdene
Les aciers rapides sont chers et ils sont utilises sous la fonne de plaquettes. Les aciers rapides
non revetus ne sont pas recommandes pour usiner les materiaux dont la durete est superieure a
HR30.
On distingue:
- Les aciers rapides ordinaires (A.R.O) a deux composants : C: 0,6a0,7%
W: 14al6% , temperature de trempe 1150 a 1200°C, ils conservent toute leur durete Jusqu’a
400°C.- L.es aciers rapides superieurs (A.R. S) au moins trois composants : C: 0,65a0,75%
W:18%, Cr:4%, Mo: 0,7% temperature de trempe 1200 a 1250°C, ils conservent
toute leur durete jusqu'a 500°C.
-Les aciers rapides extra superieurs (A.R.E. S) adjonction de cobalt. C: 0,65a0,85%,W:20%,
Cr: 4a 5%, Mo:l%, Va: 1% Co: 1 lal 5%, temperature de trempe: 1300 a 1320°C, ils conservent
toute leur durete jusqu'a 600°C.
2.3 Alliages speciaux
Ces materiaux ne contiennent pas de fer: ce ne sont done pas des aciers. Ils ne subissent pas de
traitements thermiques et ne se forgent pas. Leur durete provient de leur elaboration et parmi eux on
peut citer :
Les stellites
Les carbures metalliques
Les ceramiques
2.3.1 Les stellites
Ce sont des alliages de cobalt (55%), (Chrome 33%), (tungstene 10%), carbone (2%), point de
fusion 1280°C. Leur durete est comparable a celle des aciers trempes, elle ne diminue qu'apres
rechauffage a 700°C. Ils autorisent done des vitesses de coupe plus elevees que les aciers
rapides.
Ils sont sensibles aux brusques changements de temperatures, ils se criquent. Aussi faut-il travailler
sous arrosage constant et non intermittent. Ils ne conviennent pas pour la coupe des materiaux
tendres.
2.3.2 carbures metalliques
Pour permettre une coupe encore plus rapide, les outils en aciers au carbone ou en acier allie sont
remplaces par des alliages metalliques elabores par frittage de carbures tres durs.
Les carbures metalliques sont des agglomeres de poudre de cobalt, de carbures de tungstene, de
tantale, et de bore.
16
2
Le melange des carbures et de la poudre de cobalt est comprime a 4000kg/cm dans un moule
ensuite cuit en atmosphere d’hydrogene a 850°C, puis chauffe a 1500°C. A cette temperature, le
cobalt seul fond et sert de liant. Ce mode d’obtention est appele frittage.
La durete des carbures metalliques est voisine de celle du diamant et ils la conservent jusqu'a
1000°C. Ils permettent de travailler quatre a huit fois plus vite qu'avec des aciers rapides mais
sont sensibles aux brusques variations de temperatures.
Suivant leur composition, les carbures metalliques sont adaptes a des usages bien limites tels que
ebauche, (Inition, metaux ferreux et non ferreux, travail avec chocs ou sans chocs. Ils sont
presents dans le commerce sous fonne de plaquettes moulees, car les carbures metalliques etant
tres fragiles aux efforts de flexion done ils sont prepares en plaquettes de dimensions reduites
fixees sur le corps de l'outil par soudobrasage ou par des moyens mecaniques.
- Ces plaquettes portent des noms donnes par les fabricants tels que: Widia, Diamolyb.
carboram. Ils sont classes en trois categories symbolisees par les lettres P, M, K visualises par les
couleurs: P (bleu), M (jaune) et K (rouge).
- P01 a P40:utilises pour les metaux ferreux a coupeaux longs (travail des aciers).
- M10 a M40: utilises pour les metaux ferreux a coupeaux longs et courts (travail des fontes et
aciers).
- KOI a K40: utilises pour les metaux ferreux a coupeaux courts et metaux non ferreux (travail
des fontes).
La tendance actuelle consiste a enrober les carbures d’une mince couche (5um) de materiau
possedant d’exceptionnelles qualites de resistance a l'usure et a la craterisation. Par exemple un
revetement de nitrure ou de carbure de titane, la resistance a l'usure de aretes de coupe est
multipliee par quatre tout en autorisant des vitesses de coupe plus grande.
2.3.3 Ceramiques
Ils sont comme les carbures, des materiaux obtenus par frittage. Mais les carbures
metalliques sont remplaces ici par des elements a base d’alumine pure (AI2O3) c'est la
solution la plus ancienne sous forme de poudre ALO 3 ; avec utilisation comme liant l’oxyde de
chrome.
La solution la plus recente utilise une poudre a base de nitrure de bore. Done c'est un corps
tres dur 60 HRC (AI 2 O 3 ) et 72 HRC (a base de nitrure de bore).
Quelques proprietes:
- Absence de copeaux adherents pendant la coupe.
- Tres bonne acuite de l'arete de coupe, ce qui autorise eventuellement un copeau minimum
d’epaisseur voisine de 0.01mm.
- Obtention d’une bonne rugosite (Ra = 0.8pm).
- Utilisation des vitesses de coupe 3 a 5 fois superieures a celles admises pour les carbures.
- Elies ont l’inconvenient d'etre d’une utilisation plus delicate que celle des carbures par ex:
• Elies sont plus sensibles aux chocs.
• Elies necessitent des machines robustes et puissantes.
Les ceramiques se presentent uniquement sous forme de plaquettes fixees sur un corps d’outil par
un dispositif mecanique.
2.4 Diamant
D'origine naturelle ou synthetique c'est le materiau le plus dur. Son prix d'achat eleve en limite
l'utilisation. On utilise dans l'industrie des diamants generalement impropres a la bijouterie (types
noirs).
Le diamant se presente sous deux formes:
- Poudre collee sur un support en fonte pour les meules destinees a l'affutage des outils des
carbures.
- Grain serti ou brase sur un corps pour les outils tranchant unique reserves a des travaux de
finition. Exemple comparatif: finition d'un alesage de piston.
- Outil carbure: 2000 pieces entre deux affutages, rugosite obtenue Ra= 1 .6um.
- Outil diamant: 5000 pieces entre deux affutages, rugosite obtenue Ra=0.4um
L'outil diamant trouve surtout son emploi a tres grandes vitesses sur les materiaux ductiles que
durs. Travail de finition du cuivre, bronze, aluminium pour obtenir un beau poli de la surface le
diamant peut usiner tous les metaux quelque soit leur durete
2.5 Fabrication des outils 2.5.1 Outils en acier
Ils sont pris dans la barre et faconnes par moulage ou par forgeage. Toutefois les outils en acier
rapide sont constitues le plus souvent par une mise, ou pastille, en acier rapide extrasuperieur
soudee sur le corps (fig. 11). Avant soudage la pastille doit porter parfaitement sur son siege et
s'appuyer contre un talon raccorde au siege par un leger conge. La soudure employee est une
poudre a base de tungstene. Elle ne donne de resultats que si les parties a souder sont tres propres
et si le chauffage est fait en zone reductrice.
Pour donner a l'outil une plus grande durete, on peut souder en bout, electriquement une partie
active en acier rapide de meme section que le corps, (fig. 11).
18
2.5.2 Outils en Stellites
Sur un corps en acier mi-dur, on depose une couche de stellite au chalumeau oxyacetylenique
(fig. 12) puis on passe a l'affutage.
19
2.5.3 Outils en carbures metalliques . La partie active de l’outil est constitute par une pastille,
ou plaquette, de carbure metallique brasee sur un corps en acier mi-dur (fig. 13), ou maintenue
par un pincement (fig. 14).
Pastille' de carbure brasee
Fig. 13 outil a mise de Carbure
metallique brasee
Bride de pincement
par pincement
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Selon la norme Afnor la designation des outils prismatiques de fonne normalisee est la suivante
Erample: R 16 9 ffl
sens ration fount angle
R: a droite
L: a gauche
q: section
h: section
r: section ronde.
3. Caracteristiques des outils de coupe
Chaque dent des outils a tranchants multiples (Raise, foret etc..) se comporte comme un outil
elementaire dont le modele est l'outil prismatique de toumage ou rabotage. L'etude de la partie active de
tous les outils passe par celle de l'outil prismatique.
Quelque soit le type d'usinage on a toujours une liaison entre le porte outil d’une part et la piece d'autre
part (fig. 16 ).
21
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Un outil de coupe est destine a couper la matiere d’oeuvre et presente pour se faire une arete
tranchante. Cette arete tranchante est definie par l'intersection de deux surfaces, la face de coupe
(tres generalement plane) et la face de depouille fig. 17. Si l’arete tranchante est une droite elle est dite
rectiligne, dans les autres cas elle est dite curviligne. Les formes des outils peuvent etre classees en
deux categories.
Les outils prismatiques a charioter, raboter, mortaiser, etc.... dont le corps est prismatique.
Les outils possedant un axe de revolution foret, fraise, taraud, dont le corps est cylindrique.
Terminologie des surfaces et aretes de l’outil prismatique
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fig. 17 Terminologie des surfaces et aretes de l’outil prismatique
23
3.1. Examen de la coupe sur une machine-outil
Nous pourrions faire systematiquement des remarques comparables aux precedentes a propos de
toute operation d'usinage industriel a l'outil de coupe. A titre d’exemple, en observant
attentivement un etau-limeur au travail, nous constatons en effet :
- que l’outil est plus dur que la piece travaillee car, dans le cas contraire, il s'ecraserait contre
elle;
- que la partie saillante de l'outil, ou partie active, a la forme d’un coin dont l’arete est vive;
- que, a l’instant ou l’outil attaque la piece, seule 1' arete coupante est en contact avec elle. La
penetration est ainsi progressive;
- que le moteur de la machine exerce, par l'intermediaire d'un mecanisme, l'effort necessaire au
deplacement de l'outil par rapport a la piece et au detachement du copeau. La resistance de la
piece a la penetration de l'outil est done vaincue;
- que ni l'outil ni la piece ne se derobent a l’effort necessaire a la coupe car ils sont tous deux
fixes a des organes suffisamment rigides de la machine.
Un examen plus approfondi du mecanisme de la coupe nous conduit a observer qu'il procede de
trois mouvements principaux:
- le mouvement de coupe MC qui participe directement au detachement du copeau pendant la
course de la machine dite course de travail.
- Le mouvement d'avance Mf, dont la direction est perpendiculaire a celle du mouvement de
coupe et qui intervient seulement lors de la course de retour pendant laquelle l'outil ne travaille
pas. Ce mouvement a pour but de decaler la piece lateralement d’une quantite a, dite avance,
pour que l'outil puisse a la nouvelle course travail detacher un nouveau copeau.
- Le mouvement de profondeur de passe MP (ou encore penetration) dont la direction
perpendiculaire aux deux precedentes et qui intervient uniquement pour determiner l’epaisseur p
de la couche de metal a enlever a chaque operation qui prend le nom de passe. L'excedent de
metal que comporte la piece brute, ou ebauche, est ainsi enlevee en une seule passe ou en
plusieurs passes successives.
Un dernier examen que la forme de la partie active de l'outil est favorable au detachement des
copeaux et a leur rejet hors de son passage. Ils ne genent done pas l’outil dans son travail et la
surface usinee est geometriquement plus correcte.
3.2. Corps de l'outil (partie passive)
a) II doit etre rigide pour resister aux efforts qui prennent naissance pendant la coupe. II est
realise en acier dans les nuances XC38 et XC48. Sa section est carree, rectangulaire ou circulaire.
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b) II doit permettre un reperage correct de l'outil dans le porte outil. Pour satisfaire cette
condition les corps prismatiques possedent deux surfaces de reference de bonnes qualites
geometriques.
c) II doit etre fixe rapidement et facilement dans le porte outil.
Le corps de l'outil depend de nombreux facteurs:
-La forme de la surface a engendrer (cylindre, plan, etc...).
-Type de machine-outil (tour, firaise, perceuse).
3.2.1. La partie active
La partie active c'est celle qui est en contact avec le metal a usiner. C'est essentiellement l'arete
tranchante et les parties adjacentes des deux faces qui la determinent.
Face de depouille
C'est la face qui se trouve en regard de la surface qui vient d'etre travaillee.
Face de coupe
C'est celle sur laquelle s'appuie et glisse le coupeau
25
3.2.2. Experimentation sur le tour (concernant la partie active) !) Le vecteur vitesse de coupe V
est tangent a la piece en un point considere de l’arete dEcoupe. Dans ce cas V est contenu dans la
surface MNM’N’. On constate que la coupe est impossible, l’outil refuse de couper.
MC
26
2) On utilise le meme outil mais on affute la surface MNM'N' de fa?on qu'elle ne contienne
pas le vecteur V. La coupe devient alors possible, mais on constate que le frottement sur la
couronne B est important.
3) On degage la surface laterale de l'outil, on constate que la coupe devient plus facile.
27
3.3 Plans remarquables de l'outil
La production des copeaux s'effectue par la combinaison de trois deplacements (fig.24).
- Deplacement de coupe.
Deplacement d’avance.
- Deplacement de profondeur.
fig.25 et 26
28
Si on considere un point A de l'arete tranchante, les plans caracteristiques de l'outil en A sont flg.27.
Le plan de reference Pr
II est parallele au plan de base de l'outil et passe le point A considere. II est
perpendiculaire au mouvement de coupe Me suppose c'est-a-dire au vecteur vitesse coupe
Vc, il contient generalement le vecteur vitesse Vf.
PR l Vc
PR Contient Vf
Le plan de l'arete Ps de I'outil
II contient l'arete de l'outil si elle est rectiligne, ou la tangente en A si celle-ci est
curviligneill est perpendiculaire a Pr et contient Vc
PS contient l'arete
PS Ou sa tangente est perpendiculaire a Pr
PS contient Vc
La plan de travail conventionnel Pf
Contient le vecteur vitesse d’avance Vf et le vecteur vitesse de coupe perpendiculaire au
plan de reference Pr.
Pf Contient Vf, perpendiculaire a Pr, contient V*
29
3.4. Angles caracteristiques de la partie active des outils
Ils sont definis a partir des plans remarquables et concemant deux aspects:
Les angles caracterisant la position de l'arete.
Les angles des faces de la partie active.
3.4.1. Angles caracterisant la position de rarete.
Ils sont apprecies au point A de
30
* L’angle aigu du diedre forme par les plans de travail Pf et d’arete Pa s'appelle angle de
direction d’arete au point A et est designe par la lettre K (kappa). C'est aussi Tangle aigu forme
par la projection de l'arete (ou de sa tangente) sur Pr avec V .
* L'angle aigu que forme l’arete (ou sa tangente) avec sa projection sur le plan de reference Pr
s'appelle angle d’inclinaison d'arete X.
3.4.2 Valeurs et sens des angles
L'angle peut atteindre 90°, il est oriente a gauche ou a droite.
Orientons l’outil suivant trois position. Dans les trois cas, seule la position de l'arete de coupe
par rapport a Vf change; elle est reperee par un angle (fig. 29).
fig. 29. Angle de direction d’arete de l’outil, symbole Kr (se prononce kappa); c'est Tangle des
deux plans Pf et Ps mesure dans Pr.
31
Definition partielle d'un outil
On precise:
La valeur de Tangle Kr dans le cas d'un outil a charioter.
Le sens de l'outil a droite ou a gauche en appliquant la regie: corps de l'outil vertical, partie active
cers le bas, face de coupe en regard de Toperateur; si l’arete de coupe est a droite l’outil est dit "a
droite" et reciproquement (fig. 30).
fig-30
Pour les outils a charioter il set utile de connaitre la direction de l'arete par rapport a un plan
perpendiculaire a la fois au plan de reference Pr et au plan de travail conventionnel Pf. Cette
direction est caracterisee par Tangle \j/: angle de direction complementaire ou d’orientation d’arete.
32
3.4.3 Angle d'inclinaison de l'arete de coupe
A) Observation. Les aretes de coupe MN des trois outils (fig. 3 1) sont inclinees differemment.
La vue deface L'inclinaison de farele de coupe [par rapport a Pr) est dif ferente
est" identique pour les
3 outils.
fig^l
B) Angle d'inclinaison de l'arete de coupe As (lambda): c'est Tangle que fait l'arete de coupe
S avec le plan Pr, sa valeur est mesuree dans le plan Ps. Le sens des angles Xs est repere a
partir de Pr et du sens de rotation.
II existe trois solutions: As <0, Xs > 0, et Xs = 0
Conventions
A < 0 outil a arete de coupe negative, notation As-
X> 0 outil a arete de coupe positive, notation Xs+
Xs =0 outil a arete de coupe normale, notation Xs =0
En general
Xs varie entre 0° et +15° et entre 0° et -15°
33
Le choix de X depend du genre et du type de travail a effectuer. Un outil a arete de coupe
negative presente un bee (zone au niveau de l’arete tranchante) plus robuste mais occasionne un
frottement su copeau sur la surface usinee. En finition les efforts appliques sont tres inferieurs,
le copeau ne doit pas frotter sur la piece, le bee peut etre moins resistant: on adopte une arete de
coupe positive.
Si is < 0
-► reserve a l'ebauche ou
-► travail avec chocs (rabotage, fraisage ... ; evite l'ecaillage du bee).
Si i,s > 0 ► travaux de finition, (attention bee plus fragile).
Direction prise par le copeau
Le copeau se deroule ver la piece et feffort de coupe F en direction des appuis autorise de
grandes sections de copeau et une vitesse de coupe elevee. Disposition favorable d'ebauche a
grand debit.
Le copeau se deroule vers l'operateur s'eloignant de la face engendree sur la piece. Convient aux
faibles vitesses de coupe et aux faibles sections de copeau du travail.
Ls > 0 le copeau taille s'eloigne de la surface usinee.
fig-33
3.4.4 Angles des faces de la partie active
(Angle de coupe, de depouille, de taillant)
La position de l’arete etant definie il est necessaire de preciser la position des faces la
determinant. Pour ce, nous effectuons une coupe par plan de section transversal a l’arete au
point A.
35
Cas general
a: angle de depouille: caracterise la position de la face de depouille. Toujours positif.
P: angle de taillant caracterise la position relative des faces de depouille et de coupe, toujours
positif.
y: angle de coupe caracterise la position de la face de coupe de l'outil, angle qui peut etre a
coupe positive ou negative.
L'outil represente en cas general est dit a coupe positive et nous avons :a+p+y = 90°
y >0 ou y < O.L'outil ci-dessous est a coupe negative
36
37
Suivant les plans de coupe, les angles sont appeles: orthogonaux, normaux, lateraux etc., il existe
cinq positions normalisees du plan de section transversale donnant cinq systemes.
1. Le systeme des angles orthogonaux: le pian de section est perpendiculaire au plan de
reference Pr et au pian d ! arete Ps.
ao angle de depouille orthogonal
(!o angle de taillant orthogonal
yo angle de coupe orthogonal.
2. Le systeme des angles normaux: le pian de section est perpendiculaire a l'arete coupante.
ao angle de depouille orthogonal .flo angle de taillant orthogonal et yo angle de coupe orthogonal.
3. le systeme des angles directs d'affutage: le plan de section est perpendiculaire au plan de
reference Pr et il contient soit la droite de plus grande pente (DPGP) de face de depouille soit
celle de la face de coupe.
- Plan perpendiculaire a Pr contenant la DPGP de la face de depouille.
• aa angle de depouille direct d’affutage.
• (pa angle de reference de la face de depouille par rapport a l’orientation d'arete vp.
-Plan perpendiculaire a Pr contenant la DPGP de la face de coupe.
. yc angle de coupe direct d'affutage.
. (pc angle de reference de la face de coupe par rapport a l'orientation d'arete \\i .
4. le systeme des angles lateraux : le plan de section est le plan de travaille conventionnel pf.
. af angle de depouille lateral. .
. yf angle de coupe lateral
5. le systeme des angles vers l'arriere : le plan de section est perpendiculaire au plan de
travail conventionnel pf et au plan de reference Pr.
ap angle de depouille vers l’arriere. yp angle de coupe vers
l’arriere.
38
Lois de coupe de metaux
Une etude experimentale systematique a permis d'etablir le comportement des divers materiaux a
outils pour des valeurs diverses des angles y et a en fonction des matieres a fagonner.
1. Le copeau se detache d'autant plus aisement qu'il se presente tangentiellement a la face
d'attaque c'est-a-dire lorsque y est plus grand.
2. L'arete coupante se deteriore d’autant plus rapidement que Tangle de coupe y est plus grand ceci
en raison du mauvais degagement de la chaleur et a se disperser dans le corps de l'outil. Cette
chaleur se concentre dans les parages immediats de l'arete de coupe au point de provoquer une
diminution sensible de sa durete.
3. Plus le materiau a outil est dur et tenace, plus Tangle y peut etre augmente.
4. Plus la matiere a travailler est dure, plus Tangle y doit etre reduit.
3.4.5.ReIation entre les angles caracteristiques de la partie active des outils
Nous nous bornerons, a titre de documentation, a donner les resultas faciles a etablir par
trigonometric.
Relations interessant la face de coupe.
1- x wt coty. =coiy 0
3L
=
l sr<,
— ijft-J. TrUC/Oty^
Relations interessant la face de depouille
J5. sin r_p a _ m ?■_
•A- tg 3B. COS Hep*
S. COS CL« COS 3t 1 4P S Oi
39
Relations entre les angles orthogonaux et les angles normaux.
6 , tR £>* _ TR O* K, CO* X
?. tea n _teixos
s. cos - tp; i ti> * cut fi H - cciii <^1 tg s n
Relations entre les angles lateraux et vers l’arriere et les angles directs d'affutage.
U. cot li r — C4it cz. A k win {K -Hp — J
10. tg IS, x. K-in
11. CHt L I- R CM* CJtj. * COBi(
12-lg, c - at cosfli-^pf)
40
41
Angles de coupe et de depouille
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Atanptft
Xiiat hW 1
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4,Types des outils de tournage
4.1 Principe de tournage.
La piece est animee d'un mouvement circulaire uniforme c'est le mouvement de coupe Me. L'outil
est anime d'un mouvement de translation parallele ou oblique par rapport a l'axe de rotation c'est le
mouvement d’avance Mf.
Dans son mouvement, la pointe de l’outil decrit une ligne appelee generatrice qui transforme la piece
en un solide de revolution, en faisant varier le deplacement de l’outil (mouvement radial) il sera
possible d'obtenir tous les solides de revolution tels que cylindre, cone, sphere, etc. fig. 38
Le tournage permet egalement le faconnagc des fonnes interieures par per?age, alesage, taraudage.
42
4.2. Outil couteau et outil a dresser d'angle
Lorsque la surface presente un epaulement, il est necessaire de supprimer la partie inclinee ou tronconique
laissee par l'outil a charioter. L'outil couteau peut convenir si l'epaulement est peut profond. Dans le cas
contraire, l’outil a dresser d’angle pennet la coupe dans deux directions rectangulaires fig.39.
43
Outil pelle.
faces a droite.
Outil a dresser les
Outil a saigner a droite. Outila (11 etc r exterieu-
rement a droite.
fig.39 Formes d'outils d’exterieur courant.
44
4.3. Outils de surfacage au tour
La realisation d’une surface d’extremite perpendiculaire a l'axe est dite surfacage au tour. L'outil pelle ou
l'outil a dresser les faces ou encore l'outil coude a charioter sont indifferemment utilises.
4.4. Outil a saigner on a tronconner
Saigner ou tronconner, c'est detacher un troncon .Une saignee limitee en profondeur est une gorge. La partie
active de l'outil a saigner est de faible largeur et presente deux depouilles secondaires laterales.
4.5. Outil a fileter exterieurement
L'outil est adapte au profd de la gorge helicoidale qui constitue le fdetage. Sa penetration se poursuit par
passes successives
4.6. Outil a aleser
Aleser, c'est executer une forme de revolution interieur. L'outil a aleser doit done Pouvoir
penetrer dans l’alesage.
4.7. Outil a aleser et a dresser
Lorsque le fond de l’alesage presente un epaulement, la partie tronconique laissee par l'outil a aleser est
supprimee par un raccordement longitudinal, puis un dressage Transversal a l’aide de l'outil a aleser
et a dresser.
45
Outil a aleser
a droite.
Qutil
aleser
dresser
droite.
et
Outil a fileter
inteneurement
a droite.
S§dP s Fomes
dinteneur
courants
4.8. Outil a chambrer
La partie active est identique a celle de l'outil a tronconncr mais il faut remarquer que la face de depouille
est curviligne pour eviter le frottement du talon de l'outil sur la gorge faconnce. l’angle de depouille a est
done former par la tangente T au cercle du fond de la rainure et par la tangente T a la surface curviligne de
depouille au meme point de l'arete coupante.
46
5.Formes des outils de coupe pour tournage
fig-43
47
5.1PardepIacementderoutil
a) Deplacement longitudinal
Le chariotage d
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