Chapitre 2: Technologie de Tournage

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1- Dfinition:

Le tournage est lensemble doprations effectues sur la machine de tournage appele TOUR. Un tour est une machine utilise pour usiner, par enlvement de copeau, une pice en rotation autour dun axe, au moyen dun outil coupant que lon dplace dans un plan passant par cet axe.

Avec le procd de tournage, on peut effectuer des surfaces: Cylindriques Coniques Hlicodales Planes De forme

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2- Diffrents types de tours

Les tours verticaux qui sont utiliss pour les pices pesantes et volumineuses. Ils sont employs dans lindustrie de fabrication dquipements lourds (turbines, laminoirs, moulins, etc.).

Usinage dune turbine hydraulique

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Les tours copier qui sont munis dun dispositif permettant dexcuter des petites ou moyennes productions de pices. La forme usine par la trajectoire de loutil reproduit la course dun palpeur sur un modle.

Les tours semi-automatiques: ce sont des tours quips dun trainard semblable celui dun tour parallle avec une tourelle hexagonale indexable munie de 6 postes doutils anime dun mouvement longitudinal contrl par des butes Ils sont utiliss pour des travaux de moyenne srie

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Les tours automatiques: plusieurs outils sont monts tangentiellement la pice. Les mouvements sont obtenus par des cames qui donnent la vitesse davance et la course de chaque outil. Ces tours sont entirement automatiques et conviennent pour les trs grandes sries.

Ils peuvent tre: Mono broche Multi broches

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Les tours commande numrique: la trajectoire de loutil est obtenue par le dplacement simultan de deux axes dont les positions successives sont donnes par un calculateur travaillant partir dun programme propre la pice. Ces tours sont quips dun magasin doutils et ventuellement dun systme de chargement des pices.

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3- Description dun tour parallle ou tour universel

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Le Bti (ou banc): est la partie de base qui supporte les organes de transmission du mouvement ainsi que les dispositifs de supports des outils et des pices. Cette structure satisfait les critres de rigidit et de rsistance lusure.

La poupe fixe: comporte les paliers qui supportent la broche et le dispositif de transmission de mouvement charg dentraner celle-ci en rotation aux diffrentes vitesses de coupe requises. Elle comporte gnralement la bote de vitesses trains baladeurs ou par variateur de vitesses ainsi que les divers leviers de commande.

Poupe fixe dun tour parallle

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Le moteur, dont la puissance correspond la capacit du tour, communique le mouvement de coupe la broche et les mouvements davance la vis-mre et la barre de chariotage par lintermdiaire des botes de vitesses correspondantes.

La broche est perce sur toute sa longueur, filete et alse conique lavant. Ces dispositions permettent dadapter les diffrents dispositifs de montage de pice.

La poupe mobile est utilise comme deuxime support de pice dans le montage entre pointes ou comme porte-outil dans les travaux de perage au tour. Perce et alse conique intrieure, elle reoit une contrepointe ou bien les outils et porte-outils queue coniques.

Poupe mobile

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Le tranard est un chariot transversal qui se dplace sur le banc du tour. Il est guid par des glissires profil droit ou prismatique. Le jeu rsultant du fonctionnement est rattrap par des lardons et des cales pour les bancs glissires droites et par des cales pour les glissires prismatiques. Le tranard comporte un tablier et supporte le chariot transversal qui supporte son tour le chariot porte-outil.

Tranard

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Le chariot transversal et le chariot porte-outil possdent des guidages en queue daronde avec rattrapage dusure par lardon rgl par vis. Le chariot transversal se dplace manuellement ou automatiquement dans un axe perpendiculaire laxe de la broche. Le chariot porte-outil ainsi que le porte-outil qui le surmonte pivotent dans le mme axe et se bloquent dans langle voulu. Le chariot du porte-outil se dplace manuellement.

Chariot transversal et chariot porte-outil

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4- les oprations dusinage en tournage:

Chariotage: Opration qui consiste usiner une surface cylindrique ou conique extrieure.

Alsage: Opration qui consiste usiner une surface cylindrique ou conique intrieure.

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Dressage: Opration qui consiste usiner une surface plane perpendiculaire laxe de la broche extrieure ou intrieure.

Dressage et chariotage combins:

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Rainurage: Opration qui consiste usiner une rainure intrieure ou extrieure pour le logement dun circlips ou dun joint torique par exemple.

Chanfreinage: Opration qui consiste usiner un cne de petite dimension de faon supprimer un angle vif.

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Trononnage: Opration qui consiste usiner une rainure jusqu laxe de la pice afin den dtacher un tronon.

Filetage: Opration qui consiste raliser un filetage extrieur ou intrieur

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Perage: Opration qui consiste usiner un trou laide dun fort .

Centrage:

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5- les outils de coupe en tournage:

Les outils de tournage mcanique existent dans une grande varit de formes en fonction des conditions particulires des oprations effectues On choisit la forme de loutil en fonction de lopration effectuer (bauche ou finition) et de la forme de la pice raliser.

L'appelation acier rapide (AR), ou ARS pour acier rapide suprieur , dsigne les aciers outils ayant la capacit de conserver leur trempe haute temprature. Ils sont notamment employs pour la dcoupe haute vitesse (foret, ), d'o le terme rapide , que l'on retrouve dans la dsignation en anglais : high speed steel, abrg HSS.

5-1- Les outils AR:

Outils pour usinage externe Outil pelle Outils usinage interne

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Nuances Composition (%) TC max

Fe C Cr W Mo V Co Emploi

Acier Rapide Ordinaire ARO

78.2

81.4

0.6

0.8

4

5

14

16

400

Acier Rapide Suprieur ARS

73.2

76.4

0.6

0.8

4

5

17

19

1

1

500

Acier Rapide Extra Suprieur ARES

56.2

69.4

0.6

0.8

4

5

19

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1

1

5

15

600

Les diffrents catgories des outils en AR:

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Domaine dapplication: Fabrication des outils de formes complexes (fraises, forets, tarauds, outils de forme )

Avantages: -Lacier rapide a une bonne usinabilit (aptitude tre usin) ltat de livraison, par les mthodes conventionnelles - Bonne rsistance mcanique

Inconvnients: - La vitesse de coupe et la rsistance la temprature de coupe sont relativement limites

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1- outil saigner 2- Outil charioter droit 3- Outil retoucher 4- Outil pelle 5- outil retoucher 6- Outil fileter 7- Outil coud charioter 8- Outil couteau 9- Outil dresser dangle 10- Outil dresser les faces 11- Outil chambrer 12- outil alser 13- Outil fileter intrieurement 14- Outil alser dresser

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5-2- Les outils en carbure:

Ils font partie maintenant de loutillage couramment employ en mcanique pour la coupe des mtaux. Cest le mlange de poudre de carbure de fers fritts, souvent revtu dalliage de grande duret, pour faciliter le glissement du copeau sur loutil et lvacuation de la chaleur. Lpaisseur de ces couches varie de 4 10 microns

TiC (Carbure de Tungstne) - TaC (Carbure de Tantale) - NbC (Carbure de Niobium)

Outils carbure bras:

Ces outils ont un corps en acier ordinaire avec une plaquette carbure brase directement dessus. Ils sutilisent tant pour les travaux dbauche grande vitesse de coupe que pour les travaux de finition (chariotage, dressage, trononnage, alsages ou toutes autres surfaces spcifiques)

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Outils plaquettes carbures: Ils sont constitus dune plaquette amovible monte sur un corps doutil.

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Les diffrentes formes de plaquettes: On utilise principalement des plaquettes de formes carrs, rondes, rectangulaires, rhombiques, rhombodales, triangulaires. La forme de la plaquette est choisie en fonction des surfaces obtenir et du cycle de travail. Si plusieurs formes conviennent on choisira celle qui donne la meilleure rsistance mcanique (er maximum). Si le critre rsistance nest pas prpondrant, on choisira la plus conomique, cest dire celle qui permet de disposer du maximum dartes utilisables (plaquette carre). Il existe galement des plaquettes de formes hexagonale, octogonale et pentagonale.

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Les plaquettes rversibles: Une plaquette est dite rversible si elle prsente un plan de symtrie parallle ses deux faces les plus importantes. Elle peut alors tre retourne sur son corps doutil et voit le nombre de ses artes doubl, ce qui la rend particulirement intressante du point de vue conomique. Ainsi une plaquette carre passe de 4 8 artes utilisables.

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3 Nuances de plaquettes : 1- Nuance de type P (bleu) 2- Nuance de type M (jaune) 3- Nuance de type K (rouge)

P: matriaux ferreux copeau long (aciers) M: matriaux ferreux copeaux longs et courts et mtaux non ferreux K: matriaux ferreux copeaux courts et matriaux non ferreux et matires non mtalliques

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Avantages: -Rsistance la temprature de coupe - Vitesse de coupe leve

Inconvnients: -Matire fragile -Relativement chers -Mauvaise usinabilit ( le seul usinage possible se fait par abrasion)

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Outil

Caractristiques

(T01)

PTGNR 25 25

F11

(T02)

SDJCR 12 12 F

07

(T03)

SVJBR 12 12

F11

(T04)

SRDCN 12 12

F05

Dsignation

plaquette

Systme de fixation

Forme de plaquette

Angle de dpouille

Code de tolrance

Sens de coupe

Rayon de bec de

loutil

Application

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Outil

Caractristiques

(T01)

PTGNR 25 25

F11

(T02)

SDJCR 12 12 F

07

(T03)

SVJBR 12 12

F11

(T04)

SRDCN 12 12 F05

Dsignation

plaquette

TNMG 11 03

02

DCMT 07 02

04

VBMT 11 02

12

RCMT 05 03 00

Systme de fixation Fixation par

trou central Fixation par vis

Fixation par

vis Fixation par vis

Forme de plaquette T (triangulaire) D (losange) V (losange) R (ronde)

Angle de dpouille Neutre 7 5 7

Code de tolrance M M M M

Sens de coupe droite droite droite Neutre

Rayon de bec de

loutil 0,2mm 0,4mm 1,2mm Ronde

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5-3 Les outils en cramique:

Cramique blanche (pure): oxyde daluminium + quelques additifs Cramique noire (mixte): 70% oxyde daluminium + 30% Carbure de titane

Plaquettes de diffrentes formes

Acier Rapide Carbure Cramique

Vitesse de coupe Jusqu 100m/min Jusqu 300 m/min partir de 300 m/min

Avance Jusqu 0.7 mm/tr Avance leves Avances faibles

T Max larte de coupe

650C 1300C 1550 C

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5-4- Rglage des outils de coupe

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6- Les portes pices:

Les mandrins serrage par mors: Ils comportent 2, 3 , 4 ou 6 mors. Ces mors peuvent tre serrage concentriques ou indpendants. On peut monter des mors durs ou des mors doux. La prise de pice en mandrin peut se faire par lextrieur ou par lintrieur des mors.

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Mandrins mors durs:

Les mors sont en acier tremp

C'est le montage le plus rpandu.

Le serrage est obtenu soit par une clef, soit par un vrin pneumatique

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Mandrins mors doux:

Ce sont des mors non tremps afin de permettre lutilisateur de les usiner pour adapter leurs formes celles de la pice ou pour raliser une coaxialit plus prcise quavec des mors durs

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Mandrins expansibles:

Ils assurent la fois la mise en position et le maintien en position par lintrieur ou par lextrieur de pices courtes ou longues. On utilise pour leurs constructions une ou plusieurs pices dformables.

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Les mandrins magntiques:

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Montage sur plateau trous:

Le plateau, selon la technologie de la machine est fix sur la broche par vissage ou sur cne. Ce montage offre particulirement la facult doprer des usinages internes (alsages de toutes sortes).

Le blocage diffre selon la forme des pices usiner : soit la pice est bride directement sur la face du plateau, soit elle est fixe sur une querre visse sur le plateau

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6- Les montages des pices en tournage:

6-1- Montage en lair:

Le montage des pices se fait grce des mandrins

Usinage des pices courtes et rigides Montage Pratique, facile, rapide. Plusieurs surfaces sont disponibles pour usinage

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6-2- Montage mixte:

Si la longueur libre de la pice devient importante on utilise un montage entre mandrin et pointe, dit Montage Mixte

- Montage rigide -> on peut travailler avec un rgime de coupe lev

- Les surfaces latrales et intrieures ne sont pas disponibles pour lusinage

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6-3- Montage entre pointes:

La pice doit tre centre. La mise en position et le blocage sont assurs par deux pointes places lune dans le nez de la broche lautre dans le fourreau de la contre pointe, lentranement, est assur par un organe (toc ou collier)

- Usinage des pices en finition avec prcision gomtrique leve.

- Faible rigidit du montage et risque davoir des vibrations

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Plateau pousse-toc

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Pointes griffes pour assurer lentranement de la pice

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Cas Pices trs flexible: Travailler en lunettes:

Principe: Les pices longues et flexibles, sous laction de pousses axiales et radiale exerces par loutil pendant lusinage, subissent une dformation appele flambage . En outre, le manque de rigidit produit un marquage de la pice (broutement). Pour maintenir en position axiale laxe de la pice en rotation et laxe de la broche, on utilise des supports auxiliaires appels lunettes

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Usinage en bout avec lunette fixe

Lunettes fixes: Cest un support intermdiaire pos fixe sur le banc du tour, entre le mandrin et la poupe mobile, pour lusinage des pices longues

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Lunette suivre: Elle est fixe sur le tranard et suit les volutions (les dplacements) de loutil pendant tout lusinage

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Quand faut-il utiliser les lunettes ? Lorsque : L/D la pice est dite rigide 812 ===> La pice est dite flexible (lunette obligatoire) N.B. : L = longueur de la pice usiner D = diamtre de la pice usiner

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7- La gomtrie de loutil de coupe en tournage:

Outil charioter coud:

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Face de coupe A: O vient senrouler le copeau lors de lusinage Face de dpouille A: Surface(s) le long de laquelle (desquelles) passent les surfaces engendres sur la pice (surface qui voit la partie usine) Arte de coupe: Lintersection des faces de coupe et de dpouille

Angles des faces: - : langle de dpouille - : langle de taillant - : langle de coupe

+ + = 90

Le sens de l'outil est dfini par la position de l'arte principale de coupe dans les conditions suivantes : outil tenu verticalement, bec en bas, avec sa face de coupe (A) en face de l'observateur. l'outil est droite R(right) si larte est droite l'outil est gauche L(left) si larte est gauche.

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Outil couteau:

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Exemple: Cas du dressage:

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7- Les paramtres de coupe en Tournage:

Type de machine

Puissance de la machine

Matire de la pice

Opration dusinage

Forme et tat de loutil

Matire de loutil

Rugosit souhaite

CHOIX

Vc: Vitesse de coupe

Vf: Vitesse davance

a: profondeur de passe

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La vitesse de coupe: Vc [m/min]: Cela correspond au dplacement de larte de coupe par rapport la pice. Elle est reprsente par un vecteur tangent llment en rotation (la pice). La vitesse davance: Vf [mm/min]: Cela correspond la vitesse de dplacement de loutil sur la trajectoire dusinage. Cest cette trajectoire quil faut suivre afin que loutil usine la forme souhaite. La profondeur de passe: a [mm]: La combinaison de Vf et a permet de dterminer le volume du copeau. La profondeur de passe est ncessaire afin de dterminer la quantit de matire qui va tre spare de la pice sous forme de copeau.

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Le mouvement de coupe anime la pice (pice tournante). Vc Le mouvement davance est un mouvement de translation de loutil par rapport la pice Vf

En utilisant les units internationales: Vc= R x avec: : Taux de rotation de la pice [rd/s] Vc: Vitesse de coupe [m/s] R: Rayon [m] Cependant, en usinage, on utilise les units suivantes: Vc [m/min] D[mm](*)

N[tr/min]

(*) Le diamtre correspond la position de la pointe de loutil. Il ya deux cas de figure: -On usine paralllement laxe de broche (chariotage). La surface gnre est un cylindre D: diamtre du cylindre -On usine perpendiculairement laxe de broche (dressage). La surface gnre est un plan D=2/3 diamtre maxi du plan

Vc= N D /1000

La vitesse de coupe:

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La vitesse davance:

Vf= f x N Vf [mm/min] f [mm/tr] N [tr/min]

En finition, la rugosit dpend essentiellement de lavance f et du rayon de bec de loutil r

Rt = 125 x (f2/ r )

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La profondeur de passe:

p

p= (D-d) /2

p p

Chariotage: Dressage Trononnage

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8- Calcul des efforts de coupe en Tournage:

Leffort de coupe Fc exerc par la pice sur loutil admet 3 composantes: Ft: effort tangentiel de coupe d au mouvement de coupe Fa: effort tangentiel d avancement d au mouvement davance Fr: effort radial d la profondeur de passe

La composante la plus importante est Ft Fc Ft

Fc [N]= Ks [N/mm2]x f [mm/tr]x p [mm]

Ks: pression spcifique de coupe fonction de lpaisseur du copeau et du matriau usin

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Le tableau ci-contre prsente les valeurs approximatives de ks pour un outil de tournage en carbure avec = 6 et Kr = 75.

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9- Calcul de la puissance de coupe en tournage:

Pc= (VcxFt)/60 + (Vfa x Fa)/60 + (Vfr x Fr)/60

0 0

Pc [W]= (VcxFc)/60

- Puissance au moteur (Pm): elle est fonction du rendement de la chaine cinmatique de la machine

Pm = Pc /

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Abaque de calcul de la puissance en tournage

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9- Calcul des temps dusinage:

Temps manuel: Tm: temps correspondant un travail de loprateur uniquement (exemple: serrer une pice) Temps technologique: Tt: temps correspondant un travail de la machine uniquement (exemple: usinage en automatique) Temps technico-manuel: Ttm: temps pendant lequel loprateur et la machine travaillent en mme temps (exemple: percer avec une avance manuelle) Temps masqu: Tz: temps dun travail accompli pendant lexcution dun autre travail (exemple: contrler une pice pendant lexcution de la suivante) Temps srie: Ts: Temps correspondant des travaux excuts une seule fois par srie lance (exemple: rglage de la machine)

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Temps effectif de coupe (en secondes) : Tc= (60*L)/Vf

L [mm]: la longueur usine: distance parcourue par loutil tout en tant en contact avec la pice

Temps technologique de coupe (en secondes): Tt sexprime en tenant compte des distances dengagement et de dgagement de loutil