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Au fait, et si nous parlions Usinage tout court !!

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Ecrit par Bernard Laplanche dans Activités communes le 10 août 2010

Au local, nous disposons aussi de moyens d’usinage conventionnels qui eux aussi nécessitent certaines explications. Les raisons sont autres et multiples mais valent aussi d’y passer un peu de temps :

  • la faisabilité
  • la qualité du résultat
  • la cohésion de groupe
  • la sécurité

On trouve au local :

- un combiné tour/fraiseuse,

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- deux perceuses à colonne,

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- et deux tourets à meuler qui méritent quelques commentaires dans le cadre de cet article.

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  • La faisabilité :

Pour ces machines il est nécessaire de rassembler et d’apporter sa MATIÈRE PREMIÈRE et ses OUTILS. Je dirai que de façon générale, il faut partir du principe que ni l’UN ni l’AUTRE n’est disponible au local. Cela évite toute désillusion et assure qu’on apportera les éléments adaptés au résultat à obtenir. En plus, cela permettra de combattre un fléau au club où on assiste à l’entretien d’un comportement absurde : « On ne sait jamais, ça pourra servir un jour ! ».

  • Matière première : matériau en quantité et dimensions suffisantes.
  • Outils : usinage (outils de tournage, forets, tarauds, lame de scie, ...) et moyens de contrôle (réglet, équerre, pied à coulisse, ...)

Ces machines ont des capacités limitées, ne sont plus toutes jeunes et sont peu entretenues. De façon générale, elles sont adaptées à la réalisation de petite mécanique, on peut en espérer une précision de l’ordre du 1/10ème de mm.

Renseignez-vous, on vous indiquera les limites à ne pas dépasser et de temps en temps ce que le club peut fournir (ben oui, ça arrive quand même !!).

  • La qualité du résultat :

Évidement, cette qualité est fonction de l’adaptation besoins/moyens/compétences. Les besoins, je vous laisse juge de vos envies. Pour les moyens : voir le chapitre précédent et pour les compétences, voici quelques éléments qui devraient pouvoir vous aider.

1) L’usinage se fait par enlèvement de copeaux. Ce travail absorbe de la puissance. Elle est disponible ou pas et de toute façon elle va être : utilisée pour former le copeau, engendrer des vibrations et dissipée sous la forme de chaleur.

2) L’effort de coupe. L’outil pénètre dans la matière d’une distance donnée et suivant une vitesse donnée. Cette pénétration génère un effort qui doit être absorbé par l’ensemble machine/pièce sans aucune flexion (source de vibrations/mouvements parasites) et provoque l’usure de l’outil par frottement.

Elle se décompose en deux valeurs : suivant l’axe de rotation de la pièce/outil (tournage/fraisage ou perçage), on mesure la distance par tour, c’est l’avance de travail (a) et suivant le rayon de la pièce/outil, c’est la profondeur de passe (p).

En fait l’avance (a) est comptée en mm/tr lorsque l’arête est unique (cas du tournage) et en mm/mn dans les cas du fraisage/perçage, où l’outil a plusieurs arêtes. On calcule : a total = a (par dent) x Nbe de dents x Vitesse de rotation de la broche

On notera que :

- pour faire un trou au foret, c’est le changement de diamètre qui définit la profondeur de passe (p).

- en fait sur nos machines, on n’utilise pas les systèmes d’avance automatique et que c’est la régularité de rotation d’un volant commandant un axe de déplacement qui générera la valeur et la régularité de l’avance de travail (a).

La vitesse de déplacement de la pièce par rapport à l’outil (ou vice versa), est définie comme la vitesse de coupe (Vc).

3) Le copeau se forme sur l’outil qui a une géométrie adaptée. Sur l’outil, on distingue l’arête de coupe. Elle est caractérisée par 3 angles :

- L’angle de direction : angle formé par l’arête et la direction d’avance. Peut-être positif ou négatif en fonction de la direction que l’on veut donner à l’effort de coupe : vers la pièce (en avalant : attention l’outil est « aspiré » dans la pièce) ou vers l’extérieur (en repoussant).

- L’angle de coupe : angle de dégagement devant l’outil. 0° pour les alliages cuivreux, 12/15° pour les aciers et plus (15/20°) pour les alliages légers.

- L’angle de dépouille : angle de dégagement derrière l’outil : de 4 à 8°.

Cas du chariotage :

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Cas du dressage de face :

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En tournage, au montage de l’outil, il faut particulièrement veiller à ce que l’arête de coupe passe par l’axe de rotation de la pièce. Sinon, sur flexion liée aux efforts de coupe, l’outil a tendance à passer sous la pièce, provoquant des défauts géométriques et sa sortie du mandrin !

Un autre paramètre joue sur la formation du copeau : la lubrification. Un liquide adapté (huile, eau, pétrole, ...) évacue la chaleur liée à la coupe, diminue le frottement outil/pièce et diminue le phénomène de collage du copeau sur l’outil. Sur les alliages d’aluminium faiblement alliés (duralinox, AG3, AG5, ...), le copeau a tendance à adhérer/coller/fusionner sur l’outil jusqu’à modifier la géométrie de l’arête de coupe (ses angles, sa hauteur par rapport à l’axe, ...) entraînant bris d’outil (foret/ taraud) ou encore une fois satellisation de la pièce !!!

4) L’outil, son arête de coupe, a une durée de vie limitée. Elle dépend des paramètres de la coupe : avance (a), profondeur de passe (p) et vitesse de coupe (Vc) qui sont calculés sur la base de la matière de l’outil, de sa forme, de la matière à usiner mais aussi du type d’usinage sur une machine donnée.

- Acier : Résistance à la rupture de 30 à 80 DaN/mm²

- Outil : Acier rapide, carbure, meule, ...

- Usinage : Chariotage/dressage/filetage, ... sur un tour, fraisage/dressage/alésage sur une fraiseuse, rectification inter/exter (meulage), sciage, ...

En moyenne pour un acier doux tourné (chariotage) avec un outil en acier rapide :

- avance : 0.02 à 0.1mm. 0.05 pour la finition et 0.1 pour l’ébauche.

- profondeur de passe : 0.1 à 2 mm. En ébauche : 2mm de profondeur de passe avec 0.2mm d’avance, on calcule : 0.55KW de puissance absorbée !! On approche du rouge pour notre tour !!

- vitesse de coupe comprise entre 25 et 35m/mn (outil en acier rapide HSS (extra supérieur)) voir moins pour améliorer la durée de vie de l’outil.

Je vous rappelle : N=V/Pi*D

Où N est la vitesse de coupe, V la vitesse de rotation de la broche ou de la pièce et D le diamètre de la pièce. Tout ça exprimé en mm, en mm/mn et en tr/mn.

Donc pour une pièce ou une fraise de 50mm de diamètre, la broche doit tourner à une valeur comprise entre 160 et 220 tr/mn.

Les gens pressés préférerons usiner le laiton avec 40 à 65m/mn ou les alliages d’aluminium avec 120 à 165m/mm. On peut aussi utiliser des outils au carbure de tungstène pour aller encore plus vite, mais là le problème est que les efforts générés sont nettement plus importants et complètement insupportables pour nos pauvres petites machines d’origine chinoise !

5) L’usinage doit être arrêté à bon escient.

Les cas graves :

  • On évite TOUTES les parties de la machine.

Ben oui, quand l’outil rencontre un élément de la machine, il vaut mieux s’arrêter.

  • On contrôle les dimensions de l’usinage.

Une des premières choses à maîtriser sur une machine outil est la valeur du déplacement de l’outil (ou de la pièce) sur tous les axes et correspondant aux graduations sur les verniers. Cela vous permettra de maîtriser les dimensions des pièces fabriquées.

De façon générale :

Dès que l’usinage s’accompagne d’une augmentation du bruit ou d’une augmentation de la chaleur dissipée, cela indique clairement un problème qui va entraîner un incident voir un accident.

On arrête tout immédiatement !! (voir ci-après)

Pour finir avec ce chapitre, retenez bien que la qualité de l’usinage dépend toujours et directement :

- De la bonne adaptation de la géométrie de l’outil à la matière à usiner.

- Des paramètres de coupe (avance et vitesse)

Et donc, il vous faudra apprendre :

- à choisir ses outils en fonction des matériaux à usiner et de leur affûtage.

- à choisir des paramètres de coupe : avance, profondeur de passe et vitesse de coupe.

- à régler les outils sur la machine

- à régler la vitesse de rotation de la broche sur les machines utilisées.

- à remplacer le mécanisme d’avance automatique par un mouvement régulier des volants de commande.

- à affûter les outils. (et c’est certainement le plus dur !!!)

  • La cohésion de groupe :

Il faut souligner par là que quand vous êtes satisfait du résultat obtenu, il faut songer à remettre les moyens utilisés dans leur état d’origine : rangement, nettoyage et remise en état suite à toute détérioration.

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Pour être complet, le club pourrait même envisager de vous écouter suite à vos travaux pour noter toute idée d’évolution/modification des moyens mis à disposition !!

Et si vraiment, ça ne va pas, il reste toujours une solution : 

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  • La sécurité :

Les machines sont toutes équipées de moteurs électriques de l’ordre du kilowatt. Il faut insister sur le fait qu’il suffit de quelques watts pour BLESSER PROFONDÉMENT et IRRÉMÉDIABLEMENT un membre, un organe sensoriel, ... Les hôpitaux, cliniques et autres CHU sont aussi largement débordés par la clientèle des ateliers d’usinage et autres bricoleurs du dimanche. Même si des messages apparaissent en clair au local concernant l’utilisation de moyens de sécurité, ils sont forcément limités. La meilleure des préventions c’est vous, soyez conscient de ce que vous faites, ARRÊTEZ-VOUS au moindre doute, à la moindre incertitude, ou quand un collègue vous fait remarquer une erreur de manipulation.

De façon générale, les signes qui annoncent un problème lié à un usinage sont dans l’ordre :

  • La modification du comportement du copeau : forme, couleur, évacuation, ...
  • Une élévation de la température de la pièce, de l’outil ou des copeaux.
  • Une apparition ou une augmentation d’un bruit, d’une vibration.

On fait le tour de la situation et quand on a trouvé LA SOLUTION, on continue.

  • Donc :

Au local, n’hésitez pas, contactez les permanents, ils vous expliqueront les modalités d’utilisation des ces moyens et pourrons même développer les quelques notions d’usinage commentées ci-dessus.

Si la demande était exprimée, on pourrait même envisager des mini stages pour mieux expliquer et compléter ces théories.

Mais n’oubliez pas, apportez vos idées, vos outils, votre matière première et ne vous blessez pas.

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