Coupe du métal: signification, histoire et principes
Après avoir lu cet article, vous apprendrez: - 1. Signification de la coupe du métal 2. Historique de la coupe du métal 3. Types de processus de coupe 4. Facteurs 5. Méthodes 6. Principes 7. Vélocités.
Signification de coupe en métal:
La coupe du métal est «le processus consistant à éliminer les matériaux non désirés sous forme de copeaux, d'un bloc de métal à l'aide d'un outil de coupe». Une personne spécialisée dans l'usinage s'appelle un machiniste. Une pièce, un bâtiment ou une entreprise où l'usinage est effectué est appelé un atelier d'usinage.
Les éléments de base impliqués dans ce processus sont:
(i) Un bloc de métal (pièce à travailler).
(ii) Outil de coupe.
(iii) Machine-outil.
(iv) fluide de coupe.
(v) Vitesse de coupe (mouvement primaire).
(vi) Flux (mouvement secondaire).
(vii) chips.
viii) Exécution des travaux et aménagement.
(ix) la force et l'énergie dissipées, et
(x) Finition de surface.
Les conditions essentielles au succès de la coupe du métal sont:
(a) Mouvement relatif entre le travail et l'outil de coupe.
(b) Le matériel utilisé doit être plus dur que le matériel de travail.
(c) Le travail et l'outil doivent être maintenus de manière rigide par le gabarit et les montages.
(d) Tranchant du tranchant de l'outil de coupe.
e) Mouvement primaire (vitesse de coupe).
(f) Mouvement secondaire (alimentation de coupe).
Presque tous les produits fabriqués par élimination des métaux, directement ou indirectement. Les principaux inconvénients du procédé sont la perte de matière sous forme de copeaux.
Histoire de la coupe du métal:
L’histoire de la coupe du métal a commencé en Égypte, où un dispositif rotatif appelé corde a été utilisé pour percer des trous dans les pierres.
L'historique de la coupe du métal est donné dans le tableau 9.1:
Types de processus de coupe (opérations):
L'usinage n'est pas un processus unique; c'est un groupe de processus. Il existe plusieurs types d'opérations d'usinage. Chacun d'entre eux est spécialisé pour générer une certaine géométrie de pièce et une qualité de finition de surface.
Certains des processus de coupe les plus courants sont illustrés à la Fig. 9.1:
(i) Tournage:
Le tournage est utilisé pour générer une forme cylindrique. Dans ce processus, la pièce est tournée et l'outil de coupe élimine le matériau indésirable sous forme de copeaux. L'outil de coupe a un seul tranchant. Le mouvement de vitesse est fourni par la pièce en rotation et le mouvement d'alimentation est obtenu par l'outil de coupe se déplaçant lentement dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la pièce.
ii) Forage:
Le forage est utilisé pour créer un trou rond. Dans ce processus, l'outil de coupe tourne et avance contre la pièce fixée dans un dispositif de maintien. L'outil de coupe a généralement deux ou plusieurs arêtes de coupe. L'outil est introduit dans la direction dans une direction parallèle à son axe de rotation pour former le trou rond.
(iii) ennuyeux:
Le forage sert à agrandir un trou déjà foré. Il s’agit d’une belle opération de finition utilisée au stade final de la fabrication du produit.
iv) Fraisage:
Le fraisage est utilisé pour enlever une couche de matériau de la surface de travail. Il est également utilisé pour créer une cavité dans la surface de travail. Dans le premier cas, il s'agit du fraisage de brame et dans le second cas, du fraisage en bout. Fondamentalement, le processus de broyage est utilisé pour produire une surface plane ou droite. L'outil de coupe utilisé a plusieurs arêtes de coupe. Le mouvement de vitesse est fourni par la fraise rotative. La direction du mouvement d'alimentation est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'outil.
(v) coupure:
La coupe est utilisée pour couper le métal en deux parties. Dans cette opération, la pièce est tournée et l'outil de coupe se déplace radialement vers l'intérieur pour séparer les composants.
Facteurs influençant le processus de coupe du métal:
Le tableau 9.2 présente divers facteurs ou paramètres qui influent sur le processus de coupe, ainsi que sur l'état de surface et la précision de la géométrie de la pièce.
Variables indépendantes:
Les principales variables indépendantes sont:
(a) Matériau, forme, géométrie, angles des outils de coupe.
(b) Matériau de la pièce, état, température.
(c) Paramètres de coupe, tels que vitesse, avance et profondeur de coupe.
d) Fluides de coupe.
e) Spécifications de la machine-outil.
(f) Tenue du travail et agencement.
Variables dépendantes:
Les variables dépendantes sont influencées par les changements de variables indépendantes.
Les principales variables dépendantes sont:
(a) Types de copeaux formés.
(b) Zone de température à l'interface de l'outil de travail.
(c) Usure et défaillances des outils.
(d) Finition de surface.
e) Force et énergie dans le processus de coupe.
Méthodes de coupe en métal:
Il existe deux méthodes de base de coupe du métal basées sur le tranchant et la direction du mouvement relatif entre l'outil et le travail:
(i) Processus de coupe orthogonale (bidimensionnel)
(ii) Processus de coupe oblique (trois dimensions)
(i) Processus de coupe orthogonale:
Dans le processus de coupe orthogonal, le tranchant est perpendiculaire (90 degrés) à la direction de l'alimentation. La puce s'écoule dans une direction perpendiculaire au bord d'attaque de l'outil. Un outil parfaitement affûté coupera le métal sur la surface du rack.
Le processus de coupe orthogonale est illustré à la figure 9.3. (une):
(ii) Processus de coupe oblique:
En coupe oblique, le tranchant est incliné d’un angle aigu (inférieur à 90 degrés) par rapport à la direction d’alimentation. La puce coule sur le côté dans une longue boucle. La puce s'écoule dans une direction perpendiculaire au tranchant de l'outil.
Le tableau 9.3 présente certaines des principales caractéristiques comparatives des deux processus:
Principe de la coupe du métal:
Un processus de coupe de métal typique à l'aide d'un outil de coupe à point unique est illustré à la Fig. 9.2. Dans ce processus, un outil en forme de coin se déplace par rapport à la pièce à usiner selon un angle a. Lorsque l'outil entre en contact avec le métal, il exerce une pression sur celui-ci. En raison de la pression exercée par la pointe de l'outil, le métal se cisaillera sous forme de copeaux sur le plan de cisaillement AB. Une puce est produite en avant de l'outil de coupe en déformant et en cisaillant le matériau en continu, le long du plan de cisaillement AB.
Le plan de cisaillement est en réalité une zone étroite et s'étend du tranchant de l'outil à la surface de la pièce. Le tranchant de l'outil est formé de deux surfaces se croisant.
Une description détaillée de diverses terminologies est donnée ci-dessous:
(i) Surface du rack:
C'est la surface entre la puce et la surface supérieure de l'outil de coupe. C'est la surface le long de laquelle la puce se déplace vers le haut.
ii) surface de flanc:
C'est la surface entre la pièce et le bas de l'outil de coupe. Cette surface est prévue pour éviter de frotter avec la surface usinée.
(iii) Angle de rack (α):
C'est l'angle entre la surface du rack et la pièce à usiner normale. L'angle du rack peut être positif ou négatif.
(iv) Angle de flanc / angle de dégagement / angle de dépouille (γ):
C'est l'angle entre la surface du flanc et la surface usinée horizontale. Il est prévu un certain jeu entre la surface du flanc et la surface usinée de la pièce à travailler pour éviter le frottement de l'outil de coupe sur la surface finie.
(v) Zone de déformation primaire:
C'est la zone située entre la pointe de l'outil et le plan de cisaillement AB.
(vi) Zone de déformation secondaire:
C'est la zone entre la surface du rack de l'outil et la puce.
(vii) Zone de déformation tertiaire:
C'est la zone entre la surface de flanc de l'outil et la surface usinée de la pièce.
Presque tous les processus de coupe impliquent la même théorie de cisaillement-déformation. L'outil de coupe utilisé dans le processus de coupe peut être un outil de coupe à un seul point ou à plusieurs points. Tournage, filetage et mise en forme, alésage, chanfreinage et dressage sont quelques opérations de coupe effectuées par un outil de coupe à un seul point. Le fraisage, le perçage, le meulage, l'alésage et le brochage sont des opérations de coupe effectuées à l'aide d'un outil de coupe multipoint.
Mécanique de la formation de puce:
Un processus de coupe de métal typique à l'aide d'un outil de coupe à un seul point est illustré à la figure 9.5. Dans ce processus, un outil en forme de coin se déplace par rapport à la pièce à usiner selon un angle α. Lorsque l'outil entre en contact avec le métal, il exerce une pression sur celui-ci. En raison de la pression exercée par la pointe de l'outil, le métal se cisaillera sous forme de copeaux sur le plan de cisaillement AB. Une puce est produite en avant de l'outil de coupe en déformant et en cisaillant le matériau en continu le long du plan de cisaillement AB.
Une étude microscopique montre que les copeaux sont produits par le processus de cisaillement. Le processus de cisaillement lors de la formation de jetons est similaire au mouvement de cartes glissant les unes contre les autres dans un jeu, comme illustré à la Fig. 9.5. Le cisaillement a lieu le long d'une zone de cisaillement (plan de cisaillement). Le plan de cisaillement est en réalité une zone étroite. Il s'étend du tranchant de l'outil à la surface de la pièce.
Ce plan est à un angle appelé angle de cisaillement (φ), avec la surface de la pièce. La zone de cisaillement a une influence majeure sur la qualité de la surface usinée. Au-dessous du plan de cisaillement, la pièce est sous-formée tandis qu'au-dessus du plan de cisaillement, la puce est déjà formée et se déplace vers le haut jusqu'à la face de l'outil.
Le rapport de l'épaisseur de la puce avant la coupe (t 0 ) à l'épaisseur de la puce après la coupe (T c ) est appelé rapport d'épaisseur de la puce.
Il est généralement représenté par r, qui peut être exprimé par:
L'épaisseur de la puce après la coupe (t c ) est toujours supérieure à l'épaisseur de la puce avant la coupe (t o ). Par conséquent, la valeur de r est toujours inférieure à l'unité. L'inverse de r est connu sous le nom de taux de compression d'une puce ou taux de réduction d'une puce (1 / r). Le taux de réduction de copeau est une mesure de l'épaisseur du copeau par rapport à la profondeur de coupe (t 0 ). Ainsi, le taux de réduction de copeaux est toujours supérieur à l'unité.
Dérivation pour calculer les angles de cisaillement:
En considérant le processus de coupe orthogonal pour dériver l'expression permettant de calculer l'angle de cisaillement, comme illustré à la Fig. 9.6. L'outil de coupe est défini par l'angle de dépouille (α) et l'angle de dépouille ou de dépouille (γ). La puce est formée perpendiculairement au tranchant de l'outil.
Voici quelques hypothèses sur la mécanique des formations de copeaux:
(i) L'outil doit toucher la puce sur sa face de coupe.
(ii) Conditions de déformation lues considérées. Cela signifie qu'il n'y a pas d'écoulement latéral de la puce pendant la coupe.
(iii) La zone de déformation est très mince (de l'ordre de 10 -2 à 10 -3 mm) adjacente au plan de cisaillement AB.
Dans ce qui précède 9.6. les symboles suivants sont utilisés:
α - Angle de coupe
γ - Angle de dégagement (relief)
- Angle de cisaillement
AB - Avion de cisaillement
t 0 - Épaisseur de puce non coupée
t c - Épaisseur de la puce (déformée)
Zone DEFG - Zone de copeaux non coupés
Zone HIJK - Zone de copeaux après la coupe.
C'est la relation requise pour calculer l'angle de cisaillement (). Cette relation montre que φ dépend des t 0, t c et α (angle de coupe). Cela signifie qu'en mesurant t 0, t c et a de l'outil, l'angle de cisaillement () peut être déterminé à l'aide de l'expression ci-dessus.
Le rapport d'épaisseur de copeaux (r) peut être déterminé par les méthodes suivantes:
(i) En utilisant l'équation de continuité
(ii) En pesant une longueur de puce connue.
(iii) En connaissant la vitesse de copeau (V c ) et la vitesse de la pièce (V).
(i) En utilisant l'équation de continuité:
Poids initial du copeau avant la coupe = poids du copeau après la coupe.
(ii) En pesant une longueur de puce connue:
Si la longueur de coupe n'est pas directement connue, on peut estimer en pesant une longueur de copeau connue; puis
calculer 'r' et ɸ à partir des équations ci-dessus.
(iii) En connaissant la vitesse de copeau (V C ) et la vitesse de la pièce (V):
Appliquer l'équation de continuité comme:
En mettant la valeur de r et α, nous pouvons obtenir l’angle de cisaillement ().
Vélocités dans le processus de coupe du métal:
En raison du mouvement relatif entre la pointe de l'outil et la pièce et la puce retirée, il existe trois types de vitesses.
Ceux-ci sont les suivants:
i) Vitesse ou vitesse de coupe (V):
C'est la vitesse de l'outil de coupe par rapport à la pièce.
ii) Vitesse de cisaillement (V s ):
C'est la vitesse de la puce par rapport à la pièce. En d'autres termes, la vitesse à laquelle le cisaillement a lieu.
(iii) vitesse de copeau (V c ):
Il s’agit de la vitesse du copeau sur la face de l’outil (face de coupe) lors de la coupe.
Figue 9.7. Processus de coupe des métaux Velocities.
La Fig. 9.7 montre trois vitesses et leurs relations:
Let V - Vitesse de coupe
V s - Vitesse de cisaillement
V c - Vitesse de la puce
- Angle de cisaillement
α - Angle de coupe
r - Ratio d'épaisseur de puce
γ - angle de dégagement
En utilisant l'équation de continuité, le volume d'enlèvement de métal avant et après est identique, donc:
Vt = V c t c
V c / V = t / t c = r
9.7, en utilisant la règle des sinus pour les vecteurs de vitesse, nous pouvons écrire:
D'après la théorie cinématique, la vitesse relative de deux corps (outil et puce) est égale à la différence vectorielle de leurs vitesses par rapport au corps de référence (pièce), puis
V = V C + V S
Forces agissant sur la puce:
Les diverses forces qui agissent sur la puce lors de la coupe orthogonale du métal sont illustrées à la figure 9.8:
(i) Force de cisaillement (F s ):
Il agit le long d'un plan de cisaillement. C'est la résistance au cisaillement du métal.
ii) Force normale (F n ):
Il est perpendiculaire au plan de cisaillement généré par la pièce.
(iii) Force normale (N):
Il est exercé par la pointe de l'outil sur la puce.
iv) Force de résistance fractionnelle (F):
Il agit sur la puce et agit contre le mouvement de la puce le long de la face de l'outil.
La figure 9.8 (b) indique le schéma de corps libre de la puce en équilibre sous l'action des forces résultantes égales et opposées en amplitude et en direction.
Ainsi,
Depuis, la puce est à l'état d'équilibre, on peut donc dire que
Types de puces produites en usinage:
Les copeaux produits dans le processus de coupe du métal ne se ressemblent pas. Le type de copeau produit dépend du matériau à usiner et des conditions de coupe.
Ces conditions incluent:
(a) Type d'outil de coupe utilisé.
b) Vitesse et vitesse de coupe.
(c) Géométrie de l'outil et angles de coupe.
(d) Etat de la machine.
e) Présence / absence de fluide de coupe, etc.
L'étude des copeaux produits est très importante car le type de copeaux influe sur l'état de surface de la pièce, la durée de vie de l'outil, les vibrations, les vibrations, les besoins en force et en puissance, etc.
Il est important de noter qu'une puce a deux surfaces:
(a) Surface brillante:
C'est la surface qui est en contact avec la face de coupe de l'outil. Son aspect brillant est dû au frottement de la puce lorsqu’elle remonte la face de l’outil.
b) surface rugueuse:
C'est la surface qui n'entre en contact avec aucun corps solide. C'est la surface d'origine de la pièce. Son aspect rugueux est dû à l'action de cisaillement, comme illustré à la Fig. 9.9.
Fondamentalement, il existe trois types de puces couramment observées, comme le montre la figure 9.9:
Ceux-ci sont discutés ci-dessous:
(i) puces continues.
(ii) puces continues avec bord construit.
(iii) puces discontinues ou segmentaires.
(i) puces continues:
Des copeaux continus sont produits lors de l'usinage de matériaux plus ductiles tels que l'acier doux, le cuivre et l'aluminium.
En raison de la déformation plastique importante possible avec des matériaux plus ductiles, des copeaux continus plus longs sont produits. Il est associé à de bons angles d'outil, à des vitesses et des avances correctes et à l'utilisation de fluides de coupe.
Avantages:
1. Ils produisent généralement une bonne finition de surface.
2. Elles sont particulièrement souhaitables car les forces sont stables et le fonctionnement réduit les vibrations.
3. Ils fournissent des vitesses de coupe élevées.
Limites:
1. Les copeaux continus sont difficiles à manipuler et à éliminer.
2. Les copeaux continus s'enroulent en hélice et s'enroulent autour de l'outil. Ils peuvent même blesser l'opérateur en cas de bris soudain.
3. Les copeaux continus restent en contact avec la surface de l'outil pendant une longue période, ce qui entraîne une chaleur de friction supplémentaire pour fractionner le copeau continu en petites sections afin d'éviter que les copeaux ne s'enroulent autour de l'outil de coupe.
La forme la plus simple de brise-copeaux consiste à rectifier une rainure sur la face de l'outil à quelques millimètres derrière le tranchant. Parfois, un petit bâton en métal avec la face de l'outil de coupe est utilisé comme brise-copeaux.
Conditions de coupe favorables:
Les conditions de coupe favorables à la production de copeaux continus sont les suivantes:
je. Usinage de matériaux plus ductiles tels que le cuivre, l'aluminium.
ii. Vitesse de coupe élevée avec avance fine.
iii. Plus grand angle de coupe.
iv. Tranchant plus net.
v. Lubrifiant efficace.
(ii) puces continues avec bord constitué:
Des copeaux continus avec BUE (Built-Up Edge) sont produits lors de l'usinage de matériaux ductiles dans les conditions suivantes:
je. Température locale élevée dans la zone de coupe.
ii. Extrême pression dans la zone de coupe.
iii. Haut frottement à l'interface outil-puce.
Les conditions d'usinage ci-dessus font que le matériau de travail adhère ou colle au tranchant de l'outil et forme une arête construite (BUE). Le bord accumulé génère de la chaleur et des frictions localisées, entraînant un mauvais état de surface et une perte de puissance.
Le bord construit est généralement observé dans la pratique. Le bord incorporé change de taille pendant l'opération de coupe. Il augmente d'abord, puis diminue, puis augmente à nouveau, etc. Ce cycle est source de vibrations et de mauvais état de surface.
Avantages:
Bien que les arêtes rapportées ne soient généralement pas souhaitables, un BUE mince et stable est généralement souhaitable, car il réduit l'usure en protégeant la face de coupe de l'outil.
Limites:
je. C'est une puce à éviter.
ii. Le phénomène se traduit par un mauvais état de surface et des dommages de l'outil.
Conditions de coupe favorables:
Les conditions de coupe favorables pour la production de copeaux continus à bord incorporé sont les suivantes:
je. Faible vitesse de coupe.
ii. Angle de coupe faible.
iii. Haute alimentation.
iv. Approvisionnement inadéquat en liquide de refroidissement.
v. Affinité supérieure (tendance à former un lien) du matériau de l'outil et du matériau de travail.
Réduction ou élimination du BUE:
La tendance à former du BUE peut être réduite ou éliminée par l’une des pratiques suivantes:
je. Augmenter la vitesse de coupe.
ii. Augmenter l'angle de coupe.
iii. Diminution de la profondeur de coupe.
iv. Utilisation d'un fluide de coupe efficace.
v. Utiliser un outil tranchant.
vi. Coupes légères à des vitesses plus élevées.
(iii) Puces discontinues ou segmentaires:
Des copeaux discontinus sont produits lors de l'usinage de matériaux plus fragiles tels que la fonte grise, le bronze, le laiton, etc., avec de petits angles de coupe. Ces matériaux manquent de la ductilité nécessaire pour une déformation appréciable des copeaux de plastique. Le matériau présente une rupture fragile en avant du bord de l'outil le long de la zone de cisaillement. Il en résulte de petits segments de puces discontinues. Il n'y a rien de mal avec ce type de puce dans ces circonstances.
Avantages:
je. Étant donné que les copeaux se divisent en petits segments, la friction entre l'outil et la puce diminue, ce qui permet d'obtenir un meilleur état de surface.
ii. Ces puces sont pratiques à collecter, à manipuler et à éliminer.
Limites:
je. En raison de la nature discontinue de la formation de copeaux, les forces varient en permanence au cours du processus de coupe.
ii. Une plus grande rigidité ou rigidité de l'outil de coupe, du support et du dispositif de maintien du travail est nécessaire en raison des forces de coupe variables.
iii. Par conséquent, si la rigidité ne suffit pas, la machine-outil peut commencer à vibrer et à bavarder. Ceci, à son tour, affecte négativement l'état de surface et la précision du composant. Cela pourrait endommager l'outil de coupe ou causer une usure excessive.
Conditions de coupe favorables:
Les conditions de coupe favorables à la production de copeaux discontinus sont les suivantes:
je. Usinage de matériaux fragiles.
ii. Petits angles de coupe.
iii. Très faible vitesse de coupe.
iv. Faible rigidité de la machine-outil.
v. Profondeur de coupe supérieure.
vi. Lubrifiant inadéquat.
vii. Matériaux contenant des inclusions dures et des impuretés.
