694 11 Efforts de Coupe Et Puissances

Efforts de coupe et puissance INTÉRÊT L'étude et l'évaluation des forces de coupe présente un intérêt en usinage principalement : ✗ pour dimensionner les outils et les éléments de machine-outil, ✗ pour évaluer la puissance de coupe et permettre ainsi le choix rationnel d'une machine-outil.

EFFORTS DE COUPE EN TOURNAGE L'action de l'outil sur la pièce peut être décomposée en trois efforts simples : ✗ l'effort de coupe  Fc , ✗ l'effort d'avance  Ff , ✗ l'effort de pénétration  Fp .

Fc Ff Fp

1 2 Ff ≈ à   Fc et  Fp≈0,3  Fc D'une manière générale :  2 3 Fc Calcul de  La valeur de l'effort de coupe est donné par la formule : Fc=kc A D

Efforts outil/pièce en tournage

Avec : ✗ kc : pression spécifique de coupe dépendant du matériau et de l'épaisseur moyenne du copeau. ✗ AD : section du copeau. Remarque : Pour cela on fait l'hypothèse que l'effort de coupe est réparti uniformément sur tout le copeau et que la variation de la vitesse de coupe sur la surface du copeau est négligeable.

PUISSANCE DE COUPE EN TOURNAGE

ap

La puissance de coupe est donnée par la formule : Pc = Fc.Vc + Ff.Vf Puisque Vf n'est en général que de l'ordre de 1/100me de Vc, on néglige couramment le terme Ff Vf. On obtient donc la formule : Pc=kc⋅AD⋅Vc (AD = section du copeau) En tournage, A D= f⋅a p Ce qui donne : Pc=kc⋅ f⋅a p⋅Vc (unités du système international) h D

Nous utiliserons donc la formule Pc= ✗ ✗ ✗ ✗ ✗

kc⋅f ⋅a p⋅Vc 60 ⋅10 3

avec :

f

Forme du copeau

kc : pression spécifique de coupe en N/mm2 (proportionnelle à l'épaisseur du copeau hD), f : avance en mm/tr, ap : profondeur de passe en mm, Vc : vitesse de coupe en m/min, Pc : puissance de coupe en kW.

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Efforts de coupe et puissance La pression spécifique de coupe (autrement appelée force de coupe par unité de surface) kc est donné dans des tableaux en fonction de l'épaisseur du copeau hD ( h D = f ⋅sin K r ), et de la matière. Le tableau ci dessous présentent les valeurs approximatives de kc pour un outil en carbure avec γ = 6° et Kr = 75°.

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Efforts de coupe et puissance Les puissances de coupe en tournage peuvent aussi être déterminées graphiquement :

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Efforts de coupe et puissance CAS DU PERÇAGE Si on considère une pression spécifique de coupe uniformément répartie le long de l'arête de coupe, on trouve :

Perçage sans avant-trou Pc=

kc⋅Vc⋅ f Z⋅Z⋅D kc⋅Vc⋅f ⋅D (avec les unités SI) = 4 4

Formule finale Pc=

kc⋅f ⋅D⋅Vc avec : 3 240.10

kc : pression spécifique de coupe en N/mm2 , ✗ f : avance en mm/tr, ✗ D : diamètre du foret en mm, ✗ Vc : vitesse de coupe périphérique (pour un diamètre D) en m/min, ✗ Pc : puissance de coupe en kW. ✗

fZ h

Forme du copeau

r Elément de surface

fZ

dr

Perçage avec avant-trou Pc=

2 2 kc⋅f ⋅Vc D −d (avec les unités SI) × 4 D

2

Formule finale Pc= ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗

kc⋅f ⋅Vc D −d × 3 D 240.10

2

avec :

kc : pression spécifique de coupe en N/mm2 , f : avance en mm/tr, Forme du D : diamètre du foret en mm, copeau d : diamètre de l'avant-trou en mm, Vc : vitesse de coupe périphérique (pour un diamètre D) en m/min, Pc : puissance de coupe en kW.

fZ h

Epaisseur moyenne du copeau : h m= f Z⋅sin K r

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Efforts de coupe et puissance

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Efforts de coupe et puissance CAS DU FRAISAGE CENTRÉ

D

ar α

matière ôtée par une dent en un tour

Fraisage centré vu de dessus

Par analogie avec le tournage, on a pour une dent : Pc1dt = Fc⋅Vc= Section moyenne du copeau sur un tour A D = m

kc⋅AD⋅Vc 60 ⋅103

2 ⋅ f Z⋅a r⋅a a D

Calcul du nombre de dents en prises : Z' La fraise a Z dents au total donc sur une portion d'angle α de la fraise on a : Z '=

 Z 2

Formules finales : en fonction de Vc : Pc=

kc⋅a a⋅a r⋅ f Z⋅Z⋅Vc 3

60 ⋅10 ⋅ D

ou de Vf : Pc=

kc⋅a a⋅a r⋅Vf 60 ⋅106

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Efforts de coupe et puissance CAS DU FRAISAGE DÉCALÉ

ar

α

D

matière ôtée par une dent en un tour

Fraisage décalé vu de dessus

Comme en fraisage centré, on a pour une dent : Pc1dt = Fc⋅Vc=

kc⋅AD⋅Vc 60 ⋅103

2 ⋅ f Z⋅a r⋅a a D Remarque : la section moyenne du copeau est la même que pour le fraisage centré. Section moyenne du copeau sur un tour A D = m

On retrouve donc les mêmes formules finales que pour le fraisage centré : kc⋅a a⋅a r⋅ f Z⋅Z⋅Vc kc⋅a a⋅a r⋅Vf en fonction de Vc : Pc= ou de Vf : Pc= 3 60 ⋅10 ⋅ D 60 ⋅106

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Efforts de coupe et puissance

aa

Les tableaux donnant la pression spécifique de coupe donnent kc en fonction de hm (épaisseur moyenne du copeau). h 2 f Z ar h =e sin K h = sin K Or m m r donc m r D

Fraisage centré a On a =2 ⋅arcsin  r  D Finalement :

h m=

donc

h m=

Forme du copeau

f Z⋅a r⋅sin K r a D⋅arcsin r  D

e

360 ⋅ f Z⋅a r⋅sin K r a (angles en degrés) 2  D⋅arcsin  r  D

Fraisage décalé 2 ar On a =arccos1 −  D Finalement :

h m=

donc

h m=

2 f Z⋅a r⋅sin K r 2 ar D⋅arccos1−  D

360 ⋅ f Z⋅ar⋅sin K r 2 a r (angles en degrés)   D⋅arccos1− D

On peut aussi trouver hm en consultant les tableaux ci-dessous :

Fraisage centré

Fraisage décalé

Si Κr est différent de celui du tableau faire le conversion : h m=

hm sin K r

tableau

×sin K r

tableau

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Efforts de coupe et puissance

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Efforts de coupe et puissance Les puissances de coupe en fraisage peuvent aussi être déterminées graphiquement :

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