Cours 1 Et 2 Usinage

Bienvenue au cours TCH040 Éléments d’usinage et métrologie dimensionnelle Cours 1

Plan général






Présentations Plan de cours Laboratoires et TP Formation des groupes de Travail Chapitre 1 des notes de cours – TCH040

2013-01-08

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Plan de cours




Planification des cours Évaluations Documentation obligatoire et références plan de cours

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Laboratoires et TP




6 laboratoires au total (planification)      

Lab #1: métrologie + usinage conventionnel (4h) (ENA) Lab #2: métrologie + usinage conventionnel 2 (4h) (ENA) Lab #3: Lecture de plans(4h) Lab #4: Usinage CNC (4h) Lab #5: FAO (Catia V5)(4h) Lab #6: Inspection + CMM (4h)

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Évaluations







Examen mi- session: 30% Évaluation laboratoire: 10% Devoirs (2): 20% Examen Final: 40%

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Déroulement du cours  Usinage  Les outils  L'usinabilité  Les fluides de coupe  Règles de sécurités  Paramètres d’usinage  Procédé conventionnel et leurs machines  Ébavurage 6

Procédés d’usinage conventionnels par enlèvement de copeaux

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L’usinage








Le principe de l'usinage est d'enlever à l'aide d'une machineoutil, de la matière, de manière à donner à la pièce brute la forme voulue. Les pièces obtenues sont d'une grande précision. Lors de l'usinage d'une pièce, l'enlèvement de matière est réalisé par la conjonction de deux mouvements relatifs entre la pièce et l'outil: le mouvement de coupe (vitesse de coupe ou RPM) et le mouvement d'avance (vitesse d'avance). Il existe deux manières de générer la surface recherchée:  Travail de forme: c'est la forme de l'outil qui conditionne la surface finale obtenue;  Travail d'enveloppe: c'est la trace de l'arête de l'outil qui travaille (le point générateur) qui donne la surface finale.

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Historique


Évolution avec la révolution industrielle du 18e et 19e siècle – limitée par la source d’énergie. 

Solution ⇒ Vapeur et énergie hydraulique.

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Historique


Évolution rapide dès le début du 20e siècle avec les nouvelles sources d’énergie – limitée par les outils de coupe. 

Solution ⇒ Nouveaux matériaux:


Outils d’abord en acier au carbone, peu résistant à la chaleur: limitation de la vitesse de coupe à 15 pi/min.;




Acier au manganèse (Mushet): hausse à 30 pi/min.;




Acier rapide (High Speed Steel - 1900): hausse à 120 pi/min.;




« Cast alloy » (tungstène-cobalt-chrome) en 1915;




Carbures cémentés en 1930: diminution des temps d’exécution de 15 fois p/r à l’acier au carbone;




Évolution récente: revêtements des plaquettes. 10

Outils de coupe Évolution des outils de coupe:

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Outils de coupe


Matériaux des outils de coupe actuels:   

High Speed Steel; Carbures; Plaquette de céramique.

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Outils de coupe


Outils en Hss:  



Peu cher; Principalement utilisé pour les métaux faciles à usiner; Plus vieux Procedé.

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Outils de coupe


Outils en Carbure:    

Plus résistant que le HSS; Plus Cher que le HSS; Vitesse de RPM et d’avance plus grande; Avantage des Pastilles.

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Outils de coupe


Avantages des pastilles:    

Facilité à remplacer la partie coupante; Remplace la partie coupante sans démonter l’outil; Meilleur rendement niveau coûts; Même propriété que les outils en carbure plein.

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Outils de coupe

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Outils de coupe


Avantages des pastilles de Céramique:     

Mêmes avantages que les pastilles au carbure; Conçu pour usiner des matériaux très durs; Meilleure résistance à la chaleur; Meilleure résistance à l’usure; Vitesse plus élevée.

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Outils de coupe Facteurs à tenir comptent:


L’opération: 




La forme de la pièce et son matériel: 




Géométrie, dureté, usinabilité vs outil utilisé.

La machine-outil: 




Ébauche vs finition, tolérance, etc.

Puissance disponible, dimensions, plages de vitesse, outils disponibles, moyens de fixation, etc.

Les paramètres de coupe: 

Vitesse d’usinage, vitesse d’avance, profondeur de passe.




Le fini de surface requis.




La stabilité générale du procédé (vibrations, répétabilité, etc.).




Les coûts d’usinage. 18

Outils divers Quelques outils à main:


Lime: 




Sert pour l’ébavurage.

La Pierre: 

Sert pour planer une surface avec des imperfections légères, et peu servir pour d’autres usages.

Quelques outils de mesures


Règle de machiniste: 




Sert pour nous donner des références, mais ne donne pas de dimension précise.

Pied à coulisse: 

Est précis en dedans d’environ ±.001.

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Outils divers Quelques outils de mesures (suite)


Micromètre 







Plus précis que le pied à coulisse, environ (±.0002) de précision, si équipé de l’échelle vernier.

Go- No Go 

Ne donne pas de valeur, mais sert pour faire des inspections rapides.



(passe et ne passe pas)

CMM  



Coordinate Measuring Machine. Machine qui permet de mesurer plusieurs sortes de dimensions ainsi que des tolérances géométriques. Fonctionne avec un logiciel.

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Usinabilité des matériaux Ce qui influence l’usinabilité d’un matériau:       

Sa dureté; Ses propriétés mécaniques; Sa composition chimique; Sa microstructure; Sa susceptibilité à l’écrouissage; Son degré de travail à froid; Sa forme et dimension de la partie usinée.

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Usinabilité des matériaux Elle est évaluée sur 3 critères généraux:  



La durée de vie des outils; Forces impliquées (sur l’outil, la machine, et la consommation d’énergie); La qualité du fini de surface.

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Fluides de coupe

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Fluides de coupe 4 fonctions principales:    

Évacuer les copeaux; Refroidir la pièce et l’outil; Lubrifier l’interface de coupe; Protège la pièce contre la corrosion.

2 familles de fluides:  

À base d’huile; Semi-synthétique et synthétique (à base d’eau).

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Fluides de coupe – critères de sélection


Performance du procédé:    

Transfert de chaleur; Performance de la lubrification; Évacuation des copeaux; Viscosité:  

 

Facilité à se faire projeter; Capacité de drainage à travers les copeaux;

Protection contre la corrosion; Stabilité chimique.




Coûts;




Impact environnemental;




Impact sur la santé. 25

Règles de sécurité Pendant l’usinage, les machines peuvent par leurs mouvements:  

Projeter des copeaux brûlants ou des liquides corrosifs ou gras; Entraîner les vêtements, doigts ou cheveux.

Il faut donc:      

Porter des vêtements ajustés (chemise ou chandail à manche longue, pantalon); Porter des lunettes de sécurité; Enlever bagues, bracelets, montres, etc.; Porter des gants lors de la manipulation des pièces; Porter des souliers fermés et à cap d’acier; S’attacher les cheveux si nécessaire; 26

Règles de sécurité (Suite):     

Utilisation obligatoire des protections installées sur les machines (écrans, capots); S’assurer que les pièces et l’outillage sont bien positionnés et fixés, avant de débuter l’usinage; S’assurer que les personnes situées à proximité sont ellesmêmes protégées; Attendre l'arrêt complet de la machine pour toute intervention; Évacuation de tous les déchets (copeaux, chutes de métal, outillages inutiles) en se protégeant les mains (gants, balais, crochets).

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Paramètres d’usinage


Profondeur de passe: 






C’est la quantité de matière que l’on retire lors d’un passage de l’outil; Généralement égale ou inférieure au diamètre de l’outil.

Nous utilisons toujours les données qui nous sont fournies avec les outils. Si nous n’avons pas de données, nous utilisons les formules de RPM et d’avance qui suivent ci-après. 28

Paramètres d’usinage


Rotation par minute (RPM): 

C’est la vitesse à laquelle tourne la broche.

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Paramètres d’usinage


Rotation par minute (RPM): Calcul du RPM: Formule = 4 X VCR D

VCR = Vitesse de coupe recommandée (ces valeurs peuvent varier)  Acier = 100  Laiton/Bronze = 200  Aluminium = 250 D = C’est le Diamètre de travail (Ø de l’outil sur la Fraiseuse)(Ø de la pièce sur le Tour)  On multiplie par 3 lorsqu’on utilise un outil en carbure.

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Paramètres d’usinage


L’avance:

C’est la vitesse à laquelle la pièce et l'outil avancent l'un vers l'autre. Il est important de bien la déterminer, afin de maximiser la production et minimiser les coûts qui y sont associés. Tout comme la vitesse recommandée, l'avance est fonction du matériau à usiner et du fini de surface que l’on veut obtenir. C'est-à-dire que l'on peut se permettre d'augmenter l'avance lors du dégrossissage ou de l'ébauche, et ainsi obtenir un fini de surface de moindre qualité. Ensuite, on diminue l'avance lors de la passe de finition, afin d'obtenir le fini de surface voulu. On peut déterminer les avances recommandées à partir de manuels de référence d'usinage.

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Paramètres d’usinage


L’avance:

L'avance peut être exprimée de deux façons: Pouces par révolution (IPR) = Avance par dent (IPT) x nombre de dents Pouces par minute (IPM) = Avance par dent x nombre de dents x RPM

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Paramètres d’usinage  Avances en tournage On donne les avances pour certains matériaux. Ces valeurs sont exprimées en pouce par révolution (IPR) et elles peuvent varier selon l'outil utilisé, le montage, etc.

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Paramètres d’usinage  Avances en fraisage On donne les avances pour certains matériaux. Ces valeurs sont exprimées en pouce par dent (IPT) et elles peuvent varier selon l'outil utilisé, le montage, etc. IPT = l’avance par dent

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Paramètres d’usinage  Avances en perçage On donne les avances pour certains matériaux. Ces valeurs sont exprimées en pouce par révolution (IPR) selon le diamètre du foret et elles peuvent varier selon le montage utilisé, etc.

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Procédés conventionnels










Sciage Perçage Alésage Lamage Taraudage/Filetage Tournage Fraisage Rectification Rodage 36

Sciage





L’opération de sciage est habituellement faite au tout début de la fabrication d’une pièce à partir du « brut ». Il existe des scies à pastilles de carbure et à commandes numériques.

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Perçage


Regroupe plusieurs opérations:

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Pointage



Outil: foret de départ (à pointer). Sert à pointer pour guider le foret afin qu’il ne chasse pas au moment où il entre en contact avec la surface à percer.  Diamètre 1/4-3/8-1/2-3/4 o o o  Angles 90 -118 -120 

Il existe plusieurs autres forets de départ, mais ceux-ci sont les plus standard.

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Perçage standard (drilling)



Outil: foret standard (souvent en HSS). Fais des trous ± précis (.003 de précision). 





Dépends du diamètre, longueur, matériau, surface de départ, etc.

Nécessite un pointage. Dimensions métriques répertorier selon: 




Valeur métrique.

Dimensions en pouce répertorier selon: Des Lettres;  Des nombres;  Des Fractions. 

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Perçage standard





Ce sont les lèvres qui coupent et les flutes qui évacuent les copeaux. Nomenclature du foret:

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Perçage U-Drill


Foret à plaquettes (U-Drill)

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Perçage U-Drill


Foret à plaquettes (U-Drill): •

Avantage:     

•

Perce plus rapidement; Est (Coolant trough); À l’avantage des pastilles; Ne nécessite pas de pointage; Peut aléser si utilisé sur un tour, mais a ses limites.

Inconvenantes: 

Ne peux pas s’utiliser pour des trous inférieurs à ½.

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Perçage - choses à vérifier









Surface d’entrée Dimensions standards Trou débouchant lorsque possible Un trou a toujours une pointe, s’il faut un fond plat on doit « usiner » la pièce… Avant-trou nécessaire??? Configurations de trous impossibles…

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Alésage (reaming)


Outil: alésoir 



Fait des trous précis. (.0005 de précision) Nécessite un « avant-trou » de diamètre inférieur au diamètre désiré. Ø

jusqu’à ½’’: