Le tournage utilise un tour pour enlever la matière de l'extérieur d'une pièce en rotation, tandis que l'alésage enlève la matière de l'intérieur d'une pièce en rotation.#base
Le tournage est le processus d'élimination de la matière du diamètre extérieur d'une pièce en rotation à l'aide d'un tour.Les fraises à pointe unique coupent le métal de la pièce en copeaux (idéalement) courts et pointus qui sont faciles à enlever.
Un tour CNC avec contrôle constant de la vitesse de coupe permet à l'opérateur de sélectionner la vitesse de coupe, puis la machine ajuste automatiquement le régime lorsque l'outil de coupe passe différents diamètres le long du contour extérieur de la pièce.Les tours modernes sont également disponibles dans des configurations à tourelle simple et à tourelle double : les tourelles simples ont un axe horizontal et vertical, et les tourelles doubles ont une paire d'axes horizontaux et verticaux par tourelle.
Les premiers outils de tournage étaient des pièces rectangulaires solides en acier rapide avec des coins de coupe et de dégagement à une extrémité.Lorsqu’un outil s’émousse, le serrurier l’affûte sur une meuleuse pour un usage répété.Les outils HSS sont encore courants sur les tours plus anciens, mais les outils en carbure sont devenus plus populaires, en particulier sous forme de pointe unique brasée.Le carbure a une meilleure résistance à l'usure et une meilleure dureté, ce qui augmente la productivité et la durée de vie de l'outil, mais il est plus cher et nécessite de l'expérience pour le réaffûter.
Le tournage est une combinaison de mouvement linéaire (outil) et rotatif (pièce).Par conséquent, la vitesse de coupe est définie comme une distance de rotation (écrite sfm – surface foot per minute – ou smm – mètre carré par minute – le mouvement d’un point sur la surface de la pièce en une minute).L'avance (exprimée en pouces ou en millimètres par tour) est la distance linéaire parcourue par l'outil le long ou à travers la surface de la pièce.L'avance est également parfois exprimée comme la distance linéaire (po/min ou mm/min) parcourue par un outil en une minute.
Les exigences en matière de débit d'alimentation varient en fonction du but de l'opération.Par exemple, en ébauche, des avances élevées sont souvent meilleures pour maximiser les taux d'enlèvement de métal, mais une rigidité de pièce et une puissance de machine élevées sont nécessaires.Dans le même temps, le tournage de finition peut ralentir la vitesse d'avance pour atteindre la rugosité de surface spécifiée dans le dessin de la pièce.
L'efficacité d'un outil de coupe dépend en grande partie de l'angle de l'outil par rapport à la pièce.Les termes définis dans cette section s'appliquent aux plaquettes de coupe et de dégagement et s'appliquent également aux outils brasés à pointe unique.
L'angle de coupe supérieur (également appelé angle de coupe arrière) est l'angle formé entre l'angle de la plaquette et une ligne perpendiculaire à la pièce à usiner vue du côté, de l'avant et de l'arrière de l'outil.L'angle de coupe supérieur est positif lorsqu'il est incliné vers le bas depuis le point de coupe jusqu'à la tige ;neutre lorsque la ligne en haut de la plaquette est parallèle au haut de la tige ;et neutre lorsqu'il est incliné vers le haut par rapport au point de coupe.il est plus haut que le porte-outil, l'angle de coupe supérieur est négatif..Les lames et les manches sont également divisés en angles positifs et négatifs.Les plaquettes positivement inclinées ont des côtés chanfreinés et s'adaptent aux porte-plaquettes avec des angles de coupe positifs et latéraux.Les inserts négatifs sont carrés par rapport au haut de la lame et s'adaptent aux poignées avec des angles de coupe supérieurs et latéraux négatifs.L'angle de coupe supérieur est unique dans le sens où il dépend de la géométrie de la plaquette : des brise-copeaux rectifiés ou formés peuvent modifier l'angle de coupe supérieur effectif de négatif à positif.Les angles de coupe supérieurs ont également tendance à être plus grands pour les matériaux plus souples et plus ductiles qui nécessitent de grands angles de cisaillement positifs, tandis que les matériaux plus durs et plus rigides sont mieux coupés avec une géométrie neutre ou négative.
Angle de coupe latéral formé entre la face d'extrémité de la lame et une ligne perpendiculaire à la pièce, vue depuis la face d'extrémité.Ces angles sont positifs lorsqu’ils sont orientés à l’opposé du tranchant, neutres lorsqu’ils sont perpendiculaires au tranchant et négatifs lorsqu’ils sont inclinés vers le haut.L'épaisseur possible de l'outil dépend de l'angle de coupe latéral, des angles plus petits permettent l'utilisation d'outils plus épais qui augmentent la résistance mais nécessitent des forces de coupe plus élevées.Des angles plus grands produisent des copeaux plus fins et une force de coupe moindre, mais au-delà de l'angle maximum recommandé, l'arête de coupe s'affaiblit et le transfert de chaleur est réduit.
Le biseau de coupe d'extrémité est formé entre le tranchant de la lame à l'extrémité de l'outil et une ligne perpendiculaire à l'arrière du manche.Cet angle définit l'écart entre l'outil de coupe et la surface finie de la pièce.
Le relief d'extrémité est situé sous l'arête de coupe d'extrémité et est formé entre la face d'extrémité de la plaquette et une ligne perpendiculaire à la base de la tige.Le porte-à-faux de la pointe vous permet de rendre l'angle de dépouille (formé par l'extrémité de la tige et la ligne perpendiculaire à la racine de la tige) plus grand que l'angle de dépouille.
L'angle de dépouille latéral décrit l'angle sous le tranchant latéral.Il est formé par les côtés de la lame et une ligne perpendiculaire à la base du manche.Comme pour le bossage d'extrémité, le porte-à-faux permet au relief latéral (formé par le côté du manche et la ligne perpendiculaire à la base du manche) d'être plus grand que le relief.
L'angle d'attaque (également appelé angle d'attaque latéral ou angle d'attaque) est formé entre l'arête de coupe latérale de la plaquette et le côté du support.Cet angle guide l'outil dans la pièce et, à mesure qu'il augmente, un copeau plus large et plus fin est produit.La géométrie et l'état du matériau de la pièce à usiner sont des facteurs majeurs dans le choix de l'angle d'attaque de l'outil de coupe.Par exemple, les outils avec un angle d'hélice accentué peuvent fournir des performances significatives lors de la coupe de surfaces frittées, discontinues ou durcies sans impacter gravement le bord de l'outil de coupe.Les opérateurs doivent équilibrer cet avantage avec une déflexion et des vibrations accrues des pièces, car les grands angles de levage créent des forces radiales importantes.Les outils de tournage à pas nul fournissent une largeur de copeau égale à la profondeur de passe dans les opérations de tournage, tandis que les outils de coupe avec un angle d'engagement permettent à la profondeur de coupe effective et à la largeur de copeau correspondante de dépasser la profondeur de passe réelle sur la pièce.La plupart des opérations de virage peuvent être effectuées efficacement avec une plage d'angle d'approche de 10 à 30 degrés (le système métrique inverse l'angle de 90 degrés vers l'opposé, ce qui donne une plage d'angle d'approche idéale de 80 à 60 degrés).
La pointe et les côtés doivent avoir un relief et un relief suffisants pour permettre à l'outil d'entrer dans la coupe.S’il n’y a pas d’espace, aucun copeau ne se formera, mais s’il n’y a pas suffisamment d’espace, l’outil frottera et générera de la chaleur.Les outils de tournage à point unique nécessitent également un dégagement frontal et latéral pour entrer dans la coupe.
Lors du tournage, la pièce est soumise à des forces de coupe tangentielles, radiales et axiales.La plus grande influence sur la consommation d'énergie est exercée par les forces tangentielles ;les forces axiales (avances) pressent la pièce dans le sens longitudinal ;et les forces radiales (profondeur de coupe) ont tendance à écarter la pièce et le porte-outil.La « force de coupe » est la somme de ces trois forces.Pour un angle d'élévation nul, ils sont dans un rapport de 4:2:1 (tangentiel : axial : radial).À mesure que l'angle d'attaque augmente, la force axiale diminue et la force de coupe radiale augmente.
Le type de queue, le rayon de coin et la forme de la plaquette ont également un impact important sur la longueur d'arête de coupe efficace maximale potentielle d'une plaquette de tournage.Certaines combinaisons de rayon de plaquette et de porte-plaquette peuvent nécessiter une compensation dimensionnelle afin de tirer pleinement parti de l'arête de coupe.
La qualité des surfaces lors des opérations de tournage dépend de la rigidité de l'outil, de la machine et de la pièce.Une fois la rigidité établie, la relation entre l'avance de la machine (po/tr ou mm/tr) et le profil de la plaquette ou du nez d'outil peut être utilisée pour déterminer la qualité de surface de la pièce.Le profil du nez s'exprime en termes de rayon : dans une certaine mesure, un rayon plus grand signifie un meilleur état de surface, mais un rayon trop grand peut provoquer des vibrations.Pour les opérations d'usinage nécessitant un rayon inférieur au rayon optimal, la vitesse d'avance peut devoir être réduite pour obtenir le résultat souhaité.
Une fois le niveau de puissance requis atteint, la productivité augmente avec la profondeur de coupe, l'avance et la vitesse.
La profondeur de coupe est la méthode la plus simple à augmenter, mais des améliorations ne sont possibles qu'avec suffisamment de matériau et de forces.Doubler la profondeur de coupe augmente la productivité sans augmenter la température de coupe, la résistance à la traction ou la force de coupe par pouce cube ou centimètre (également appelée force de coupe spécifique).Cela double la puissance requise, mais la durée de vie de l'outil n'est pas réduite si l'outil répond aux exigences de force de coupe tangentielle.
La modification de la vitesse d'avance est également relativement simple.Doubler la vitesse d'avance double l'épaisseur des copeaux et augmente (mais ne double pas) les forces de coupe tangentielles, la température de coupe et la puissance requise.Ce changement réduit la durée de vie de l'outil, mais pas de moitié.La force de coupe spécifique (force de coupe liée à la quantité de matière enlevée) diminue également avec l'augmentation de la vitesse d'avance.À mesure que la vitesse d'avance augmente, la force supplémentaire agissant sur l'arête de coupe peut provoquer la formation de creux sur la surface de coupe supérieure de la plaquette en raison de l'augmentation de la chaleur et de la friction générées pendant la coupe.Les opérateurs doivent surveiller attentivement cette variable pour éviter une panne catastrophique où les copeaux deviendraient plus résistants que la lame.
Il n'est pas judicieux d'augmenter la vitesse de coupe plutôt que de modifier la profondeur de coupe et l'avance.L’augmentation de la vitesse a entraîné une augmentation significative de la température de coupe et une diminution des efforts de cisaillement et spécifiques de coupe.Doubler la vitesse de coupe nécessite une puissance supplémentaire et réduit la durée de vie de l'outil de plus de moitié.La charge réelle sur le râteau supérieur peut être réduite, mais des températures de coupe plus élevées provoquent toujours des cratères.
L’usure des plaquettes est un indicateur courant du succès ou de l’échec de toute opération de tournage.D'autres indicateurs courants incluent des copeaux inacceptables et des problèmes avec la pièce ou la machine.En règle générale, l'opérateur doit indexer la plaquette à une usure en flanc de 0,030 po (0,77 mm).Pour les opérations de finition, l'opérateur doit indexer à des distances de 0,015 po (0,38 mm) ou moins.
Les porte-plaquettes indexables à serrage mécanique sont conformes à neuf normes des systèmes de reconnaissance ISO et ANSI.
La première lettre du système indique la méthode de fixation de la toile.Quatre types courants prédominent, mais chaque type contient plusieurs variantes.
Les inserts de type C utilisent une pince supérieure pour les inserts qui n'ont pas de trou central.Le système repose entièrement sur la friction et convient parfaitement à une utilisation avec des plaquettes positives dans les applications de tournage et d'alésage de taille moyenne à légère.
Les inserts M maintiennent le tampon de protection de la cavité de l'insert avec un verrou à came qui presse l'insert contre la paroi de la cavité.La pince supérieure maintient l'arrière de la plaquette et l'empêche de se soulever lorsque la charge de coupe est appliquée à la pointe de la plaquette.Les plaquettes M sont particulièrement adaptées aux plaquettes négatives à trou central dans les opérations de tournage moyennes à lourdes.
Les inserts de type S utilisent des vis Torx ou Allen simples mais nécessitent un fraisage ou un fraisage.Les vis peuvent se gripper à des températures élevées, ce système est donc particulièrement adapté aux opérations légères à modérées de tournage et d'alésage.
Les plaquettes P sont conformes à la norme ISO pour les couteaux tournants.L'insert est plaqué contre la paroi de la poche par un levier rotatif, qui s'incline lorsque la vis de réglage est réglée.Ces plaquettes sont particulièrement adaptées aux plaquettes de coupe négatives et aux trous dans les applications de tournage moyennes à lourdes, mais elles n'interfèrent pas avec le levage de la plaquette pendant la coupe.
La deuxième partie utilise des lettres pour indiquer la forme de la lame.La troisième partie utilise des lettres pour indiquer des combinaisons de tiges droites ou décalées et d'angles d'hélice.
La quatrième lettre indique l'angle avant du manche ou l'angle arrière de la lame.Pour un angle de coupe, P est un angle de coupe positif lorsque la somme de l'angle de dépouille d'extrémité et de l'angle du coin est inférieure à 90 degrés ;N est un angle de coupe négatif lorsque la somme de ces angles est supérieure à 90 degrés ;O est l'angle de coupe neutre, dont la somme est exactement de 90 degrés.L'angle de dégagement exact est indiqué par l'une des plusieurs lettres.
La cinquième est la lettre désignant la main avec l'outil.R indique qu'il s'agit d'un outil pour droitier qui coupe de droite à gauche, tandis que L correspond à un outil pour gaucher qui coupe de gauche à droite.Les outils N sont neutres et peuvent couper dans n’importe quelle direction.
Les parties 6 et 7 décrivent les différences entre les systèmes de mesure impérial et métrique.Dans le système impérial, ces sections correspondent à des nombres à deux chiffres désignant la section du support.Pour les tiges carrées, le nombre est la somme d'un seizième de la largeur et de la hauteur (5/8 de pouce est la transition de « 0x » à « xx »), tandis que pour les tiges rectangulaires, le premier nombre est utilisé pour représenter huit de la largeur.quart, le deuxième chiffre représente un quart de la hauteur.Il existe quelques exceptions à ce système, comme la poignée 1¼" x 1½", qui utilise la désignation 91. Le système métrique utilise deux nombres pour la hauteur et la largeur.(quel ordre.) Ainsi, une lame rectangulaire de 15 mm de haut et 5 mm de large porterait le numéro 1505.
Les sections VIII et IX diffèrent également entre les unités impériales et métriques.Dans le système impérial, la section 8 traite des dimensions des plaquettes et la section 9 traite de la longueur de la face et de l'outil.La taille de la lame est déterminée par la taille du cercle inscrit, par incréments d'un huitième de pouce.Les longueurs d'extrémité et d'outil sont indiquées par des lettres : AG pour les tailles d'outils postérieurs et d'extrémité acceptables, et MU (sans O ni Q) pour les tailles d'outils avant et d'extrémité acceptables.Dans le système métrique, la partie 8 fait référence à la longueur de l'outil et la partie 9 fait référence à la taille de la lame.La longueur de l'outil est indiquée par des lettres, tandis que pour les tailles de plaquettes rectangulaires et parallélogrammes, des chiffres sont utilisés pour indiquer la longueur de l'arête de coupe la plus longue en millimètres, en ignorant les décimales et les chiffres simples précédés de zéros.D'autres formes utilisent des longueurs de côté en millimètres (le diamètre d'une lame ronde) et ignorent également les décimales et préfixent les chiffres simples avec des zéros.
Le système métrique utilise la dixième et dernière section, qui comprend les positions des supports qualifiés avec des tolérances de ±0,08 mm pour l'arrière et l'extrémité (Q), l'avant et l'arrière (F) et l'arrière, l'avant et l'extrémité (B).
Les instruments à point unique sont disponibles dans une variété de styles, de tailles et de matériaux.Les fraises solides à pointe unique peuvent être fabriquées en acier rapide, en acier au carbone, en alliage de cobalt ou en carbure.Cependant, à mesure que l'industrie s'est tournée vers les outils de tournage à pointe brasée, le coût de ces outils les a rendus presque inutiles.
Les outils à pointe brasée utilisent un corps en matériau peu coûteux et une pointe ou une ébauche en matériau de coupe plus coûteux brasé au point de coupe.Les matériaux de pointe comprennent l'acier rapide, le carbure et le nitrure de bore cubique.Ces outils sont disponibles dans les tailles A à G, et les styles de décalage A, B, E, F et G peuvent être utilisés comme outils de coupe à droite ou à gauche.Pour les tiges carrées, le chiffre qui suit la lettre indique la hauteur ou la largeur du couteau en seizièmes de pouce.Pour les couteaux à tige carrée, le premier nombre est la somme de la largeur de la tige en huitième de pouce et le deuxième nombre est la somme de la hauteur de la tige en un quart de pouce.
Le rayon de pointe des outils à pointe brasée dépend de la taille de la tige et l'opérateur doit s'assurer que la taille de l'outil est adaptée aux exigences de finition.
L'alésage est principalement utilisé pour finir de grands trous creux dans des pièces moulées ou pour percer des trous dans des pièces forgées.La plupart des outils sont similaires aux outils de tournage extérieur traditionnels, mais l'angle de coupe est particulièrement important en raison des problèmes d'évacuation des copeaux.
La rigidité est également essentielle aux performances ennuyeuses.Le diamètre d'alésage et le besoin de jeu supplémentaire affectent directement la taille maximale de la barre d'alésage.Le porte-à-faux réel de la barre d’alésage en acier est quatre fois supérieur au diamètre de la tige.Le dépassement de cette limite peut affecter le taux d'enlèvement de métal en raison d'une perte de rigidité et d'un risque accru de vibration.
Le diamètre, le module d'élasticité du matériau, la longueur et la charge exercée sur la poutre affectent la rigidité et la flèche, le diamètre ayant la plus grande influence, suivi de la longueur.Augmenter le diamètre de la tige ou raccourcir la longueur augmentera considérablement la rigidité.
Le module d'élasticité dépend du matériau utilisé et ne change pas sous l'effet du traitement thermique.L'acier est le moins stable à 30 000 000 psi, les métaux lourds sont stables à 45 000 000 psi et les carbures sont stables à 90 000 000 psi.
Cependant, ces chiffres sont élevés en termes de stabilité, et les barres d'alésage à tige en acier offrent des performances satisfaisantes pour la plupart des applications jusqu'à un rapport L/D de 4:1.Les barres d'alésage avec tige en carbure de tungstène fonctionnent bien avec un rapport L/D de 6:1.
Les forces de coupe radiales et axiales lors du perçage dépendent de l'angle d'inclinaison.L'augmentation de la force de poussée à un petit angle de levage est particulièrement utile pour réduire les vibrations.À mesure que l'angle d'attaque augmente, la force radiale augmente et la force perpendiculaire à la direction de coupe augmente également, ce qui entraîne des vibrations.
L’angle de levage recommandé pour le contrôle des vibrations du trou est de 0° à 15° (impérial. L’angle de levage métrique est de 90° à 75°).Lorsque l’angle d’attaque est de 15 degrés, la force de coupe radiale est presque deux fois plus grande que lorsque l’angle d’attaque est de 0 degré.
Pour la plupart des opérations d'alésage, les outils de coupe à inclinaison positive sont préférés car ils réduisent les forces de coupe.Cependant, les outils positifs ont un angle de dépouille plus petit, l'opérateur doit donc être conscient de la possibilité de contact entre l'outil et la pièce.Il est particulièrement important de garantir un dégagement suffisant lors du perçage de trous de petit diamètre.
Les forces radiales et tangentielles lors de l'alésage augmentent à mesure que le rayon du nez augmente, mais ces forces sont également affectées par l'angle d'attaque.La profondeur de passe lors de l'alésage peut modifier cette relation : si la profondeur de passe est supérieure ou égale au rayon du coin, l'angle d'attaque détermine la force radiale.Si la profondeur de coupe est inférieure au rayon du coin, la profondeur de coupe elle-même augmente la force radiale.Ce problème rend d'autant plus important pour les opérateurs d'utiliser un rayon de nez inférieur à la profondeur de coupe.
Horn USA a développé un système de changement d'outil rapide qui réduit considérablement les temps de configuration et de changement d'outils sur les tours de style suisse, y compris ceux équipés d'un liquide de refroidissement interne.
Les chercheurs de l'UNCC introduisent la modulation dans les parcours d'outils.L’objectif était de briser les copeaux, mais le taux d’enlèvement de métal plus élevé était un effet secondaire intéressant.
Les axes de fraisage rotatifs en option sur ces machines permettent d'usiner de nombreux types de pièces complexes en une seule configuration, mais ces machines sont notoirement difficiles à programmer.Cependant, les logiciels de FAO modernes simplifient grandement la tâche de programmation.
Heure de publication : 04 septembre 2023