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Le ciseau pour tournage le plus adequat
Depuis longtemps, un processus de tournage moderne n’est plus défini par le seul enlèvement de métal à grande vitesse. Tous les paramètres qui déterminent le processus, sont actuellement surveillés avec minutie et la divergence est énorme. Dans cet article, nous décrivons les principes de base de cet usinage par enlèvement de matière, à savoir le tournage interne. Nous accordons aussi l’attention nécessaire aux facteurs de choix qui déterminent l’outil de coupe à utiliser. Vous lisez ici s’il faut l’exécuter sur un tour teach-in ou une machine CNC.
En 2003, des gangsters ont forcé un coffe fortement sécurisé dans l’Antwerp Diamond Center, l’une des principales plaques tournantes du diamant au monde. Dans les journaux, le vol des diamants a été décrit comme le plus important à ce jour. A l’époque, les voleurs ont emporté au moins 100 millions d’euros de lingots d’or, de diamants bruts et taillés, de titres de valeur et d’argent en cash. Une histoire digne d’un film de Hollywood. Même si une reconstitution montre que les voleurs n’ont pas utilisé de matériel high-tech, mais ont simplement forcé les portes du coffre avec un système qu’ils avaient bricolé en Italie sur leur tour. Nous ne savons pas comment ils l’ont fait. Et nous n’avons pas non plus l’intention de faire de vous un voleur ou une voleuse aguerri(e). Toutefois, nous avons vu dans la reconstitution du vol de diamants sur VTM Nieuws le moment idéal pour passer encore une fois au crible le tournage.
TOURNER EST UNE METHODE
D’USINAGE ELEMENTAIRE
Le tournage est une combinaison de deux mouvements, par laquelle des formes cylindriques sont réalisées avec un outil pourvu d’une seule arête. La rotation de la pièce et le mouvement d’alimentation de l‘outil déterminent l’usinage de tournage. Ceci est la méthode d’usinage la plus élémentaire dans toutes sortes d’aspects, avec des définitions passablement simples. Quoique nous devions nuancer quelque peu. Du fait que le tournage est si souvent appliqué, le tournage moderne s’est développé en un processus si optimisé et automatisé qu’une estimation approfondie des divers facteurs d’application est exigée.
Différents processus de tournage
Le tournage peut être subdivisé dans un certain nombre d’usinages de base, à l’aide desquels on détermine le type d’outil et les données de coupe, et on programme les usinages individuels. L’outil de coupe peut se déplacer le long de l’axe de la pièce pour réduire le diamètre de l’élément (tournage longitudinal) ou se déplace de l’extrémité vers le centre, pour raccourcir l’élément (surfaçage). Souvent, ces deux directions d’alimentation sont combinées, pour réaliser des surfaces coniques ou cintrées (tournage de profil). Avec des machines CNC modernes et leurs vastes possibilités de programmation, ceci ne pose aucun problème.
Développements
Depuis longtemps, un processus de tournage moderne n’est plus défini par le seul enlèvement de métal à grande vitesse. Les paramètres qui déterminent le processus, sont surveillés avec minutie. Ceci vaut aussi pour la qualité du produit fini et la fiabilité des éléments. Mieux même, la technique fortement cyclique avec des pièces souvent très desserrées, a connu ces dernières décennies la même évolution que d’autres formes d’usinage: intégration de fonctions, hausse des prestations, plus grande diversité de produits et séries plus petites, accouplement à d’autres usinages et pilotage croissant à partir d’un réseau propre à l’entreprise. La divergence est énorme. Tournage long ou court, tournage horizontal ou vertical, tournage pick-up, tournage carrousel, tournage de super précision, tournage diamanté, tendre et dur, … Le tout en forme pure, mais aussi déjà des machines CNC avec systèmes laser intégrés. Grosso modo, nous distinguons le tournage externe ou interne, le tournage dur et les usinages multitâches. Par ailleurs, il existe des usinages spécialisés, comme le filetage, le rainurage, la coupe à longueur et le mandrinage. Tous ces différents usinages de tournage réclament aussi des outils spécifiques.
OUTILS
Un outil peut assurer la réussite ou l’échec du processus. Ces dernières décennies, le nombre d’outils de tournage a connu une croissance exponentielle. Ils ont été réinventés, optimisés et, notamment en fonction de l’usinage de tournage, sélectionnés et utilisés. Cependant, le choix de la bonne plaquette ne dépend pas que de l’usinage. La qualité de la pièce finale joue aussi un rôle. S’agit-il de tournage d’ébauche? Ou d’un usinage final pour lequel la surface de la partie tournante doit recevoir un haut niveau de finition? Bien vite, les entreprises d’usinage ont été confrontées à la question de savoir quelle méthode de choix elles devaient suivre pour parvenir au bon outil. Il ne s’agit plus seulement de l’application, les processus industriels jouent aussi un rôle dans le choix du bon outil de coupe. Dans l’intervalle, les fabricants d’outils se voient exercer de plus en plus souvent une fonction de conseiller, pas seulement en ce qui concerne le choix de l’outil, mais aussi le processus industriel. High performance tooling (productif), cost efficient tooling (économique), precision tooling (qualité) ou versatile tooling (universel). C’est une évaluation qu’il convient de faire à chaque fois.
Maîtrise des copeaux
En plaçant des brise-copeaux sur les ciseaux, les fabricants rendent ces derniers adaptés aux matériaux plus tenaces. La règle empirique est que les matériaux tels que la fonte peuvent être fort bien tournés sans brise-copeaux, parce que ce sont des matériaux à copeaux courts.
Refroidissement
Les matériaux difficiles à usiner exigent des outils avancés, capables de prester durant de plus longues périodes. L’utilisation d’un réfrigérant sous haute pression a progressé ces dernières décennies. Pas seulement pour mieux maîtriser les copeaux, mais également pour allonger la tenue de l’outil.
Paramètres de coupe
La pièce tourne dans le tour avec une certaine vitesse de broche (n) et un certain nombre de rotations par minute. En fonction du diamètre de la pièce, ceci induit au point d’usinage une certaine vitesse de coupe ou vitesse de surface (Vc) en m/min. Ceci est la vitesse à laquelle l’arête usine la surface de la pièce et à laquelle la circonférence de la surface à usiner longe l’arête. Les paramètres de coupe sont un facteur que les tourneurs contrôlent totalement. L’alimentation (fn), l’angle d’entrée (kr), la profondeur de coupe (ap), … Tenez surtout compte de la charge de l’arête. Doubler la profondeur de coupe, par exemple, n’entraîne jamais une charge plus élevée, parce que la longueur de l’arête qui se trouve dans le matériau spécifique, est également doublée. Des alimentations supérieures, par contre, entraînent bel et bien des charges plus élevées de l’arête.
Géométrie d’outil
L’un des points auxquels il convient de faire attention, est l’arrondi à l’angle (re) de la plaquette. Celui-ci exerce une influence aussi bien sur la résistance de l’arête que sur la qualité de surface finale du produit fini. Plus l’arrondi à l’angle est petit, plus la rugosité de surface est bonne. En théorie, le plus petit arrondi à l’angle est nul, mais dans la pratique, ceci est le plus souvent 0,2 ou 0,4 mm. Un arrondi à l’angle plus grand livre une plaquette plus solide et une plus longue tenue. Le plus grand arrondi à l’angle est en principe 2,4 mm. Sur la nouvelle génération de plaquettes, il est parfois question d’un arrondi à l’angle Wiper. Ces plaquettes ont un double arrondi à l’angle et sont conçues pour améliorer la qualité de surface avec une plus grande alimentation.
Matériau de pièce
Sur les matériaux plus durs, par exemple la fonte, une plaquette à géométrie négative est préconisée. Celle-ci se distingue par une plus grande solidité de l’arête, avec une meilleure répartition des forces. Elle convient notamment pour les conditions de coupe lourdes et constitue le plus souvent le choix évident pour le tournage externe. Une géométrie positive engendre des forces de coupe plus faibles et convient notamment au tournage interne et au tournage externe d’éléments minces. Plus le matériau est tendre, plus la géométrie de l’outil peut être positive.
ET AUSSI ...
Les plaquettes céramiques, PKD, CVD-D, … Le matériau de coupe joue également un rôle important dans les usinages de tournage. Tous les matériaux ont leurs propres applications et se complètent plutôt. Ceci mérite d’être mentionné, bien que nous ne l’approfondissions pas dans cet article en raison de la complexité.
