Tournage mécanique

Le tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux qui consiste à l'obtention de pièces de forme cylindrique ou/et conique à l'aide d'outils coupants sur des machines appelées tours. La pièce à usiner est fixée dans une pince, dans un mandrin, ou entre pointes. Il est également possible de percer sur un tour, même si ce n'est pas sa fonction première.

Tour conventionnel

En tournage, le mouvement de coupe est obtenu par rotation de la pièce serrée entre les mors d'un mandrin ou dans une pince spécifique, tandis que le mouvement d'avance est obtenu par le déplacement de l'outil coupant. La combinaison de ces deux mouvements permet l'enlèvement de matière sous forme de copeaux.

Un tour permet de fabriquer principalement des pièces de révolution même si certaines machines peuvent réaliser des formes très complexes (tours de décolletage).

Ces pièces peuvent être :

• métalliques ou en plastique (tour mécanique) ;
• en bois (tour à bois) ;
• en terre (tour vertical de potier).

Les tours à bois et mécaniques conventionnels laissent aujourd'hui de plus en plus la place à des tours à commande numérique, entièrement automatisés. Ces derniers peuvent aisément réaliser des opérations complexes de type fraisage, polygonage, perçages radiaux, etc. La programmation de commande numérique est effectuée par des instructions. Dans l'industrie les ouvriers tourneurs sont souvent aussi chargés du fraisage. On les appelle alors les tourneurs-fraiseurs.

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  Tour à commande numérique

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  Tournage à commande numérique

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  Produit d'exercice

Les différents types d'opérations

Tournage extérieur

Usinage externe sur tour

• Tournage longitudinal (chariotage, axe z), réalisation d'un diamètre ;
• tournage transversal (dressage, axe x), réalisation d'une face, d'un épaulement ;
• tournage par profilage ou contournage, réalisé par copiage ou utilisation d'une commande numérique ;
• tournage de gorges, dégagements ;
• filetage, réalisation d'un pas de vis ;
• tronçonnage.

Tournage intérieur

Usinage interne sur tour

• Alésage ;
• dressage ;
• tournage intérieur par contournage ;
• tournage de dégagement, gorges ;
• taraudage, réalisation d'un filetage intérieur ;
• chambrage.

Tournage de pièces métalliques

Le chariotage d'une pièce métallique brute en tournage conventionnel se fait typiquement en cinq opérations :

1. Écroûtage du brut : on enlève la couche extérieure, qui a un mauvais état de surface et contient de nombreux défauts (calamine, corrosion, fissures, inclusions, écrouissage important, …) ; il s'agit d'une passe d'environ 0,5 à 1 mm.
2. Contrôle du diamètre obtenu (au pied à coulisse voire au micromètre), ce qui permet de déterminer combien il faut enlever de matière pour arriver à la cote visée.
3. Passes d'ébauche d'une profondeur de plusieurs mm, pour enlever la matière.
4. Contrôle du diamètre avant finition.
5. Passe de finition, d'une profondeur inférieure à 0,5 mm mais supérieure au copeau minimum, afin d'avoir une bonne tolérance dimensionnelle et un bon état de surface.

Si l'on doit réaliser un épaulement, on chariote en laissant une surépaisseur de 0,5 mm ; celle-ci est enlevée en dégageant l'outil lors de la passe de finition. On assure ainsi la planéité et la perpendicularité de la surface par rapport à l'axe, puisque la surface finale est réalisée en une seule passe.

Matériaux utilisés pour les outils

• L'acier rapide (HSS - High Speed Steel), qui est un acier fortement allié, est très employé pour la production d'outils de coupe. Les caractéristiques qui le rendent intéressant sont sa dureté d'environ 65 HRc et sa ténacité qui lui confère une bonne longévité.
• les carbures métalliques. Rentrent dans cette catégorie les alliages composés de tungstène (60-90%), titane et tantale (1-35%) et de cobalt ou nickel (5-15%), ainsi que d'autre matières en plus faibles quantités comme le molybdène ou le vanadium. La fabrication du métal dur est réalisée par frittage, on en fait généralement des plaquettes que l'on fixe sur le corps de l'outil par brasage, avec une vis ou aussi par bridage. Certains outils de petites dimensions sont fabriqués entièrement en métal dur.

Revêtements

Souvent, les outils en acier rapide ou en métal dur sont revêtus d'une ou plusieurs couches, ils possèdent une durée de vie plus longue et permettent une augmentation des vitesses d'usinage et un état de surface meilleur. Les différents types de revêtement sont :

• Le nitrure de titane (TiN), matériau standard.
• Le carbonitrure de titane (TiCN), grande dureté, bonne résistance à l'abrasion.
• L'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) et nitrure de silicium (Si₃N₄), appartiennent à la classe des céramiques, se sont deux matériaux de base auxquelles on peut additionner différentes matières en fonction des caractéristiques recherchées : oxyde de zirconium (ZrO₂), carbure de titane (TiC) ou du carbure de silicium (SiC).
• Le diamant utilisé pour l'usinage de métaux non-ferreux et de non-métaux abrasifs tels que : carbone ou céramique.
• Le nitrure de bore utilisé pour l'usinage de métaux ferreux trempés.

Conditions de coupe

Vitesse de coupe

En tournage, la vitesse de coupe est la vitesse relative de l'outil par rapport à la pièce. Il s'agit donc de la vitesse tangentielle au point de la pièce coïncidente avec la pointe de l'outil. Cette vitesse qui s'exprime toujours en mètres par minute (m/min) se calcule ainsi:

avec:

• V_c : vitesse de coupe en m/min
• d : diamètre en mm au point d'usinage
• N : correspond à la fréquence de rotation de la pièce en tours par minute

En permutant les termes de la formule précédente, on obtient :

Et c'est cette vitesse de rotation N que l'on règle sur la machine. Il faut donc connaître V_c dont la valeur est le plus souvent issue de méthodes empiriques. Certains organismes, comme le CETIM pour l'industrie mécanique, ont établi des tableaux de référence.

La vitesse de coupe est déterminée en fonction de différents facteurs:

• de la matière à usiner : en général plus elle est tendre et plus la vitesse est élevée
• de la matière de l'outil de coupe
• de la géométrie de l'outil de coupe
• du type d'usinage: ébauche, finition, filetage, etc
• du lubrifiant, qui permet une augmentation de la vitesse (qui ne s'utilise presque plus dans l'industrie moderne, remplacé par l'UGV)
• de la qualité du tour : plus il est rigide, plus il supportera des vitesses élevées

Avance

En tournage, l'avance est la vitesse avec laquelle progresse l'outil suivant l'axe de rotation pendant une révolution de la pièce, cette vitesse est déterminée expérimentalement en fonction des critères précédemment cités. Cela correspond, en première approximation à l'épaisseur du copeau. On règle l'avance directement sur la machine.

À ne pas confondre avec la formule de calcul de l'avance en fraisage, qui est:

Vf = avance en mm/min
fz = avance par dent en mm/(dent.tour)
Z = nombre de dents de la fraise
N = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/min

En tournage, si on veut calculer la vitesse d'avance de l'outil, on applique cette formule :

f = avance en mm/tour
N = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/min

Formations

En France, il existe, un BEP MPMI (Métiers de la production mécanique informatisée), un baccalauréat professionnel TU (Technicien d'usinage), un baccalauréat technologique sciences et technologies industrielles STI GM (Génie mécanique) et enfin un BTS IPM (Industrialisation des produits mécaniques).

De nombreuses écoles d'ingénieurs proposent des formations qui intègrent les procédés d'usinage dans leurs cours (Arts et Métiers Paristech, ENI, ENS, UTC, Ecoles CENTRALE…).

Sécurité

Voir aussi

• Alésage, dressage, chariotage, centrage
• Tour (outil)
• Mise en position et maintien d'une pièce
• Le tournage
• Simulation tournage

• Portail du génie mécanique