But
L'usinage a un coût : temps de travail, surépaisseur de matière à enlever, usure de la machine outil, consommables (outil, lubrifiant, courant électrique), coût du stock (la pièce en cours de fabrication est une dépense qui ne sera compensée qu'au moment de la vente, et elle nécessite de la surface d'atelier pour le stockage, le cheminement) … On ne pratique donc que les usinages nécessaires. L'usinage est choisi en fonction de la forme à atteindre (par exemple perçage pour un trou cylindrique, tournage pour une forme ayant une symétrie de révolution, fraisage pour une surface plane) et de l'état de surface final, tout ceci dépendant de la fonction que doit remplir la partie usinée (par exemple recevoir une vis, assurer un contact glissant, assurer un contact étanche). Mais il dépend aussi du procédé d'élaboration : un procédé peut très bien donner une surface fonctionnelle sans nécessiter de finition, un autre prévoir au contraire une surépaisseur destinée à être enlevée par l'usinage.
On distingue typiquement seize fonctions princiales que peut remplir la surface d'une pièce :
- surface de contact avec une autre pièce :
- frottement de glissement lubrifié (FG),
- frottement à sec (FS),
- frottement de roulement (FR),
- frottement fluide (FF),
- résistance au matage (RM),
- étanchéité dynamique avec et sans joint ED),
- étanchéité statique avec et sans joint (ES),
- ajustement fixe avec contrainte (AC),
- adhérence, collage (AD) ;
- surface libre, indépendante :
- face de coupe d'un outil (OC),
- résistance aux efforts alternes (EA),
- résistance à la corrosion (RC),
- destinée à recevoir un revêtement, peinture (RE),
- destinée à recevoir un dépôt électrolytique (DE),
- mesure (ME),
- aspect (AS).
Ces fonctions vont définir :
- les dimensions finales de la pièce avec les tolérances ;
- l'état de surface requis (rugosité) ;
ce qui va déterminer le type d'usinage et ses paramètres, la finition nécessaire, le contrôle à effectuer.
Prenons le cas d'un cylindre devant passer par un trou. On peut envisager plusieurs situations :
- le cylindre doit pouvoir coulisser ou tourner librement, le jeu n'est pas un problème et l'étanchéité n'est pas nécessaire ; c'est le cas par exemple d'un arbre passant à travers le carter du moteur qui le meut ; on peut prévoir un trou dont le diamètre nominal est supérieur à celui de l'arbre, on n'a pas besoin d'un usinage précis ;
- le cylindre doit être monté en force à la main dans le trou afin de solidariser les pièces, mais le système doit être démontable : le trou et le cylindre ont le même diamètre nominal, mais on prévoit dans les tolérances que le cylindre peut être légèrement plus épais et que le trou (alésage) peut être légèrement plus étroit, de quelques micromètres (par exemple désignation ISO H7/f6) ;
- le cylindre doit librement coulisser mais avec un faible jeu : le trou et le cylindre ont le même diamètre nominal, mais on prévoit dans les tolérances que le cylindre peut être légèrement plus étroit et que le trou (alésage) peut être légèrement plus large, de quelques micromètres (par exemple désignation ISO H8/f7).
La précision de l'ajustement dépend donc de la fonction de la pièce.
L'état de surface quant à lui conditionne l'aspect visuel (reflet, diffraction de la lumière), l'adhérence, le frottement, …
Copeaux
Le copeau est la partie de matière qui se détache lors de la coupe dans procédé d'usinage.
L'état de la surface usinée finie dépend des conditions d'obtention du copeau. Il existe une profondeur de passe en dessous de laquelle il ne faut pas descendre sous peine de n'avoir aucune formation de copeau. Cette profondeur de passe dépend du matériau, de la vitesse et du type d'outil utilisés, et définit le copeau minimum. Si la profondeur de passe est plus faible, il n'y a plus de coupe, mais un écrouissage qui crée un échauffement préjudiciable à l'état de surface de la pièce et à l'outil.
Les procédés d'usinage produisent des copeaux, plus la limaille qui, mélangée aux huiles de coupe, forme de la boue. Une certaine quantité de matériau qui a été produit (extrait, coulé…) ne sera pas dans la pièce, il faut le collecter et le recycler.
Les copeaux ont donc un coût. Si l'usinage peut être nécessaire pour les parties fonctionnelles (c'est-à-dire ayant une fonction particulière dans l'assemblage mécanique final, éventuellement dans l'esthétique), il convient de les réduire au maximum, notamment en obtenant une pièce brute la plus proche possible de la pièce finale. Cela peut se faire :
- en partant d'une pièce moulée et en optimisant la coulée et le refroidissement (maîtriser le retraits, éviter les retassure)
- en utilisant le forgeage
- en utilisant l'estampage
- en partant d'une pièce mécanosoudée, ensemble d'éléments de forme standard soudés entre eux.
- par métallurgie des poudres, procédé de frittage, sans fusion, donc avec une grande maîtrise des dimensions et de la microstructure.
Différents procédés d'usinage
Les différents procédés d'usinage sont (les symboles sont ceux de la norme NFE 05-019 de 1992) :
L'usinage peut être à
commande numérique (CN), à
grande vitesse (UGV).
Éléments de coupe et de passe
Les paramètres de
coupe sont :
- la vitesse de coupe en mètre par minute (m/min) : caractérise la vitesse relative entre la pièce et l'outil au point de contact
- l'avance par tour en millimètre par tour (mm/tr) : caractérise l'état de surface obtenu
Les paramètres de coupe sont choisis en fonction des caractéristiques mécaniques de la matière à usiner et de l'outil. Ils sont indépendants de la machine utilisée et des caractéristiques géométriques de la pièce et de l'outil.
Les paramètres machine sont :
Les paramètres machines sont calculés à partir des paramètres de coupe et des caractéristiques géométriques de la pièce et de l'outil.
Les élément de passe sont :
Sens dérivé
L'usinage est la période d'intégration des élèves à l'École nationale supérieure d'arts et métiers.
Konepaja
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