Gilles KIRSCHER (ST- GM 1990)

Customer Solutions Manager Walter France

Retours sur les fondamentaux de l'usinage

Nous nous souvenons tous de nos heures passées en travaux pratiques à l'atelier avec plus ou moins de bons souvenirs, mais j'aimerais revenir sur quelques notions essentielles qui sont intéressantes d'avoir à l'esprit lorsque nous abordons des problématiques d'usinage.

Examinons les facteurs d'influence importants qui doivent être pris en compte dans le processus d'usinage lors de la sélection de l'outil ainsi que lors du choix des paramètres de coupe.

D'une part, il y a, au coeur du sujet, la pièce à fabriquer.

Celle-ci a des dimensions qui doivent être prises en compte lors du choix de la machine-outil, mais aussi des exigences de qualité en termes de position, de forme et de tolérance à respecter.

La pièce est constituée d'un matériau spécifique qui engendre ses propres défis d'usinage.

Celui-ci a une certaine résistance mécanique et un certain pourcentage d'allongement qui ont un impact sur la géométrie de coupe et le matériau de coupe.

Il y a ensuite des conditions technologiques limites à respecter.

D'une part, il y a la machine-outil sur laquelle la pièce doit être fabriquée.

Vous devez composer avec cette dernière. Celle-ci a différents axes avec des plages de déplacement, elle a une caractéristique d'entraînement et de puissance spécifique de la broche avec des plages de vitesse et de puissance, de couples disponibles, un mode de lubrification à des pressions et des débits spécifiques.

Cela influence la sélection de la forme et de la taille de l'outil et détermine ainsi les méthodes d'usinage possibles avec l'outil.

Mais également les paramètres d'usinage envisageables avec l'outil sur la machine, pour la pièce à réaliser.

Comme vous le percevez déjà, il y a une multitude de facteurs à considérer.

Ce n'est pas toujours une mission simple, d'autant plus que le composant doit également être produit dans des conditions de coûts optimales, c'est-à-dire rentable et donc économique à fabriquer.

La notion de production économique pour l'usineur a toujours été liée à de nombreux défis associés.

D'une part, il y a généralement la demande d'une productivité élevée, qui est toujours une vue quantitative du processus d'usinage.

On le caractérise par le nombre de pièces produites qui est l'indicateur principal.

En tant qu'usineur, cela signifie en fin de compte avoir produit une valeur ajoutée vendable en un temps donné : avoir produit autant de composants que possible dans la qualité requise et suivant des processus contrôlés.

Une manière simple est de constater le volume de copeaux produits dans sa benne à copeaux.

Nous pourrons appeler cette notion la création de valeur et en général les usineurs la valorisent en un volume de copeaux par unité de temps.

Le but est de maximiser ce volume autant que possible.

Ce paramètre est appelé Qmax. Le « Q » représente le débit dans le processus de coupe.

Cependant, il existe un autre principe économique à considérer en tant qu'usineur, c'est la rentabilité de vos processus.

Il s'agit toujours d'utiliser le moins de ressources, c'est-à-dire, quels coûts minimums sont nécessaires pour atteindre un rendement élevé.

Pour l'usineur, ce sont principalement les coûts d'usinage qui doivent être pris en compte et qui sont à optimiser.

Hormis les coûts réels des outils, les coûts d'usinage comprennent également des coûts généralement plus élevés qui sont les taux horaires des machines, les coûts de changement d'outils.

Comme nous venons de le voir, le taux d'enlèvement des copeaux peut être vu comme un « compteur de vitesse » pour la productivité en production.

L'objectif doit toujours être d'atteindre le maximum d'enlèvement de copeaux possible.

Ce maximum est appelé le débit copeaux maximal Qmax.

Il s'agit du volume de copeaux généré en une minute dans un processus d'usinage.

Peu importe qu'il s'agisse d'une opération de fraisage, de tournage ou de perçage.

Repassons devant notre benne de copeaux, en optimisant le processus d'usinage, un volume de copeaux supplémentaire se trouvera dans cette dernière.

Dans le même temps, vous produisez également plus de pièces car le même volume de copeaux doit toujours être retiré d'une pièce. Si vous augmentez le volume usiné sur une période de temps, vous produisez également plus de composants.

Si vous ne le faites pas, vous n'utilisez pas efficacement la capacité de votre machine, en gaspillant les ressources de la machine et produisant vos composants trop chers.

Dans le pire des cas, cette dérive peut également entraîner des investissements coûteux en capacités supplémentaires, qui auraient pu être évitée si les ressources disponibles étaient utilisées efficacement.

Et cela, en utilisant efficacement les ressources disponibles, c'est à dire une stratégie d'usinage efficace, associée à des paramètres de coupe optimisés et une gestion d'outils optimisée.

  Prenons comme exemple une opération de surfaçage à la fraise pour comprendre quels sont les paramètres sur lesquels des ajustements sont possibles pour optimiser le débit copeaux.

Le débit copeaux en fraisage peut être calculé de la manière suivante, le volume d'enlèvement des copeaux est calculé à partir du produit de :

• La profondeur de coupe ap multipliée par la largeur de fraisage ae multipliée par la vitesse d'avance vf.
• La vitesse d'avance elle-même est déterminée par l'avance à la dent fz, la vitesse de rotation n ainsi que le nombre de dents z de la fraise.

Le choix du diamètre de la fraise et du nombre de dents ainsi que du matériau de coupe en fonction du matériau à usiner déterminent également la vitesse d'avance.

La profondeur de coupe et la largeur de fraisage constituent les paramètres d'engagement qui dépendent par exemple du diamètre de fraise sélectionnée et de la taille de la plaquette.

Les paramètres de coupe quant à eux sont l'avance et la vitesse à la dent, que vous devez également déterminer en fonction du matériau de coupe et de la géométrie de coupe de la plaquette indexable et du matériau à usiner.

La vitesse de coupe détermine la vitesse de la fraise en relation avec le diamètre.

Le choix du pas de la fraise détermine le nombre de dents lui aussi lié au diamètre de la fraise et déterminé par la technologie d'outil choisie.

Le type de disposition des plaquettes, qu'elle soit radiale ou tangentielle, a également une influence sur le nombre de dents.

Comme vous le voyez, le processus de fraisage est complexe et vous devez faire certains choix.

Cependant, ce ne sont pas tous les facteurs qui doivent être pris en compte lors de la définition du processus de fraisage et du débit copeaux. Il y a aussi d'autres limitations dont vous devez tenir compte, par exemple la machine-outil sur laquelle vous devez fabriquer vos composants.

Cette dernière a également des limites qui vous brident lors du choix de la technologie de votre outil et des paramètres de coupe et d'engagement.

Ces limitations peuvent être la puissance d'entraînement et le couple, ainsi que la plage de vitesse de la machine.

En conséquence, la machine ne peut générer qu'une certaine puissance d'entrainement et un certain couple à une certaine vitesse, ce qui détermine à son tour le volume possible d'enlèvement de matière que vous pouvez effectuer dans votre processus.

La puissance d'entraînement requise pour l'usinage d'un certain matériau est largement déterminée par la résistance et l'usinabilité du matériau et les paramètres de coupe.

Cette notion est définie en usinage par le débit spécifique de copeaux Qp, qui indique le volume de copeaux en cm3 par minute que vous pouvez usiner avec une puissance requise de 1 kW.

Il existe une dépendance mutuelle entre le volume d'enlèvement de copeaux possible avec l'outil et les paramètres de coupe et d'engagement, ainsi que la puissance et le couple de la machine-outil à une certaine vitesse.

Vous devez donc tenir compte de tous ces paramètres, lors de la détermination de votre processus d'usinage.

L'usineur est aujourd'hui au coeur de la production industrielle et détient les clefs de la productivité de nos ateliers. Des partenaires tels que Walter, sont aujourd'hui en mesure d'apporter au travers de leur savoir-faire dans le domaine de l'outil coupant et de l'usinage des solutions en ayant développé des systèmes pour vous assister dans ses choix stratégiques pour votre compétitivité.

Gilles KIRSCHER (ST- GM 1990)