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Auteur(s)
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Alain-L. DEFRETIN : Ingénieur des Arts et Métiers - Professeur agrégé - Responsable du laboratoire usinage grande vitesse à l’ENSAM de Lille
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Gérard LEVAILLANT : Ingénieur des Arts et Métiers - Docteur ès sciences - Fondateur de la société TOOL - Chargé de mission à l’ENSAM
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Lire l’articleINTRODUCTION
L‘usinage à grande vitesse (UGV) est souvent présenté comme le « fruit » d’une merveilleuse découverte : si l’on augmente les vitesses de coupe au-delà des limites habituelles, on commence par traverser une zone de vitesses inutilisables poétiquement baptisée « vallée de la mort ». Ensuite, on entre dans un paradis de l’usineur ; les énergies et les efforts spécifiques de coupe diminuent, les états de surface deviennent excellents, les durées de vie des outils augmentent pour devenir largement supérieures aux durées obtenues en usinage conventionnel.
Dans cet article, nous montrerons que pratiquer l’UGV ce n’est pas se décider à franchir une barrière de vitesse de coupe : c’est mettre en œuvre, de façon rationnelle, au meilleur niveau de performance économique, tous les éléments entrant dans la définition de l’opération d’usinage concernée et pas uniquement les paramètres de coupe.
Nous montrerons également que les problèmes posés par l’UGV, et leurs solutions, varient suivant les techniques d’usinage et les matériaux concernés.
Nous traiterons ici des opérations d’usinage par outils à géométrie définie, ce qui exclut l’usinage par rectification à grande vitesse, technique qui nécessite une étude séparée.
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1. Généralités
1.1 Vers l’usinage à grande vitesse
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Réalisons une première expérience : usinons par tournage (chariotage) un rondin d’acier mi-dur avec un outil de type CNMG 120408, la géométrie est de semi-finition, le matériau de coupe est un carbure revêtu. Affichons une profondeur de passe de 2,5 mm et une avance de 0,3 mm · tr−1 ; faisons varier la vitesse de coupe à partir d’une valeur de coupe à partir d’une valeur très faible, disons 5 m · min−1. Qu’observe-t-on ?
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Aux très basses vitesses l’outil ne coupe pas ou dans de très mauvaises conditions ; les copeaux sont mal formés, la surface produite est rugueuse et irrégulière, l’outil se charge d’un copeau adhérant qui provoque l’usure rapide de l’outil (usure par adhésion).
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Lorsque la vitesse de coupe atteint environ 50 m · min−1, on commence à entrer dans la zone de fonctionnement correcte de l’outil dans cette matière pour les paramètres affichés de profondeur de passe et d’avance.
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Continuons d’augmenter la vitesse de coupe. La surface usinée est maintenant correcte, le copeau bien formé. Une observation plus fine montrerait que le copeau est de plus en plus chaud et que la durée de vie de l’arête coupante, après avoir atteint un maximum, diminue avec l’augmentation de la vitesse de coupe. On est dans la zone d’utilisation dite « zone de Taylor ».
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Poursuivons l’augmentation de la vitesse de coupe. Le copeau devient rouge au sortir de l’outil qui produit des étincelles. La durée de vie de l’arête coupante diminue très rapidement. À une vitesse de coupe de l’ordre de 800 m · min−1, l’arête de coupe s’effondre instantanément. On a atteint la « vallée de la mort ». Mais on ne la franchit pas car elle n’a qu’une seule rive…
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L’usinage grande vitesse ne serait-il qu’un mythe ? Décrivons deux autres essais.
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Une fraise de diamètre 32 mm, 2 dents, usine un alliage d’aluminium aux conditions suivantes :
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profondeur de passe axiale ap = 25 mm ;
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profondeur...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Usinage à grande vitesse dans outillages - . Recueil des conférences Journées CETIM : 6-7/12/1994.
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(2) - Les atouts de la grande vitesse - : Publication CETIM.
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(3) - Synthèse des évolutions des M.O. - Vu à l’EMO 97 : rapport CETIM.
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(4) - SCHULZ (H.) - Le fraisage à grande vitesse des matériaux métalliques et non métalliques - . Université de DARMSTADT. Tome 1 : traduit par Pr. Serge TORBATY, Université de TOULON.
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(5) - * - 1re Conférence franco-allemande sur l’UGV. Recueil des conférences ; Metz, 6 et 7 juin 1997.
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(6) - Machine AUTOMATION - : Renault Automation magazine.
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