Optimisation de l'Usinage : Processus de Coupe, Formation des Copeaux et Définitions Clés

Le Processus de Découpage en Usinage

Le processus de découpage est une interaction contrôlée entre la pièce, l'outil et la machine. Il est influencé par : les conditions de coupe, les fluides de coupe, la préhension de l'outil et de la pièce, et la rigidité de la machine.

Facteurs Clés de la Formation du Copeau

Les facteurs clés dans la formation du copeau sont :

• L'outil (matériel et géométrie).
• Le matériau de travail (matériau, géométrie, rigidité).
• Les conditions de coupe.

Types de Coupe

Coupe Oblique : Découpe d'un cas particulier dans lequel le bord de l'outil est perpendiculaire à la direction du mouvement relatif entre la pièce et l'outil.

Coupe Orthogonale : C'est une coupe où le bord de l'outil est perpendiculaire à la direction du mouvement relatif entre la pièce et l'outil.

Définitions Géométriques et Paramètres de Coupe

L'intersection des deux plans du dièdre définit :

• Face d'incidence ou flanc (A) : Plan de l'outil près de la surface générée (angle $\alpha$).
• Face de dépouille ou surface de glissement (A $\gamma$) : Plan faisant glisser le copeau (angle $\gamma$).

Vitesse de Coupe ($v_c$) : Peut être définie comme la vitesse instantanée du mouvement de coupe sur la pièce.

Définitions des Épaisseurs de Copeaux

Épaisseur de copeau non déformée ($a_0$) : Profondeur de chaque couche de matériau retirée par l'outil.

Épaisseur de copeau déformée ($a_c$) : Épaisseur des copeaux mesurée après la coupe.

Angles et Ratios

Angle de dépouille effectif ($\lambda_s$) : Angle entre le flanc de l'outil et une ligne perpendiculaire à la nouvelle surface de travail.

Angle d'incidence normal ($\alpha_n$) : L'angle entre la paroi latérale et la surface engendrée dans la pièce. Il peut affecter l'usure de l'outil par unité de temps.

Ratio de coupe ($r_c$) : Le rapport de l'épaisseur de copeau non déformée ($a_0$) à l'épaisseur du copeau déformé ($a_c$).

Zones et Débits

Largeur du copeau ($a_w$) : Largeur du copeau mesurée dans la direction du bord de coupe.

Aire de coupe ($A_c$) : Zone perpendiculaire à la vitesse de coupe balayée par l'outil.

Aire d'avance ($A_f$) : Zone perpendiculaire à la vitesse d'avance balayée par l'outil.

Taux volumique de copeaux ($Z_w$) : Volume de matériau retiré de la pièce par unité de temps (débit).

Analyse des Phénomènes de Coupe

L'analyse des phénomènes autour de l'enlèvement de métal révèle que :

• Le copeau est plus dur et plus cassant que le matériau de base, donc $a_0 > a_c$ et $r_c < 1$ toujours.
• La face du copeau en contact avec $A(\gamma)$ est lisse et brillante, tandis que l'autre est sombre et rugueuse.
• Le copeau change de couleur par rapport au matériau initial.
• Il se produit une forte augmentation de la température dans la zone de coupe.
• La forme des copeaux dépend du matériau.

Mécanisme d'Enlèvement de Métal

L'enlèvement de métal dans les matériaux ductiles se produit par déformation plastique dans une bande étroite appelée le plan de cisaillement.

Formation du Copeau Continu

La procédure normale de coupe et la finition de surface sont meilleures lorsque le copeau est continu. L'usinage de la plupart des matériaux ductiles se compose du cisaillement du matériau de travail et du glissement du copeau sur le côté de l'outil de coupe.

La formation du copeau se déroule dans la région s'étendant du bord de l'outil à l'union entre les surfaces de la partie. Cette zone est connue comme la zone de déformation primaire. Les forces sont transmises au copeau dans les interfaces existantes entre lui et la face de l'outil. Ces forces sont suffisantes pour déformer les couches inférieures du copeau lorsqu'il glisse sur la surface de l'outil (zone de déformation secondaire).

Copeau Ductile avec Bosses (Repousse)

Ce phénomène se produit avec des matériaux très ductiles ou à faibles vitesses de coupe. Lorsque le frottement entre le copeau et l'outil est très élevé, il y a une forte adhésion. Le copeau commence à glisser, non pas directement sur la face de coupe, mais sur les matériaux adhérents. Cette lame de copeau peut atteindre une taille telle qu'elle déloge les matières adhérentes de la pièce ou du copeau, laissant une finition de surface très pauvre.

Copeau Discontinu ou Cassé

Ce type de copeau apparaît lors de l'usinage de matériaux fragiles (fonte, bronze coulé) et de matériaux ductiles à très grande vitesse et faible avance. Durant la formation, le matériau du copeau est soumis à une déformation importante et, s'il est fragile, il se rompt dans la zone de déformation primaire lorsque la formation du copeau est naissante. Dans ces conditions, le copeau est segmenté.