Procédés d'assistance pour l'usinage des matériaux

Produire des pièces en réalisant un gain de productivité et/ou améliorer la qualité du produit obtenu (précision dimensionnelle, résistance mécanique, intégrité de surface...) peut nécessiter de faire évoluer les procédés de fabrication. En usinage, plusieurs axes de recherche peuvent être pertinents. Il est possible d'accroître les performances des outils de coupe (nuances [B 7 080] – et/ou géométries [BM 7 086] [BM 7 082] [BM 7 088]), d'améliorer les comportements des machines-outils (dynamique machine, cinématique [B 7 121] [BM 7 030]...), d'optimiser les trajectoires de l'outil (stratégie d'usinage), voire même de modifier le matériau pour augmenter son usinabilité.

Une autre voie d'évolution peut être l'utilisation d'une assistance à l'usinage. On cherche alors à fournir une « énergie » supplémentaire au niveau de la zone de coupe. Cette énergie supplémentaire extérieure peut se manifester sous forme mécanique, thermique (chauffage ou refroidissement) ou même magnétique. On parle alors généralement d'« usinage assisté ». Les enjeux sont multiples :

• augmenter la tenue de l'outil en diminuant les sollicitations thermomécaniques qu'il subit, notamment en limitant les frottements outil/pièce et outil/copeau ;

• favoriser la fragmentation et l'évacuation des copeaux ;

• accroître l'usinabilité du matériau en réduisant notamment l'effort de coupe ;

• améliorer l'intégrité de surface du produit final.

La mise en place de ces nouveaux procédés doit, dans le même temps, respecter une démarche d'« usinage propre » sans nuire à la sécurité des biens et des personnes.

Actuellement, on dénombre au moins cinq assistances en usinage qui n'ont pas toutes les mêmes bénéfices ni les mêmes maturités industrielles. Il s'agit de l'assistance haute pression, de l'assistance cryogénique, de l'assistance laser, de l'assistance vibratoire et de l'assistance magnétique. Ces assistances permettent un apport thermique et/ou mécanique supplémentaire dans la zone de coupe, entraînant une modification des mécanismes de formation du copeau. Elles n'apportent pas toutes les mêmes gains, et leur efficacité dépend du type de matériau usiné.

Le propos de cet article est de présenter les développements de ces assistances à l'usinage dans la recherche et l'industrie en décrivant d'abord leurs principes techniques. Pour les assistances les plus matures, leur intégration machine sera détaillée. Leurs effets sur l'usinabilité (effort de coupe, durée de vie de l'outil) et sur l'intégrité de surface (état de surface, contraintes résiduelles) seront analysés. Ces descriptions ont pour objet de comprendre l'impact de l'énergie apportée par l'assistance dans la zone de formation du copeau.