Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article définit l’opération d’usinage, précise son importance économique en la situant par rapport aux autres opérations de mise en forme, et présente les caractéristiques principales des grandes classes de procédés : coupe, abrasion et usinages physicochimiques. Les divers procédés sont décrits selon leur classe, et leurs performances sont comparées : usinabilité des matériaux, débit de matière et énergie nécessaire, pièces usinées, coût de mise en œuvre.
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Éric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris, docteur ès sciences physiques - Maître de recherches honoraire à l'École des mines de Paris
INTRODUCTION
Bien qu’ils soient peu économes en matière première et en énergie, et qu’ils soient de ce fait fortement concurrencés par les autres procédés de mise en forme des matériaux, les divers procédés d’usinage restent indispensables pour la réalisation de nombreuses pièces. Il faut remarquer en outre que leurs performances se sont fortement accrues avec le développement des procédés non traditionnels d’usinage après la Seconde Guerre mondiale pour usiner les matériaux se prêtant mal aux procédés traditionnels, puis les gains de productivité obtenus avec l’apparition des machines-outils à commande numérique permettant la réalisation automatique de pièces, la pratique des grandes vitesses d’usinage et le développement de nouveaux matériaux à outils plus résistants aux hautes températures induites par les vitesses de coupe élevées. Cet article introduit l’ensemble de la rubrique « usinage ». La mise en œuvre des opérations d’usinage pour réaliser une pièce ou une famille de pièces est un problème complexe du fait de la multiplicité des procédés disponibles et de la grande variété des spécifications des pièces et des propriétés des matériaux constitutifs. Cet article vise à fournir au lectorat les éléments fondamentaux du problème et, à ce titre, son objectif est triple :
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définir l’opération d’usinage, situer son importance économique par rapport aux autres procédés de mise en forme des matériaux (façonnage, frittage, moulage) et préciser les caractéristiques principales d’une opération d’usinage ;
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présenter les traits spécifiques de chacune des grandes classes de procédés d’usinage : coupe, usinage par abrasion et usinages physicochimiques (tous procédés non traditionnels) ;
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comparer les performances de ces différents procédés selon les divers points de vue pratiques : possibilité d’application aux différents matériaux, débit de matière, puissance nécessaire et rendement énergétique, opérations d’usinage possibles, propriétés finales de la pièce, aspects économiques de leur mise en œuvre.
Le lectorat sera renvoyé à des articles plus spécialisés où il trouvera des informations plus détaillées, voire des ouvrages spécialisés. Enfin, les évolutions prévisibles de ces procédés dans les prochaines années seront évoquées.
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Aspects spécifiques de chaque classe de procédés
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1. Aspects généraux
1.1 Importance économique de l'usinage
On appelle « usinage » toute opération de mise en forme par enlèvement de matière destinée à conférer à une pièce des dimensions et un état de surface (écart de forme et rugosité) situés dans une fourchette de tolérance donnée.
D'un point de vue économique, le secteur industriel de l'usinage a une importance non négligeable puisqu'il produit environ 2,5 % du produit national brut d'un pays développé.
L'usinage concerne au premier chef les matériaux métalliques, et la plupart des objets métalliques d'utilisation courante ont subi une ou plusieurs opérations d'usinage. Ces opérations s'insèrent dans la succession des opérations de mise en forme à deux niveaux principalement (figure 1) :
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soit comme opérations de découpe d'une ébauche destinée à être laminée, forgée, filée, emboutie… (cf. dans le pack « Matériaux métalliques », la rubrique « Mise en forme et fonderie » et, dans ce traité, les rubriques « Travail des métaux en feuilles » et « Assemblage ») ;
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soit comme opérations de mise à la cote de pièces préalablement moulées (cf. dans le pack « Matériaux métalliques », la rubrique « Mise en forme et fonderie »), frittées, filées, embouties, forgées ou assemblées par soudage ; elles peuvent alors précéder ou suivre des traitements thermiques et/ou de surface (cf. dans le pack « Matériaux métalliques », les rubriques « Traitements thermiques » et « Traitements de surface »).
Il faut noter qu'une catégorie importante (d'un point de vue industriel et économique) de pièces usinées, avec très souvent de grandes difficultés techniques, est constituée des outillages de mise en forme.
La mise en forme par usinage concerne également, mais généralement de manière moins conséquente, toutes les autres classes de matériaux (céramiques, polymères, bois et matériaux dérivés, matériaux composites, verres, semi-conducteurs…), selon des modalités spécifiques, dépendant des caractéristiques du procédé...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WEILL (R.) - Techniques d'usinage. - Dunod, p. 409 (1971).
-
(2) - TRENT (E.) - Metal cutting. - Butterworth. p. 203 (1977).
-
(3) - KRUSCHOV (H.M.) - Principles of abrasive wear. - Wear, 28, p. 69 à 88 (1974).
-
(4) - GILORMINI (P.) - Contribution à la modélisation de la formation du copeau en usinage des métaux. - Thèse Dr-Ing., École des mines de Paris, p. 105 (1982).
-
(5) - MILLS (B.), REDFORD (A.H.) - Machinability of engineering materials. - Applied Science Publishers, p. 174 (1983).
-
(6) - FAIDHERBE (G.), VACOSSIN (B.), CRAPART (J.C.), TANGUY (J.C.) - L'environnement des centres d'usinage. - Guide pratique CETIM n° 51, p. 90 (1990).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Évolution de la production de machines-outils pour le travail des matériaux métalliques
Comme indiqué précédemment, l'Europe est l’une des principales zones de production (et d'utilisation) de machines-outils dans le monde. Les chiffres relatifs à la période 1980-2006 (figure 1 et tableau 1) montrent que cette activité est soumise à des cycles d'amplitude de l'ordre de dix ans, chaque cycle présentant une phase de croissance régulière, suivie d'une phase de régression brutale, sur une durée de deux à trois ans. Début 2008, nous sommes dans les premières années de la phase ascendante d'un cycle. Globalement, la production a augmenté de 80 % environ de 1980 à 2006, évolution certainement en rapport direct avec la croissance mondiale. Ces chiffres confirment toute l'importance des procédés d'usinage et de formage dans l'économie mondiale actuelle.
En 1996, lors de la rédaction de la première version de cet article, nous disposions des statistiques complètes sur la production de machines-outils de toute la zone européenne regroupée dans l'association CECIMO (Comité européen de coopération des industries de la machine-outil, basé à Bruxelles). Nous avions alors tiré les conclusions suivantes.
La figure 4 (§ 2) donne l'évolution entre 1975 et 1995 de la production et de la consommation de machines-outils des principaux pays occidentaux. Ces machines-outils sont destinées à réaliser la mise en forme des matériaux métalliques soit par usinage, soit par formage, laminage exclu. Les données statistiques de 1996 du CECIMO permettent d'analyser de manière plus détaillée l'évolution et la nature de la production de machines-outils. Les chiffres du tableau 2 peuvent être...
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