Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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This article defines the machining operation, states precisely its economic impact with respect to the other material forming operations and presents the main characteristics of the great classes of processes: cutting, abrasion and physico-chemical machinings. The various processes are described according to their class, and their performances are compared: machinability of materials, material rate and energy consumption, machined parts, cost of realisation.
Auteur(s)
-
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 :
-
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 ;
-
présenter les traits spécifiques de chacune des grandes classes de procédés d’usinage : coupe, usinage par abrasion et usinages physicochimiques (tous procédés non traditionnels) ;
-
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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KEYWORDS
cutting | Description | Abrasion | Physicochemical machinings
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Notations
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4. Conclusion
Que peut-on dire de l'évolution prévisible des techniques d'usinage ? L'usinage conservera et augmentera très certainement son poids économique. Il n'y aura probablement pas de bouleversements majeurs, mais l'amplification des tendances actuelles qui, de toute façon, sont motivées par la course vers une productivité de plus en plus grande.
Les procédés « traditionnels » de coupe et de travail par abrasion ont encore de belles perspectives de développement, notamment par l'élargissement du domaine des très grandes vitesses, par l'optimisation de l'élaboration des matériaux à usiner, par l'utilisation de matériaux à outils plus performants et des procédés de déposition de films minces. L'utilisation des très grandes vitesses a déjà révolutionné le fraisage des alliages d'aluminium et la rectification des aciers. On commence à utiliser avec profit des revêtements en diamant ou en céramique multicouches stratifiés à l'échelle de quelques nanomètres.
Du côté des procédés non traditionnels, l'usinage par électroérosion va certainement conserver sa place dominante et son dynamisme, mais l'usinage par électrochimie verra sans doute s'élargir ses applications du fait de ses bonnes performances. Enfin, l'effort important de recherche et développement sur les lasers, stimulé en grande partie par les besoins de l'industrie de l'armement, aura certainement des retombées importantes dans l'usinage et, de manière plus large, les autres applications du laser dans le travail des matériaux : le soudage et le traitement de surface. Déjà, le laser est utilisé comme auxiliaire des opérations de coupe, par exemple pour préchauffer des alliages de faible usinabilité.
Au niveau des machines-outils, leur conception et réalisation va conduire à une réduction des temps morts et du nombre de montages de la pièce nécessaires, une augmentation des vitesses d'avance et de la précision de positionnement. Ces objectifs seront certainement atteints par une série de modifications dont certaines commencent à apparaître ; ainsi, récemment, a été réalisé un système d'asservissement des axes basé sur l'utilisation de moteurs linéaires permettant d'atteindre une vitesse d'avance de 60 m/min avec une précision de positionnement fortement améliorée. Le contrôle métrologique direct de la pièce sur la machine est un autre axe de développement intéressant, car ces...
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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).
- ...
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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