Tournage mécanique

• Tournage longitudinal (chariotage, axe z), réalisation d'un cylindre ;
• tournage transversal (dressage, axe x), réalisation d'une face, d'un épaulement ;
• tournage par profilage ou contournage, réalisé par copiage ou utilisation d'une commande numérique ;
• tournage de gorges, dégagements ;
• filetage, réalisation d'un pas de vis ;
• tronçonnage.

• Alésage ;
• dressage ;
• tournage intérieur par contournage ;
• tournage de dégagement, gorges ;
• taraudage, réalisation d'un filetage intérieur ;
• chambrage.

Le chariotage d'une pièce métallique brute en tournage conventionnel se fait typiquement en cinq opérations :

1. Écroûtage du brut : on enlève la couche extérieure, qui a un mauvais état de surface et contient de nombreux défauts (calamine, corrosion, fissures, inclusions, écrouissage important, …) ; il s'agit d'une passe d'environ 0,5 à 1 mm.
2. Contrôle du diamètre obtenu (au pied à coulisse voire au micromètre), ce qui permet de déterminer combien il faut enlever de matière pour arriver à la cote visée.
3. Passes d'ébauche d'une profondeur de plusieurs mm, pour enlever la matière.
4. Contrôle du diamètre avant finition.
5. Passe de finition, d'une profondeur inférieure à 0,5 mm mais supérieure au copeau minimum, afin d'avoir une bonne tolérance dimensionnelle et un bon état de surface.

Si l'on doit réaliser un épaulement, on chariote en laissant une surépaisseur de 0,5 mm ; celle-ci est enlevée en dégageant l'outil lors de la passe de finition. On assure ainsi la planéité et la perpendicularité de la surface par rapport à l'axe, puisque la surface finale est réalisée en une seule passe.

Souvent, les outils en acier rapide ou en métal dur sont revêtus d'une ou plusieurs couches, ils possèdent une durée de vie plus longue et permettent une augmentation des vitesses d'usinage et un état de surface meilleur. Les différents types de revêtement sont :

• Le nitrure de titane (TiN), matériau standard.
• Le carbonitrure de titane (TiCN), grande dureté, bonne résistance à l'abrasion.
• L'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) et nitrure de silicium (Si₃N₄), appartiennent à la classe des céramiques ; ce sont deux matériaux de base auxquels on peut additionner différentes matières en fonction des caractéristiques recherchées : oxyde de zirconium (ZrO₂), carbure de titane (TiC) ou du carbure de silicium (SiC).
• Le diamant utilisé pour l'usinage de métaux non ferreux et de non-métaux abrasifs tels que : carbone ou céramique.
• Le nitrure de bore utilisé pour l'usinage de métaux ferreux trempés.

En tournage, la vitesse de coupe est la vitesse relative de l'outil par rapport à la pièce. Il s'agit donc de la vitesse tangentielle au point de la pièce coïncidente avec la pointe de l'outil. Cette vitesse qui s'exprime toujours en mètres par minute (m/min) se calcule ainsi:

${\displaystyle V_{c}={\frac {\pi \times d\times N}{1000}}}$

avec:

• ${\displaystyle V_{c}}$ : vitesse de coupe en m/min
• d : diamètre en mm au point d'usinage
• N : vitesse de rotation de la pièce en tours par minute

En permutant les termes de la formule précédente, on obtient :

${\displaystyle N={\frac {1000\times Vc}{\pi \times d}}}$

Et c'est cette vitesse de rotation ${\displaystyle N}$ que l'on règle sur la machine. Il faut donc connaître ${\displaystyle V_{c}}$ dont la valeur est le plus souvent issue de méthodes empiriques. Certains organismes, comme le CETIM pour l'industrie mécanique, ont établi des tableaux de référence.

La vitesse de coupe est déterminée en fonction de différents facteurs:

• de la matière à usiner : en général plus elle est tendre et plus la vitesse est élevée
• de la matière de l'outil de coupe
• de la géométrie de l'outil de coupe
• du type d'usinage: ébauche, finition, filetage, etc
• du lubrifiant, qui permet une augmentation de la vitesse
• de la qualité du tour : plus il est rigide, plus il supportera des vitesses élevées

En tournage, l'avance est la vitesse avec laquelle progresse l'outil suivant l'axe de rotation pendant une révolution de la pièce, cette vitesse est déterminée expérimentalement en fonction des critères précédemment cités. Cela correspond, en première approximation à l'épaisseur du copeau. On règle l'avance directement sur la machine.

À ne pas confondre avec la formule de calcul de l'avance en fraisage, qui est:

${\displaystyle Vf=fz\times Z\times N}$

Vf = avance en mm/min
fz = avance par dent en mm/(dent.tour)
Z = nombre de dents de la fraise
N = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/min

En tournage, si on veut calculer la vitesse d'avance de l'outil, on applique cette formule :

${\displaystyle Vf=f\times N}$

f = avance en mm/tour
N = fréquence de rotation réglée sur la machine en tr/min

Un tour ne dispose pas d'une puissance illimitée : celle-ci lui est fournie par voie électrique. Lors de l'usinage d'une pièce, il est impératif de s'assurer que la machine est capable de réaliser l'opération demandée, sans quoi on risque d'abîmer, l'outil, le tour, ou la pièce à usiner.

On définit pour cela le débit de tournage, quantité de matière enlevée par l'outil dans un temps donné. Ce débit Q_T s'exprime comme :

${\displaystyle Q_{T}=f\times a_{p}\times V_{c}}$ (en cm³/min)

Avec :

• f : l'avance (en mm/tour)
• a_p : la profondeur de passe (en mm)
• V_c : la vitesse de coupe (en m/min)

Grâce à ce débit, on exprime la puissance nécessaire à la passe demandée :

${\displaystyle P={\frac {k_{c}\times Q_{T}}{60}}={\frac {k_{c}\times a_{p}\times f\times V_{c}}{60}}}$ (en watts)

Avec k_c la pression de coupe, ou effort spécifique de coupe, en newtons par millimètre carré (N/mm²)

La puissance de fonctionnement, et la puissance max (ou "en pointe") sont données par le constructeur du tour, l'ajustement de la profondeur de passe permettra de diminuer la puissance nécessaire à l'étape demandée, sans jouer sur la vitesse de coupe ni sur l'avance, critères primordiaux à la bonne réalisation de la pièce.