Le tournage , un terme qui résonne dans toute l'industrie, une technique qui a ouvert la voie à l'usinage moderne et qui est devenue la pierre angulaire du génie mécanique.
Avec un outil de coupe à point unique et une pièce à usiner en rotation, il ouvre un monde de coupes de précision et de composants aux formes complexes.
Cet article vous dévoilera tous les aspects du tournage, en présentant les paramètres, les opérations, les types et les équipements nécessaires. Préparez-vous à explorer l'univers du tournage, où les matières premières se transforment en pièces d'une précision technique exceptionnelle.
Qu'est-ce que le tournage ?
Le tournage est une opération d'usinage qui consiste à enlever de la matière d'une pièce à l'aide d'un outil de coupe en rotation autour d'un axe. Cette opération est réalisée sur un tour, machine spécialisée permettant d'usiner des pièces de géométries et de matériaux variés.
Le tournage permet d'obtenir un excellent état de surface et de fabriquer des pièces de haute précision. Ce procédé permet de réaliser des surfaces internes et externes, même profilées, avec une précision inégalée.
L'aube du tournant : une perspective historique
L'histoire du tournage remonte à plusieurs siècles, à l'époque où l'on utilisait des tours manuels pour façonner le bois et les métaux. La transformation du procédé est survenue avec l'introduction de la technologie de commande numérique par ordinateur (CNC) au milieu du XXe siècle, révolutionnant ainsi le secteur.
Le tournage est passé d'un processus manuel à un processus automatisé, permettant la production de composants de diamètre complexe et précis, limité uniquement par les spécifications de la machine et le savoir-faire de l'opérateur.
Quel est le principe de fonctionnement du tournage ?
Le tournage fonctionne selon un principe simple mais efficace :
- La pièce tourne à grande vitesse tandis qu'un outil de coupe à pointe unique traverse la surface de la pièce, coupant une fine couche de matériau.
- L'action de coupe a lieu à l'endroit où le tranchant de l'outil rencontre la pièce à usiner.
- Cette vitesse de coupe, couplée à la vitesse d'avance (la vitesse à laquelle l'outil de coupe se déplace par rapport à la pièce), détermine la forme et l'état de surface du produit final.
Quelles sont les étapes du tournage ?
Le processus de tournage se déroule en une série d'étapes soigneusement calibrées, que nous allons explorer ci-dessous.
Montage de la pièce
Tout d'abord, la pièce à usiner est montée sur le tour. Ceci est souvent réalisé en fixant la pièce entre deux pointes ou en la fixant dans un mandrin, ce qui lui permet de tourner autour d'un axe fixe.
Configuration de l'outil
Ensuite, l'outil de coupe à un seul point est positionné perpendiculairement à la surface de la pièce. L'angle de coupe, l'angle de dépouille et l'angle de dégagement de l'outil, qui déterminent la qualité de la coupe, sont ajustés en fonction du résultat souhaité.
Processus de coupe
Une fois la préparation terminée, le tour est mis en marche et la pièce se met à tourner. L'outil de coupe se déplace longitudinalement le long de la pièce en rotation, enlevant de la matière sous forme de copeaux.
Contrôles qualité et finition
La dernière étape consiste à contrôler la pièce afin de déceler d'éventuelles imperfections et d'effectuer les corrections nécessaires. La pièce finale est ensuite mesurée pour vérifier sa précision dimensionnelle et son état de surface, ce qui peut nécessiter des opérations de tournage supplémentaires telles que le tournage de finition ou le calibrage.
Quels sont les différents types de tournage ?
Le tournage n'est pas un processus monolithique, mais plutôt un ensemble de méthodes, chacune ayant ses caractéristiques et applications propres. Voici quelques-unes des plus courantes :
- Tournage droit: Le tournage droit implique l'enlèvement du métal de la surface externe d'une pièce cylindrique. L'outil de coupe se déplace longitudinalement le long de la pièce, réduisant ainsi son diamètre. Il est souvent utilisé pour garantir que les pièces cylindriques ont un diamètre constant sur toute leur longueur.
- Tournage coniqueEn tournage conique, l'outil n'est pas parallèle à l'axe du tour, mais incliné, ce qui permet de réaliser des formes coniques. Cette technique est couramment utilisée pour fabriquer des broches de machines-outils et des arbres de transmission nécessitant une extrémité conique pour l'assemblage de composants.
- Face à: Cette opération consiste à réduire la longueur d'une pièce ou à créer une extrémité ou une face lisse. L'outil de coupe se déplace radialement sur l'extrémité de la pièce, enlevant de la matière. Il est fréquemment utilisé pour nettoyer les extrémités des pièces ou préparer des surfaces pour des processus d'usinage supplémentaires.
- Tournage de rainures (Ou rainurage) : Ce type d’usinage consiste à réaliser une rainure étroite sur la surface externe ou interne de la pièce. Le rainurage est couramment utilisé pour les rainures de lubrification, les rainures de bagues de retenue et pour le tronçonnage de pièces.
- Séparation: Le tronçonnage ou tronçonnage est l'opération consistant à couper une pièce d'une pièce plus grande. Cela implique la création d’une fente étroite jusqu’au centre de la pièce, séparant finalement une section de matériau. Il s’agit généralement de l’opération finale après la mise en forme complète de la pièce.
- Tournage de fil: Ce type consiste à découper une rainure hélicoïdale d'un pas particulier le long de la surface externe ou interne d'une pièce cylindrique. Le tournage du filetage est utilisé pour fabriquer des filetages pour les fixations et autres composants nécessitant des caractéristiques filetées.
- Forage: Le forage est le processus d'agrandissement d'un trou déjà foré ou carotté. Il peut améliorer la précision du trou et fournir une surface interne lisse. Il est utilisé pour finir les surfaces internes ou pour les préparer à des opérations supplémentaires comme le tournage de filetage.
- MoletageCette opération crée une rugosité régulière sur la surface de la pièce, souvent pour faciliter sa manipulation. L'outil de moletage imprime un motif sur la surface de la pièce en tournant.
- Forage HorizontauxSur un tour, le perçage consiste à réaliser un trou cylindrique en enlevant du métal le long de la circonférence d'un outil pointu ou d'un foret. C'est généralement la première étape de la création d'une pièce interne qui sera ensuite affinée par des opérations telles que l'alésage ou le filetage.
- Tournage CNC (Commande Numérique par Calculateur): Tournage CNC utilise des programmes informatiques pour contrôler le mouvement de l'outil de coupe. Il permet la création de pièces complexes à des vitesses élevées et avec une grande précision. Le tournage CNC est particulièrement utile pour produire des pièces présentant des caractéristiques radiales complexes ou lorsque des tolérances serrées sont requises.
Techniques et méthodes de tournage
Différentes techniques de tournage ont été mises au point pour répondre aux besoins de diverses applications. Parmi celles-ci :
Se séparer
Le découpage, également appelé ébavurage, consiste à couper un morceau d'une pièce en cours de tournage.
Gorges
Le rainurage est une opération de tournage consistant à réaliser des rainures sur la surface d'une pièce.
Face à
Le dressage est l'opération de découpe le long de la face d'extrémité d'une pièce, généralement pour la rendre plane ou pour la couper à une longueur spécifique.
Moletage
Le moletage ne consiste pas à découper, mais plutôt à imprimer un motif sur la surface d'une pièce. Il est souvent utilisé pour créer un motif dentelé offrant une meilleure prise en main ou un aspect esthétique.
Alésage
L'alésage consiste à enlever une petite quantité de matière d'un trou existant afin d'améliorer sa précision dimensionnelle et son état de surface.
Outils et équipements de tournage
Le tournage, opération d'usinage essentielle, utilise divers équipements à des fins différentes. Voici quelques-uns des outils principaux :
Machine de tour
Le tour, également appelé machine de tournage, est l'équipement central du processus de tournage. Différents types de tours sont utilisés pour diverses opérations de tournage, tels que les tours à tourelle, les tours spéciaux et les tours à commande numérique (CNC).
Outil de coupe à point unique
Lors du tournage, on utilise un outil de coupe à un seul point, généralement en acier rapide ou en carbure. Les caractéristiques de cet outil, telles que l'angle de coupe et sa durée de vie, sont déterminantes pour la réussite de l'opération.
Épaule
Un mandrin est un dispositif utilisé pour maintenir la pièce à usiner en place pendant sa rotation.
Contre-pointe
Une contre-pointe soutient l'extrémité de la pièce à usiner lorsqu'elle est tournée entre pointes.
Mécanisme d'alimentation
Le mécanisme d'avance, généralement commandé par une vis sans fin, contrôle la vitesse à laquelle l'outil se déplace le long de la pièce à usiner.
Paramètres de virage
Plusieurs paramètres influencent le processus de tournage. Leur compréhension permet d'optimiser ce processus et d'obtenir les résultats souhaités. Voici quelques-uns des principaux paramètres :
Vitesse de coupe
La vitesse de coupe, souvent exprimée en mètres par minute ou en pieds par minute, désigne la vitesse de déplacement de l'outil de coupe ou de la pièce à usiner pendant l'usinage. C'est un facteur primordial qui influe sur la qualité de la coupe, la durée de vie de l'outil et la productivité globale de l'opération de tournage.
De nombreux facteurs sont à prendre en compte lors du réglage de la vitesse de coupe, tels que :
- Le type de matériau sur lequel on travaille
- La dureté du matériau
- Le type d'outil de coupe utilisé
- La finition de surface souhaitée
Profondeur de coupe
Un autre paramètre essentiel en tournage est la profondeur de passe, c'est-à-dire la distance à laquelle l'outil de coupe pénètre dans la pièce. Ce facteur peut avoir un impact significatif sur la cadence de production, l'état de surface et la durée de vie de l'outil.
Pour souligner quelques points à prendre en compte concernant la profondeur de coupe :
- Elle ne doit pas être si superficielle qu'elle fasse perdre du temps, ni si profonde qu'elle sollicite excessivement l'outil et la machine.
- Le type de matériau, sa dureté et le type d'outil utilisé sont autant d'éléments à prendre en compte pour déterminer la profondeur de coupe appropriée.
Débit d'alimentation
En tournage, la vitesse d'avance correspond à la distance parcourue par l'outil le long de la pièce lors d'une rotation complète. Comme d'autres paramètres, elle influe considérablement sur la qualité de la finition, la durée de vie de l'outil et la cadence de production.
Voici quelques facteurs clés à prendre en compte concernant le débit d'alimentation :
- Des vitesses d'avance plus élevées peuvent entraîner des cadences de production plus élevées, mais peuvent avoir un impact négatif sur la durée de vie de l'outil et la finition de surface.
- Différents matériaux et types d'outils peuvent nécessiter des ajustements de la vitesse d'avance pour obtenir des résultats optimaux.
Les autres paramètres de virage importants sont :
- Géométrie de l'outil : Elle comprend les différents angles de l'outil de coupe, tels que l'angle de dépouille et l'angle de dégagement. Ces angles influencent l'action de coupe et l'état de surface.
- Matériau de la pièce : Les différents matériaux ont des propriétés d'usinage différentes, ce qui influe sur le choix de la vitesse de coupe, de l'avance et du matériau de l'outil.
Matériaux supportés pour le tournage
Le tournage est un procédé polyvalent qui peut être utilisé sur une large gamme de matériaux. Parmi les matériaux couramment tournés figurent des métaux comme l'acier, le laiton, l'aluminium, le titane et les alliages de nickel, ainsi que des plastiques tels que le nylon, le polycarbonate, l'ABS, le POM, le PP, le PMMA, le PTFE, le PEI et le PEEK.
Certaines opérations de tournage s'étendent également au bois et à d'autres matériaux, bien que les métaux et les plastiques restent les plus courants.
Le choix du tournage dépend de l'usinabilité du matériau, de la complexité des caractéristiques requises et de la finition de surface souhaitée.
Les matériaux plus robustes tels que l'acier et le titane peuvent nécessiter plus de puissance, des outils spécialisés ou une force de coupe spécifique, tandis que les matériaux plus tendres comme l'aluminium et le plastique sont relativement faciles à usiner.
Certains matériaux, grâce à leurs propriétés uniques, peuvent produire de meilleures finitions de surface ou permettre l'usinage de formes et de volumes plus complexes.
Avantages et inconvénients du tournage
Comme tout processus de fabrication, le tournage présente également son lot d'avantages et d'inconvénients.
Les avantages du tournage incluent :
- Efficacité de la production de masse grâce à l'automatisation
- Haut niveau de précision et d'exactitude
- Capacité à gérer des formes et des géométries complexes
- Fournit une bonne finition de surface
En revanche, les inconvénients sont :
- La configuration initiale peut prendre du temps
- Moins efficace pour les pièces non cylindriques ou de forme complexe
- La compétence et l'expérience de l'opérateur jouent un rôle essentiel
- Le processus peut nécessiter des changements d'outils fréquents en raison de l'usure des outils.
Conseils de conception pour le tournage
En matière de conception pour le tournage , il convient de garder à l'esprit quelques points essentiels. Les recommandations suivantes vous aideront à obtenir des résultats optimaux :
- Veillez à ce que le design soit aussi simple que possible.
- Évitez les angles internes vifs ; ils peuvent provoquer une concentration de contraintes et sont difficiles à usiner.
- Maintenir une épaisseur de paroi uniforme afin d'éviter toute déformation lors de l'usinage.
- Privilégiez les filetages standard pour réduire les coûts et le temps d'usinage.
- Concevoir des pièces pouvant être usinées en une seule opération afin de gagner du temps et de maintenir la précision.
Logiciels utilisés dans le tournage
Avec l'avènement de la commande numérique par ordinateur (CNC), les opérations de tournage sont devenues hautement automatisées et précises. Les tours CNC sont pilotés par des logiciels spécialisés qui permettent d'usiner des géométries complexes avec précision et répétabilité. Parmi les logiciels couramment utilisés en tournage, on trouve AutoCAD, SolidWorks, Mastercam et Fusion 360. Ces outils permettent aux opérateurs de concevoir la pièce, de planifier les opérations d'usinage et de générer le code G nécessaire au pilotage du tour CNC.
Dangers potentiels liés au virage
Le tournage, comme toute opération d'usinage, présente des risques potentiels. Des accidents peuvent survenir en raison de la rupture d'outils, de la projection de copeaux ou de l'enchevêtrement avec des pièces en rotation. Il est essentiel de veiller à ce que toutes les mesures de sécurité soient mises en place et respectées, notamment le port d'équipements de protection individuelle, l'entretien et l'inspection réguliers des machines, ainsi que la formation adéquate des opérateurs. Il est également important de maintenir un espace de travail propre et organisé afin de réduire les risques d'accidents.
Effets secondaires possibles lors du virage
Le tournage consiste à enlever de la matière d'une pièce en rotation à l'aide d'un outil de coupe à un seul point. Cette opération d'usinage peut engendrer plusieurs effets secondaires, qui dépendent largement des paramètres de fonctionnement, de la nature du matériau de la pièce et des caractéristiques de l'outil de coupe.
L'usure des outils, phénomène inévitable lors des opérations de tournage, constitue un problème majeur. Elle est influencée par des facteurs tels que la vitesse de coupe, l'avance et l'angle de coupe. Cette usure entraîne une dégradation des performances de l'outil, affectant la précision et l'état de surface de la pièce usinée. De plus, les copeaux produits lors de l'enlèvement de matière peuvent poser des problèmes de manutention et d'élimination.
Les opérations de tournage nécessitent souvent une surveillance continue afin de contrôler ces effets secondaires. Malgré les progrès de l'automatisation des tours à commande numérique, le rôle de l'opérateur demeure essentiel pour maintenir des tolérances serrées, limiter l'usure des outils et garantir un bon état de surface.
Impact environnemental du tournage
Comme d'autres procédés d'usinage, le tournage peut avoir des conséquences environnementales. La consommation d'énergie des tours, la production de déchets issus de l'enlèvement de matière et l'élimination ou le recyclage des outils de coupe usagés constituent des facteurs environnementaux importants.
De plus, les fluides de coupe et les lubrifiants utilisés pour réduire le frottement, refroidir l'outil de coupe et prolonger sa durée de vie présentent souvent des risques environnementaux en raison de leur composition chimique. Face aux progrès de l'industrie de l'usinage, la recherche d'alternatives écologiques se développe, dans le but de parvenir à un processus de tournage plus durable.
Rentabilité du virage
La rentabilité du tournage dépend largement de plusieurs facteurs, notamment le coût de la machine, les coûts de l'opérateur, la durée de vie de l'outil et les frais d'entretien.
Quel est le coût horaire moyen du tournage ?
Le coût des services de tournage peut varier considérablement en fonction de facteurs tels que la complexité de la pièce, le type de matériau, les tolérances requises et le coût de la main-d'œuvre dans la région. En moyenne, on peut toutefois s'attendre à payer entre 50 et 100 dollars de l'heure pour des services de tournage CNC.
Où trouver des services de tournage ?
Plusieurs entreprises proposent des services de tournage professionnels, parmi lesquelles 3ERP se distingue. Spécialisée dans l'usinage CNC, elle réalise des pièces sur une large gamme de matériaux. 3ERP travaille divers métaux comme l'aluminium, le magnésium, l'acier, l'acier inoxydable, le laiton, le cuivre, le bronze, le titane et les alliages de nickel, ainsi que des plastiques comme le nylon, le polycarbonate, l'ABS, le POM, le PP, le PMMA, le PTFE, le PEI et le PEEK.
Technologies alternatives au tournage
Bien que le tournage soit une opération essentielle pour la fabrication de pièces cylindriques ou tubulaires, d'autres technologies permettent d'obtenir des résultats similaires. Le fraisage , par exemple, malgré un fonctionnement fondamentalement différent, peut être utilisé pour produire des pièces cylindriques et même des surfaces profilées. Comprendre les différences entre ces deux méthodes d'usinage est important pour choisir le procédé le plus adapté à un projet, notamment lors des discussions sur les applications de tournage et de fraisage CNC.
De plus, les progrès réalisés dans le domaine de la fabrication additive ou de l'impression 3D offrent une approche alternative pour créer des géométries complexes sans avoir recours à des procédés soustractifs comme le tournage.
Conclusion
Le tournage est une composante essentielle de l'usinage, permettant la création de pièces complexes grâce à des coupes de haute précision. Sa polyvalence se manifeste par sa capacité à travailler divers matériaux et à produire une grande variété de formes et de géométries.
Bien que le tournage présente de nombreux avantages, il soulève également des défis tels que l'usure des outils et les préoccupations environnementales. Avec les progrès technologiques, des efforts constants sont déployés pour optimiser cette technique, la rendant plus sûre, plus efficace et plus durable. L'univers fascinant du tournage continuera d'évoluer, façonnant l'avenir du génie mécanique.
