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ÉTUDE DES COPEAUX OBTENUS EN USINAGE.

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La formation du copeau en usinage à grande vitesse est un phénomène micro-géométrique influant sur plusieurs grandeurs macro-géométriques liées à la qualité de la pièce obtenue. Sa maîtrise contribue à :

• fiabiliser le processus d’usinage,

• garantir la qualité géométrique des surfaces usinées, (l’état de surface, la précision dimensionnelle, etc.),

• assurer la productivité,

• renforcer la sécurité des opérateurs et de la cellule d’usinage.

Traditionnellement, d’abondantes recherches réalisées sur l’usinage des métaux se sont concentrées sur les mécanismes qui mènent à la formation des copeaux continus. Ces copeaux permettent de faire de nombreuses simplifications en raison de sa géométrie relativement simple et par les conditions d’obtention relativement stables. Un copeau continu est fortement indésirable en usinage, par exemple, en tournage ou ce type de copeau peut perturber le procédé en s’enroulant autour de la pièce usinée. Il peut ainsi endommager la surface usinée, l’outil de coupe, la machine ou même blesser l’utilisateur. L’enroulement du copeau peut même obliger à arrêter la machine afin de procéder à son enlèvement manuel, ce qui évidement réduit la productivité du procédé. L’obtention d’un copeau segmenté, facilement cassant, peut être considérée comme une condition idéale pour un procédé d’usinage automatisé. L’usinage dans ces conditions peut entraîner une diminution de l’intervention humaine, ainsi qu’une réduction des efforts de coupe et une meilleure gestion des copeaux, ce qui conduit à une augmentation du rendement du procédé et à une réduction des coûts de production.

Types de copeaux obtenus en usinage

Depuis des années, beaucoup d’efforts ont été réalisés afin de classer les différents types de copeaux obtenus en usinage, notamment dans le cas de la coupe orthogonale. Ernst en 1938, un des précurseurs dans le domaine, a proposé un classement des copeaux toujours utilisé de nos jours. Ce classement comporte trois catégories de copeaux :

Copeau continu : sa formation est due à un écoulement constant de la matière dans lequel les contraintes, la déformation, la vitesse de déformation et la température restent constantes tout au long de la coupe.

Copeau continu avec arête rapportée : c’est le résultat d’un état d’équilibre dynamique d’un système contenant une zone de stagnation. La tendance à la formation d’arête rapportée lors de l’usinage diminue avec l’augmentation de la vitesse de coupe.

Copeau discontinu :. il se caractérise par des profils d’écoulement oscillatoire de la matière lors de la coupe.

En usinage à grande vitesse, la formation des copeaux est affectée par des instabilités qui apparaissent avec l’augmentation de la vitesse lors de la coupe. Les sources d’instabilité peuvent être de diverse nature :

• les caractéristiques métallurgiques et thermo-plastiques du matériau usiné,

• les conditions de coupe,

• les variations du cisaillement dans la zone de cisaillement primaire,

• l’usure de l’outil qui entraîne des variations des conditions de frottement dans la zone de cisaillement secondaire,

• les interactions entre les zones de cisaillement primaire et secondaire,

• la réponse de la structure de la machine et ses interactions avec le procédé de coupe.

Le résultat de ces instabilités est la formation de copeaux discontinus. Ces types de copeaux peuvent être obtenus avec des conditions de coupe et des matériaux différents. Komanduri propose un classement des copeaux discontinus :

Copeau segmenté périodique : c’est un copeau qui présente une variation périodique mais asymétrique de l’épaisseur. Il ne se présente que pour des intervalles de vitesses particuliers qui dépendent du matériau à usiner et du dispositif expérimental.

Copeau avec cisaillement localisé (ou dentelé) : ce type de copeau est dû principalement à une instabilité de la déformation plastique localisée dans la zone de cisaillement primaire.

Copeau fragmenté : il est similaire au copeau segmenté périodique mais avec une séparation complète des segments. C’est le résultat de la rupture périodique du copeau dans la zone de cisaillement primaire. Ce type de copeau se présente principalement dans l’usinage de matériaux fragiles.

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