Influence des conditions de coupe sur la rugosité

Ce TP permet d’étudier l’influence des conditions de coupe sur la rugosité d’une pièce usinée au tour. Il enseigne comment mesurer la rugosité avec un rugosimètre et comment ajuster les paramètres de coupe (vitesse de coupe, avance et profondeur de passe) pour obtenir une surface conforme aux exigences. Pour réaliser ce TP, il faut un tour parallèle, des outils de coupe adaptés, une pièce brute en acier C40, un pied à coulisse et un rugosimètre.

Objectifs

• Connaître l’influence de chaque paramètre de coupe (vitesse de coupe, avance, profondeur de passe) sur la rugosité.
• Se familiariser avec le fonctionnement du rugosimètre.
• Décider des actions correctives à prendre en cas de non-conformité de la rugosité par rapport au dessin de définition.

Prérequis et matériel

• Connaissances en étude de la coupe : critères de rugosité, influence des conditions de coupe.
• Connaissances en production mécanique : choix des conditions de coupe, opérations d’usinage, outils de coupe.
• Maîtrise de l’utilisation des instruments de mesure et de contrôle.
• Matériel nécessaire : tour parallèle, deux outils à charioter couteau à plaquettes en carbure brasées, outil à saigner, pièce brute en acier C40, pied à coulisse 1/50, rugosimètre.

Préparation de la pièce

Commencez par prendre la pièce brute fournie par l’enseignant. Effectuez un dressage des deux côtés de la pièce pour assurer une surface plane et un centrage correct. Ce montage mixte garantit la stabilité de la pièce lors de l’usinage (voir figure 1).

Ensuite, réalisez une opération de chariotage pour éliminer la croûte extérieure de la pièce. Effectuez des plongées extérieures espacées de 30 mm le long de la pièce (figure 2). Cette étape prépare la surface pour les essais de coupe et assure une base homogène pour les mesures de rugosité.

Détermination des conditions de coupe

Pour chaque essai, l’opération de chariotage doit porter sur une longueur de 30 mm. La matière étant du C40, utilisez un outil à charioter couteau à plaquette en carbure brasée neuf. Complétez le tableau suivant en déterminant la vitesse de coupe (Vc) correspondante à partir du tableau des conditions de coupe fourni en annexe.

Profondeur de passe "p" (mm) : p1=0,5, p2=1, p3=1,5
Avance "f" (mm/tr) : à compléter
Avance machine "f_machine" (mm/tr) : à compléter
Vitesse de coupe "Vc" (m/min) : à compléter

Calculez ensuite la vitesse de rotation de la broche (N) pour chaque vitesse de coupe selon la formule :

N (tr/min) = (1000 × Vc) / (π × D)

où D est le diamètre de la pièce mesuré au pied à coulisse. Complétez le tableau avec les vitesses de rotation calculées et celles réglées sur la machine.

Mesure et enregistrement de la rugosité

Avant de commencer les mesures, rappelez les définitions des critères de rugosité disponibles sur le rugosimètre (par exemple Ra, Rz, etc.). Cette connaissance est essentielle pour interpréter correctement les résultats.

Pour chaque essai, effectuez une opération de chariotage sur 30 mm avec les paramètres définis. Prenez trois mesures de rugosité à différents emplacements sur la surface usinée à l’aide du rugosimètre. Notez les valeurs Ra1, Ra2, Ra3 et calculez la moyenne Ra_moyenne pour chaque essai. Complétez le tableau suivant :

p (mm) | f (mm/tr) | N (tr/min) | Ra1 (µm) | Ra2 (µm) | Ra3 (µm) | Ra_moyenne (µm)
-------|------------|------------|----------|----------|----------|----------------
p1     | f1         | N1         |          |          |          | 
p1     | f2         | N2         |          |          |          | 
p1     | f3         | N3         |          |          |          | 
p2     | f1         | N1         |          |          |          | 
p2     | f2         | N2         |          |          |          | 
p2     | f3         | N3         |          |          |          | 
p3     | f1         | N1         |          |          |          | 
p3     | f2         | N2         |          |          |          | 
p3     | f3         | N3         |          |          |          | 

Analyse graphique

Tracez les courbes suivantes sur des graphiques distincts ou superposés :

• Variation de la rugosité en fonction de la vitesse de coupe pour chaque couple avance-profondeur de passe (f1, p1), (f2, p2), (f3, p3).
• Variation de la rugosité en fonction de l’avance pour chaque couple vitesse de coupe-profondeur de passe (Vc1, p1), (Vc2, p2), (Vc3, p3).
• Variation de la rugosité en fonction de la profondeur de passe pour chaque couple vitesse de coupe-avance (Vc1, f1), (Vc2, f2), (Vc3, f3).

Ces graphiques permettent de visualiser l’impact de chaque paramètre sur la qualité de surface obtenue.

Conclusion

À partir des résultats et des graphiques, concluez sur l’influence relative de la vitesse de coupe, de l’avance et de la profondeur de passe sur la rugosité. Identifiez les conditions optimales pour obtenir une surface conforme et les actions à entreprendre en cas de non-conformité (par exemple, diminuer l’avance ou augmenter la vitesse de coupe).

Résultats attendus

L’étudiant doit observer que :

• La rugosité varie significativement avec la vitesse de coupe, l’avance et la profondeur de passe.
• Des vitesses de coupe plus élevées tendent à améliorer la rugosité jusqu’à un certain point.
• Une avance trop élevée augmente la rugosité, dégradant la qualité de surface.
• La profondeur de passe influence également la rugosité, mais son effet dépend des autres paramètres.
• Les mesures de rugosité prises au rugosimètre doivent être cohérentes entre elles et refléter les tendances attendues.

Pièges courants

• Ne pas effectuer un dressage correct de la pièce, ce qui fausse les mesures de rugosité.
• Utiliser un outil usé ou mal fixé, entraînant une mauvaise qualité de surface.
• Ne pas respecter la longueur d’usinage de 30 mm, ce qui rend les mesures non comparables.
• Erreur dans le calcul ou le réglage de la vitesse de rotation de la broche, affectant la vitesse de coupe réelle.
• Prendre les mesures de rugosité toujours au même endroit, ce qui ne reflète pas la variabilité de la surface.
• Oublier de noter les valeurs de rugosité ou de compléter les tableaux correctement.