En tournage, la profondeur de passe influe directement sur l'efficacité d'usinage, la qualité de surface et la durée de vie de l'outil. Lors de l'usinage sur tour, des problèmes tels que les vibrations, les erreurs dimensionnelles, l'usure rapide de l'outil et les surfaces rugueuses sont souvent liés à des réglages de profondeur de passe inadéquats. Différents matériaux, outils de coupe et étapes d'usinage requièrent différentes valeurs de profondeur de passe. Un réglage judicieux des paramètres permet d'améliorer la stabilité d'usinage tout en réduisant les coûts de production.
Qu'est-ce que la profondeur de coupe en tournage ?
La profondeur de passe en tournage désigne généralement l'épaisseur de matière enlevée par l'outil de coupe en une seule passe.
La méthode de calcul est relativement simple :
- Profondeur de coupe = (Diamètre initial − Diamètre final) ÷ 2
- Une valeur plus élevée enlève plus de matière en une seule passe.
- Une valeur plus faible permet d'obtenir des résultats d'usinage plus précis.
Par exemple, si le diamètre initial de la pièce est de 60 mm et le diamètre final de 56 mm, la profondeur de coupe est de 2 mm.
Une profondeur de coupe trop importante n'est pas toujours synonyme de meilleure qualité. Une profondeur de coupe excessive augmente la charge de la machine et peut facilement provoquer des vibrations ou la casse de l'outil. À l'inverse, une profondeur de coupe trop faible diminue l'efficacité d'usinage et peut engendrer des frottements, affectant ainsi la finition de surface.
Comment choisir la profondeur de coupe pour l'ébauche et la finition
L'ébauche et la finition utilisent des paramètres très différents car leurs objectifs de traitement sont complètement différents.
Profondeur de coupe d'ébauche
L'objectif principal du tournage d'ébauche est d'enlever rapidement de la matière, c'est pourquoi on choisit généralement une profondeur de coupe plus importante.
Les gammes courantes comprennent :
- Acier doux : 2 mm–5 mm
- Fonte : 3 mm–8 mm
- Alliage d'aluminium : 2 mm–6 mm
Lors de l'ébauche, une profondeur de passe plus importante améliore la productivité. Cependant, si la rigidité de la machine est insuffisante ou si la pièce n'est pas correctement fixée, ce paramètre doit être réduit.
L'ébauche est généralement combinée à une vitesse d'avance plus importante afin d'améliorer l'efficacité globale de l'usinage.
Profondeur de coupe d'usinage de finition
L'usinage de finition se concentre davantage sur la précision dimensionnelle et la qualité de surface, la profondeur de coupe est donc généralement beaucoup plus faible.
Les gammes courantes comprennent :
- Finition de tournage standard : 0.2 mm–0.5 mm
- Pièces de haute précision : 0.05 mm–0.2 mm
- Finition miroir : profondeur réduite grâce à une découpe à grande vitesse
Si la profondeur de coupe est trop importante lors de la finition, des marques d'outils et des imprécisions dimensionnelles peuvent apparaître, réduisant ainsi la qualité de la surface.
De nombreux tours CNC comprennent également une étape de semi-finition pour corriger les erreurs dimensionnelles restantes après l'ébauche et améliorer la stabilité lors de l'usinage final.
Sélection de la profondeur de coupe pour différents matériaux
Les matériaux ayant différents niveaux de dureté, la profondeur de coupe doit être ajustée en conséquence.
Acier au carbone et acier 45
L'acier au carbone courant présente une bonne usinabilité et permet des profondeurs de coupe moyennes à importantes.
Paramètres typiques :
- Ébauche : 2 mm–4 mm
- Finition du tournage : 0.2 mm–0.5 mm
L'acier 45 est largement utilisé dans l'usinage mécanique. Avec des outils de coupe adaptés, la plupart des machines peuvent le travailler efficacement.
Usinage d'acier inoxydable
L'acier inoxydable est sujet à la formation d'arêtes vives et à l'écrouissage.
Lors de l'usinage de l'acier inoxydable :
- La profondeur de coupe ne doit pas être trop faible.
- Il convient d'éviter les frottements répétés entre l'outil et la pièce à usiner.
- Une coupe stable et continue doit être maintenue.
De nombreux machinistes expérimentés préfèrent des paramètres de coupe légèrement plus profonds et plus rapides pour l'usinage de l'acier inoxydable.
Usinage d'alliage d'aluminium
L'aluminium présente une faible résistance à la coupe et supporte des profondeurs de coupe plus importantes et des vitesses de broche plus élevées.
Ses caractéristiques d'usinage comprennent :
- Élimination facile des copeaux
- Haute efficacité d'usinage
- Meilleure finition de surface
Dans certaines opérations d'ébauche d'aluminium, la profondeur de coupe peut dépasser 5 mm.
Matériaux à haute dureté
L'acier trempé et les alliages à haute dureté imposent des exigences plus élevées aux outils de coupe.
Les recommandations d'usinage comprennent :
- Réduire la profondeur de coupe
- Diminuer le débit d'alimentation
- Contrôler la chaleur de coupe
Pour de nombreuses pièces trempées, la profondeur de tournage de finition peut n'être que d'environ 0.1 mm.
Facteurs clés influençant la profondeur de coupe
La profondeur de coupe n'est pas une valeur fixe. Elle doit être ajustée en fonction des conditions d'usinage réelles.
Rigidité de la machine
Les grands tours à commande numérique (CNC) présentent généralement une grande rigidité et peuvent supporter des charges de coupe importantes. Les petits tours ou les machines usées sont moins adaptés aux opérations de coupe lourdes en raison du risque de vibrations.
Type d'outil
Différents outils peuvent avoir différentes capacités de coupe.
Par exemple :
- Les plaquettes en carbure conviennent aux opérations de coupe intensives.
- Les outils en acier rapide sont meilleurs pour les coupes légères.
- Les outils CBN conviennent aux matériaux trempés
Les outils à rayon de courbure plus important permettent généralement des coupes plus profondes.
Condition de serrage de la pièce
Les arbres longs et fins peuvent facilement vibrer si la stabilité du serrage est insuffisante.
Dans cette situation:
- La profondeur de coupe doit être réduite
- Le débit d'alimentation doit être réduit.
- Des contre-pointes ou des lunettes fixes peuvent être nécessaires
Sinon, un rétrécissement et une ondulation de la surface peuvent apparaître.
Élimination et refroidissement des copeaux
Plus la profondeur de coupe augmente, plus le volume des copeaux augmente également.
Une mauvaise évacuation des copeaux peut entraîner :
- Enchevêtrement de puces
- Rayures de surface
- Élévation rapide de la température de l'outil
L'utilisation appropriée du liquide de refroidissement peut améliorer considérablement la stabilité d'usinage.
Problèmes courants liés aux paramètres de profondeur de coupe
De nombreuses défaillances d'usinage sont directement liées à un choix inapproprié de la profondeur de coupe.
Lorsque la profondeur de coupe est trop importante :
- La charge sur la broche augmente
- Les bavardages deviennent plus probables
- Le risque de casse d'outils augmente
- La qualité de la surface diminue
Lorsque la profondeur de coupe est trop faible :
- L'efficacité d'usinage devient très faible
- Le frottement peut se produire
- L'acier inoxydable peut durcir
- Des traces superficielles peuvent apparaître
Un autre problème fréquent est le mauvais paramétrage. La profondeur de coupe, la vitesse de broche et l'avance doivent être coordonnées. Le réglage d'un seul paramètre peut entraîner des conditions d'usinage instables.
