Travail des métaux

Les secrets du métier en usinage

Combien de fois nous demande-t-on, à nous, les machinistes, de produire des pièces « de toute urgence » ? Souvent ! Quand un équipement de production tombe en panne, ça presse et c’est à nous qu’on fait appel. Plus souvent qu’autrement, c’est « pour hier » ! En plus, les machinistes ne manquent pas de « clients » dans l’atelier. L’équipe de la production compte sur nous pour que les lignes d’assemblage continuent de tourner ; le personnel de la recherche et du développement compte sur nous pour le prototypage et le respect des échéanciers alors que les responsables de l’entretien comptent sur nous pour réparer, modifier ou remplacer des composants mécaniques ou autres.

Bref, quand on nous demande des pièces, on veut des pièces-pas des excuses, des explications et surtout pas de délais supplémentaires. C’est une réalité de notre métier. Nos responsabilités sont donc claires et précises : pour éloigner la pression de « faire vite », il suffit de fournir les pièces qui nous ont été demandées !

Si vous êtes comme moi, votre idéal n’est pas de toujours travailler plus vite et plus fort. Mais il est certain qu’il y a et qu’il y aura toujours de ces moments de crise qui commandent de nous retrousser les manches et de fonctionner en cinquième vitesse. « L’usinage de crise » peut même parfois s’avérer stimulant. Il entraîne un changement de cadence qui peut être énergisant, les heures passent alors très vite et on en retire souvent la satisfaction d’être venu à la rescousse d’un collègue directement confronté à une crise.

Les suggestions qui suivent devraient vous aider à travailler plus rapidement. Cependant, gardez à l’esprit que votre priorité sera toujours de bien faire le travail, car vous ne gagnerez pas de temps à reprendre le travail mal fait pour avoir voulu faire trop vite !

Faire de chaque heure de travail, une heure d’usinage.

Il s’agit d’une idée maîtresse de la production à valeur ajoutée. On l’accompagne souvent d’une autre qui veut que les nouvelles technologies permettent de réduire le temps de mise en route, de montage et de démontage. Cette économie de temps qu’apportent la CAO-FAO et les MOCN devient une valeur ajoutée, mais le machiniste y perd un peu le plaisir de « faire des copeaux ».

Prenons l’exemple des tournevis. On peut se procurer un tournevis dont les embouts sont interchangeables et croire qu’avec ce seul tournevis, on pourra faire face à toutes les éventualités. Mais n’oubliez pas qu’à chaque fois que vous l’utiliserez, il vous faudra, avant de commencer le travail, jongler avec votre collection d’embouts pour trouver le bon, le changer et parfois aussi l’échapper, ou même le perdre. Il me semble que c’est beaucoup plus rapide de tout simplement saisir le bon tournevis et d’entamer aussitôt le travail.

Fabriquez des pièces identiques.

Il s’agit d’un moyen d’accélérer la complétion d’à peu près n’importe quelle production. Si vous devez usiner plusieurs pièces, vous saurez toujours exactement où vous en êtes en leur donnant toutes les mêmes dimensions.

Si, par contre, les dimensions de vos pièces occupent tout le spectre dimensionnel qui vous est alloué, vous passerez votre temps à mesurer et remesurer, à faire des exceptions et des calculs qui nuiront à la réussite de votre travail et à sa qualité.

Figure 1.1 On accélère la vitesse d'exécution du travail et on obtient un fini de meilleure qualité lorsqu'on exécute le surfaçage d'une plaque en une seule passe.

Sur une fraiseuse, utilisez de préférence un outil de coupe dont le diamètre permet d’usiner toute la surface en une seule passe (figure 1-1).

Il s’agit d’une façon de faire qui permet d’économiser du temps et d’améliorer du même coup le fini de surface de la pièce à usiner.

Dans la plupart des cas, on perd beaucoup de temps à nettoyer une surface en effectuant plusieurs passes avec une fraise d’un diamètre trop petit. Il est beaucoup plus rapide de nettoyer toute la surface d’un bloc en une seule passe chaque fois que cela est possible.

Réduisez le diamètre de la queue de vos forets de grands diamètres aux dimensions usuelles des collets de montage (figure 1-2).

Moins vous faites de montage, plus vous économisez de temps. Il est toujours irritant de devoir remplacer un mandrin à pince de montage par un mandrin Jacob pour percer des trous avec des forets. On s’oblige alors à tourner la manivelle des dizaines de fois pour faire descendre la table de la fraiseuse, insérer le mandrin Jacob dans le fourreau de la fraiseuse, puis répéter le processus à l’inverse pour remonter la table. Vous pouvez facilement éviter cette perte de temps en réduisant au préalable le diamètre de la queue de vos forets sur un tour parallèle, aux dimensions de vos collets de montage. Vous économiserez ainsi un temps précieux de montage et de démontage de vos mandrins à pinces. On peut procéder ainsi pour les alésoirs et tout autre outil de coupe.

Utilisez des forets de série extracourte (figure 1-3).

Chaque fois que vous pouvez percer sans au préalable procéder au perçage d’un trou de centre, vous épargnerez du temps ! Une grande partie des ajours que nous pratiquons sur les pièces usinées n’a d’autre fonction que de permettre l’assemblage subséquent de pièces entre elles. Lorsqu’ils sont conçus pour servir de logement au boulon, on leur commande généralement une dimension comprenant un dégagement se situant entre 0,015 po (1⁄64 po) (0,4 mm) et 0,030 po (1⁄32 po) (0,8 mm) de plus que le diamètre du boulon.

Si vous devez faire le perçage d’ajours de dégagement ou d’autres ouvertures dont les dimensions ne sont pas critiques, vous devriez utiliser des forets de série extracourte sans percer au préalable de trou de centre. Un foret de série extracourte dont l’âme a été amincie de manière adéquate (figure 7-4) se frayera un chemin dans le métal sans exiger de pression indue sur sa pointe et donnera des résultats d’une précision surprenante. Vous pouvez vous procurer de tels forets en version commerciale ou alors les fabriquer en sectionnant une partie de la queue d’un foret standard et en réaffûtant ses lèvres à la meule.

Il est probable qu’il se produira un léger battement à l’amorce du perçage lorsque vous percerez sans trou d’amorce, mais la tolérance allouée aux perçages de dégagement sera fort probablement suffisante pour un résultat satisfaisant. Évidemment, si le perçage est profond ou que ses tolérances de localisation sont limitées, il sera toujours préférable de pratiquer un trou de guidage au préalable, à l’aide d’un forêt à centrer.

Utiliser un mandrin automatique à serrage sans clé sur une fraiseuse conventionnelle (figure 1-4).

Vous pouvez changer d’outil de coupe sans arrêter la rotation de la broche avec ces mandrins automatiques sans clé. Ils sont donc très utiles lorsque vient le temps de remplacer le foret à centrer par un foret de perçage. Or, il s’agit justement d’une des tâches qu’on doit effectuer fréquemment sur une fraiseuse.
 

Utilisez un gabarit de localisation pour percer des trous sur une série de pièces (figure 1-5).

Parce qu’il élimine le besoin de serrer chaque pièce dans l’étau, un gabarit de perçage permet au machiniste d’économiser du temps. Cela peut sembler négligeable mais lorsqu’il faut usiner un grand nombre de pièces, l’économie se fait vite sentir. Voici un montage qui transforme l’étau d’une fraiseuse classique en gabarit de perçage. Serrez l’étau sur quelque chose qui mesure à peine quelques millièmes de pouce (0,07 mm) de plus que les pièces à percer. Ainsi, il sera facile de faire glisser tout autant que de sortir les pièces de l’étau tout en étant assuré qu’elles sont localisées avec précision. Pour atteindre la précision voulue quant à l’ouverture de l’étau, on aura recours à des cales étalons. Ces cales permettront en plus d’immobiliser les parallèles. Vous devrez mettre en place une butée pour localiser les pièces dans l’autre axe si vous utilisez en plus des forets de série extracourte. Vous économiserez encore plus de temps lors des travaux de perçage en série sur une fraiseuse conventionnelle.

Déterminez la vitesse de rotation, la vitesse d’avance et la profondeur de coupe optimale en vous fiant à la couleur des copeaux.

La plupart des machinistes d’expérience qui pratiquent l’usinage classique dans les petites entreprises se fient à leur expérience et à leurs observations pour déterminer les réglages de la vitesse de rotation de la broche, la vitesse d’avance et la profondeur de coupe. Avec un peu de pratique, les débutants y arrivent aussi rapidement.

La meilleure loi non écrite à laquelle les machinistes peuvent se fier pour mesurer la qualité de ces réglages est la suivante : lorsqu’ils se détachent de la pièce, les copeaux produits par l’action d’un outil de coupe en acier rapide ou en cobalt ne devraient jamais avoir une teinte plus foncée qu’un beige pâle ; s’ils sont produits par l’action d’un outil de coupe au carbure, leur couleur idéale est alors le brun.

Si vous n’observez pas ces limites, il est fort probable que le tranchant des arêtes de votre outil de coupe commence à perdre de son mordant. Si vous continuez malgré tout à l’utiliser, l’usinage produit de plus en plus de chaleur et l’intensité de la friction qui en découle tend à accélérer le rythme de sa dégénérescence.

Les outils de coupe en acier rapide ou en cobalt se comportent différemment de ceux en carbure dans des conditions extrêmes.

Les outils de coupe en acier rapide et en cobalt tiennent bon jusqu’à un certain point mais leur dégénérescence s’accélère une fois cette limite franchie.

Pour les outils au carbure, il faut aussi arriver à une juste combinaison des réglages de la vitesse de rotation de la broche, de la vitesse d’avance et de la profondeur de coupe afin de produire des copeaux de couleur brune. Ensuite, selon les types d’opérations à effectuer, il suffit d’ajuster ces réglages pour maintenir ces copeaux à la bonne couleur. Si vous dégrossissez la pièce, vous augmenterez probablement votre vitesse d’avance tout en réduisant la vitesse de rotation de la broche afin de maintenir la couleur brune du copeau constante. Si vous faites la finition de la pièce, vous inverserez probablement les ajustements que nous venons de décrire.

Les outils en carbure ont tendance à s’émousser plus graduellement que les outils en acier rapide et en cobalt. En d’autres mots, pour les outils en carbure, il n’y a pas de point de rupture au-delà duquel la dégénérescence de l’outil de coupe devient aussi rapide que radicale, comme on le constate pour les outils en acier rapide ou en cobalt.

Même si la règle des « copeaux beiges » est un indicateur relativement fiable du degré de l’agressivité de la coupe, il faut faire attention de ne pas la confondre avec un autre indicateur qui semble la contredire. Les copeaux qui virent au bleu lorsqu’ils se détachent de l’outil de coupe ne causent aucun dommage à l’outil de coupe.

Ayant observé la production de copeaux au fil des années, j’en conclus qu’il y a en réalité deux sources de chaleur générée par l’usinage du métal sur une machine-outil.

Il y a d’abord celle qui est produite au contact du métal et de l’arrête tranchante de l’outil de coupe. La deuxième provient de la création du copeau lui-même, c’est à dire de la déformation du métal que provoque son enlèvement à l’arrachée du billet principal et son glissement sur l’outil de coupe.

C’est sous l’effet de cette seconde source de chaleur que les copeaux virent au bleu quelques instants après la coupe proprement dite. La chaleur générée par la déformation du métal prend une fraction de seconde pour se propager jusqu’à la surface du copeau.

Ne vous souciez pas de la finition pendant le dégrossissage.

Au moment de débiter le matériel, songez au fait qu’il n’y aura pas de dégrossissage à faire si le matériel est presque déjà de la bonne longueur. Il s’ensuit que le dégrossissage le plus payant se fait toujours à la scie. Vous devriez toujours, dans les limites du bon sens et de la faisabilité des choses, enlever le maximum de matériel lors du sciage.

Le dégrossissage est un jeu de coulisses au cours duquel le machiniste peut travailler vite, sans se soucier de la qualité de la finition. Le machiniste sait qu’il pourra effacer toute trace de cette opération et que rien n’y paraîtra une fois la pièce finie. Il faut donc en profiter !

Vérifiez manuellement la qualité de vos réglages avant d’engager l’avance automatique.

Lorsque je cherche à produire une coupe que l’on pourrait qualifier d’« agressive », j’aime l’amorcer en contrôlant manuellement l’avance de façon à bien la « sentir », avant d’engager l’avance automatique. Si l’usinage provoque excessivement de bruit, que la machine semble rencontrer une trop grande résistance et que l’opération induit des vibrations importantes à la machine, je suis à même d’effectuer immédiatement les ajustements.

N’oubliez pas qu’en bloquant le mouvement des coulisseaux inactifs de la machine pendant une coupe, vous en augmentez la rigidité – une des conditions essentielles de la réussite d’une coupe de dégrossissage performante.

Évitez d’utiliser un outil de coupe à pointe unique lors du dégrossissage d’une surface.

C’est lors de la finition que l’utilité véritable d’un outil de surfaçage à pointe unique se manifeste. Comme leur capacité de coupe est beaucoup plus grande, les outils de coupe à pointes multiples sont de beaucoup préférables pour le dégrossissage, peu importe qu’il s’agisse d’une fraise d’ébauche en acier rapide ou d’un outil à pastilles de carbures rapportées et interchangeables. D’après moi, la meilleure option demeure encore les fraises d’ébauche à cause de leur capacité exceptionnellement élevée à enlever la matière. (figure 1-6).

Approchez-vous le plus possible de la dimension finale lors du dégrossissage.

Pour que les outils de coupe de finition restent en bonne condition, il ne faut pas les soumettre à des conditions trop agressives. Sur les machines classiques, on arrive à d’excellents résultats en laissant de 0,010 à 0,030 pouce (0,2 à 0,7 mm) de matériel pour la coupe de finition. La précision et la fiabilité des machines-outils à contrôle numérique permettent de laisser moins de matériel pour la finition.

Profitez de la puissance de la machine au dégrossissage sans en abuser !

Je suis convaincu qu’en général, c’est en augmentant la vitesse d’avance que l’on parvient le mieux à augmenter sa productivité. Avec un réglage modéré de la vitesse de rotation de la broche et de la profondeur de coupe, il est souvent possible d’augmenter légèrement la vitesse d’avance et ainsi d’enlever plus de matière.

On pourrait aussi augmenter la profondeur de coupe pour gagner en productivité. Cependant, on augmenterait du même coup la pression exercée sur l’arête tranchante de l’outil et sur les composants de la machine. Il est préférable de profiter de la puissance de la machine et de faire en sorte que le moteur absorbe la demande de puissance. Si, à l’entame d’une coupe effectuée avec un outil de coupe de grand diamètre, vous entendez le moteur de la machine changer de régime, vous profitez de sa puissance sans en abuser.

Jugez de la productivité de votre coupe en posant vos mains sur la table de la machine.

En posant vos mains sur la table de la machine une fois que la coupe est engagée, vous pourrez juger de sa productivité. Si vous ne ressentez que très légèrement les effets de la coupe du métal par le biais de la table, c’est que la machine est sous utilisée. On peut procéder de la même façon avec les machines outils à contrôle numériques.

Complétez l’usinage avec le moins de montages possibles.

Comme on l’a déjà dit, moins nombreux sont les montages, plus rapide est l’exécution de l’usinage. Exécuter les coupes de finition tout de suite après celles de dégrossissage constitue une manière de réduire le nombre de montages en usinage classique. Idéalement, pour gagner le maximum de temps, il serait toujours possible de faire la finition d’une surface immédiatement après l’avoir dégrossie, sans avoir à changer son montage ou l’outil de coupe utilisé. Ainsi, on ne ferait qu’un seul montage par surface à usiner. Mais la chose à éviter, justement, c’est de dégrossir toutes les surfaces une à la suite de l’autre, puis d’en faire la finition. Procéder ainsi vous oblige à répéter tous vos gestes et vos montages deux fois.

Malheureusement, parfois il le faut. Par exemple, pour des pièces qui risquent de gauchir facilement parce que certaines de ses parois sont minces ou que certaines surfaces ont été largement évidées, on doit dégrossir toutes les surfaces dans un premier temps. En procédant ensuite à la coupe de finition, vous pourrez éliminer tout gauchissement apparu pendant le dégrossissage.

Vaporisez un liquide refroidissant et prolongez la vie utile de vos outils de coupe tout en augmentant le taux d’enlèvement de matière pendant l’usinage (figure 1-7).

Beaucoup de machinistes recourent à cette technique régulièrement. L’installation exige trop de temps et d’efforts. Si vous suivez la « règle du copeau beige » dont nous avons parlé précédemment, vous n’aurez pas besoin d’un tel vaporisateur air/eau.

Attaquez aussi agressivement que vous le pouvez l’aluminium et les autres matériaux dont l’usinabilité est élevée.

C’est assez difficile d’émousser le tranchant d’un outil en machinant de l’aluminium surtout en usinage classique. Usiner de l’aluminium, c’est comme circuler sur les autoroutes allemandes. Vous pouvez rouler aussi vite que la sécurité et le bon sens vous le permettent sans perdre le contrôle et provoquer un accident. Mais lorsque les circonstances s’y prêtent, que votre montage est solide et que vous avez beaucoup de matériel à enlever, mettez la pédale au fond !

Certains machinistes vont jusqu’à utiliser les fonctions d’avance rapide de leur machine pour atteindre la vitesse d’avance qui leur convient, allant par exemple jusqu’à 60 pouces à la minute (1524 mm/min) ! Cependant, assurez-vous que la vitesse de rotation de la broche est suffisante pour que l’avance par dent demeure dans des limites raisonnables, soit entre 0,010 et 0,015 pouce (0,25 mm).

Avec une machine-outil à contrôle numérique et un montage rigide, il n’y a vraiment que peu de limites, surtout si vous devez enlever beaucoup de matériel. Je me suis déjà permis une vitesse d’alimentation de près de 500 pouces/minute (12 700 mm/min) avec une fraise d’un pouce de diamètre, (25,4 mm) à trois lèvres, dont la vitesse de rotation était de 10 000 tours/minute. C’était la vitesse maximum à laquelle cette machine pouvait fonctionner. Si vous faites le calcul, vous constaterez qu’avec ces paramètres, la vitesse d’avance par dent n’était que de 0,016 po. Souvenez-vous cependant qu’il n’y a aucune raison de faire de tels réglages si vous n’avez pas beaucoup de matériel à enlever ou si vos coupes sont courtes.

Il est aussi complètement inutile de régler la vitesse de rotation de la broche à ces vitesses si celle de l’alimentation ne lui est pas proportionnelle. Il s’agit même d’une condition risquée puisqu’un tel déséquilibre conduit au broutage, c’est-à-dire un mauvais état de surface marqué par des ondulations et des traces de vibration.

Extrait du livre Usinage,
les secrets du métier
ISBN 978-2- 89377-331-5
47,95$
Editions Reynald Goulet
www.goulet.ca