L’Usinage à Grande Vitesse (UGV).

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L’Usinage à Grande Vitesse (UGV) concerne les procédés d’usinage pour lesquels les paramètres de coupe sont très supérieurs à ceux utilisés en usinage conventionnel. D’une manière générale, un procédé d’usinage est dit « à grande vitesse », lorsque la vitesse de coupe est deux à trois fois celle de l’usinage conventionnel.

Cependant, l’intégration de l’usinage à grande vitesse dans un atelier de fabrication impose le respect de certaines contraintes, sans lesquelles le procédé peut devenir dangereux et économiquement peu rentable. Augmenter la vitesse peut paraître simple, mais les mécanismes physiques qui interviennent ne sont plus les mêmes qu’en usinage traditionnel et ils se révèlent relativement complexes. En effet, les paramètres d’usinage ont une réelle, mais pas toujours maîtrisée, influence sur les efforts de coupe, la puissance de la machine, la température atteinte sur la surface usinée et dans l’outil, l’usure des outils, le frottement entre l’outil de coupe et le copeau et l’intégrité de la surface usinée, entre autres. De plus, d’autres problèmes pratiques tels que les phénomènes de vibration autoexcitée (broutage), l’évacuation des copeaux, l’utilisation des lubrifiants lors de l’usinage, et bien d’autres, doivent être pris en compte.

Malgré la complexité du procédé et les contraintes liées à sa mise en place, l’usinage à grande vitesse assure des gains importants en performances techniques et économiques. Globalement, l’UGV apporte :

• l’obtention d’un excellent état de surface de l’ébauche jusqu’à la finition (souvent sur une même machine) ce qui permet une réduction du temps de polissage de finition, voire sa disparition dans la gamme de production,

• une précision dimensionnelle plus grande et une meilleure répétabilité pour la production de séries,

• une meilleure qualité des pièces usinées en termes d’intégrité de surface,

• une réduction des efforts d’usinage,

• l’usinage de matériaux très durs, difficilement usinés auparavant,

• l’usinage de formes complexes et de parois minces,

• l’obtention de copeaux fragmentés, plus simples à évacuer,

• une réduction des délais de fabrication qui se traduit par une augmentation de la productivité,

Parmi les principaux inconvénients liés à la pratique de l’usinage à grande vitesse on peut signaler [Sandvik 2004] :

• les opérateurs et programmeurs des machines doivent suivre des formations particulières qui diffèrent considérablement de celles nécessaires pour l’usinage conventionnel,

• une erreur humaine peut avoir des conséquences très significatives sur la machine, du fait des importantes vitesses et des accélérations mises en jeu lors du déplacement des différents composants,

• des précautions maximales au niveau de la sécurité doivent être adoptées : les machines doivent être dotées de carters résistant à des sollicitations du type impact. De même, les outils et pièces tournantes doivent faire l’objet de contrôles fréquents afin de détecter de possibles défaillances par fatigue.

Actuellement, la recherche et le développement dans l’usinage à grande vitesse sont axés sur deux grands thèmes : l’usinage assisté (usinage assisté par laser, usinage assisté par jet d’eau à haute pression) et l’usinage écologique.

Le développement d’initiatives gouvernementales concernant la prévention de la pollution et l’intérêt accru des consommateurs pour des produits élaborés dans le respect de l’environnement ont mis en place une pression croissante sur l’industrie afin de minimiser le flux de ses rejets. La lubrification représente en effet une source énorme de dépenses pour l’industrie de l’usinage. En plus des coûts des lubrifiants, s’ajoutent les coûts de traitement des fluides usagés. De plus, dans des conditions de vitesses et températures élevées, le fluide de coupe est évaporé, atomisé sous forme d’un brouillard qui représente un risque majeur pour la santé des opérateurs.

L’usinage écologique est souhaitable et sera considéré dans un avenir proche comme une nécessité. L’usinage écologique pourra déboucher sur l’usinage à sec (sans aucun fluide de coupe) dont les avantages sont :

• la non pollution de l’atmosphère ou de l’eau, ce qui réduit les risques sanitaires en particulier ceux conduisant à des maladies respiratoires ou de la peau.

• la suppression des résidus de fluides de coupe sur les pièces usinées, permettant d’éliminer les opérations de nettoyage et de lessivage de ces pièces, et les coûts et énergies consommés associés à ces opérations.

• la suppression des résidus de lubrifiant sur les copeaux, réduisant ainsi les coûts de traitement de ces copeaux et les énergies consommées associées.

( Thèse Juan David PUERTA VELÁSQUEZ Soutenue le 12 mars 2007 )

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