Usinage par abrasion : en quoi est-il différent des autres usinages ?

Nous finissons une série qui parle des trois principaux types d’usinage avec cet article : l’usinage (ou formage) sans enlèvement de matière, l’usinage avec enlèvement de matière et l’usinage par abrasion, dont nous aborderons à cette occasion. Ces trois types d’usinage diffèrent par leur action sur le matériau qu’ils transforment, c’est-à-dire par le fait de générer un matériau excédentaire (copeau) ou non. Dans le cas de l’usinage par abrasion, nous pourrions dire qu’il s’agit d’une action à mi-chemin, car il s’agit d’un polissage du matériau, qui ne génère pas (pratiquement) de déchets ou de copeaux.

Le processus d’abrasion

L’abrasion est l’action mécanique du frottement de deux surfaces l’une contre l’autre qui provoque l’érosion et l’usure (rupture des particules) d’une ou des deux surfaces.

L’usinage par abrasion est, par conséquent, le processus d’élimination du matériau en surplus d’une pièce en l’usant en petites quantités, provoquant le détachement des particules de matériau pour obtenir la forme appropriée. Familièrement, nous pourrions dire que l’usinage par abrasion utilise les particules abrasives comme outils de coupe en miniature. À cause de sa nature même, ce procédé doit être ajouté à d’autres types d’usinage, car l’abrasion ne permet pas des actions telles que le perçage, le cisaillement, etc., mais il polit la pièce résultant de ces actions. Ainsi, il y a ceux qui considèrent ce type d’usinage comme un type d’usinage avec enlèvement de matière, car bien que minime, il y a une extraction d’excès de matériau.

Les abrasifs les plus courants dans l’usinage industriel sont naturels, tels que le grès, l’émeri ou le diamant ou artificiels, tels que l’alumine cristallisée (oxyde d’aluminium), le nitrure de bore cubique ou le carbure de silicium cristallisé.

Les types d’usinage par abrasion les plus courants

• Rectification: c’est un processus qui est généralement utilisé au stade final de la fabrication, après le tournage ou le fraisage, pour augmenter la qualité de la surface, dimensionnelle et de forme de la pièce au moyen d’une meule rectifieuse, lorsque des mesures sont nécessaires et des tolérances très précises, qu’elles soient géométriques, dimensionnelles ou de finition de surface. Les abrasifs utilisés par les meules sont généralement de l’oxyde d’aluminium, du carbure de silicium, du nitrure de bore ou du diamant, entre autres, selon les caractéristiques du matériau (par exemple, sa dureté, qu’il s’agisse d’un matériau ferrique ou thermorésistant, etc.).
• Brunissage: Il s’agit d’un procédé d’usinage avec des pierres de brunissage, qui est généralement utilisé pour finir les surfaces cylindriques internes (trous). Il est similaire à la rectification intérieure mais à une vitesse beaucoup plus faible, ce qui permet de minimiser la chaleur et la pression et ainsi de mieux contrôler la géométrie et la taille de la pièce. Il est très courant dans la fabrication de composants automobiles.
• Polissage: c’est l’un des usinages par abrasion qui enlève à peine la matière, et donc n’offre pas une grande précision dimensionnelle et géométrique, il consiste à éclaircir les surfaces avec des disques ou bandes abrasives, ou même avec des tissus imprégnés d’abrasifs.
• Rodage: c’est un procédé d’usinage qui ressemble beaucoup à la rectification, mais il implique un matériau plus doux dans la machine que dans la pièce à travailler, comme le brai ou la céramique, qui est « chargé » de l’abrasif. L’abrasif est incrusté dans le matériau souple, ce qui le maintient sujet et lui permet de marquer et de couper le matériau plus dur produisant une surface polie.

Avantages de l’usinage par abrasion

L’abrasion confère deux avantages principaux à l’usinage :

• Possibilité d’usiner des pièces de haute dureté: la dureté de l’abrasif (rappelez-vous que parmi les plus utilisées est le diamant) et son invulnérabilité à haute température permettent d’usiner des pièces métalliques de toute dureté, comme les aciers trempés, qui ne peuvent pas être traitées avec outils de coupe courants.
• Il permet d’éliminer les passes très faibles : l’abrasion permet une finition de précision grâce à la finesse du copeau coupé, améliorant la surface du matériau et conduisant à une haute qualité mécanique. Les machines telles que les rectifieuses permettent des tolérances de 2 microns, qui sont 10 fois plus petites que celles observées dans les machines de découpe de métaux.

Limitations de l’usinage par abrasion

Les limitations de l’usinage par abrasion ont à voir notamment avec le temps nécessaire à la production, qui n’est pas insoutenable dans certains procédés de fabrication.

Applications les plus courantes de l’usinage par abrasion

• Pièces automobiles, telles que embrayages, pompes d’injection, tubes compresseurs, etc
• Pièces d’aviation telles que le fuselage et la finition des ailes de l’avion.
• Pièces optiques telles que lentilles de télescopes et miroirs.

Choix de l’usinage par abrasion ou autres systèmes

Le choix du type d’usinage dépend des exigences de fabrication, telles que les délais de livraison, les tolérances, les dimensions des pièces, etc. Les autres articles de la série sur l’usinage sont disponibles ici :

Bibliographie et ouvrages d’intérêt:

• Material Removal Process, Types, Advantages, Limitations, Applications
• Machining