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Usinage sans enlèvement de matière : de quoi s’agit-il et à quoi sert-il ?

Equipo Ferros Planes

Dans post anterior nous avons parlé des types d’usinage pouvant être classés en fonction de leur action sur le matériau qu’ils transforment : usinage sans enlèvement de matière, par abrasion et avec enlèvement de copeaux. Bien qu’il s’agisse de trois types de procédés différenciés, il est rare que la fabrication industrielle utilise des pièces ayant subi qu’un seul d’entre eux. En fait, il est très courant que les pièces prêtes à l’emploi passent par les trois, et même plus d’un procédé de chaque type. Dans cet article, nous expliquerons quels sont les usinages sans enlèvement de matière et dans quelles applications ils sont utilisés.

Quel est l’enlèvement de matière ?

L’enlèvement de matière, stock removal ou material removal en anglais, est l’enlèvement de l’excès de matière de la pièce brute afin d’obtenir une pièce prête à être utilisée dans la fabrication. Cette élimination peut être effectuée par abrasion (dans laquelle l’excès de matériau est minime) ou par d’autres procédés tels que le perçage, le fraisage, le sciage, le tournage, etc., ou d’autres appelés non conventionnels (c’est-à-dire, qu’ils ne remontent pas leur origine à des siècles) comme électrochimique, par jet d’eau, par ultrasons, etc., que nous énumérons dans notre article sur l’usinage et que nous développerons dans un autre article.

L’usinage sans enlèvement de copeaux est donc le procédé de fabrication de pièces prêtes à l’emploi dans l’industrie à partir de pièces semi-finies ne nécessitant pas d’extraction de matériau. En fait, bien qu’il soit courant de parler de lui comme usinage, il est en fait plus juste de parler de fabrication ou de formage sans enlèvement de copeaux, car l’usinage implique un enlèvement de matériel, soit par enlèvement de matière ou par abrasion.

L’usinage sans enlèvement de matière en tant que procédé de formage

Nous avons déjà vu que l’usinage sans enlèvement de copeaux, ou plus exactement, la fabrication ou le formage sans enlèvement de copeaux, est un procédé de fabrication qui transforme des pièces semi-finies en pièces finales sans libérer aucune particule de matériau dans le procédé. Ces procédés reposent sur la déformation plastique du matériau par application de pression et de chaleur, que ce soit par coups, par rouleaux ou par une filière, à froid ou à chaud. De ce fait, non seulement la forme et les dimensions souhaitées sont obtenues (avec des limitations, comme nous le verrons plus loin dans cet article), mais également une amélioration des propriétés (ténacité, dureté…) pour une performance optimale.

L’existence du formage sans enlèvement de matière remonte encore plus loin que l’usinage par enlèvement de matière, puisqu’un procédé tel que le forgeage dans sa version traditionnelle est l’un des plus anciens procédés métallurgiques existants. C’est avec le perfectionnement des systèmes de fabrication qu’un besoin d’une plus grande précision est apparu, ainsi que les systèmes avec enlèvement de copeaux, dont les plus anciens exemples sont le forage, le fraisage et le tournage.

De nos jours, toutes les pièces métalliques destinées à la fabrication dans différentes industries, à l’exception des matières fondues, subissent à un moment donné de leur traitement au moins un formage sans enlèvement de copeaux, voire plusieurs. Par exemple, dans la fabrication de tubes en acier destinés à l’industrie du meuble, il est nécessaire de laminer plusieurs fois à chaud la tôle d’acier, puis de la laminer à froid, de la couper en bandes, de la mettre en forme de tube à l’aide de rouleaux et de la souder (ce qu’en réalité n’est pas seulement un formage sans enlèvement de matière, il s’agit également d’ajouter de la matière).

Après ces procédés, la pièce devrait être coupée en pièces plus petites selon les exigences du fabricant, et peut-être même être soumises à un perçage ou à un marquage, puis ébavurées, c’est-à-dire soumises à des procédés d’usinage par abrasion et à un enlèvement de matière.

Types de formage sans enlèvement de matière

L’usinage sans enlèvement de matière peut être classé en plusieurs types en fonction du type de machine-outil utilisée, et du type d’opération et mouvement effectué.

Forgeage

Il s’agit de la déformation plastique d’un matériau résultant de l’application de forces de compression localisées (coups) à l’aide d’outils tels qu’un marteau. Il peut être fabriqué à froid ou à chaud, selon que l’on cherche à calibrer les dimensions du matériau ou que l’on cherche des déformations importantes respectivement. Les pièces résultant de ce procédé nécessitent généralement un traitement supplémentaire (tel qu’un usinage par enlèvement de copeaux ou même après un usinage par abrasion pour les polir) et permettent ainsi d’obtenir un résultat parfaitement adapté aux exigences les plus exigeantes.

Laminage

Il s’agit de la déformation plastique d’un matériau en l’introduisant entre une ou plusieurs paires de rouleaux qui tournent dans un sens opposé afin de réduire son épaisseur et de le rendre plus uniforme. Le laminage peut être effectuée à froid ou à chaud.

Extrusion

Il s’agit d’un procédé de déformation plastique d’un matériau qui le fait passer à travers une filière de section transversale définie et fixe, qui en acquiert la géométrie, réalisant ainsi des pièces finales aux formes très complexes et présentant une excellente finition de surface. L’extrusion se fait généralement à chaud, sauf pour son application dans des matériaux malléables, où la longueur de la section obtenue est de l’ordre de son diamètre, et son utilisation est destinée aux sections transversales impossibles à former avec le laminage.

Il existe également d’autres procédés de formage sans enlèvement de matière, tels que le laminage ou le tréfilage.

Avantages et inconvénients des procédés sans enlèvement de matière

Une fois que nous avons vu en quoi consistent les procédés d’usinage sans enlèvement de copeaux, nous pouvons établir ses principaux avantages par rapport à l’usinage avec enlèvement de matière :

Cependant, nous pouvons également établir un certain nombre d’inconvénients :

Choix du type d’usinage

Nous pouvons donc dire que pour tirer le meilleur parti de chaque procédé de formage et d’usinage, il est nécessaire de connaître le niveau de production et les exigences finales à atteindre et de décider les types à utiliser dans chaque cas. En fait, rares sont les pièces finales qui ont uniquement subi des procédés sans enlèvement de matière dans la plupart des industries actuelles, à l’exception de certaines applications dans le secteur de la construction et l’énergie, par exemple, parce que leurs exigences de précision dimensionnelle, de forme et de polyvalence exigent l’enlèvement de l’excès de matériau, au moins par abrasion.

Bibliographie: