Les pièces qui nécessitent un ajustement serré, une bonne étanchéité ou un alignement précis ont souvent besoin d'un cône précis. Même une petite erreur peut entraîner la défaillance d'une pièce ou l'empêcher de s'ajuster comme prévu. Le tournage conique est un processus important pour la fabrication de pièces avec des surfaces inclinées. Ce guide explique le tournage conique étape par étape, afin que vous puissiez obtenir des résultats lisses et précis et éviter des erreurs coûteuses.
Le tournage conique est largement utilisé pour les arbres, les composants de machines et les pièces assemblées. Il s'agit également d'un processus courant dans les opérations de tournage CNC. Dans les sections suivantes, nous verrons comment fonctionne le tournage conique et quelle est la méthode la mieux adaptée à vos besoins.
Qu'est-ce que le tournage conique dans l'usinage ?
Le tournage conique consiste à découper une surface dont le diamètre change progressivement sur la longueur d'une pièce ronde. Il permet d'obtenir une forme conique à l'aide d'un tour. Le cône peut se trouver à l'extérieur (externe) ou à l'intérieur (interne) de la pièce. L'angle et la longueur du cône dépendent de l'utilisation de la pièce.
Cette méthode est souvent utilisée lorsque des pièces doivent s'ajuster ou s'aligner exactement, comme des arbres, des goupilles ou des porte-outils. Les cônes peuvent être coupés à l'aide de tours manuels ou à commande numérique. Chaque type de machine a sa propre façon de régler et de contrôler la coupe.
Les cônes sont utiles car ils facilitent le positionnement et le verrouillage des pièces. Ils sont autocentrés, offrent un ajustement serré et tiennent fermement sous l'effet de la force. Les filets coniques des outils permettent un montage rapide et reproductible. Dans la plomberie ou les conduites de gaz, les filetages coniques contribuent à la formation de joints solides.
Comment fonctionne le tournage conique ?
Le tournage conique consiste à déplacer l'outil de coupe à un angle par rapport à l'axe de la pièce pendant que celle-ci tourne dans le tour. Ce mouvement angulaire permet de modifier progressivement le diamètre de la pièce sur toute sa longueur.
Le processus commence par la fixation de la pièce dans le mandrin ou entre les centres. Le machiniste règle ensuite l'angle du cône. Cette opération peut être effectuée à l'aide du support composé, d'un accessoire de cône ou en décalant la contre-pointe. Sur les tours à commande numérique, l'angle de conicité est entré directement dans le programme.
Une fois que la configuration est prête, les coupes grossières enlèvent la majeure partie de l'excédent de matière. Des coupes de finition plus légères amènent ensuite la pièce à sa taille finale. La précision est vérifiée à l'aide d'outils tels que des micromètres, des pieds à coulisse ou des jauges coniques. Une vitesse d'avance régulière, des arêtes de coupe tranchantes et une vitesse de broche appropriée permettent de produire une surface propre et précise.
Géométrie d'un cône
Le tournage conique ne consiste pas seulement à couper des matériaux. Il s'agit de donner à la pièce une forme spécifique et précise. Pour bien faire, vous devez comprendre la géométrie de base de chaque cône.
L'angle de conicité et sa mesure
L'angle de conicité est l'angle entre la surface conique et l'axe de la pièce. Il est généralement petit et mesuré en degrés. Les outils de mesure courants comprennent une barre sinusoïdale, un rapporteur ou une jauge conique.
La plupart des cônes sont symétriques, ce qui signifie que l'angle est le même des deux côtés. Par exemple, si une pièce a un angle total inclus de 10°, chaque côté sera à 5° de l'axe.
Explication du rapport de réduction
Le rapport de conicité décrit la variation du diamètre sur une longueur donnée. Il s'écrit sous la forme d'un rapport, par exemple 1:20. Cela signifie que pour chaque 20 mm (ou pouces) de longueur, le diamètre change de 1 mm (ou pouce).
Ce rapport permet de déterminer si un cône est raide ou progressif. Une forte conicité, telle que 1:10, est utilisée pour un assemblage rapide ou un déblocage facile. Un cône peu profond, tel que 1:50, est préférable pour un alignement précis.
Formule mathématique pour le tournage conique
Voici la formule de base pour l'effilage :
Effilement = (D - d) / L
Où ?
- D = Grand diamètre
- d = Petit diamètre
- L = Longueur du cône
Pour trouver l'angle en degrés :
Angle = arctangente[(D - d) / (2 × L)]
Ces calculs sont utiles à la fois pour préparer la coupe et pour contrôler la pièce finie. Ils sont également importants pour programmer les machines CNC avec une grande précision.
Types de méthodes de tournage conique
Il existe plusieurs façons de créer un cône sur un tour. Chaque méthode s'adapte à des longueurs de pièces, des angles et des besoins de précision différents. Voici comment chacune fonctionne et quand l'utiliser.
Formulaire Outil Méthode
Cette méthode utilise un outil de coupe qui est affûté pour correspondre à l'angle de conicité exact. L'outil est introduit directement dans la pièce en rotation, en ligne droite. L'outil ayant déjà la forme du cône, il produit la surface angulaire en une seule passe.
Avantages :
- Très rapide pour les petites pièces et les cônes courts.
- Installation simple avec un minimum de réglages.
Limites:
- Pratique uniquement pour les cônes courts, car le cône entier doit être formé en une seule coupe.
- Crée des forces de coupe élevées, qui peuvent dévier la pièce ou l'outil.
- Peut réduire la qualité de la finition de la surface et raccourcir la durée de vie de l'outil en raison d'une charge importante.
Meilleur pour :
Petites sections coniques, chanfreins et production en grande quantité de cônes courts.
Méthode des aliments combinés
Dans cette méthode, l'avance longitudinale (le long de l'axe) et l'avance transversale (vers l'axe) sont engagées simultanément. Le mouvement combiné déplace l'outil en diagonale, générant ainsi la conicité.
Avantages :
- Peut être utilisé pour les cônes de longueur courte ou moyenne.
- Permet un réglage souple de l'angle de conicité en modifiant les vitesses d'avance.
Limites:
- Difficile à contrôler manuellement car il est difficile de coordonner les deux flux.
- Peu courant sur les tours manuels, mais largement utilisé dans les machines d'usinage. Tournage CNC où la trajectoire de l'outil peut être programmée avec précision.
Meilleur pour :
les opérations de tournage CNC, où le logiciel peut coordonner avec précision le mouvement diagonal de l'outil.
Méthode du repos composé
Il s'agit de l'une des techniques les plus courantes pour les tours manuels. Le porte-outil est tourné (pivoté) jusqu'à l'angle de conicité souhaité. L'opérateur utilise ensuite le volant du porte-outil pour faire avancer l'outil le long de l'angle défini pendant que la pièce tourne.
Avantages :
- Idéal pour les cônes courts et précis.
- Facile à régler et à ajuster les angles.
- Permet un bon contrôle de la finition de la surface.
Limites:
- La course limitée de l'appui composé ne permet pas de réaliser de longs effilages.
- Plus lent que d'autres méthodes pour les pièces de grande taille.
Meilleur pour :
Les cônes courts, tels que ceux utilisés dans les queues d'outils, les forets de centrage et les petits éléments d'alignement.
Méthode d'attachement pour le tournage conique
Cette méthode utilise un dispositif de tournage conique monté sur le tour. Le dispositif guide le porte-outil à un angle prédéfini tandis que le chariot se déplace en ligne droite le long du banc du tour.
Avantages :
- Idéal pour les longs cônes car le mouvement du chariot n'est pas limité.
- Maintient la contre-pointe en position normale, évitant ainsi les problèmes d'alignement.
- Permet d'obtenir une grande précision avec un minimum d'erreurs de configuration.
Limites:
- Nécessite un accessoire spécial, qui peut ne pas être disponible sur tous les tours.
- Un peu plus de temps est nécessaire pour la mise en place par rapport à la méthode du repos composé.
Meilleur pour :
Des cônes longs et précis, en particulier dans les travaux de production ou lors de l'utilisation de réglages entre pointes.
Méthode de mise en place de la contre-pointe
Dans cette méthode, la contre-pointe est décalée latéralement d'une valeur calculée, ce qui fait que la pièce à usiner est légèrement inclinée par rapport à l'axe du tour. Une avance droite le long du chariot produit alors un cône.
Avantages :
- Simple à installer sur des tours de base sans accessoires.
- Fonctionne bien pour les cônes longs et peu profonds.
Limites:
- Convient uniquement pour les cônes externes entre les centres.
- Ne peut être utilisé pour les cônes internes.
- Le décalage de la contre-pointe entraîne un léger désalignement des centres, ce qui peut provoquer une usure irrégulière de ces derniers au fil du temps.
Meilleur pour :
Les longs cônes graduels dans les arbres ou les broches lorsque d'autres équipements de tournage conique ne sont pas disponibles.
Sélection d'outils pour le tournage conique
Le bon outil rend le tournage conique plus doux, plus rapide et plus précis. Un mauvais choix d'outil entraîne un broutage, des finitions grossières et des angles erronés. Voici ce sur quoi il faut se concentrer.
Choisir le bon outil de coupe
Utilisez un outil de tournage à point unique pour la plupart des travaux de conicité. Il permet de mieux contrôler la coupe et l'angle. Pour les cônes courts et raides, un outil de forme peut également faire l'affaire.
Assurez-vous que l'outil est rigide et bien affûté. Choisissez un outil adapté à l'angle de conicité et à la méthode d'installation. Les outils en carbure conviennent aux matériaux durs et aux coupes à grande vitesse, tandis que les outils en acier rapide (HSS) conviennent à un usage général et à des vitesses plus faibles.
Géométrie et dégagement de l'outil
Utilisez un outil dont les angles de coupe latéral et arrière sont corrects. Cela permet de couper en douceur sans frotter la surface.
Laissez suffisamment d'espace entre l'outil et la pièce à usiner pour éviter les frottements, en particulier le long du cône. Utilisez un rayon de nez correspondant à la finition souhaitée. Un petit rayon donne une pointe plus nette, mais peut provoquer un broutage. Un rayon plus grand améliore la finition mais nécessite plus de contrôle.
Considérations matérielles
Le matériau de la pièce à usiner influe sur le choix de l'outil et les conditions de coupe.
- Pour les métaux tendres comme l'aluminium ou le laiton, utilisez des outils tranchants et des vitesses plus élevées.
- Pour les aciers plus durs ou l'acier inoxydable, utilisez des outils en carbure revêtus avec des vitesses plus lentes.
- Si la pièce est longue ou flexible, utilisez un centre ou un appui pour réduire la déflexion.
Meilleures pratiques en matière de tournage conique
Un bon tournage conique dépend de réglages solides, de coupes stables et d'une inspection cohérente. Ces bonnes pratiques permettent d'éviter les erreurs, de gagner du temps et d'améliorer l'état de surface.
Maintien et centrage de la pièce
Fixez fermement la pièce à usiner. Utilisez un mandrin pour les pièces courtes et des centres pour les longs cônes. Vérifiez toujours le faux-rond avant de procéder à la coupe.
Si vous utilisez la méthode de mise en place de la contre-pointe, alignez soigneusement les centres. Un mauvais alignement entraîne des coupes irrégulières et une mauvaise adaptation de la conicité. Pour les pièces longues, soutenez-les à l'aide d'une lunette ou d'un support pour réduire les flexions ou les vibrations.
Recommandations concernant la vitesse, l'avance et la profondeur de coupe
Commencez par des vitesses de coupe modérées en fonction du matériau. Pour l'acier, utilisez 80-150 SFM. Pour l'aluminium, augmentez la vitesse jusqu'à 400 SFM.
Pour la finition, utilisez une avance plus faible, de l'ordre de 0,05 à 0,1 mm/tour. Pour l'ébauche, augmentez-la à 0,2-0,3 mm/tour. La profondeur de coupe doit être adaptée à l'outil et à la rigidité - généralement de 0,2 à 1,0 mm pour les outils de coupe. dégrossissage et moins de 0,2 mm pour la finition.
Évitez les coupes profondes en un seul passage. Plusieurs passes légères réduisent le broutage et permettent un meilleur contrôle.
Éviter les défauts de conicité et l'usure des outils
Surveillez les signes de broutage, de déviation de l'outil ou de surfaces irrégulières. Ces phénomènes sont souvent dus à des outils émoussés, à de mauvaises configurations ou à des vitesses incorrectes.
Gardez l'outil affûté et remplacez-le avant que le bord ne s'use. Les outils émoussés augmentent la chaleur et provoquent des finitions approximatives. Vérifiez souvent l'alignement de l'outil : si la pointe de l'outil n'est pas centrée, le cône ne le sera pas non plus.
Nettoyez toujours les copeaux et vérifiez l'angle de conicité entre les passes. Des mesures régulières permettent de détecter rapidement les erreurs.
Applications des pièces coniques
Les pièces coniques sont omniprésentes dans la mécanique de précision. Leur forme aide les pièces à s'aligner, à se verrouiller ou à se démonter avec contrôle. Voici les principaux domaines dans lesquels elles sont utilisées.
Composants de machines-outils
Les broches de machines, les mandrins et les porte-outils sont souvent dotés d'un cône de précision. Les cônes Morse, Jacobs et CAT en sont des exemples. Ils permettent aux outils de se fixer fermement tout en étant faciles à retirer. Le cône assure un alignement précis entre l'outil et la broche, ce qui réduit les vibrations et améliore la précision de l'usinage.
Applications automobiles et aérospatiales
Dans les voitures, les camions et les avions, les arbres et les axes coniques sont utilisés pour relier les roues, les engrenages et les hélices. Ils transmettent le couple sans glisser et peuvent supporter de lourdes charges. Les roulements à rouleaux coniques, par exemple, supportent à la fois les forces radiales et axiales, ce qui les rend idéaux pour les situations à grande vitesse ou à forte charge.
Dispositifs médicaux et systèmes d'outillage
Les outils chirurgicaux, les pièces à main dentaires et les implants orthopédiques utilisent souvent des cônes pour des connexions précises et sûres. Dans les systèmes d'outillage, les supports et adaptateurs à changement rapide s'appuient sur les cônes pour maintenir l'alignement en cas d'utilisation répétée. Ces conceptions permettent un assemblage rapide tout en garantissant la stabilité et la précision pendant le fonctionnement.
Conclusion
Le tournage conique est un processus de tournage clé utilisé pour créer des pièces de diamètres variables. Il permet d'obtenir des ajustements serrés, des assemblages fluides et des alignements précis dans de nombreuses industries. Il existe plusieurs méthodes de tournage conique, chacune correspondant à des types de pièces et à des besoins de précision différents. En choisissant la bonne configuration, les bons outils de coupe et les bons paramètres d'usinage, vous pouvez produire des cônes propres et précis avec moins de retouches.
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Au cours des dix dernières années, j'ai été immergé dans diverses formes de fabrication de tôles, partageant ici des idées intéressantes tirées de mes expériences dans divers ateliers.
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Kevin Lee
J'ai plus de dix ans d'expérience professionnelle dans la fabrication de tôles, avec une spécialisation dans la découpe au laser, le pliage, le soudage et les techniques de traitement de surface. En tant que directeur technique chez Shengen, je m'engage à résoudre des problèmes de fabrication complexes et à favoriser l'innovation et la qualité dans chaque projet.
