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mi-dur : MÉTAL DE L'OUTIL VITESSES DE COUPE Acier au carbone.. 4 m. 90 par minute Acier rapide 18 mètres — Acier extra-rapide. 30 mètres — Stellite 60 mètres — Le métal de l'outil n'est pas le seul facteur qui exerce une influence sur le rendement de l'usinage. Les travaux de Taylor sur la coupe des métaux ont fait connaître le problème dans son ensemble, en fixant, dans chaque cas, les conditions à réaliser pour obtenir le rendement maximum. Ce problème ne comporte pas moins de treize variables ; son étude sortirait évidemment du cadre de cet article. Nous nous contenterons de signaler l'importance que présente, dans l'organisation d'une fabrication en série, la détermination parfaitement correcte des éléments fondamentaux de toute opération d'usinage, savoir : la vitesse de coupe, le serrage et l'avance. Parmi les facteurs les plus importants du problème de la coupe des métaux, il faut citer spécialement le refroidissement des outils et la forme du taillant. Bien que les outils en acier extrarapide conservent leur dureté à chaud, le rendement de l'opération diminue avec la température. On a donc avantage à refroidir la pointe de l'outil au moyen d'un filet d'eau. Cette eau, légèrement savonneuse pour éviter la rouille, sera distribuée par une canalisation, alimentée par une pompe (figure 2). Le refroidissement de la pointe de l'outil, sous la forme d'un filet d'eau savonneuse. La forme du taillant varie avec la nature de la surface à usiner. S'il s'agit d'un plan ou d'un cylindre, le rendement maximum sera obtenu avec un taillant courbe, mais, dans les autres cas, on sera obligé d'employer des outils de forme, dont le taillant sera établi suivant le profil à usiner et le type d'outil spécial choisi pour l'usinage. Classification des outils. — Les outils métalliques peuvent, à ce point de vue, être divisés en deux groupes : 1° Les outils fixes; 2° Les outils rotatifs. Les outils fixes sont assez nombreux ; ce sont ceux qui sont assujettis à demeure sur le chariot porte-outil, tels que les outils de tour, de raboteuse, d'étau-limeur, etc. Les outils rotatifs, au contraire, tournent autour
la rouille, sera distribuée par une canalisation, alimentée par une pompe (figure 2). Le refroidissement de la pointe de l'outil, sous la forme d'un filet d'eau savonneuse. La forme du taillant varie avec la nature de la surface à usiner. S'il s'agit d'un plan ou d'un cylindre, le rendement maximum sera obtenu avec un taillant courbe, mais, dans les autres cas, on sera obligé d'employer des outils de forme, dont le taillant sera établi suivant le profil à usiner et le type d'outil spécial choisi pour l'usinage. Classification des outils. — Les outils métalliques peuvent, à ce point de vue, être divisés en deux groupes : 1° Les outils fixes; 2° Les outils rotatifs. Les outils fixes sont assez nombreux ; ce sont ceux qui sont assujettis à demeure sur le chariot porte-outil, tels que les outils de tour, de raboteuse, d'étau-limeur, etc. Les outils rotatifs, au contraire, tournent autour d'un axe faisant partie intégrante du porte-outil : ce sont les fraises, les mèches et forets, les tarauds et filières, etc. La forme du taillant devra donc être déterminée pour chaque cas particulier. Outils à profil constant. — Dans la fabrication en série, les outils travaillent toujours de façon intensive, s'usent rapidement et on ne peut assurer un usinage précis que par des affûtages fréquents. Mais ces affûtages sont particulièrement difficiles à conduire lorsque la forme du taillant est compliquée. Ce problème; dont on conçoit l'importance, se trouve considérablement simplifié par l'emploi des outils à profil constant. Les outils fixes à profil constant sont constitués par un prisme ou un cylindre de révolution dont une section oblique, faite suivant l'angle d'attaque, présente la forme exacte du taillant à utiliser. Les outils fixes à profil constant. Lorsque les bords de ce taillant sont usés, il suffit de meuler l'outil suivant un plan, présentant l'inclinaison voulue, pour régénérer la forme initiale. D'abord employé pour les outils à fileter (fig. 3-A), ce type d'outil a été généralisé et sert actuellement dans la plupart des cas. La figure 3 représente quelques outils fixes à profil constant. Au point de vue de la coupe des
s'usent rapidement et on ne peut assurer un usinage précis que par des affûtages fréquents. Mais ces affûtages sont particulièrement difficiles à conduire lorsque la forme du taillant est compliquée. Ce problème; dont on conçoit l'importance, se trouve considérablement simplifié par l'emploi des outils à profil constant. Les outils fixes à profil constant sont constitués par un prisme ou un cylindre de révolution dont une section oblique, faite suivant l'angle d'attaque, présente la forme exacte du taillant à utiliser. Les outils fixes à profil constant. Lorsque les bords de ce taillant sont usés, il suffit de meuler l'outil suivant un plan, présentant l'inclinaison voulue, pour régénérer la forme initiale. D'abord employé pour les outils à fileter (fig. 3-A), ce type d'outil a été généralisé et sert actuellement dans la plupart des cas. La figure 3 représente quelques outils fixes à profil constant. Au point de vue de la coupe des métaux, on peut considérer chaque dent de fraise comme un outil, animé d'un mouvement de rotation rapide autour de l'axe de la fraise. Les fraises peuvent donc être à profil constant, si les dents sont établies suivant le principe qui précède. L'affûtage sera dès lors réduit à un meulage plan de chacune des dents suivant la face travaillante. Grâce à cette simplification considérable, on a pu donner aux fraises des formes extrêmement compliquées, permettant l'usinage des pièces dans des conditions de commodité et d'économie remarquables (fig. 3-C, D, E). Outils à lames rapportées. — Il est reconnu que lorsqu'un outil fixe a été affûté une dizaine de fois, il doit être forgé à nouveau. Mais les affûtages et le forgeage ne portent que sur l'une des extrémités de l'outil, le Corps ne servant en somme que de support à la partie qui constitue le « taillant ». Les aciers rapides et extra-rapides étant d'un prix très élevé, on a été conduit à établir des outils, constitués par un corps en acier ordinaire et une pointe en acier spécial. Cette pointe peut être rapportée, par soudure électrique ou par brasure au cuivre, sur une tige ronde en acier doux au carbone.
de chacune des dents suivant la face travaillante. Grâce à cette simplification considérable, on a pu donner aux fraises des formes extrêmement compliquées, permettant l'usinage des pièces dans des conditions de commodité et d'économie remarquables (fig. 3-C, D, E). Outils à lames rapportées. — Il est reconnu que lorsqu'un outil fixe a été affûté une dizaine de fois, il doit être forgé à nouveau. Mais les affûtages et le forgeage ne portent que sur l'une des extrémités de l'outil, le Corps ne servant en somme que de support à la partie qui constitue le « taillant ». Les aciers rapides et extra-rapides étant d'un prix très élevé, on a été conduit à établir des outils, constitués par un corps en acier ordinaire et une pointe en acier spécial. Cette pointe peut être rapportée, par soudure électrique ou par brasure au cuivre, sur une tige ronde en acier doux au carbone. Plus simplement, on peut se servir de porte-outils spéciaux, comme ceux représentés figure 4-B, C. L'outil est réduit, dans ce cas, à une lame de faible longueur, assujettie par une vis de pression dans un logement ménagé dans le porte-outil. Mais on peut, dès lors, monter plusieurs lames dans le même porte-outil ; on obtient ainsi des outils effectuant plusieurs opérations d'usinage au cours d'une même passe. L'outil représenté par la figure 4-A exécute à la fois deux alésages et un dressage. De même, les fraises et les alésoirs de grand diamètre peuvent être construits en rapportant des lames en acier extra-rapide sur un disque en acier ordinaire (fig. 5-A, B). Le même principe est encore appliqué à l'établissement des tarauds et des filières : on monte quatre ou six peignes à profil constant sur un corps de taraud ou une cage de filière. Il faut avoir soin de régler la position des filets, de façon que chaque peigne soit décalé d'un quart, ou d'un sixième de pas par rapport aux peignes suivants. Ce problème, très important, a été résolu par un taillage approprié des peignes (fig. 5-C, D). Meules. — En dehors des outils métalliques, les ateliers de constructions
même porte-outil ; on obtient ainsi des outils effectuant plusieurs opérations d'usinage au cours d'une même passe. L'outil représenté par la figure 4-A exécute à la fois deux alésages et un dressage. De même, les fraises et les alésoirs de grand diamètre peuvent être construits en rapportant des lames en acier extra-rapide sur un disque en acier ordinaire (fig. 5-A, B). Le même principe est encore appliqué à l'établissement des tarauds et des filières : on monte quatre ou six peignes à profil constant sur un corps de taraud ou une cage de filière. Il faut avoir soin de régler la position des filets, de façon que chaque peigne soit décalé d'un quart, ou d'un sixième de pas par rapport aux peignes suivants. Ce problème, très important, a été résolu par un taillage approprié des peignes (fig. 5-C, D). Meules. — En dehors des outils métalliques, les ateliers de constructions mécaniques emploient couramment des meules pour l'usinage des pièces. Les meules sont des disques, constitués par des grains minéraux agglomérés au moyen de ciment ou de caoutchouc ; les matières minérales employées doivent être très dures, afin de pouvoir désagréger les métaux même les plus tenaces. On utilise des substances abrasives variées : émeri, corindon, alundon, carborandum, etc., dont la dureté est sensiblement plus grande que celle de l'acier trempé (fig. 6). Les meules ont tout d'abord été utilisées presque exclusivement à cause de cette propriété remarquable, soit pour terminer l'usinage de certaines pièces après trempe — c'est l'opération appelée rectification — soit pour affûter les outils en acier trempé. Mais les usines américaines ont étendu progressivement l'usage des meules en matière d'usinage. Grâce à l'emploi d'une gamme variée de grains de grosseurs différentes, elles opèrent l'usinage complet d'un acier quelconque, si résistant qu'il soit, à l'aide de machines à meuler en partant des pièces brutes de fonderie ou de forge. Ce procédé quelque peu simpliste s'est révélé économique dans la fabrication en série, pour des pièces de formes simples ou n'exigeant pas une grande précision d'exécution. Telles sont les particularités les plus importantes des outils employés dans la fabrication
abrasives variées : émeri, corindon, alundon, carborandum, etc., dont la dureté est sensiblement plus grande que celle de l'acier trempé (fig. 6). Les meules ont tout d'abord été utilisées presque exclusivement à cause de cette propriété remarquable, soit pour terminer l'usinage de certaines pièces après trempe — c'est l'opération appelée rectification — soit pour affûter les outils en acier trempé. Mais les usines américaines ont étendu progressivement l'usage des meules en matière d'usinage. Grâce à l'emploi d'une gamme variée de grains de grosseurs différentes, elles opèrent l'usinage complet d'un acier quelconque, si résistant qu'il soit, à l'aide de machines à meuler en partant des pièces brutes de fonderie ou de forge. Ce procédé quelque peu simpliste s'est révélé économique dans la fabrication en série, pour des pièces de formes simples ou n'exigeant pas une grande précision d'exécution. Telles sont les particularités les plus importantes des outils employés dans la fabrication en série. Nous allons passer en revue les transformations ou modifications apportées aux machines-outils de type courant, en vue de l'usinage très rapide de nombreuses pièces identiques. Machines-outils. Tours. — Les tours sont les machines-outils dont l'usage est le plus répandu dans les ateliers de construction mécanique. Les tours ordinaires comportent deux poupées : l'une, dite fixe, qui communique à la pièce un mouvement de rotation, de vitesse variable, l'autre, dite mobile, qui sert à centrer et à tenir solidément la pièce, dans le montage dit entre-pointes. L'outil est maintenu par un chariot qui peut se déplacer, à volonté, soit transversalement (tronçonnage), soit longitudinalement (chariotage). Cette disposition classique oblige à changer l'outil après chaque opération d'usinage, ce qui entraîne des pertes de temps importantes. Dans la fabrication en série, les pièces à usiner étant absolument identiques, chacune d'elles devra subir les mêmes opérations d'usinage. On peut, dès lors, monter tous les outils nécessaires à l'usinage sur une tourelle, mobile autour de son axe, et remplaçant la poupée mobile. Les pièces seront entraînées par la poupée mobile au moyen d'un mandrin dit universel (montage en vair). Chaque outil effectuera une opération d'usinage, puis sera remplacé par l'outil suivant, grâce à la
comportent deux poupées : l'une, dite fixe, qui communique à la pièce un mouvement de rotation, de vitesse variable, l'autre, dite mobile, qui sert à centrer et à tenir solidément la pièce, dans le montage dit entre-pointes. L'outil est maintenu par un chariot qui peut se déplacer, à volonté, soit transversalement (tronçonnage), soit longitudinalement (chariotage). Cette disposition classique oblige à changer l'outil après chaque opération d'usinage, ce qui entraîne des pertes de temps importantes. Dans la fabrication en série, les pièces à usiner étant absolument identiques, chacune d'elles devra subir les mêmes opérations d'usinage. On peut, dès lors, monter tous les outils nécessaires à l'usinage sur une tourelle, mobile autour de son axe, et remplaçant la poupée mobile. Les pièces seront entraînées par la poupée mobile au moyen d'un mandrin dit universel (montage en vair). Chaque outil effectuera une opération d'usinage, puis sera remplacé par l'outil suivant, grâce à la rotation de la tourelle. Les tours ainsi établis portent le nom caractéristique de tours revolvers (fig. 7). Nous avons vu que les outils à lames rapportées pouvaient exécuter plusieurs opérations d'usinage en une seule passe. Vu peut donc, avec une tourelle hexagonale, par exemple, effectuer un grand nombre d'opérations d'usinage absolument différentes : tournage, alésage, filetage, dressage, etc. Toutefois, le tronçonnage ne pourra se faire qu'avec un outil monté sur un chariot se déplaçant transversalement. Cette méthode de travail est si avantageuse, et en même temps si économique, qu'on a créé des porte-outils rotatifs pouvant se monter sur la poupée mobile d'un tour ordinaire, qui se trouve ainsi transformé en tour-revolver (fig. 8). On peut encore réduire les temps d'usinage d'une façon encore plus importante, en rendant automatiques les divers mouvements du tour. À cet effet, on dispose un mécanisme à cliquet, qui assurera la rotation de la tourelle, lorsque l'ouvrier manœuvrera le levier d'avance et de recul de cet organe. Des butées de fin de course actionnent automatiquement le débrayage de la poupée fixe, après chaque passe des outils. Dans ce type de tour, appelé semi-automatique, le rôle de l'ouvrier est réduit à une simple surveillance, il n'a pas
absolument différentes : tournage, alésage, filetage, dressage, etc. Toutefois, le tronçonnage ne pourra se faire qu'avec un outil monté sur un chariot se déplaçant transversalement. Cette méthode de travail est si avantageuse, et en même temps si économique, qu'on a créé des porte-outils rotatifs pouvant se monter sur la poupée mobile d'un tour ordinaire, qui se trouve ainsi transformé en tour-revolver (fig. 8). On peut encore réduire les temps d'usinage d'une façon encore plus importante, en rendant automatiques les divers mouvements du tour. À cet effet, on dispose un mécanisme à cliquet, qui assurera la rotation de la tourelle, lorsque l'ouvrier manœuvrera le levier d'avance et de recul de cet organe. Des butées de fin de course actionnent automatiquement le débrayage de la poupée fixe, après chaque passe des outils. Dans ce type de tour, appelé semi-automatique, le rôle de l'ouvrier est réduit à une simple surveillance, il n'a pas à régler la position ni la course des outils, mais il doit manœuvrer la tourelle et opérer à la main les changements de vitesse nécessaires. Il existe des tours, dits automatiques, dans lesquels ces mouvements eux-mêmes sont commandés mécaniquement. Dans ce but, on a disposé un certain nombre de cylindres, visibles sur la figure 9, qui actionnent, au moyen de cames, les divers mécanismes du tour. Ces cames doivent être tracées pour chaque type de pièce à usiner, puis montées sur les cylindres, à l'aide de boulons. Un ouvrier peut, dès lors, conduire plusieurs tours : son unique fonction est d'alimenter les machines-outils en pièces brutes ou ébauchées. Mais cette opération nécessitant l'arrêt de la machine, on a étendu NOUVEAU TOUR AUTOMATIQUE Ce tour son commandés mécaniquement par des cames, montées sur des tambours à axe longitudinal qui actionnent l'avance et le recul des outils, le changement de vitesse, etc. FIG. 10. — TYPE DE TOUR VERTICAL À TOURELLE Tout comme les tours horizontaux, les tours verticaux sont susceptibles de recevoir une tourelle porte-outils. La montée des tours pouvant recevoir quatre ou six pièces à la fois, de façon à éviter cette perte de temps particulièrement préjudiciable. Les outils agissent
visibles sur la figure 9, qui actionnent, au moyen de cames, les divers mécanismes du tour. Ces cames doivent être tracées pour chaque type de pièce à usiner, puis montées sur les cylindres, à l'aide de boulons. Un ouvrier peut, dès lors, conduire plusieurs tours : son unique fonction est d'alimenter les machines-outils en pièces brutes ou ébauchées. Mais cette opération nécessitant l'arrêt de la machine, on a étendu NOUVEAU TOUR AUTOMATIQUE Ce tour son commandés mécaniquement par des cames, montées sur des tambours à axe longitudinal qui actionnent l'avance et le recul des outils, le changement de vitesse, etc. FIG. 10. — TYPE DE TOUR VERTICAL À TOURELLE Tout comme les tours horizontaux, les tours verticaux sont susceptibles de recevoir une tourelle porte-outils. La montée des tours pouvant recevoir quatre ou six pièces à la fois, de façon à éviter cette perte de temps particulièrement préjudiciable. Les outils agissent simultanément sur toutes les pièces montées sur le tour, sauf une; chaque pièce se trouve, par conséquent, à une phase d'usinage différente. Pour préciser, étudions la succession des opérations : l'ouvrier monte une pièce brute sur le mandrin qui ne correspond à aucun outil ; la tourelle tourne autour d'un axe horizontal et l'outil correspondant à la première opération d'usinage vient travailler la pièce brute, mais, en même temps, les autres outils agissent sur les pièces voisines, chaque pièce étant décalée d'une opération par rapport à sa voisine. Il en résulte que quand l'usinage d'une de ces pièces est terminé, elle peut être enlevée et remplacée aussitôt par une autre pièce brute. Le travail de la machine-outil est, par suite, rendu absolument continu. Les machines à décolleter automatiques sont construites sur le même principe que ces derniers tours, mais, ici, les pièces brutes sont remplacées par des barres généralement profilées à section ronde, hexagonale ou octogonale. Chaque barre est travaillée successivement par les outils de la tourelle et donne naissance à des pièces décolletées, qui sont ensuite tronquées par un chariot transversal. Ce chariot devant toujours effectuer cette opération au même endroit, ce sont les barres qui tournent autour d'un
axe horizontal et l'outil correspondant à la première opération d'usinage vient travailler la pièce brute, mais, en même temps, les autres outils agissent sur les pièces voisines, chaque pièce étant décalée d'une opération par rapport à sa voisine. Il en résulte que quand l'usinage d'une de ces pièces est terminé, elle peut être enlevée et remplacée aussitôt par une autre pièce brute. Le travail de la machine-outil est, par suite, rendu absolument continu. Les machines à décolleter automatiques sont construites sur le même principe que ces derniers tours, mais, ici, les pièces brutes sont remplacées par des barres généralement profilées à section ronde, hexagonale ou octogonale. Chaque barre est travaillée successivement par les outils de la tourelle et donne naissance à des pièces décolletées, qui sont ensuite tronquées par un chariot transversal. Ce chariot devant toujours effectuer cette opération au même endroit, ce sont les barres qui tournent autour d'un barillet, alors que la tourelle porte-outils n'exécute que les mouvements d'avance et de recul nécessaires à l'usinage. Le principe de la tourelle est applicable aux divers types de tours ; la figure ci-contre représente un tour vertical à tourelle. Machines à percer. — Les perceuses du type ordinaire ne percent qu'un seul trou à chaque passe d'outil. On déplace la pièce de façon à présenter successivement chaque trou à l'action de la mèche ou du foret. Dans la fabrication en série, la position des trous étant la même pour toutes les pièces de même type, on peut utiliser les machines à percer multiples, qui percent jusqu'à quatre-vingts trous en une seule opération (fig. 11). Ces machines comprennent un nombre plus ou moins grand de mèches, actionnées par des arbres, tournant à la même vitesse. Le réglage de leurs positions respectives est rendu possible par l'emploi de joints de cardans simplifiés, constitués généralement par deux rotules à billes. Mais ce réglage est très minutieux, il est surtout assez long et les machines à percer multiples n'ont leur plein rendement que pour des séries de pièces importantes. Pour certaines pièces, le nombre de mèches peut être très supérieur au nombre de trous
qu'un seul trou à chaque passe d'outil. On déplace la pièce de façon à présenter successivement chaque trou à l'action de la mèche ou du foret. Dans la fabrication en série, la position des trous étant la même pour toutes les pièces de même type, on peut utiliser les machines à percer multiples, qui percent jusqu'à quatre-vingts trous en une seule opération (fig. 11). Ces machines comprennent un nombre plus ou moins grand de mèches, actionnées par des arbres, tournant à la même vitesse. Le réglage de leurs positions respectives est rendu possible par l'emploi de joints de cardans simplifiés, constitués généralement par deux rotules à billes. Mais ce réglage est très minutieux, il est surtout assez long et les machines à percer multiples n'ont leur plein rendement que pour des séries de pièces importantes. Pour certaines pièces, le nombre de mèches peut être très supérieur au nombre de trous à usiner ; on pourra, dans ce cas, percer deux ou trois pièces à la fois. Au contraire, Pour certains carters, qui comportent des brides dans plusieurs plans différents, il est possible de construire des machines spéciales comprenant trois groupes bien distincts de mèches parallèles, chaque groupe agissant sur une bride différente. Les ateliers Ford qu'on ne saurait se lasser de citer utilisent, pour l'usinage des carters de moteurs, des machines à percer qui percent les trous de quatre brides, perpendiculaires deux à deux, en une seule opération. Machines à raboter. Les machines à raboter employées dans la fabrication en série sont du type courant, mais de préférence à table de grandes dimensions. Les pièces à usiner sont placées sur plusieurs files parallèles ; on monte sur la traverse porte-outils un ou plusieurs outils identiques, en face de chaque file. De cette façon, on exécute chaque opération d'usinage sur un très grand nombre de pièces à la fois (fig. 14). Machines à fraiser. — Les machines à fraiser sont, de toutes les machines-outils, celles dont les multiples transformations s'adaptent le mieux à la fabrication en série. En montant plusieurs fraises sur l'arbre de la machine, on peut usiner plusieurs faces