Qu’est-ce que l’usinage de précision ?
L’usinage de précision ne fait pas l’objet d’une définition particulière. Néanmoins, il s’agit d’un usinage plus précis que le découpage et le perçage avec des machines-outils ordinaires.
Lors de l’usinage de matériaux, le terme de tolérance fait référence aux erreurs inévitables qui se produisent au cours du processus d’usinage. L’usinage avec des tolérances de quelques microns à quelques dizaines de microns peut être qualifié d’usinage de précision.
L’usinage de précision s’applique non seulement à une large gamme de matériaux métalliques, mais aussi aux céramiques et aux résines, ce qui en fait une technologie indispensable dans l’industrie d’aujourd’hui.
Utilisations de l’usinage de précision
L’usinage de précision est utilisé pour produire des pièces destinées à la fabrication d’équipements de précision.
L’une des industries qui exige des tolérances particulièrement fines en matière d’usinage de précision est l’industrie aérospatiale, qui produit des fusées et d’autres composants.
Les fusées, les satellites et les stations spatiales sont dotés de mécanismes complexes, de sorte que de petites erreurs dans les dimensions affectent leur fonctionnement global.
L’usinage de précision est également une technologie indispensable pour la fabrication de robots et d’équipements médicaux qui nécessitent des mouvements précis.
Principe de l’usinage de précision
L’usinage de précision ne correspond pas à un seul type de machine-outil mais fait appel à divers machines pour traiter les matériaux et produire des formes variées.
Les anciennes machines-outils, telles que le tournage et le fraisage, sont devenues extrêmement précises au cours des dernières années. D’autres technologies relativement nouvelles, comme l’électroérosion à fil, qui utilise des machines d’électroérosion à fil, qui font fondre les matériaux en déchargeant des fils, peuvent produire des formes très complexes avec une grande précision.
Cet usinage de précision commence par la conception de la pièce, réalisée à l’aide de la CAO 3D. La forme de la pièce conçue est chargée dans la machine-outil, de sorte qu’elle est usinée par la machine selon les dimensions de la pièce, au lieu d’être usinée manuellement par un homme. C’est ce qu’on appelle la fabrication assistée par ordinateur (FAO), actuellement la méthode de fabrication la plus répandue.
La conception est liée aux différentes machines-outils, ce qui permet d’obtenir une pièce usinée très proche des dimensions conçues.
Une fois l’usinage terminé, il faut procéder à la finition, comme le traitement de surface. Après l’usinage, les bavures et autres défauts, tels que les fines couches de matériau adhérant aux bords de la surface coupée, sont éliminés, polis et, si nécessaire, des ajustements supplémentaires sont effectués pour se rapprocher encore plus des dimensions prévues.
Types d’usinage de précision
L’usinage de précision se réfère à l’enlèvement de haute précision.
Il existe différents types d’usinage par enlèvement, notamment le “découpage”, la “rectification”, le “polissage”, l'”usinage par décharge électrique” et la “coupe”.
La découpe, la rectification et l’électroérosion sont les types d’usinage les plus courants. La rectification est considérée comme un processus permettant de produire une rugosité de surface.
1. Le découpage
Les types de coupe comprennent le “fraisage”, le “tournage” et le “perçage”.
Dans les opérations de coupe, le choix de l’outil, du liquide de refroidissement, du volume d’usinage et d’autres conditions doivent être strictement contrôlés afin d’obtenir un usinage de haute précision. En effet, les contraintes résiduelles et l’augmentation de la température pendant l’enlèvement de matière peuvent entraîner des déformations après l’usinage.
2. La rectification
La rectification implique une très petite quantité de travail et utilise une grande quantité de liquide de refroidissement, ce qui signifie que l’augmentation de la température est faible, que les contraintes résiduelles sont réduites et qu’il est facile d’obtenir un usinage de haute précision. Cependant, comme elle est réalisée en frappant la surface avec une meule, la forme de la pièce à usiner est soumise à des restrictions. Par exemple, les coins d’un trou carré ne peuvent pas usinés.
3. L’électroérosion
Il existe trois types d’électroérosion : l’électroérosion par enfonçage, qui creuse la matière dans la forme opposée à celle de l’électrode ; l’électroérosion par fil, qui réalise des contours ; et l’électroérosion par trous étroits, qui crée des trous étroits en faisant fondre et en retirant la matière, et nécessite une machine d’électroérosion adaptée à chaque méthode d’usinage.
L’électroérosion est un processus dans lequel l’électricité passe à travers une électrode mince, provoquant une décharge électrique entre le matériau et l’électrode afin d’enlever le matériau ; plus l’électrode est mince, plus la précision de l’usinage est élevée. Si l’électrode est mince, la vitesse d’usinage est très lente. Aujourd’hui, il est possible de produire des pièces qui s’emboîtent avec une telle précision qu’aucune couture n’est visible.
L’usinage par décharge électrique est plus délicat que le découpage et peut traiter des matériaux durs. De plus, comme le matériau est immergé dans le fluide d’usinage, les mutations induites par la chaleur sont moins susceptibles de se produire. Même les matériaux aux formes complexes et les feuilles minces susceptibles de se déformer peuvent être usinés avec précision.
Précision de l’usinage
La précision de l’usinage ne dépend pas seulement de la précision de la machine mais aussi de diverses conditions, telles que le matériau, la méthode d’usinage, la méthode de fixation, la température, etc.
Par exemple, si deux trous sont usinés sur des surfaces différentes, si le premier trou est usiné, que la direction du matériau est modifiée et que le deuxième trou est usiné à nouveau, la distance entre les deux trous est la somme de la précision du mouvement de la machine et de la répétabilité de la fixation du matériau.
Par ailleurs, certains centres d’usinage détectent une référence (par exemple une surface ou un trou) et usinent le trou par rapport à cette référence, auquel cas la précision de mesure de la détection de la référence est également ajoutée.
Ainsi, plus le nombre de processus impliqués dans la précision de l’usinage est élevé, plus les erreurs s’accumulent. Aussi, il convient de minimiser le nombre de processus d’usinage. Par exemple, un centre d’usinage avec ATC peut être utilisé et la plupart des opérations d’usinage peuvent être effectuées dans un seul mandrin.
Enfin, comme l’état de l’outil ne peut être ignoré, diverses méthodes sont utilisées pour améliorer la précision, comme la mesure de la longueur d’installation, du diamètre extérieur et du faux-rond de l’outil, et l’application d’une compensation.
À l’heure actuelle, l’usinage de haute précision est généralement limité à des erreurs de quelques microns mais une précision inférieure au micron est désormais possible pour certains articles.