Le tournage : cours de Bac pro TRPM

Pour fabriquer une pièce mécanique, on peut la couler, la forger, la déformer, ou la tailler dans un bloc de matière. Ce dernier cas s'appelle l'usinage par enlèvement de matière : on part d'un brut plus gros que la pièce finie et on retire l'excédent, le plus souvent sous forme de copeaux. Le tournage fait partie de cette famille, avec le fraisage et l'électroérosion.¹

Dans ce cours, tu vas voir comment une pièce de révolution (un arbre, une bague, une entretoise) est obtenue sur un tour : quels mouvements entrent en jeu, comment la pièce est tenue, ce que fait l'outil, et comment on calcule les réglages de base. Les outils coupants en détail, le fraisage et les matériaux usinés sont traités dans les chapitres voisins.

Un tour fait intervenir deux déplacements qu'il faut bien distinguer :

• un mouvement de coupe, qui est la rotation de la pièce autour de son axe : c'est lui qui crée la vitesse à laquelle la matière passe devant l'arête ;
• un mouvement d'avance, qui est le déplacement de l'outil par rapport à la pièce : c'est lui qui fait progresser la coupe le long de la pièce.

La combinaison des deux dessine la surface obtenue. Quand l'outil avance parallèlement à l'axe de rotation, on obtient un cylindre. Quand il avance perpendiculairement à l'axe, on obtient une face plane. Si les deux déplacements se combinent, on obtient un cône ou une forme de profil.

Cette logique explique la limite du procédé : on tourne surtout des pièces dont la forme extérieure ou intérieure est ronde autour d'un axe. Un carré ou une rainure plate ne se font pas au tour de la même façon ; on les confie à d'autres machines, comme la fraiseuse.

Un outil de tournage possède une seule arête tranchante qui s'enfonce dans la matière.³ Cela le distingue des outils de fraisage, qui comportent plusieurs arêtes.³

Ce point a des conséquences concrètes :

• l'arête travaille en continu pendant que la pièce tourne : la coupe n'est pas interrompue, sauf si la pièce a des méplats ou des trous ;
• toute la sollicitation se concentre sur une seule arête, donc l'état de cette arête influence directement la qualité de la surface ;
• le copeau est généralement un ruban continu, qu'il faut apprendre à fractionner pour qu'il ne s'enroule pas autour de la pièce.

Avant de tourner, la pièce doit être maintenue de façon rigide et centrée sur l'axe de rotation. Sur un tour conventionnel, on utilise le plus souvent un mandrin muni de mors qui serrent la pièce. Le mandrin permet les opérations extérieures et intérieures.³

Le référentiel de la formation de tourneur cite plusieurs situations de travail :

• le tournage en mandrin 3 mors durs ;
• le tournage en mors doux ;
• le montage mixte.²

Le nombre de mors (ici trois) définit la façon dont la pièce est serrée, et le type de mors définit la façon dont elle est tenue. Le choix dépend de la forme de la pièce, de la qualité demandée et du nombre de pièces à produire.

Quand tu règles un tour, tu choisis trois grandeurs principales.

• La vitesse de coupe $V_c$ : la vitesse à laquelle la surface de la pièce défile devant l'arête, en mètres par minute (m/min). Elle dépend surtout de la matière usinée et de la matière de l'outil.
• L'avance $f$ : la distance parcourue par l'outil pendant un tour de la pièce, en millimètres par tour (mm/tr).
• La profondeur de passe $a_p$ : l'épaisseur de matière enlevée en une passe, en millimètres (mm).

La machine, elle, ne se règle pas en m/min : on affiche une fréquence de rotation $N$ en tours par minute (tr/min). Il faut donc convertir.

Pour estimer la durée d'une opération de chariotage, on part de l'avance. L'outil avance de $f$ millimètres à chaque tour ; en $N$ tours par minute, il avance de $f \times N$ millimètres par minute. On appelle cette quantité la vitesse d'avance $V_f$.

$V_f = f \times N \quad (\text{mm/min})$

Pour parcourir une longueur $L$ (en mm), le temps nécessaire est :

$T = \dfrac{L}{V_f} = \dfrac{L}{f \, N} \quad (\text{min})$

Pour un chariotage, la quantité de matière à enlever se mesure sur le rayon. Si le diamètre passe de $D_1$ à $D_2$, l'épaisseur à enlever sur chaque côté est $\dfrac{D_1 - D_2}{2}$. Le nombre minimal de passes est cette épaisseur divisée par la profondeur de passe, arrondie à l'entier supérieur.

La formation de tourneur place la préparation de l'usinage avant la conduite de la machine : on prépare l'usinage par tournage d'une pièce unitaire ou d'une série, puis on conduit un tour conventionnel en respectant les procédures.² Voici une démarche pour ne rien oublier.