Pour travailler des matériaux aussi variés que le métal, les alliages ferreux, le bois et certains plastiques, on utilise des machines d'usinage spécifiques. On les appelle machines-outils et elles servent à mettre en forme ces pièces solides. Elles sont généralement fixes, de grandes dimensions et capables de réaliser trois types d'usinage.
Quels sont les types d'usinage ?
Dans l'industrie métallurgique, il existe trois types d'usinage des pièces : par enlèvement de copeaux, sans enlèvement de copeaux et par abrasion. Le premier consiste à enlever la matière excédentaire de la surface d'une pièce sous forme de petites particules appelées copeaux ; ce type d'usinage est réalisé par des machines comme les tours et les fraiseuses.
Les machines qui travaillent sans enlèvement de copeaux utilisent d'autres procédés pour donner forme aux pièces. La presse, dans ses différentes variantes, en est un exemple. Les presses servent à déformer des plaques métalliques, appelées tôles, sans enlever de copeaux. Les machines d'électroérosion, de découpe laser, de découpe plasma, etc., entrent également dans la catégorie sans enlèvement de copeaux.
Enfin, l'usinage par abrasion est un procédé dans lequel la pièce est usée à l'aide d'une meule abrasive. La meule abrasive est constituée de grains abrasifs liés par un agglomérant, qui usent la surface de la pièce. Les machines qui réalisent ces opérations sont les rectifieuses.
Qu'est-ce qu'une machine d'usinage ?
Les machines d'usinage, ou machines-outils, se caractérisent par l'utilisation d'une source d'énergie autre que la force humaine, même si de nombreuses machines nécessitent aussi l'intervention des opérateurs lorsqu'il n'existe pas d'autre source d'énergie. L'invention de ces machines est très ancienne : on estime que le premier tour remonte à l'Antiquité. Le tour tel que nous le connaissons aujourd'hui a vu le jour vers 1751 et comportait un outil de coupe réglable mécaniquement.
Le grand bond technologique de ces machines a toutefois eu lieu pendant la révolution industrielle, avec l'invention de la machine à vapeur. C'est à partir de cette révolution que la fraiseuse s'est généralisée et est devenue, avec le tour, l'un des équipements les plus utilisés dans les ateliers.
Ces machines peuvent fonctionner au moyen de volants, d'engrenages et de leviers, mais aussi par commande automatique et informatisée. La commande numérique par ordinateur a justement été inventée dans les années 60, lorsque les ordinateurs ont été intégrés aux machines pour accélérer les processus. Ces équipements disposent de la technologie la plus sophistiquée et permettent d'accroître la production, de réduire les délais de livraison et la main-d'œuvre. Ils permettent en outre de réaliser des pièces aux formes bien plus complexes.
Fait intéressant, les machines d'usinage sont appelées machines mères, car elles sont capables de fabriquer toutes les autres machines, y compris elles-mêmes. Elles peuvent par ailleurs produire des pièces de tailles très diverses, utilisées dans de nombreuses industries : d'une vis au fuselage d'un avion.
Types de machines
Les machines d'usinage peuvent être classées en trois types, quel que soit l'usinage qu'elles réalisent : machines d'ébauche (enlèvement de copeaux), presses (fabrication de pièces par déformation) et machines spéciales. Ces dernières font appel à d'autres techniques d'usinage, comme la découpe laser, le plasma ou l'électroérosion.
Les principales machines d'ébauche, également appelées conventionnelles, sont :
- Tour : usine des pièces de révolution qui tournent, serrées dans un mandrin, tandis que l'outil de coupe s'approche de leur surface en enlevant des copeaux. Il sert à usiner des formes cylindriques et coniques. Il peut aussi percer si l'on y monte un foret.
- Fraiseuse : utilise un outil de coupe à plusieurs arêtes appelé fraise. La tête de la machine reste immobile, tandis que la pièce s'en approche pour l'enlèvement de matière.
- Perceuse : sert à percer des trous en faisant tourner un outil (le foret).
- Rectifieuses ou polisseuses : utilisent un disque ou une meule abrasive qui use la surface de la pièce pour en améliorer la finition.
Les presses existent en plusieurs types, notamment mécaniques et hydrauliques, et servent aux procédés de déformation. La pièce est placée sur une matrice sous un poinçon qui, une fois actionné, vient frapper la pièce pour la déformer au-delà de sa limite d'élasticité.
Les machines d'usinage non conventionnelles et spéciales sont :
- Machine d'électroérosion : utilise des étincelles électriques qui font fondre les particules de matière. Elle peut fonctionner par électrodes (enfonçage) ou par fil (fil conducteur). Les pièces sont immergées dans un liquide diélectrique.
- Arc plasma : utilise un jet de gaz à très haute température et sous forte pression pour découper la matière.
- Laser : l'usinage laser découpe les surfaces en vaporisant la matière à haute température.
- Ultrasons : utilise des vibrations à des fréquences ultrasonores, avec des abrasifs et de l'eau, pour usiner par frottement.