THOMAS RACING DEVELOPPEMENT

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Enlèvement de matière par abrasion, quatrième partie : minimiser les risques de brûlures de rectification ou affutage

Dans la première partie de cet article, nous avons présenté le mode d'action des meules.

Dans la seconde partie, les technologies des meules ont été étudiées.

La troisième partie a été consacrée aux outils abrasifs, notamment leurs désignations normalisées et  quelques critères de choix concernant, les meules, les disques et les papiers à poncer.

 

Dès la première partie l'aspect thermique de l'opération a été évoqué, notamment parce que les énérgies de cohésion atomiques rompues lors de la coupe se transforment intégralement en chaleur, mais surtout parce qu'une meule agit sur la pièce par d'autre actions que la coupe pure. Nous avons parlé des frottements intenses qui se produisent et des effets parfois catastrophiques induits. Ces effets peuvent aller jusqu'à la destruction des pièces lors de la rectification par apparition de tapures ou de criques. L'effet le plus dangereux est bien sûr l'effet microscopique, voire nanoscopique. Des micro-fissures, très difficiles à déceler se forment dans les pièces. Elles évoluent ensuite en service et peuvent conduire à des ruptures en fatigue extrêmement dangereuses. Surtout lorsqu'il s'agit de pièces de voitures de compétition ou d'avion.

Les mêmes effets peuvent aussi se produire lors d'opérations d'affutage d'outils carbure. Pour les outils en acier, ce sont plutôt les risques de revenu intempestif qui sont à redouter. Ils produisent une chute des caractéristiques mécaniques des outils qui accélère leur usure. De nombreuses affuteuses anciennes ne disposent pas de dispositif d'arrosage.  et leur architecture ne facilite pas vraiment l'installation de tels dispositifs. Rarement cartérisées ces machines risqueraient d'envoyer du fluide de coupe dans tout l'atelier, ce qui n'est évidemment pas souhaitable. Du coup, le risque de brûlure d'affutage est important.

 

Solutions pour lutter contre les bûlures

 

Avivage des meules

 

L'avivage des meules consiste à régénérer mécaniquement la population de grains actifs.  En enlevant les grains émoussés avec un diamant, on fait apparaître une nouvelle couche de grains aux arêtes bien plus tranchantes. Ainsi, le pourcentage d'actions de coupe augmente tandis que les labourages et frottements diminuent (voir première partie, cas où l'arête tranchante est émoussée.)

 

 

Vitesse d'avance

 

Une meule qui avance lentement ne coupe pas plus, mais patine sur la surface générée. Plus l'avance est faible, plus l'apport thermique par unité de surface est grand. Du point de vue de la thermique, à iso-temps opératoire,  Il vaut mieux prendre des passes un petit plus moins profondes et avancer un peu plus vite. C'est le résultat de certaines expériences que j'avais conduites au laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes avec la sympathique équipe du professeur BERGHEAU.

 

Choix des liants

 

Une meule à grade dur se régénère lentement. Une meule à grade tendre , s'auto-avive toute seule. On choisit donc des meules dures pour le meulage et des meules tendres pour la rectification ou l'affutage. S'il faut enlever beaucoup de matière, on aura intérêt à utiliser une meule un peu plus dure  pour obtenir la forme et à finir avec une meule tendre pour l'intégrité de surface.

 

Choix des abrasifs

 

Choisir un grain qui se fragmente facilement conduit à une réduction de la dissipation thermique par régénération plus rapide des arêtes de coupe.  Avec cette méthode, la forme de la meule est conservée plus longtemps qu'en conservant l'abrasif et en utilisant un liant plus tendre.

 

rappelons aussi que certains abrasifs sont peu conducteurs thermiques (corindon) alors que d'autres le sont nettement plus (CBN.) Ce point a un impact sur la  diffusion thermique dans la pièce et la meule (voir seconde partie.)

 

Un autre point peu connu des non-spécialistes concerne le liant des grains des meules CBN. On sait que les meules diamant ont souvent des liants organiques, alors que les meules CBN  sont souvent recouvertes d'une couche de nickel. Mais quand on creuse un peu plus, on s'aperçoit que les meilleures meules ont des grains de nitrure de bore cubique revêtus d'argent pour augmenter leur conductivité. Evidemment de telles meules ne sont pas envisageables, ni pour les mécaniciens amateurs, ni même pour l'immense majorité des entreprises de mécanique générale, et très peu de société de mécanique de précision en utilisent. Elles sont plutôt réservées à une certaine élite dont les représentants régionaux, voire nationaux se comptent sur les doigts de la main. Encore un petit "secret de fabrication qui tombe dans votre oreille pour vous récompenser d'avoir lu ma prose jusque-là.

 

Porosité de la meule

 

 Choisir une meule à faible concentration de grains diminue les effets thermiques parce que la somme des déformations locales est moindre que dans le cas d'une meule à forte concentration (Il n'y a pas ou peu de déformation dans les "trous" entre les grains.)

 

Granulométrie

 

Peu de gens savent pourquoi on choisit des meules à grains plus gros en ébauche. Et lorsqu'il y a un problème de budget, on croit faire une bonne affaire en n'achetant que la meule de finition, quitte à consacrer un peu plus de temps à l'opération. C'est une grave erreur. En effet, si vous relisez le paragraphe précédent, vous saurez qu'en diminuant la concentration des grains, on diminue l'apport thermique. Toute chose étant égale par ailleurs, une meule qui a des grains plus gros a par définition une concentration plus faible. Les bons rectifieurs, les bons affuteurs le savent. Mais, ils ne vous le diront pas forcément...

 

Forme et dimensions de la meule

 

La meule agit sur la pièce parce qu'elle entre en interférence avec elle. Ces deux élements et la machine étant (faiblement) élastiques, l'accommodation des surfaces de contact se traduit par des micro-déplacements. La loi de Hooke indique que déplacement et force sont liés (F = k x).  Deux forces antagonistes se créent donc dans l'interface meule-pièce. Comme il existe une vitesse relative entre meule et pièce, une puissance est dégagée dans l'intreface (Rappel : puissance = force x vitesse.)

 

On peut bien sûr parvenir à diminuer les forces d'interférence en diminuant la profondeur de passe. Moins d'interférence conduit moins de déplacement, donc moins de force.

 

Plus la surface de contact est grande, plus grande sera la force d'interférence. On a donc intérêt à minimiser la surface de l'interface meule-pièce.  On y parvient en utilisant des meules étroites. Pour les meules-boisseau conique en corindon ou carbure de silicium, il s'agit de dresser la face active de la meule pour la rendre légèrement conique. Ainsi, la zone de contact meule-pièce est facilement réduite. C'est en général impossible pour les meules diamant ou pour les meules CBN.  On a donc tout intérêt, lors de l'achat de la meule à choisir celle dont le bandeau actif (diamanté ou revêtu de CBN) est le plus étroit possible. Ce point essentiel n'est pas très connu, sauf évidemment des professionnels de l'affutage ou de la rectification. Peu d'ateliers de mécanique générale ont la chance de disposer d'un expert de ce domaine.

 

Une autre astuce conduisant au même résultat consiste à incliner d'un angle faible la tête porte meule d'une affûteuse par rapport à la direction d'avance de l'outil à affûter. Ainsi, la largeur de l'interface meule-piece est réduite.

 

Une autre application de cette règle concerne le tronçonnage à la meule. De très nombreux mécaniciens amateurs utilisent des meules de 2,5 mm d'épaisseur disponibles en grande surface de bricolage. Mais, il existe aussi des meules de 1,6 1  et même 0,8 millimètre d'épaisseur. Depuis une trentaine d'années, je n'utilise plus que des meules d'un millimètre pour les coupes droites et 0,8 pour le contournage. Elles sont plus chères que les autres, mais elles brûlent nettement moins le métal. On peut découper des tôles d'inox sans les faire bleuir sur une large bande. De plus, comme elles chauffent moins, elles s'usent moins vite. Elles permettent aussi des découpes ultra-précises. Par exemple, lorsqu'on réalise une greffe en carrosserie automobile on place les deux elements l'un sur l'autre avant de les découper. L'espace a combler en soudant n'est alors que d'un millimètre. Enfin, si on dispose de plusieurs meuleuses, chacune dédiée à un type de travail, celle qui sert au tronçonnage n'a pas besoin d'être très puissante. Ici, pour les coupes droites on a une petite Metabo de 750 watts depuis vingt ans. Elle est très largement surpuissante. Ceci permet d'acheter moins cher, et d'écononiser l'énergie et aussi une meilleure ergonomie puisque les petites machines sont plus maniables que les grosses.

 

Pour les coupes courbes, on utilise sur des machines pneumatiques des disques de 76 mm de 0,8 mm d'épaisseur avec un alésage de 10 mm. Les machines pneumatiques sont plus compactes que les modèles électriques. Elles existent en versions droite et à renvoi d'angle. Ainsi, on peut aller travailler dans des recoins (longerons en carrosserie automobile, par exemple) avec une précision redoutable.

 

Vous disposez maintenant de toutes les connaissances à notre disposition pour lutter contre les brûlures de rectification, de meulage, d'affutage ou de découpe. Il est clair que certains matériaux sont  plus difficiles à usiner par abrasion que d'autres, mais les plus important est de maîtriser les conditions de coupe. Certains font l'effort d'essayer de comprendre ce qui se passe à l'interface meule pièce, quitte à aller jusqu'à l'échelle microscopique en s'intéressant de près à ces grains actifs si petits soient-ils. Ce sont ceux qui ont le plus de chance de parvenir à une approche rationnelle. La seule qui est acceptable lorsque la vie des pilotes est en jeu.



27/09/2019
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