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Durée de vie

Tous les outils s’usent, ce qui a un coût. La connaissance de la durée de vie d’un outil permet donc de maîtriser ce coût.

1. Usure et durée de vie des outils de coupe La qualité de travail d’un outil dépend pour une part importante de son degré d’usure qui influence directement :

• La qualité de la surface (rugosité, dimension, forme, etc.) • La tenue de l’outil (vibrations, longévité, etc.) • La puissance nécessaire à la coupe (productivité, etc.)

A un certain degré d’usure, il y a destruction de l’arête ce qui provoque l’arrêt de la coupe. La durée de

vie de l’outil (en réalité, de son arête de coupe) sera donc liée à ce degré d’usure

2. Types d’usure et critères associés En reprenant l’outil ci-contre, il est possible de définir les usures sur les deux faces principales de la façon suivante :

2.1. Usure en dépouille (VB)

Elle s’observe sur la face de dépouille principale et apparaît suivant une bande striée brillante parallèle à l’arête de coupe. Due essentiellement à aux températures élevées (frottements sur la pièce), elle se manifeste lors de travaux de finition (Vc importante et f petite). Son critère associé est VB qui est la distance entre l’arête de coupe initiale et le bas de cette usure (droite associée). Dans certain cas, on utilise le critère VBmax. Cette mesure est effectuée dans la zone B (voir schéma)

2.2. Usure en cratère (KT)

Elle s’observe sur la face de coupe principale sous la forme d’une cuvette. Elle se manifeste lors de travaux d’ébauche (Vc faible, f et a importants). Son critère associé est KT qui est la profondeur de ce cratère par rapport à la face de coupe initiale. Cette usure peut aussi être caractérisée par le rapport KT/Km (voir schéma)

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T (min)

Vb (mm)

Vc=200 m/min

Vc=170 m/min Vc=120

m/min

Vc=80 m/min

3. Lois d’usure Les mesures sont faites avec un microscope (40x) pour VB et avec un comparateur pour KT. La nécessité de lier les conditions de coupe et l’usure a permis d’établir expérimentalement des lois (Ex : Taylor)

3.1. Etablissement des lois d’usure Lorsque l’on effectue l’usinage d’une pièce dont seule Vc varie, on obtient les courbes suivantes.

La norme préconise les valeurs d’usure suivantes : • Outil ARS ou Carbure : VB=0,3 ; VBmax=0,6 • Outil Carbure : KT = 0,03 + 0,3.f Le critère le plus souvent retenu est VB=0,3

Le critère étant défini (VB=cte=0,3), le graphique 1 nous donne différentes valeurs qui permettent d’obtenir un nouveau graphique T= f(V).

Zone 1 : Vc faible usure augmente avec Vc Zone 2 : Vc modérée usure stable (car efforts en baisse) Zone 3 : Vc augmente production et usure augmentent

Comme le montre le graphique 3, la zone 3 peut être assimilée à une droite. C’est la droite de Taylor.

Elle permettra d’adapter les conditions de coupe afin de trouver le meilleur compromis entre la productivité et la durée de vie de l’outil pour obtenir ainsi un coût minimum.

3.2. Modèle de Taylor Le graphique précédent montre une droite (Y= aX + b) mais dans une échelle logarithmique. Cette droite a donc pour équation : Log Y = a. Log X + Log b ou Log T = k.Log V + Log Cv ou T = Cv . Vk

Le modèle généralisé de Taylor est T = Cv . Vn. fx. ay . T durée de vie (mn) ; V vitesse de coupe (m/mn) Cv : constante fonction du matériau (104< Cv <1014 ) n : constante fonction de l’outil (-8< k <-1)

x : cte fonction de f ; y : cte fonction de a

Nous n’étudierons que le modèle simplifié à savoir : T = Cv . Vk . Remarque : pour le modèle simplifié n peut être remplacée par k

Graphique 1

V4

V5

Vb (mm)

V2 V3 V1

0.3mm

T5 T4 T3 T1 T2 T (min)

logT(min)

logV (m/min)

1 2

3

Graphique 2

Graphique 3

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3.3. Détermination graphique de la droite de Taylor L’entreprise USE S.A. décide, afin d’optimiser les coûts d’usinage, de déterminer la loi d’usure concernant l’usinage d’une de ses pièces.

Les données de l’expérimentation sont les suivantes : Vc (m/mn) 300 400 500 600

T (mn) 20 40 50 60 10 20 30 50 10 20 10 20

VB (mm) 0,09 0,17 0,23 0,27 0,08 0,14 0,22 0,36 0,14 0,3 0,21 0,41

Tracé de VB=f(T) pour chaque Vc

Bilan pour VB=0,3

3.3.1. Détermination de la pente (k)

k = y / x = dT/dVc = ___ / ___ = ou k = (log2-log70)/(log1500-log300)

k = -2,21

3.3.2. Détermination de Cv

T1 = Cv.V1k Cv = T1/V1 k = 1/ V1 k

Cv = V1 - k = 2050 -2,2 = 19,3.106

3.3.3. Exploitation

T1000 = f(V1000) =4,5mn

Vc 300 400 500 600 T 67 40 20 15

1

10

100

100 1000 10000Vc

T

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 10 20 30 40 50 60

T

VB Vc=300 Vc=400Vc=500 Vc=600

T1000

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3.4. Détermination algébrique de la droite de Taylor L’entreprise USE S.A. désire connaître les paramètres Cv et k de la loi d’usure (T = Cv . Vk ) qui régit

l’usinage de l’une de ses pièces. Afin de gagner du temps, elle ne réalise que quelques essais qui donnent les résultats suivants :

Pour V600=600m/mn : T600 = 15 mn et pour V300=300m/mn : T300 = 67 mn. Lois mathématiques :

• Log (a.b) = Log(a) + Log(b) et Log (a/b) = Log(a) - Log(b) • Log(xa) = a. Log(x) Log(1) = Log (100) = 0.Log(10) = 0 • Si y = Log(x) x = 10y

Le couple de donnée permet d’obtenir deux équations différentes pour résoudre les deux inconnus.

15 = Cv . 600k Log (15) = Log (Cv) + k.Log(600) 67 = Cv . 300k Log (67) = Log (Cv) + k.Log(300)

3.4.1. Détermination de k

( - ) Log (15) – Log (67) = k . [Log (600) – Log (300)] k = [Log(15) – Log(67)] / [Log(600)-Log(300)] k = -2,16

3.4.2. Détermination de Cv

15 = Cv . 600-2,16 Cv = 15/600-2,16 = 15,03. 106

3.4.3. Exploitation

T1000 = f(V1000) = Cv.V1000k =15,03.106 x 1000-2,16 = 4,98 mn