Le tournage est une méthode utilisée dans de nombreux ateliers et usines. Il consiste à enlever de la matière d'une pièce en rotation, généralement en métal ou en plastique. Le tournage lui donne la forme souhaitée. Le tournage par étapes est l'une des méthodes de tournage les plus courantes. Il permet de créer des pièces de diamètres différents sur toute leur longueur. Ce procédé permet de former des pièces qui s'assemblent avec précision. Dans cet article, découvrez le fonctionnement de cette opération fondamentale du tournage et pourquoi elle domine des secteurs comme l'automobile et l'aérospatiale.
Qu'est-ce qu'un pas à pas ?
Le tournage par étapes est un processus que beaucoup ateliers d'usinage Utilisé pour découper une pièce cylindrique en sections de différents diamètres. Ce procédé crée des « gradins » ou arêtes nettes aux endroits où le diamètre change. Autrement dit, le tournage par paliers produit une pièce présentant une série de surfaces planes et de variations de dimensions brusques sur toute sa longueur.
Définition et concepts de base
Le tournage par paliers est un procédé de réduction du diamètre d'une pièce en rotation par sections. Chaque section est créée par enlèvement de matière à l'aide d'un outil coupant se déplaçant le long de l'axe de la pièce. Chaque palier présente une face plane perpendiculaire à l'axe de la pièce. Ce procédé est essentiel lorsqu'un arbre doit recevoir divers composants tels que des roulements, des engrenages ou des poulies.
En quoi le tournage par étapes diffère du tournage conique
Le processus de tournage par étapes n'est pas le même que tournage coniqueLors du tournage conique, le changement de diamètre est progressif plutôt que brutal. Le tournage par paliers crée toujours un bord net et défini entre les différents diamètres.
Bien que les deux procédés modifient les diamètres des arbres, leurs applications diffèrent considérablement :
| Facteur | Tournage pas à pas | Tournage conique |
|---|---|---|
| profil | Changements soudains de diamètre | Réduction conique progressive |
| Angle de transition | épaules à 90° | Angles de 1° à 45° |
| Utilisations typiques | Sièges de roulement, supports d'engrenages | Porte-outils, pistons hydrauliques |
| Efficacité matérielle | Plus bas (plus de déchets dus aux grandes marches) | Plus haut (différence de diamètre minimale) |
| Finition de surface | Nécessite un ébavurage après usinage | Finition naturellement plus lisse |
L'opérateur prend en compte les exigences de conception et l'ajustement des pièces lors du choix entre le tournage étagé et le tournage conique. Il réfléchit également à la manière dont les roulements, les engrenages et les autres composants seront fixés à l'arbre. Il prend également en compte la résistance et la durabilité de la pièce lors du choix de la méthode. Il doit s'assurer que la méthode choisie répond à la fois aux exigences fonctionnelles et esthétiques.
Objectif et utilisation du tournage par étapes
L'objectif principal du tournage par étapes est de produire un arbre de différents diamètres. De nombreuses applications de conception de machines nécessitent des arbres de différentes tailles sur toute leur longueur afin de garantir la fixation solide des pièces. Par exemple, un arbre peut nécessiter un diamètre important pour une section destinée à un roulement, et un diamètre plus petit pour une autre section destinée à un engrenage. Le tournage par étapes permet aux ingénieurs de concevoir des pièces à la fois performantes et robustes. De nombreuses entreprises, telles que BOYI, utilisent le tournage par étapes dans leurs processus de fabrication pour construire des arbres complexes en une seule opération.
Le processus de tournage par étapes en détail
Le tournage par étapes se déroule en plusieurs étapes distinctes. Chaque étape comporte ses propres tâches et outils qui garantissent un usinage correct de la pièce. Cette section décrit le processus étape par étape.
Mise en place de la pièce
La première étape du tournage par étapes consiste à préparer la pièce. Il s'agit généralement d'une barre ronde ou d'un tube creux fixé dans le mandrin d'un tour. L'opérateur veille à ce que la pièce soit solidement maintenue afin qu'elle ne bouge pas pendant le tournage. Chaque opérateur doit vérifier que la pièce est bien centrée et alignée.
L'opération de coupe
Une fois la pièce préparée, l'opérateur sélectionne l'outil de coupe approprié. Un outil de coupe droit est souvent utilisé pour l'ébauche initiale. opérateur de machine CNC Il choisit la vitesse et l'avance appropriées pour le tour. L'opérateur démarre la machine et effectue une coupe de surfaçage à l'extrémité de la pièce. Cette coupe crée une surface plane et élimine les imperfections de l'extrémité.
L'opérateur déplace ensuite l'outil le long de la pièce pour créer la première marche. Il effectue une série de passes le long de la pièce pour retirer l'excédent de matière. L'outil se déplace parallèlement à l'axe de la pièce. Chaque passe enlève un peu plus de matière jusqu'à atteindre le diamètre souhaité. Chaque passe est mesurée pour garantir l'enlèvement de matière optimal.
Fin du processus
Une fois les passes d'ébauche terminées, l'opérateur effectue une passe de finition. Cette passe lisse la surface et permet d'obtenir les dimensions finales. L'opérateur peut utiliser un outil légèrement courbé à la pointe, mais le processus repose toujours sur un déplacement rectiligne de l'outil. La coupe finale crée une arête vive qui forme la marche. Chaque passe finale est vérifiée à l'aide d'un instrument de mesure afin de garantir que les dimensions respectent les tolérances requises.
Mouvements et actions des outils
L'outil de coupe se déplace avec précision lors du tournage étagé. L'opérateur déplace l'outil parallèlement à l'axe de la pièce. L'outil coupe en ligne droite jusqu'à la zone de changement de diamètre. Une fois l'outil atteint, il peut être ajusté pour couper perpendiculairement. L'opérateur s'assure que chaque mouvement de l'outil est régulier et contrôlé.
Outils et équipements pour le tournage par étapes
La réussite du tournage par étapes dépend de la qualité des outils et équipements utilisés. Chaque outil joue un rôle spécifique pour garantir la précision et la finition de la pièce finale. Dans cette section, nous passons en revue les principaux instruments et machines utilisés en tournage par étapes.
Instruments de mesure essentiels
Le pied à coulisse mesure le diamètre de la pièce pendant et après l'usinage. Chaque opérateur utilise un pied à coulisse pour vérifier l'exactitude des dimensions. Dans certains cas, un micromètre numérique permet des mesures encore plus précises. Chaque mesure aide l'opérateur à déterminer s'il est nécessaire d'enlever davantage de matière.
Outils de coupe
Construction outils de coupe Les outils utilisés pour le tournage étagé sont simples mais efficaces. Un outil de tronçonnage permet de couper transversalement la pièce et de créer une rainure au niveau de l'étagé. De forme rectangulaire et aux angles vifs, cet outil permet à chaque opérateur de réaliser une coupe nette et précise. Un outil de tournage assure également la majeure partie de l'enlèvement de matière. Conçu pour couper le long de la surface de la pièce, il présente un petit rayon à sa pointe, ce qui peut laisser une légère courbure au bord de l'étagé.
Tours et tours CNC
La machine qui maintient la pièce est appelée tour. De nombreux ateliers utilisent des tours manuels pour le tournage par étapes, et beaucoup utilisent des tours à commande numérique (CNC). Chaque opérateur doit comprendre les différences entre ces machines. Les tours manuels requièrent plus de compétences et une main sûre. Les tours à commande numérique, en revanche, offrent une précision et une régularité supérieures. Des entreprises comme BOYI utilisent souvent des tours à commande numérique pour produire des pièces en plusieurs étapes, rapidement et avec précision. Chaque type de machine a sa place dans le processus de fabrication.
Avantages et inconvénients du tournage par étapes
Comme tout procédé de fabrication, le tournage par étapes présente à la fois des avantages et des inconvénients.
Avantages du tournage par étapes
- Efficacité de l'usinage: Chaque opérateur peut usiner un arbre sans le retirer de la machine. Cette capacité rend le processus rapide et idéal pour production à grande échelle.
- Précision pour l'assemblage: Chaque marche créée possède un bord net et perpendiculaire. Ce bord est essentiel pour l'ajustement précis des roulements, des engrenages ou des poulies.
- Fabrication simplifiée: Chaque arbre peut être fabriqué d'une seule pièce. Cette méthode de production réduit la nécessité d'assembler plusieurs pièces.
- Économies de coûtsChaque opération de tournage par étapes permet de réaliser des économies, car elle élimine le recours à plusieurs étapes d'usinage. Des entreprises comme BOYI utilisent le tournage par étapes pour produire des pièces de manière rentable.
- Flexibilité dans la conceptionChaque conception peut être adaptée pour inclure plusieurs étapes. Cette flexibilité permet aux ingénieurs de créer des pièces répondant à des exigences de conception spécifiques.
Inconvénients du tournage par étapes
- Limitations en géométrieChaque procédé de tournage par étapes est particulièrement adapté aux pièces présentant des variations de diamètre marquées. Les pièces nécessitant un changement progressif de diamètre peuvent nécessiter une approche différente, comme le tournage conique.
- Déchets de matériaux: Chaque opérateur doit tenir compte du risque de gaspillage. En cas de différence importante entre les étapes, des excédents de matière peuvent être retirés inutilement.
- Problèmes de finition de surface: Chaque marche comporte deux surfaces, et la transition entre elles peut être difficile à réaliser. La légère courbure à la base de la marche peut nécessiter des finitions supplémentaires.
- Usure des outils: Tout outil de coupe utilisé en tournage étagé peut s'user avec le temps. Cette usure nécessite un remplacement ou un entretien régulier.
Matériaux adaptés au tournage par étapes
Tous les matériaux usinables sur un tour peuvent être utilisés pour le tournage par étapes. Ce procédé est particulièrement courant pour les métaux, mais de nombreux plastiques peuvent également être usinés de cette manière.
Métaux et plastiques
Tout métal utilisé dans la fabrication de pièces mécaniques peut être transformé en arbre étagé. Les opérateurs travaillent souvent avec des aciers à faible et moyenne teneur en carbone ou de l'acier inoxydable pour leur durabilité et leur facilité d'usinage. Les ingénieurs peuvent également choisir l'aluminium lorsque le poids est un facteur important. De nombreux plastiques peuvent également être utilisés lorsque les exigences de résistance et de température sont plus faibles.
Critères de sélection des pièces
Chaque sélection de pièce doit prendre en compte des facteurs tels que le diamètre initial, les dimensions finales souhaitées et la quantité de matière à enlever. Chaque ingénieur doit calculer si le matériau choisi entraînera trop de déchets. Chaque opérateur doit également tenir compte de la résistance et de la durabilité du matériau après usinage.
Applications du tournage par étapes
| Industrie | Application de tournage par étapes | Description / Détails |
|---|---|---|
| Machine Design | Arbres à plusieurs étages | Les fabricants produisent des arbres avec des pas de diamètre distincts pour une assise correcte des roulements, des engrenages et des accouplements. |
| Automobile | Essieux, arbres de transmission, arbres de boîte de vitesses | Les ingénieurs usinent des essieux et des arbres de transmission précis qui garantissent une transmission de puissance fiable dans les véhicules. |
| Machines CNC | Arbres de broche et tiges d'outils | Les opérateurs créent des pièces de haute précision qui contribuent à maintenir des performances constantes dans les machines CNC. |
| Dispositifs médicaux | Instruments chirurgicaux et tiges de support | Les concepteurs utilisent le tournage par étapes pour fabriquer des composants précis pour les outils chirurgicaux et les dispositifs orthopédiques. |
| Industrie du pétrole et gaz | Arbres de pompe et composants mécaniques | Les techniciens produisent des arbres robustes qui résistent aux conditions difficiles des systèmes de pompage et des machines. |
| Électronique | Arbres de moteur et manchons de montage | Les ingénieurs fabriquent des composants petits mais précis qui garantissent un alignement et un fonctionnement corrects dans les appareils électroniques. |
Services de tournage CNC BOYI
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Conclusion
Le tournage par étapes demeure indispensable à la fabrication de précision, conciliant complexité géométrique et rentabilité. En comprenant ses principes, ses applications et ses stratégies d'optimisation, les ingénieurs peuvent concevoir des arbres maximisant les performances tout en minimisant les coûts de production. Pour les composants critiques exigeant des normes rigoureuses, BOYI propose des solutions de tournage par étapes. Services de tournage CNC offrent une précision inégalée, qu'il s'agisse de prototyper un arbre de transmission personnalisé ou de produire en série des vérins hydrauliques.
Cet article a été rédigé par les ingénieurs de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen est un ingénieur et expert technique fort de 20 ans d'expérience en prototypage rapide et en fabrication de pièces métalliques et plastiques.
