Qu’est-ce que le tournage conique ? Types, méthodes et outils

Dans le domaine de l’usinage de précision, le tournage conique occupe une place importante. Il s'agit de façonner une pièce pour obtenir un changement uniforme de diamètre le long de son axe, ce qui donne une forme conique. Ce procédé trouve des applications répandues dans diverses industries, allant de l'automobile à l'aérospatiale, en raison de sa capacité à produire efficacement des surfaces coniques précises. Cet article vise à fournir un aperçu complet du tournage conique, y compris sa définition, ses types, ses méthodes et les outils impliqués.

Définition du tournage conique

Le tournage conique est un processus d'usinage qui implique l'utilisation d'un tour ou d'une CNC (Commande numérique par ordinateur) tour pour faire tourner une pièce pendant qu'un outil de coupe se déplace dans un mouvement linéaire pour enlever le métal, créant ainsi une forme conique. L'angle de conicité, qui est l'angle entre l'axe de la pièce et la surface générée, peut varier en fonction des exigences spécifiques de l'application.

Interet

Le tournage conique dans la fabrication crée des surfaces coniques sur les pièces en réduisant progressivement leur diamètre. Ce processus améliore l'ajustement, la fonctionnalité et l'alignement des assemblages, offrant des fonctionnalités d'autoverrouillage et une capacité de charge améliorée. Il réduit également le poids des composants tout en préservant l'intégrité structurelle et garantit des tolérances précises, minimisant ainsi le besoin d'usinage supplémentaire.

Formule de tournage conique CNC

Dans le tournage conique CNC, les calculs fondamentaux tournent autour de l'angle de conicité (alpha) et du rayon (r) en différents points le long de la longueur du cône. L'angle de conicité (alpha) peut être déterminé à l'aide de la formule alpha = arctan (TPF/12), où TPF est le cône par pied.

Pour trouver le rayon (r) en tout point « x » le long du cône, la formule r = r0 – (x * TPF) est utilisée. Ici, r0 est le rayon initial et x représente la distance parcourue le long de la longueur du cône.

Pour Machines CNC, la relation x = r0 / F (avance) s'applique, ce qui aide à comprendre comment la machine se comporte sous différentes avances.

Ces calculs sont essentiels pour que les machinistes CNC puissent réaliser des opérations de tournage conique précises, garantissant des résultats précis dans différentes conditions d'usinage.

Comment fonctionne le tournage conique ?

Le tournage conique fonctionne grâce à un processus d'usinage de précision qui consiste à façonner une pièce pour obtenir un changement uniforme de diamètre le long de son axe, ce qui donne une forme conique.

Configuration et préparation :

• Sélectionnez l'outil de coupe approprié et déterminez l'angle de conicité souhaité ou le cône par pied (TPF).
• Fixez la pièce dans le tour ou la machine CNC à l'aide de fixations ou de mandrins appropriés.

Positionnement de l'outil :

• Positionnez l'outil de coupe au point de départ de la pièce à usiner, là où commence le cône.
• Ajustez l'outil de manière à ce qu'il s'aligne avec l'axe de la pièce à travailler selon un angle correspondant à l'angle de conicité souhaité ou TPF.

Processus de coupe :

• Engagez le tour ou la machine CNC pour commencer l'opération de découpe.
• L'outil de coupe se déplace sur la longueur de la pièce tout en s'approchant ou s'éloignant simultanément de l'axe, selon que la conicité augmente ou diminue.

Alimentation contrôlée :

• Contrôlez la vitesse d'avance de l'outil de coupe par rapport à la vitesse de broche pour obtenir le taux d'enlèvement de matière et de formation de cône souhaité.
• Maintenez la cohérence de la vitesse d'avance et du positionnement de l'outil pour garantir une conicité uniforme sur toute la longueur de la pièce.

Surveillance et ajustements :

• Surveiller le processus d'usinage pour le contrôle de la qualité, en vérifiant périodiquement les dimensions et la finition de surface.
• Effectuez des ajustements aux vitesses d'avance, aux angles d'outil ou aux paramètres de la machine si nécessaire pour corriger les écarts et obtenir des dimensions de cône précises.

Finition:

• Une fois le cône usiné aux dimensions souhaitées, effectuez toutes les opérations de finition nécessaires telles que le polissage ou l'ébavurage pour obtenir la qualité de surface requise.

Sécurité et nettoyage :

• Assurez-vous que tous les protocoles de sécurité sont suivis tout au long du processus d’usinage.
• Nettoyez la zone de travail et inspectez le cône fini pour vérifier son exactitude et son respect des spécifications.

Types de cône

Les cônes sont classés en plusieurs types en fonction de leurs applications et de leurs caractéristiques géométriques spécifiques. Voici les principaux types de cônes couramment rencontrés dans la fabrication et l’ingénierie :

1. Cône Morse (MT)

Le cône Morse est un cône standardisé utilisé principalement dans les broches et les outils de machines-outils.

• Applications : Couramment utilisé dans les perceuses à colonne, les tours et autres équipements d'usinage où des changements d'outils rapides sont nécessaires.
• Conception: Identifié par une taille numérique (par exemple, MT1, MT2, MT3) indiquant les dimensions du cône.

2. Cône de Jacobs

Les Jacobs Tapers sont spécialement conçus pour les mandrins de perçage, souvent utilisés dans les machines-outils.

• Applications : Indispensable pour maintenir en toute sécurité les forets et autres outils de coupe rotatifs.
• Conception: Nommé d'après l'inventeur, William H. Jacobs, avec des tailles généralement indiquées numériquement (par exemple, JT1, JT2).

3. Cône de Jarno

Les cônes Jarno sont principalement utilisés dans les contre-pointes et les centres de tour.

• Applications : Fournit un centrage et un alignement précis des pièces cylindriques dans les tours.
• Conception: Nommé d'après l'ingénieur italien Stephen Jarno, avec des tailles indiquées numériquement (par exemple, Jarno #7).

4. Brown & Sharpe Taper (BS ou B&S)

Les cônes Brown & Sharpe sont principalement utilisés dans l'outillage des fraiseuses.

• Applications : Utilisé pour les porte-outils, les arbres et autres accessoires de machines-outils.
• Conception: Nommé d'après la Brown & Sharpe Manufacturing Company, avec des tailles allant de 7 à 40.

5. Filetage de tuyau conique national américain (NPT)

Les cônes NPT sont utilisés dans la plomberie et les raccords de tuyauterie.

• Applications : Assurer une étanchéité parfaite des raccords de tuyaux filetés.
• Conception: L'angle de conicité est de 1° 47′ 24″ ou 1.7899°.

6. Cône métrique ISO (ISO)

Les cônes métriques ISO sont la norme dans les pays métriques pour les porte-outils et les accessoires de machines-outils.

• Applications : Largement utilisé dans les centres d'usinage CNC et les tours.
• Conception: Défini par les normes ISO 296 et ISO 297, avec des tailles comme ISO 30, ISO 40, etc.

7. Filetages de tuyaux coniques (NPT, BSP)

Tuyau conique Threads sont utilisés pour créer des connexions étanches dans la plomberie et les raccords.

• Applications : Indispensable pour l'étanchéité sous pression, souvent trouvé dans les systèmes de plomberie du monde entier.
• Conception: Diverses normes existent à l'échelle mondiale, notamment NPT (américaine) et BSP (British Standard Pipe).

8. Cône R8

Les cônes R8 sont utilisés dans les broches et les pinces de fraisage.

• Applications : Maintenez en toute sécurité les outils et les forets lors des opérations de fraisage.
• Conception: Nommé d'après la pince R8 utilisée dans ce système.

9. Roulements à rouleaux coniques

Les roulements à rouleaux coniques utilisent des rouleaux coniques dans l'ensemble de roulements pour le support de charge radiale et axiale.

• Applications : Largement utilisé dans les machines automobiles, aérospatiales et industrielles.
• Conception: Varie en fonction de la conception spécifique du roulement et des exigences de charge.

Différentes méthodes de tournage conique

Cône tournant est une opération cruciale en usinage qui consiste à réduire progressivement le diamètre d'une pièce d'un bout à l'autre. Voici les principales méthodes utilisées en tournage conique :

• Méthode de l'outil de formulaire : La méthode de l'outil de forme utilise un outil de coupe à pointe unique avec un tranchant réglé à la moitié de l'angle de conicité souhaité. Lorsque l'outil est introduit directement dans la pièce à usiner, il donne au matériau une forme conique. Cette méthode est simple et efficace pour les cônes courts où la longueur du cône est inférieure au tranchant de l'outil. Cependant, il peut produire des vibrations et nécessite un contrôle minutieux pour maintenir la précision.
• Méthode de repos composé : Cette méthode consiste à régler le reste composé du tour à l'angle souhaité, généralement jusqu'à 45 degrés. La pièce tourne sur l'axe du tour tandis que le support composé guide le mouvement de l'outil. Il permet un contrôle précis de l'angle de cône et convient à la production de cônes courts et raides.
• Méthode de fixation pour tournage conique : L’utilisation d’un accessoire de tournage conique sur le tour améliore la polyvalence. L'accessoire comprend une barre de guidage réglée à un angle spécifique par rapport à l'axe du tour. L'outil de coupe se déplace parallèlement à cette barre de guidage, assurant un effilage précis. La profondeur de coupe peut être ajustée à l'aide du volant à support composé, ce qui rend cette méthode pratique et précise pour différentes tailles de cône.
• Méthode de combinaison de flux : Une technique avancée où les avances longitudinales (le long de l'axe de la pièce) et transversales (perpendiculairement à l'axe de la pièce) sont coordonnées simultanément. Il en résulte que l'outil de coupe suit une trajectoire diagonale, créant ainsi le cône. Il nécessite un contrôle précis des vitesses d'avance et convient aussi bien aux tours manuels avec des opérateurs qualifiés qu'aux machines CNC programmées pour la précision.
• Méthode de réglage de la poupée mobile : Cette méthode est utilisée pour les angles de conicité très faibles. La pièce à usiner est placée entre le point vivant et le point mort du tour. La contre-pointe est ensuite décalée latéralement de la moitié de l'angle de conicité, provoquant l'inclinaison de la pièce. En ajustant la position de la poupée mobile, l'angle de conicité souhaité peut être obtenu. Cette méthode est particulièrement utile pour les effilements extrêmement progressifs.

Quel outil est utilisé pour le tournage conique ?

L'outil utilisé pour le tournage conique s'appelle un accessoire de tournage conique or outil de tournage conique. Cet outil est fixé au tour et est utilisé pour couper des cônes sur une pièce. Les accessoires de tournage conique sont conçus pour maintenir l'outil de coupe à un angle par rapport à l'axe de rotation du tour, permettant au machiniste de former progressivement un cône sur la longueur de la pièce. L'angle du cône peut être ajusté en fonction des exigences du travail spécifique. Ce processus est couramment utilisé dans la fabrication pour créer des caractéristiques coniques telles que des formes coniques ou pour créer des conicités correspondantes entre les pièces d'accouplement.

Avantages du tournage conique

Le tournage conique offre plusieurs avantages dans les opérations d’usinage :

1. Polyvalence: Le tournage conique permet de créer différents angles de conicité sur des pièces cylindriques. Cette polyvalence est essentielle dans la fabrication de composants tels que des arbres, des broches et des cônes où des caractéristiques coniques sont requises.
2. La précision: Avec les bons outils et techniques, le tournage conique peut obtenir des angles et des dimensions de conicité précis, garantissant que les pièces s'emboîtent correctement dans les assemblages ou les composants d'accouplement.
3. Rentabilité: Le tournage conique peut souvent être effectué à l'aide de tours standard dotés d'accessoires ou d'installations de tournage conique, qui sont plus économiques que les machines ou processus spécialisés.
4. Temps d'installation réduit: Les tours CNC (commande numérique par ordinateur) modernes peuvent automatiser les opérations de tournage conique, réduisant ainsi les temps de configuration et permettant une production efficace de composants coniques.
5. Fonctionnalité améliorée: Les surfaces coniques peuvent offrir des avantages fonctionnels tels qu'un ajustement, un alignement et un jeu améliorés, qui sont cruciaux dans de nombreuses applications mécaniques et d'ingénierie.
6. Flexibilité de conception: Les ingénieurs et les concepteurs peuvent tirer parti du tournage conique pour incorporer des caractéristiques coniques dans leurs conceptions, améliorant ainsi les performances et l'esthétique du produit final.

Cône le tournage, comme tout procédé d'usinage, a aussi ses inconvénients :

1. Compétence requise: Le tournage conique nécessite des compétences et de l'expérience pour configurer correctement la machine, choisir les bons outils de coupe et obtenir des dimensions de cône précises.
2. Long: Obtenir des conicités précises peut prendre du temps, en particulier pour les formes complexes ou les grandes pièces.
3. Usure des outils : Les outils de coupe utilisés dans le tournage conique peuvent s'user plus rapidement en raison de la profondeur de coupe variable le long du cône.

Matériaux pouvant être utilisés pour le tournage conique

Lorsqu'il s'agit de tournage conique, une large gamme de matériaux peut être utilisée, allant des métaux, des plastiques, de la céramique et même de certains types de bois.

Les métaux couramment utilisés comprennent l'acier allié, la fonte, l'acier au carbone, l'aluminium, l'acier inoxydable, le cuivre, le magnésium, le zinc et divers alliages métalliques. Ces matériaux sont choisis pour leurs propriétés mécaniques spécifiques, leur résistance à la corrosion et leur adéquation à différentes applications industrielles.

Les plastiques sont également fréquemment soumis à des processus de tournage conique, englobant à la fois les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les thermoplastiques se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés et peuvent être façonnés selon les formes souhaitées, tandis que les thermodurcissables subissent un processus de durcissement chimique après usinage pour obtenir leur forme et leurs dimensions finales.

Dans des applications spécialisées, les céramiques et les matériaux composites se prêtent également au tournage conique. Ces matériaux présentent souvent une résistance à l'usure exceptionnelle, une stabilité à haute température ou une inertie chimique, ce qui les rend adaptés aux applications exigeantes qui nécessitent précision et caractéristiques de performance spécifiques.

De plus, certains types de bois, notamment les feuillus et les résineux, peuvent subir un tournage conique pour des applications dans l'artisanat artistique, la fabrication de meubles et d'autres activités créatives. Cela démontre la polyvalence et la flexibilité du tournage conique dans divers matériaux et domaines d'application, répondant à divers besoins de conception et de fabrication de produits.

Industries qui utilisent le tournage conique

Ces industries utilisent le tournage conique pour produire des composants avec des formes et des dimensions coniques spécifiques, essentielles à leurs applications respectives. Le tournage conique est apprécié pour sa polyvalence, sa précision et sa capacité à créer des géométries complexes requises dans ces industries.

Industrie	Applications
Automobile	Composants de moteur, arbres, engrenages, composants de direction
Industrie aerospatiale	Pièces de moteur d'avion, composants de train d'atterrissage, surfaces de contrôle
Machinerie	Composants d'outillage, arbres, engrenages, poulies, boulon et écrou
Secteur Industriel & Fabrication	Métallurgie générale, réalisation de pièces sur mesure
Construction navale	Arbres d'hélice, gouvernails, composants de moteurs marins
PETROLE ET GAZ	Matériel de forage, composants de vannes, raccords de pipeline
Construction	Composants structurels, pièces d'équipement lourd
Dispositifs médicaux	Instruments chirurgicaux, composants prothétiques
Vitrines et Écrans Numériques	Composants pour appareils et équipements électroniques
les énergies renouvelables	Composants d'éoliennes, systèmes de montage de panneaux solaires

Facteurs influençant la durée de vie des produits tournés coniques

La durée de vie des produits tournés conique est influencée par plusieurs facteurs critiques. Premièrement, le choix du matériau est crucial ; les matériaux présentant une résistance élevée à l’usure et à la corrosion offrent généralement des durées de vie opérationnelles plus longues. La conception et l’ingénierie du produit lui-même sont tout aussi importantes. Des considérations de conception réfléchies et une ingénierie précise contribuent de manière significative à prolonger la longévité en minimisant les concentrations de contraintes et en optimisant l’intégrité structurelle.

De plus, les conditions opératoires dans lesquelles le produit fonctionne jouent un rôle crucial. Les facteurs environnementaux tels que la température, l’humidité et l’exposition aux produits chimiques peuvent avoir un impact sur la durabilité. Les contraintes mécaniques dues aux charges opérationnelles et aux forces dynamiques affectent également la durée de vie. Un entretien correct du produit grâce à des inspections, une lubrification et des réglages réguliers est essentiel pour garantir des performances optimales dans le temps. Protéger le produit des conditions difficiles et mettre en œuvre des mesures de protection améliore encore sa durabilité.

Essentiellement, la durée de vie des produits tournés coniques est une interaction complexe entre la sélection des matériaux, la qualité de la conception, les conditions opérationnelles et les pratiques de maintenance. En abordant ces facteurs de manière globale, les fabricants et les utilisateurs peuvent maximiser la durée de vie et la fiabilité de ces composants conçus avec précision.

Durabilité des produits tournés coniques

Lorsque le tournage conique est réalisé avec des matériaux de haute qualité et une attention méticuleuse aux détails, les produits obtenus ont tendance à être durables. Cependant, la durabilité peut également être affectée par des facteurs externes tels que les conditions environnementales, les contraintes mécaniques et les pratiques d'entretien. Un entretien régulier et des soins appropriés sont cruciaux pour maximiser la durée de vie et la durabilité des produits tournés coniques.

Comparaison du tournage de bande et d'autres processus

Opération	Tournage de bande	Tournage pas à pas	Fraisage	Meulage
Processus	L'outil rotatif coupe le matériau en couches	L'outil coupe le matériau progressivement	Le couteau multipoint rotatif enlève la matière	Les grains abrasifs enlèvent de la matière par broyage
Mouvement d'outil	Continu le long de la pièce	Incrémental, étape par étape le long de la pièce	Pivote et se déplace latéralement ou verticalement	Tourne et se déplace le long de la surface de la pièce
Exactitude	Haute	Haute	Haute	Très élevé
Finition de surface	Bon	Bon	Bon à excellent	Excellent
Tolérance	Moyen à élevé	Moyen à élevé	Haute précision	Très haute précision
Taux d'enlèvement de matière	Modérée	Modéré à élevé	Haute	Faible à modéré
Applications	Tournage de surfaces cylindriques	Tournage de surfaces cylindriques	Surfaces plates ou profilées, fentes, engrenages	Finition de précision des surfaces
Usure des outils	Modérée	Modérée	Modérée	Haute
Complexité de la configuration	Low	Low	Modéré à élevé	Low
Prix	Modérée	Modérée	Modéré à élevé	Modéré à élevé

Points clés:

• Tournage de bande : Convient aux pièces cylindriques, taux d'enlèvement de matière modéré, usure modérée des outils.
• Tournage par étapes : Également pour les composants cylindriques, approche incrémentale, caractéristiques similaires au tournage de bandes.
• Fraisage: Polyvalent, utilisé pour les surfaces planes ou profilées, haute précision, taux d'enlèvement de matière plus élevé.
• Broyage: Précision maximale, excellent état de surface, enlèvement de matière lent, usure élevée des outils.

Chaque opération a ses atouts en fonction des exigences spécifiques de la pièce à usiner, telles que l'état de surface, la précision et le taux d'enlèvement de matière.

Conclusion

En conclusion, le tournage conique est une opération d'usinage vitale utilisée pour produire des formes coniques sur des pièces telles que des arbres, des broches et des cônes. Il s'agit de réduire progressivement le diamètre de la pièce d'une extrémité à l'autre, de manière symétrique ou asymétrique, selon le type de cône souhaité.

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Catalogue: Guide d'usinage CNC