Mecanisme de la coupe
Publié : 02 févr. 2021, 21:27
Bonjour à tous.
Suite au message de Zoom, j'ouvre ce sujet sur la coupe des materiaux bois ou metalliques pour eclaircir certaines choses.
Tout d'abord pour qu'un outil coupe un materiau il faut qu'il soit plus dur que lui.
Je ne vais pas revenir sur les fondements de la coupe des metaux que j'ai détaillés sur mon blog et qui sont directement applicables aux bois et dérivés.
https://thomas-racing.blog4ever.com/fab ... ere-partie
Les principales differences entre les metaux et les bois et derives sont :
Difference de duretés entre bois et outil plus importante qu'entre metal et outils. Se traduit par des vitesses de coupe tres differentes : B et D environ 20- 50 metres/seconde, metaux environ 20-200 metres / minute.
Anisotropie des bois (propriétés differentes suivant la direction)
Conductivités thermiques : metaux tres bonne a moyenne, bois tres mauvaise. Les metaux evacuent une partie de la chaleur produite par la coupe.
N. B. : la puissance de coupe est utilisee soit pour vaincre les liaisons atomiques qui assurent la cohesion de la matiere soit transformee en chaleur à cause des frottements ou les deux. Ceci quel que soit le materiau usiné. On peut estimer la puissance necessaire a la coupe. La puissance de coupe est environ egale a deux fois la limite à la rupture du materiau multipliee par la section du copeau et multipliee par la vitesse de coupe.
Usure des outils. Les processus d'usure abrasive des outils sont comparables. Certains bois siliceux usent beaucoup les outils. Cependant, comme les puissances mises en jeu sont nettement plus importantes avec les metaux, l'elevation de temperature de l'outil peut entrainer d'importantes pertes de dureté des outils en acier entrainant leur destruction rapide. Pour le bois, c'est toujours le bois qui brule avant que l'outil perde totalement ses caracteristiques.
Comme indiqué sur mon blog, pour que la coupe se produise, il faut que la contrainte de cisaillement devant l'arete de l'outil depasse la limite à la rupture du materiau usiné.
La concentration de contrainte devant l'outil depend pour beaucoup de l'étendue de la zone comprimee par l'outil. Plus le materiau est elastique, plus il a la possibilité de se deformer pour une contrainte donnée.
Et comme tous les materiaux sont plus ou moins elastiques, il existe une deformation en-dessous de laquelle l'outil repousse la matière, frotte dessus, mais ne parvient pas à couper parce que la limite à la rupture n'est jamais atteinte.
Il existe donc une profondeur de passe en dessous de laquelle, la matiere se deforme du fait de son elasticité sans jamais atteindre la contrainte de cisaillement suffisante pour que la coupe se produise. La notion de copeau taillé minimal vient de là. Toute la puissance communiquee a l'outil se transforme en chaleur dans l'interface outil-piece.
La solution couramment utilisee pour augmenter la contrainte de cisaillement en amont de l'arête tranchante consiste à reduire la zone contrainte. On y parvient en reduisant le rayon (souvent microscopique pour le bois) de l'arête tranchante. C'est l'affutage.
Plus le module d'élasticité du materiau est faible, plus l'arête doit etre fine. C'est pour cette raison que les outils à bois doivent avoir des tranchants bien plus fins que les outils à métaux. Plus le bois est elastique, plus le tranchant doit etre fin si on souhaite avoir une coupe propre.
Si on veut couper proprement du bois vert il faut des outils affutes comme des rasoirs.
Pour un bois donné, le module d'élasticité transversal est plus faible que le module d'élasticité longitudinal. En consequence, on devrait affuter plus finement les outils qui travaillent en travers du fil.
Quand l'outil frotte sur la matiere sans la couper la puissance se trouve integralement transformee en chaleur. Lorsqu'une fraise est tres émoussée elle brule le bois parce que la chaleur degagee reste à la surface du bois puisque c'est un isolant thermique.
Mais, si on essaye de prendre une passe plus fine que le copeau taillé minimal, on arrive au meme resultat : l'outil ne coupe pas, frotte sur la surface. Et si la vitesse est grande et l'avance est tres faible, on peut brûler le bois.
Suite au message de Zoom, j'ouvre ce sujet sur la coupe des materiaux bois ou metalliques pour eclaircir certaines choses.
Tout d'abord pour qu'un outil coupe un materiau il faut qu'il soit plus dur que lui.
Je ne vais pas revenir sur les fondements de la coupe des metaux que j'ai détaillés sur mon blog et qui sont directement applicables aux bois et dérivés.
https://thomas-racing.blog4ever.com/fab ... ere-partie
Les principales differences entre les metaux et les bois et derives sont :
Difference de duretés entre bois et outil plus importante qu'entre metal et outils. Se traduit par des vitesses de coupe tres differentes : B et D environ 20- 50 metres/seconde, metaux environ 20-200 metres / minute.
Anisotropie des bois (propriétés differentes suivant la direction)
Conductivités thermiques : metaux tres bonne a moyenne, bois tres mauvaise. Les metaux evacuent une partie de la chaleur produite par la coupe.
N. B. : la puissance de coupe est utilisee soit pour vaincre les liaisons atomiques qui assurent la cohesion de la matiere soit transformee en chaleur à cause des frottements ou les deux. Ceci quel que soit le materiau usiné. On peut estimer la puissance necessaire a la coupe. La puissance de coupe est environ egale a deux fois la limite à la rupture du materiau multipliee par la section du copeau et multipliee par la vitesse de coupe.
Usure des outils. Les processus d'usure abrasive des outils sont comparables. Certains bois siliceux usent beaucoup les outils. Cependant, comme les puissances mises en jeu sont nettement plus importantes avec les metaux, l'elevation de temperature de l'outil peut entrainer d'importantes pertes de dureté des outils en acier entrainant leur destruction rapide. Pour le bois, c'est toujours le bois qui brule avant que l'outil perde totalement ses caracteristiques.
Comme indiqué sur mon blog, pour que la coupe se produise, il faut que la contrainte de cisaillement devant l'arete de l'outil depasse la limite à la rupture du materiau usiné.
La concentration de contrainte devant l'outil depend pour beaucoup de l'étendue de la zone comprimee par l'outil. Plus le materiau est elastique, plus il a la possibilité de se deformer pour une contrainte donnée.
Et comme tous les materiaux sont plus ou moins elastiques, il existe une deformation en-dessous de laquelle l'outil repousse la matière, frotte dessus, mais ne parvient pas à couper parce que la limite à la rupture n'est jamais atteinte.
Il existe donc une profondeur de passe en dessous de laquelle, la matiere se deforme du fait de son elasticité sans jamais atteindre la contrainte de cisaillement suffisante pour que la coupe se produise. La notion de copeau taillé minimal vient de là. Toute la puissance communiquee a l'outil se transforme en chaleur dans l'interface outil-piece.
La solution couramment utilisee pour augmenter la contrainte de cisaillement en amont de l'arête tranchante consiste à reduire la zone contrainte. On y parvient en reduisant le rayon (souvent microscopique pour le bois) de l'arête tranchante. C'est l'affutage.
Plus le module d'élasticité du materiau est faible, plus l'arête doit etre fine. C'est pour cette raison que les outils à bois doivent avoir des tranchants bien plus fins que les outils à métaux. Plus le bois est elastique, plus le tranchant doit etre fin si on souhaite avoir une coupe propre.
Si on veut couper proprement du bois vert il faut des outils affutes comme des rasoirs.
Pour un bois donné, le module d'élasticité transversal est plus faible que le module d'élasticité longitudinal. En consequence, on devrait affuter plus finement les outils qui travaillent en travers du fil.
Quand l'outil frotte sur la matiere sans la couper la puissance se trouve integralement transformee en chaleur. Lorsqu'une fraise est tres émoussée elle brule le bois parce que la chaleur degagee reste à la surface du bois puisque c'est un isolant thermique.
Mais, si on essaye de prendre une passe plus fine que le copeau taillé minimal, on arrive au meme resultat : l'outil ne coupe pas, frotte sur la surface. Et si la vitesse est grande et l'avance est tres faible, on peut brûler le bois.