La Rectification

Auteurs : Adrien Christan et Thierry de Roche

Sous la responsabilité de : Jacques Jacot, Jean-Daniel Lüthi et Alain

Dufaux

Section : Microtechnique

Cours : Méthodes de Production

Date : 25.11.2011

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Table des matières

1. Introduction ____________________________________________________________ 2

2. Bases & Usinage ________________________________________________________ 2

2.1. Définitions _______________________________________________________________ 2

2.2. Usinage par abrasion ______________________________________________________ 3

2.3. Pourquoi rectifier _________________________________________________________ 4

3. Machines et outils _______________________________________________________ 4

3.1. Rectifieuses ______________________________________________________________ 4

3.2. Meules __________________________________________________________________ 5

3.3. Liquides de coupe _________________________________________________________ 7

3.4. Dressage des meules_______________________________________________________ 9

4. Classification (vitesse et profondeur de passe) _______________________________ 10

4.1. Rectification conventionnelle _______________________________________________ 10

4.2. Rectification en passe profonde à avance lente (creep feed grinding) _______________ 10

4.3. Rectification très grande vitesse (RTGV) ______________________________________ 10

5. Méthodes de rectification ________________________________________________ 11

5.1. Rectification plane (ou planage) ____________________________________________ 11

5.2. Rectification cylindrique extérieure __________________________________________ 12

5.3. Rectification cylindrique intérieure __________________________________________ 13

5.4. Rectification centerless ____________________________________________________ 13

5.5. « Rectifications spéciales » _________________________________________________ 14

6. Etude de Coût __________________________________________________________ 15

7. Conclusion ____________________________________________________________ 17

8. Remerciements ________________________________________________________ 17

9. Bibliographie __________________________________________________________ 18

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1. Introduction

Bien que le principe de la rectification fût déjà connu, il est industrialisé avec l’apparition de

l’automobile motorisée de Ford au début du 20ème siècle. C’est grâce à une forte demande de cette

voiture que la production de masse s’est développée. L’idée de la production de masse est de

produire les composants séparément et en grand nombre pour un coût le plus bas possible et de les

assembler ultérieurement. Pour qu’on puisse assembler les pièces sans les adapter les unes par

rapport aux autres, il faut qu’elles aient toutes les mêmes dimensions, la même forme et le même

état de surface. Etant donné que physiquement, cela n’est pas possible, il faut trouver un espacement

des cotes dans lequel l’assemblage se fait sans problèmes. C’est le concept des tolérances. Les

méthodes, à l’époque, n’arrivaient pas à fournir ces tolérances ou en tout cas pas pour des coûts

raisonnables. La rectification, qui permet d’usiner plus précisément en un temps plus court est alors

sollicitée.

2. Bases & Usinage

2.1. Définitions

Rectification :

Usinage réalisé par une meule abrasive qui tourne à grande vitesse pour enlever de la matière à un

corps moins dur. La rectification fait partie des méthodes de production qui utilisent le principe de

l'usinage par abrasion dont on peut également citer :

Le rodage et la superfinition par le procédé de pierrage

L'affûtage

Le tronçonnage

Le polissage

L'ébavurage

Ce sont, à part le tronçonnage, des procédés de finition. On essaie de s'approcher d'une forme

géométrique parfaite, d'une dimension bien définie, d'enlever des imperfections superficielles ou

d'obtenir un bon état de surface ou des propriétés optiques recherchées. Le tronçonnage consiste à

séparer un objet en deux avec une meule en forme de disque.

Usinage par abrasion :

Enlèvement de matière en faisant de très petits copeaux ou limailles (chips) produit par les arêtes

coupantes des grains abrasifs.

Abrasif :

Un abrasif est un corps cristallisé, susceptible par une

action mécanique, de découper des copeaux dans un

corps moins dur que lui (Fig. 1). Il est caractérisé par ses

propriétés mécaniques (dureté, résistance à la fracture

principalement), sa stabilité physico-chimique, sa forme et

ses dimensions. Lorsqu’il pénètre dans la pièce qu’il usine,

le grain subit certaines contraintes mécaniques (choc,

Figure 1 : Abrasif

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effort) et physiques (choc thermique : les températures peuvent atteindre localement 800°C) qui

tendent à provoquer sa rupture. La résistance à la fracture détermine la capacité de renouvellement

des arêtes vives d’un grain. Si, pour une application donnée, la résistance à la fracture de l’abrasif est

trop élevée, le grain s’use, ses arêtes s’émoussent, son pouvoir de coupe diminue et la chaleur

produite augmente. À l’inverse, si sa résistance à la fracture est insuffisante, le grain se fragmente

trop facilement et disparaît rapidement (l’outil s’use plus vite).

Meule :

La meule est l’outil de coupe de la rectification. Elle est composée de grains abrasifs entourés d’une

matrice d’agglomérant.

Agglomérant :

L’agglomérant est l’agent qui maintient les grains abrasifs dans la meule et qui lui donne sa forme.

Dureté :

C’est la résistance qu’oppose la surface d’un matériau à la pénétration d’un corps plus dur.

2.2. Usinage par abrasion

On distingue trois types d’enlèvement de matière par abrasion:

1) micro-plowing

Le grain abrasif déforme la matière élastiquement et plastiquement. Il la pousse vers les bords de la

zone de contact avec un enlèvement de matière négligeable. C'est un mécanisme qu'on rencontre

surtout lors de l'usinage de matériaux ductiles.

2) micro-chipping

C'est le mécanisme qu'on cherche à réaliser. Les grains abrasifs pénètrent dans la pièce à usiner et

enlèvent la matière en formant de petits copeaux. Au cas idéal le volume du copeau s’égalise avec

celui de la trace formée par le grain abrasif. Dans la zone de contact la température et la pression

sont localement très hauts. Ceci conduit à la liquéfaction du copeau qui, dû à la tension de surface,

forme une goutte sphérique. Après resolidification, la taille du copeau est de quelques micromètres.

3) Micro-breaking

Ce mécanisme se produit quand des fissures se forment et se propagent. Le volume du copeau

enlevé peut être supérieur de plusieurs fois au volume de la trace. Il se produit souvent lors de

l'usinage de matériaux durs et cassants comme le verre ou la céramique.

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Figure 3 : Différents montages de meules entre des flasques

La Figure 2 montre ces trois mécanismes. Les mécanismes 1) et 3) ne sont pas souhaités car ils

conduisent à des états de surface moins poussés.

2.3. Pourquoi rectifier

S’il s’agit d’usiner des matériaux durs comme de l’acier trempé ou des céramiques, la rectification

s’impose comme méthode car c’est la seule qui produit un bon résultat dans un temps acceptable. De

plus c’est une méthode très précise et qui donne de bons états de surface. On obtient par exemple

des tolérances de l’ordre du micromètre et une rugosité de Ra = 0,3μm (Chez Jesa SA).La rectification

peut atteindre des tolérances au niveau du nanomètre (en laboratoire).

3. Machines et outils

3.1. Rectifieuses

Les rectifieuses sont des machines-outils qui peuvent être comparées à des tours (rectifieuses

cylindriques) ou à des fraiseuses (rectifieuses planes) dans la conception (bâti, fixation des pièces à

usiner, axes de travail,…).Le bâti est fabriqué selon les mêmes concepts que les autres machines-

outils de manière à obtenir les références les plus précises possibles et en limitant les vibrations et les

résonnances parasites. La table assure la fixation de la pièce. Elle doit aussi gérer son déplacement

avec la meilleure résolution possible. Le porte-meule permet la fixation de la meule. Elle y est fixée

en plusieurs étapes. On commence par effectuer un test de « son creux » pour s’assurer que la meule

est en bon état. Pour cela, on suspend la meule en son centre à une barre d’acier et on la frappe

doucement avec un marteau non métallique. Le bruit doit être clair et continu.

1) 2) 3)

Figure 2 : Les mécanismes d’enlèvement de matière

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On utilise ensuite des mâchoires, appelées flasques (Fig. 3), pour serrer la meule. Sur les rectifieuses

plus anciennes, il faut effectuer l’équilibrage manuel de la meule grâce à des petits poids coulissant

dans une rainure circulaire. L’équilibrage sur les rectifieuses plus récentes se fait principalement par

des systèmes automatiques qui prennent en compte l’usure de la meule. Enfin, on peut monter la

meule sur la broche de la rectifieuse.

Les rectifieuses sont développées selon leur application. On peut citer les rectifieuses universelles,

qui peuvent s’adapter à une gamme large de pièces à rectifier. Le plus souvent par contre, les

rectifieuses sont spécialisées pour une application. Par exemple, il existe des rectifieuses cylindriques,

à outils, à engrenages ou des rectifieuses spécialisées dans la production en grande série comme les

centerless. Les rectifieuses peuvent être équipées d’une commande numérique (CNC). Les systèmes

de fixation varient aussi selon les applications. Des rectifieuses de production permettent d’aller

chercher automatiquement des pièces sur des plateaux sans l’intervention de l’humain.

3.2. Meules

La meule est l’outil de coupe de la rectification. Elle est composée de grains abrasifs entourés d’une

matrice d’agglomérants, qui lui donne sa forme et ses propriétés mécaniques. Une meule

conventionnelle est faite de cette manière

en entier. A cause du prix élevé des

superabrasifs (superabrasif : voir 3.2.1),

on utilise des meules qui ont un cœur en

métal. La partie active de la meule se

limite alors à une couche constituée de la

paire grain/agglomérant située à la

périphérie de la meule. Elle peut être

déposée par électrolyse (Fig. 5).

Figure 4 : Meule de CBN haute vitesse

Figure 5 : Désignation standard de meules

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Il existe plusieurs systèmes de marquage standardisés pour identifier les caractéristiques d’une

meule. C’est une suite de caractères et chiffres, qu’on peut lire sur cette dernière. On voit sur le

tableau (Fig. 4) deux standards qui caractérisent les meules selon leur grain, la taille de leur grain, leur

dureté, leur porosité et leur type d’agglomérant.

3.2.1. Les abrasifs

Il existe des abrasifs naturels comme le diamant naturel et le corindon et des abrasifs synthétiques.

On se concentrera sur les abrasifs synthétiques, les naturels étant remplacés presque totalement par

les synthétiques, à cause de leurs performances moins bonnes et moins reproductibles.

On distingue aujourd’hui deux types d’abrasifs synthétiques :

Les abrasifs dits conventionnels à base de carbures de silicium (SiC) ou d’oxydes d’aluminium

(Alox)

Les superabrasifs à base de diamants ou de nitrides cubiques de bore (CBN, Cubic Boron

Nitride)

La distinction se fait pour deux raisons. D’une part elle se fait à cause de la différence majeure de

dureté des grains abrasifs, ce qui conduit à des propriétés d’usure et, avec ça, à des stratégies de

rectification différentes. D’autre part, la distinction se justifie par le coût. Les meules superabrasives

sont typiquement 10 à 100 fois plus chères que les conventionnelles. La table montrée dans la Figure

6nous indique, entre autre, la dureté, les mécanismes principaux d’usure et des applications

avantageuses pour les abrasifs synthétiques les plus importants.

3.2.2. Les agglomérants

L’agglomérant tient les abrasifs à leur place et fait la forme de la meule. C’est de lui que va dépendre

les propriétés mécaniques finales de la meule. En effet, un abrasif aussi excellent soit-il, ne peut

usiner quoi que ce soit, s’il s’arrache trop facilement. Le choix de la paire agglomérant-abrasif est

donc primordial. Le tableau (Fig. 4) nous indique qu’il existe quatre classes d’agglomérants

standardisés. Les liants vitrifiés (désignation standard V), résinoïdes (B), silicatés (S), caoutchouc (R) et

métalliques (M).

Figure 6: Abrasifs synthétiques : Propriétés

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Les liants vitrifiés (V) représentent une grande majorité du marché. C’est un liant plutôt dur qui est

chimiquement et thermiquement résistant. Il est beaucoup utilisé dans la production de masse de

pièces de haute précision. Un problème, lorsque la dureté de l’agglomérant est comparable ou

supérieure à celle de la pièce à usiner, est l’apparition d’égratignures sur la surface d’usinage.

On peut subdiviser les résinoïdes (R) en trois catégories :

Les résines plastiques

Les liants plastiques forment des meules molles et élastiques. Elles sont donc résistantes aux

vibrations qui peuvent apparaitre durant l’usinage et qui seront destructives pour des meules

plus dures. Elles sont alors utilisées pour des travaux de coupe comme le tronçonnage qui est un

travail exécuté à la main. Leur élasticité permet d’atteindre des états de surface plus poussés. Le

prix à payer est une durée de vie plus restreinte de la meule.

Les résines phénoliques

Les résines phénoliques étaient connues sous le nom « Bakélite » d’où aussi la désignation du

standard « B ». Dans les meules superabrasives, les agglomérants phénoliques furent les premiers

à être utilisés. La combinaison CBN/résine phénolique est notamment très utilisée dans la

fabrication d’outils.

Les résines polyamides

Ces résines présentent de meilleures propriétés thermiques et mécaniques que les résines

phénoliques, mais sont aussi plus chères et pour cela, réservées aux superabrasifs.

Les liants silicatés (S) sont surtout utilisés pour former de grandes meules et se font aujourd’hui

encore dans certaines parties du monde à cause de leur faible cout et facilité de fabrication. Ils sont

constitués de verre liquide et se caractérisent par un échauffement faible et une usure rapide en

comparaison aux autres meules conventionnelles.

Les liants caoutchoucs (R pour Rubber) forment des meules très élastiques qui sont utilisées pour les

roues de contrôle des rectifieuses centerless ou pour des disques de découpe. Vu qu’ils permettent

des vitesses périphériques et des durées de vie encore supérieures aux résinoïdes on peut les utiliser

pour former des outils de polissage.

Les liants métalliques (M) sont les agglomérants les plus durs et les plus résistants à l’usure. On les

utilise presque exclusivement avec des superabrasifs. Les liants métalliques forment les meules qui

s’usent et qui se déforment le moins. Ils présentent cependant les forces d’usinages et les problèmes

liés au dressage les plus importants. Pour les meules de CBN, ils sont remplacés, malgré leur durée de

vie inférieure, par des liants vitrifiés afin de rendre le dressage plus aisé.

3.3. Liquides de coupe

On applique un liquide de coupe à la zone de contact entre la pièce à usiner et la meule. La raison

principale est de minimiser les efforts mécaniques, thermiques et chimiques entre les agents du

procédé abrasif. Un effet lubrifiant réduit la friction entre la pièce à usiner et les grains abrasifs mais

aussi entre la pièce à usiner et l'agglomérant. Le liquide refroidit directement la zone de contact par

l’absorption et le transport de la chaleur produite. D'autres fonctions sont l'évacuation des copeaux,

spécialement ceux incrustés dans la meule, car ils réduisent la capacité de coupe de la meule et la

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protection contre la corrosion. Il existe une grande variété de liquides de coupe et de systèmes

d’arrosage. Leur choix dépend de l’application donnée. Les lubrifiants sont soit à base d’huile (bon

lubrifiant--> améliore l’état de surface) soit à base d’eau (bon conducteur de chaleur) et sont

mélangés avec des additifs. (Fig. 8)

Il faut bien entendu aussi l’appliquer au bon endroit

et avec la bonne pression. On veut amener le liquide

à la zone de contact. La méthode conventionnelle est

d’arroser la meule juste avant zone de contact (Fig. 7

gauche). Cette méthode a pour inconvénient de ne

pas enlever les copeaux incrustés. On peut enlever

ces copeaux en dressant régulièrement, voire en

continu ou en changeant le système d’arrosage. Une

autre méthode est d’utiliser des buses adaptées

combinées avec des pressions élevées (Fig.7 droite).

Pour distribuer uniformément le liquide de coupe sur

la zone de travail, on utilise une buse spéciale (voir

Fig. 9).Elle élimine en même temps la fine couche

d’air sur la surface de meule ce qui permet de lubrifier

correctement pour des grandes vitesses

périphériques.

Figure 8: Liquides de coupe

Figure 7: Arrosage (1)

Figure 9: Arrosage (2)

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Figure 10: Modes de dressage. (a) Dressage en simple pointe, (b) Crush Dressing, (c) Dressage par molettes

Une autre méthode d’arrosage utilise la porosité de la meule et la force centrifuge. On injecte le

lubrifiant au milieu de la meule et par la force centrifuge le liquide est amené à travers la meule dans

la zone de travail.

3.4. Dressage des meules

Le dressage des meules est une étape obligatoire

avant de commencer une rectification. Il sert à

donner à la meule sa forme voulue, donc

d’éliminer les variations de rayon par rapport à

l’axe de rotation. Le dressage permet également

d’enlever les copeaux incrustés dans la meule.

Enfin, si l’application le demande, on peut donner

un profil à la meule. Le dressage s’effectue en

enlevant la couche superficielle de la meule en

affûtant les grains usés et en retirant les copeaux

incrustés dans la matrice.

3.4.1. Dressage en simple pointe

On utilise une pointe de diamant qui a une dureté

très élevée par rapport à la meule pour couper ou

casser partiellement les grains abrasifs afin de les

rendre plus coupants. Le dressage permet

également une meilleure précision de rectification

grâce à la pointe de diamant qui fournit à la meule

un repère très précis.

3.4.2. Crush dressing

On peut grâce à cette méthode donner à la meule un profil spécial. Le profil de la pièce qu’on usinera

correspondra donc au profil du rouleau dresseur. Ce rouleau peut être fait en acier durci ou en

carbure de tungstène. Le rouleau est pressé avec une grande force (ce qui peut exiger le

renforcement de la structure de la rectifieuse) contre la meule en rotation lente (0,5 à 1,5 m/s). Le

temps de dressage est plus court que pour le dressage en simple pointe car on n’a pas besoin de

balayer la largeur de la meule.

3.4.3. Dressage par molettes diamantées ou en CBN

La molette diamantée (ou en CBN) est en fait une meule à liants métalliques et dont les grains sont

en diamants (ou en CBN). Grâce à cette méthode, on peut faire un dressage continu des meules lors

de l’usinage des pièces. On élimine donc le temps perdu pour dresser les meules. Les molettes

possèdent le même profil que les pièces à usiner. Elles vont transmettre le négatif de ce profil aux

meules en les usinant par abrasion. Il est donc très important que les molettes soient beaucoup plus

dures que les meules (d’où l’utilisation de grains en diamant et du CBN pour les meules moins dures).

Cette méthode de dressage est plus chère que les autres, mais peut se justifier pour les grandes

séries.

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Figure 11: Différents types de rectification

4. Classification (vitesse et profondeur de passe)

Selon la profondeur de passe (paramètre ae voir Fig. 12) ainsi que la vitesse de rotation de la pièce, on

peut distinguer plusieurs types de rectification. On montre cela pour l’exemple de la rectification

cylindrique. Pour la rectification plane, le paramètre de vitesse de rotation de la pièce sera remplacé

par la vitesse d’avance.

4.1. Rectification conventionnelle

La rectification conventionnelle utilise des vitesses de rotation de la pièce et des profondeurs de

passe faibles (valeurs voir Fig. 11). Le volume de matière enlevée varie de 0,1 à 10 [mm3/(mm * s)].

4.2. Rectification en passe profonde à avance lente

(creepfeedgrinding)

Cette technique consiste à enlever beaucoup de matière en effectuant une profondeur de passe

allant jusqu’à 50mm tout en gardant une vitesse de rotation de la pièce faible de manière à ne pas

avoir l’effet de brûlures. Le volume de matière enlevé va jusqu’à 30 [mm3/ (mm * s)].

Les avantages sont :

permet des taux d’enlèvement de matière plus

élevés à basse vitesse de coupe

peut économiser l’achat d’une fraiseuse ou

d’un tour

Les inconvénients sont :

les meules sont vite encrassées car on enlève

beaucoup de matière

le fraisage est dans la plupart des cas plus

rapide

4.3. Rectification très grande vitesse (RTGV)

La rectification très grande vitesse a pu être développée grâce aux progrès technologique dans

différents domaines (augmentation de la puissance, de la rigidité du bâti, commandes numériques,…)

(voir exposé UGV). Le progrès dans la conception des meules est aussi un facteur déterminant dans le

développement de la RTGV. On utilisera en principe des meules en CBN.

Afin d’éviter les risques de brûlure de la matière à usiner, la rectification très grande vitesse utilise des

vitesses de rotation de la meule allant de 60 à 250 m/s. La profondeur de passe varie de 0,1 à 50 mm.

On obtient ainsi un débit de matière très élevé (de 102 à 104 mm3/ (mm * s)).

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Ses avantages sont:

L’enlèvement de matière est plus élevé par unité de temps.

Les vitesses de coupe et d’avance plus élevées permettent de plus faibles forces de coupe,

une usure plus faible de la meule et un meilleur état de surface pour la pièce usinée.

Les températures dans la pièce à usiner sont plus faibles.

Ses inconvénients sont :

C’est un procédé de pointe. Il y a encore beaucoup de défauts techniques.

L’investissement est très important.

5. Méthodes de rectification

5.1. Rectification plane (ou planage)

Figure 12: Types de rectification plane (ou planage)

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La rectification plane désigne toutes sortes de rectifications cherchant à obtenir des surfaces planes.

Dans l’industrie en Suisse romande, on appellera ce procédé planage. On peut distinguer plusieurs

rectifications planes différentes. Le schéma (Fig. 12) indique les manières les plus courantes

d’effectuer une rectification plane. On voit que la meule peut, soit rectifier la pièce par sa face (face

grinding), soit par sa périphérie (peripheral grinding).

La rectification par la face est moins précise. Elle

possède quand même quelques avantages pour

certaines applications. On peut, par exemple, utiliser

une rectifieuse à double-meules afin de garantir que

les 2 surfaces d’une pièce sont parfaitement parallèles.

La méthode à double-meules a l’avantage d’être très

rapide. Dans une chaîne de production, on peut

rectifier beaucoup de pièces à la minute (environ une

seconde par pièce pour des roulements chez Jesa). Le

planage est utilisé pour rectifier des aubes de turbines,

faces de roulements, pinces pour tour, crémaillères, ...

5.2. Rectification cylindrique extérieure

Cette méthode consiste à rectifier

la surface d’une pièce de

révolution tenue par un système

de centrage autour d’un axe de

rotation. Il existe plusieurs

systèmes pour tenir la pièce. On

peut, par exemple, tenir la pièce

avec une pointe et une contre-

pointe (Fig. 14). Le driver dog gère

la vitesse de rotation de la pièce à

usiner. La pièce peut aussi être

tenue par un mandrin.

En ajoutant un ou plusieurs axes de travail (en principe

commandés numériquement) sur la table ou sur la meule,

on peut usiner des pièces plus complexes (cônes,

ellipse,…).

La rectification d’arbres à cames nécessite un mouvement

de rectification particulier car on ne peut pas faire tourner

la pièce autour de son axe de révolution. Il faut

synchroniser un mouvement d’avance et de recul radial

avec la rotation de la pièce. On peut utiliser un système

Figure 15: Rectification cylindrique extérieure

Figure 13: Rectification à double-meules

Figure 14: Rectification de cames

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Figure 17: Rectification centerless

mécanique (la came à rectifier suit le mouvement d’une came « maître » (Fig. 15) ou utiliser une

machine CNC.

5.3. Rectification cylindrique intérieure

La rectification cylindrique intérieure fonctionne sur le même

principe que la rectification extérieure sauf qu’on utilise une

petite meule qui rectifie la surface intérieure d’un cylindre. Le

diamètre de la meule est naturellement plus petit que l’alésage,

typiquement entre 2/3 et 3/4 du diamètre intérieur à rectifier.

Etant donné la petite taille de la meule, celle-ci s’use très vite. Il

est donc préférable d’utiliser un matériau dur (par exemple : CBN)

pour ce type de rectification. Pour fixer la pièce, on ne peut pas

utiliser la pointe et la contre-pointe. De plus, les pièces creuses se

déforment plus facilement. On utilisera donc des mandrins

adaptés à la forme extérieure de la pièce afin de bien la serrer

sans l’abimer ou la déformer. Il faut également faire attention à ce que la broche ait une rigidité

suffisante car elle longue par rapport à son diamètre, ce qui facilite la flexion. Tous ces facteurs font

que la rectification intérieure est une opération plus compliquée, plus lente et donc plus coûteuse

qu’une simple rectification extérieure.

5.4. Rectification centerless

La rectification centerless s’est développée à

cause aux besoins de l’industrie d’augmenter

les vitesses de production. La pièce de

révolution est entraînée par une roue de

contrôle et est usinée par la meule. Le

positionnement est assuré par le reposoir et

la roue de contrôle. Grâce à cette technique,

il n’y a aucun effort axial, ce qui permet de

rectifier des pièces longues et fragiles. On

utilise la rectification centerless pour usiner

des tubes et cylindres métalliques, aiguilles,

bouchons en liège, roulements, … On

distingue plusieurs types de rectifications

centerless.

Figure 16 : Rectification intérieure

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Figure 20: Rectification de filets

5.4.1. Rectification centerless en enfilade

Grâce à cette disposition, on n’a plus besoin

de fixer les pièces ; il faut juste les déposer

entre les cylindres. La roue de contrôle est

légèrement inclinée, ce qui fait avancer la

pièce automatiquement. Elle est en principe

aussi légèrement conique, afin de faciliter

l’engagement des pièces. Dans une

production en série, les pièces se poussent

les unes contre les autres. Cela permet une

rectification continue, donc des temps de

rectification très courts. On peut rectifier des

diamètres cylindriques ou certains profils

simples et périodiques (filets sur l’entier de la

pièce).

5.4.2. Rectification centerless en plongée

Si l’on veut faire une rectification centerless sans déplacer la pièce axialement, on va utiliser une

rectification en plongée. Cette fois, il n’y a pas d’inclinaison de la roue de contrôle. La ou les roues de

contrôle sont mobiles radialement et poussent la pièce contre la ou les meules de travail.

5.4.3. Shoecenterlessgrinding

Le « shoe centerless grinding » est une variante de

rectification cylindrique extérieure. La seule

différence est le système de fixation qui n’utilise pas

de centre mais un plateau magnétique. On utilisera

donc cette méthode pour des pièces qui ont un

rapport diamètre/largeur élevé.

5.5. « Rectifications spéciales »

5.5.1. Rectification de filets

La rectification est très utilisée pour l’usinage en

haute précision de filets en matériau dur ou très

mou (moins que 17 HRC ou plus que 36 HRC). On

peut rectifier avec une meule dressée en profil

unique (Fig. 20, (a)) ou en multiprofil ((b), (c) et

(d)). On peut également utiliser une rectification

centerless afin d’augmenter la productivité pour

les pièces dont la géométrie le permet.

Figure 18: Rectification centerless en enfilade

Figure 19:Shoecenterlessgrinding

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5.5.2. Rectification d’outils de coupe

Les outils de coupe (mèches, tarauds, fraises,..) doivent être affûtés après la trempe. Pour rectifier le

profil hélicoïdal de l’outil, on fait tourner l’outil et on avance soit la meule, soit la pièce. Aujourd’hui,

ce processus est automatisé sur des machines CNC qui sont généralement développées

exclusivement pour la rectification d’outils.

5.5.3. Rectification d’engrainage

Pour obtenir une meilleure précision dans les cotes

on choisit parfois de rectifier des engrenages

(opération coûteuse donc seulement pour les pièces

qui le demandent). On effectue ce procédé après les

traitements de durcissement du matériau. Le

procédé MAAG s’effectue à partir d’une crémaillère

génératrice qui est matérialisée par les arêtes actives

de deux meules (Fig. 22). Le procédé Reishauser

s’effectue à partir d’une meule en forme de vis

tangente.

La rectification par meule de forme se fait par une

meule-disque dont le profil correspond à l’entre-

denture de l’engrenage à rectifier. Il n’y a pas de

mouvement de génération. Il faut à chaque fois

retirer la meule et la replacer pour rectifier la

prochaine dent.

6. Etude de coût

Nous voulons calculer le coût de rectification d’une bague extérieure de roulement (Fig. 23). L’étude

ne prend en compte que les quatre étapes de rectification effectuées, c'est-à-dire le planage des

faces, la rectification centerless de l’extérieur, la rectification intérieure et la rectification du profil

extérieur. La série compte 15000 pièces.

Figure 22: Procédé MAAG

Figure 21:Quelques outils de coupe rectifiés

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Ce tableau résume les données nécessaires au calcul de coût pour les 4 étapes de rectification :

Opération Planage Centerless Intérieur Profil

Type de machine Diskus Monza Voumard Meccanodora

Puissance machine [kW] 32 55 24 38

Temps de réglage [h] 1 1.5 3 3

Temps de cycle [s] 1.5 1.5 16 13

Prix de la machine [CHF] 1'000'000 500'000 500'000 600'000

Personnes utilisées 1 1

Prix des meules [CHF] 500 1800 0.8 80

Durée de vie meules 3 mois 5 mois 2h 5 jours

Prix dresseur meule [CHF] 150 300 3000 3000

Durée de vie dresseur 3 mois 5 mois 5 ans 5 ans

Les paramètres à prendre en compte pour le calcul de coût sont :

- Production 5 jours sur 7 (donc environ 260 jours par année), 20 heures sur 24

- Les temps de réglages des machines sont de 1 à 3 heures selon l’étape. Pour une série de

15'000 pièces, les coûts liés aux réglages sont totalement négligeables.

- L’operateur coûte 60 [CHF/h].

- Pour le liquide de coupe, on a trouvé que le bidon de 5 litres d’huile se vendait à 50 francs

environ et se diluait à 3%. Les circuits des machines contiennent en tout 17'000 litres de liquide

de coupe. Ce qui nous fait au total 5100 francs pour faire la vidange complète. Elle se fait tous

les 3 ans.

- Le coût de l’électricité est de 0.2 [CHF/kWh].

- Les puissances de pointe des machines sont divisées par deux pour approximer la puissance

moyenne.

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Les coûts horaires sont résumés par le tableau suivant :

Opération Planage Centerless Intérieur Profil

Amortissement [CHF/h] 38.5 19.2 19.2 23

Operateur [CHF/h] 30

Electricité [CHF/h] 3.2 5.5 2.4 3.8

Meule [CHF/h] 0.4 0.9 0.4 0.8

Dresseur [CHF/h] 0.13 0.15 0.12 0.12

Liquide de coupe [CHF/h] 0.35

Total [CHF/h] 72.6 56.1 52.5 58.1

Total [CHF/pièce] 0.03 0.02 0.23 0.21

Le coût total pour la rectification complète est donc de 0.49 CHF / pièce.

D’après le tableau des coûts par heure on peut remarquer que l’amortissement des machines et le

coût des opérateurs se divisent les coûts les plus importants. Le coût des consommables et de

l’électricité sont négligeables.

7. Conclusion

La rectification est un procédé de finition qui coûte beaucoup par rapport au fraisage ou tournage.

On ne va donc l’utiliser que quand elle est nécessaire, c'est-à-dire pour les matériaux trop durs pour

être usinés autrement et pour obtenir une précision (de l’ordre du micromètre) et un état de surface

(Ra de l’ordre du dixième de micromètre) recherché.

Souvent la rectification est complémentaire à certaines autres méthodes (tournage, fraisage, rôdage,

superfinition, polissage,…). Typiquement, après avoir fraisé ou tourné une pièce, on passe aux

processus de finition, si cela est nécessaire. On commence par la rectification afin d’obtenir les cotes

avec les tolérances voulues. Les autres procédés de finition (superfinition, polissage et rôdage) sont

destinés à obtenir un meilleur état de surface.

Le nombre de paramètres à gérer pour obtenir une bonne rectification est très élevé. La rectification

demande donc un grand savoir-faire que soit au niveau de la conception des rectifieuses, le réglage

par les techniciens mais aussi par le choix de la bonne technique de rectification adaptée à la

production de la pièce.

8. Remerciements

Nous remercions l’entreprise Jesa à Villars-sur-Glâne pour la visite et particulièrement M. Stéphane

Blanc et M. Samuel Morgado pour leur accueil, la mise à disposition de pièces et leurs réponses à nos

questions.

Nous remercions également M. Jacot et M. Lüthi pour leur disponibilité et leur aide à la préparation

de notre séminaire.

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9. Bibliographie

Handbook of Machining with Grinding Wheels

Ioan D . Marinescu , Mike Hitchiner , Eckart Uhlmann , W . Brian Roweand Ichiro Inasaki

CRC Press 2007

Modern Grinding Process Technology

Stuart C. Salmon

McGraw Hill Inc 1992

Uses of Abrasives and abrasive Tools

Józef Borkowski and Andrzej Szymanski

Ellis Horwood Limited 1992

Livret Rectification Cylindrique

Walter Graf

Wintherthur Technology Group 2009

Machining Technology: Machine Tools &Operations

Helmi A. Youssef and Hassan El-Hofy

CRC Press 2008

Les liens suivants ont été consultés en novembre 2011:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rectifieuse

http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_grinding

http://en.wikipedia.org/wiki/Grinding_(abrasive_cutting)

http://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mecanique-th7/travail-des-materiaux-

assemblage-ti153/rectification-tres-grande-vitesse-bm7220/

http://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mecanique-th7/procedes-d-usinage-

42190210/taillage-et-rectification-des-engrenages-procedes-bm7155/rectification-d-engrenages-

cylindriques-bm7155niv10004.html

http://www.grinding.com/pages_blocks_v3/images/links/Walter_Helitronic_Vision_Power_Mini_Basi

c_catalog.pdf

Séminaire de méthodes de production: La rectification

Würsch Alain et Merminod Baptiste ; 1997

Séminaire de méthodes de production: Usinage de matériaux durs

Steven Briquez et Olivier Wenger ; 2010