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etats de surface
Sciences industrielles pour l’ingénieur
É tats de surface des pièces mécaniques
Quelques définitions
Rugosité
C'est l'ensemble des irrégularités d'une surface à caractère micrographique et macrographique.
Les surfaces usinées ne sont pas parfaites, elles présentent des irrégularités dues aux procédés d'usinage, aux outils, à la
matière, etc.
Le rôle fonctionnel d'une surface dépend d'un certain nombre de facteurs, notamment de l'état de surface (étanchéité,
glissement, etc.).
Plus l'indice de rugosité est faible, plus il est difficile à obtenir, ce qui augmente nécessairement le coût de fabrication.
Surface géométrique
Surface parfaite ; Sur le dessin, elle est définie géométriquement par le bureau d'études, à l'aide de cotes nominales.
Surface spécifiée
Surface résultant de la surface géométrique, transformée par le bureau des études qui prescrit les limites de réalisation de
cette surface à l'aide de symboles et de valeurs numériques en complément des cotes nominales du dessin.
Surface mesurée
Surface déterminée à l'aide des instruments de mesure à partir de la surface réelle. La surface mesurée, résultant de
l'exploration de la surface réelle devra être l'image la plus rapprochée de celle-ci.
Surface réelle
Surface obtenue au cours de la fabrication.
Spécifications sur un dessin de définition
(NF E 05-016)
Exemple :
Frottement de glissement, 0,8 µm, obtenu par rectification plane
Abréviation de la fonction
Déplacements relatifs
Frottement de glissement
Frottement de roulement
Résistance au matage
Frottement fluide
Étanchéité dynamique
Assemblages fixes
FG Étanchéité statique
FR Ajustement fixe
RM Adhérence (collage)
FF
ED
Contraintes
ES Revêtement (peinture)
AC Dépôt électrolytique
AD Mesure
Résistance aux efforts alternés
Outils coupants (arête)
RE
DE
ME
EA
OC
Valeurs normalisées
0,025
0,05
0,1
Unité de mesure : le micromètre (µm).
0,2
0,4
0,8
1,6
3,2
6,3
12,5
25
50
100
Procédé d'élaboration
Alésage
al
Électro-érosion
éé
Grenaillage sphérique
gns
Brochage
br
Polissage
po
Grenaillage angulaire
gna
Fraisage en bout
frb
Superfinition
sf
Estampage
es
Fraisage en roulant
frr
Sablage à sec
sas
Étirage
et
Lamage
lm
Sablage humide
sah
Filetage
fi
Perçage
pe
Dressage
de
Forgeage
fo
Pierrage
pi
Grattage
gr
Galetage
ga
Rabotage
rb
Meulage
me
Laminage à froid
laf
Rectification plane
rcp
Sciage
sc
Laminage à chaud
lac
Rectification cylindrique
rcc
Découpage
de
Moulage sable
mos
Rodage
rd
Électroformage
ef
Moulage coquille
moc
Tournage
to
Électropolissage
ep
Matriçage
ma
Étincelage
el
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Mise en évidence des défauts : exemple
Profil total
Ordre 1 : défauts de forme : ordre 1
Ils caractérisent le défaut de l'ensemble de la surface fabriquée (ligne, plan, cercle,
cylindre...)
Ordre 2 : défauts macrographiques, ondulation
Ils sont caractérisés par une longueur d'onde de quelques millimètres. Ils sont causés
par des vibrations basses fréquences, des mouvements cycliques d'outils....
Pour faire apparaître, on utilise un filtre passe bas qui ne laisse passer que les
longueurs d'onde λ > λ w (valeur à déterminer avec le bureau d'étude)
Pas moyen d'ondulation : A W =
1
n
n
∑
A Wi , Profondeur moyenne d'ondulation W =
i=1
1
n
n
∑ Wi
i=1
Ordre 3 : défauts micrographiques, rugosité
Ils sont caractérisés par une longueur d'onde comprise entre 2/100 de millimètre et quelques 1/10 de millimètre. Ils sont causés
par des vibrations haute fréquence, les traces des dents
Pour les faire apparaître on utilise un filtre passe haut qui ne laisse passer que les longueurs d'onde λ < λ r (valeur à déterminer
avec le bureau d'étude)
Profil « redressé »
Pas moyen de rugosité : AR =
1
n
n
∑
i=1
ARi , Profondeur moyenne de rugosité R =
1
n
n
∑R i
i=1
Rugosité maxi : Rmax = Sup {R i } , rugosité totale : R t = Ecart entre le pic le plus haut et la saillie la plusbasse
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Profondeur (ou rugosité) moyenne d'aplanissement : YP ou RP =
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1
y(x).dx
L
∫
L
Écart arithmétique moyen (par rapport à la ligne moyenne d'aplanissement) : Ra =
1
L
∫ y(x) − YP .dx
L
Ordre 4 : arrachement de matière
Dépend de l'affûtage de l'outil, du type d'outil, de la lubrification, de la vitesse de coupe, de la géométrie de l'outil de coupe, du
matériau de l'outil (carbure revêtu...)
Remarque : un rugosimètre enregistre le profil total. Pour faire
apparaître l’ondulation on utilise un filtre passe bas qui laisse
passer les basses fréquences donc les grandes longueurs
d’onde.
Inversement pour la rugosité.
Les caractéristiques de ces filtres numériques ne font
actuellement pas l’objet d’une normalisation.
Courbes caractéristiques des filtres (exemples)
Pour amélioration de l'état d'une surface obtenue par enlèvement de matière par outil coupant (tournage, fraisage...),
on doit généralement :
Augmenter la vitesse de coupe
Adopter une coupe positive,
Avoir une bonne lubrification
Privilégier de petit rayon de plaquette : d’un point de vue géométrique, pour une avance donnée, un
grand rayon d plaquette améliore l’état de surface. Cependant un rayon de plaquette important entraîne
généralement des vibrations qui nuisent à l’état de surface.
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État de surface en tournage
n(t) : vitesse de rotation (tr/min)
R : rayon extérieur de la pièce
a : profondeur de passe (mm)
f : avance par tour (mm/tour)
Vf : vitesse d’avance (mm/min ou m/min)
h : épaisseur du copeau (mm)
κr (kappa r) : angle de direction d’arête
εr : angle de pointe d’arête
rε : rayon de pointe ou rayon d’arête (mm)
ε
κ
ε
Principe de génération d’une surface cylindrique en tournage
L : longueur d’arête. En règle générale, les
fabricants déconseillent d’utiliser plus du tiers de
cette longueur.
Quelques types de plaquettes :
Choix du rayon du bec en travail d’ébauche
Rayon rε (mm)
Avances (mm/tour)
0,4
0,25-0,35
0,8
0,4-0,7
1,2
0,5-1
1,6
0,7-1,3
2,4
1-,1,8
Remarque : Les avances élevées sont prévues pour une plaquette avec un angle de pointe de 60° au moins et pour usiner avec
des vitesses de coupe modérées.
Choix du rayon de bec en travail de finition
L’état de surface dépend du rayon de bec et de l’avance.
L’état de surface peut être amélioré par une augmentation de la vitesse de coupe et une géométrie de coupe positive.
Choisir un petit rayon s’il y a risque de vibration.
Etat de surface
Rayon rε (mm)
Ra
R
04
0.8
1.2
1.6
2.4
10
12
Avances (mm/tour)
(µm)
(µm)
(valeurs théoriques)
0.6
1.6
0.07
0.10
0.12
0.14
0.17
0.25
0.28
1.6
4
0.11
0.15
0.19
0.22
0.26
0.40
0.44
3.2
10
0.17
0.24
0.29
0.34
0.42
0.63
0.69
6.3
16
0.22
0.30
0.37
0.43
0.53
0.80
0.88
8
25
0.27
0.38
0.47
0.54
0.66
1.00
1.10
32
100
1.08
1.32
2.00
2.20
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