Définition : l’usinage, une industrie de haute technologie
L’usinage est un procédé de production qui consiste à enlever de la matière sur du métal ou du plastique à l’aide d’une machine-outil.
Techniquement, l’usinage consiste à “façonner une pièce avec une machine-outil” comme l’indique le Robert. Le Larousse précise “Essentiellement par enlèvement de matière”. On parle aussi d’enlèvement de copeaux.
Concrètement, ça signifie qu’on utilise une machine dotée d’un outil de coupe qui va permettre de “couper” autour ou à l’intérieur d’un bloc de métal (ou autre matériau dur) pour lui donner la forme souhaitée.
Les deux techniques les plus connues d’usinage sont le fraisage où l’outil de coupe est en rotation à grande vitesse et la pièce fixe et le tournage où c’est la pièce, cylindrique, qui tourne à très grande vitesse. Le fraisage permet de travailler des surfaces planes là où le tournage usine des formes cylindriques.
Quelles sont les principales méthodes d'usinage ?
Le fraisage
Le fraisage est, avec le tournage, la méthode la plus utilisée dans les ateliers d'usinage. Elle consiste à venir découper une pièce en métal (acier, aluminium par exemple) à l’aide d’un équipement tournant à très grande vitesse et doté de lames coupantes, la “fraise”. Quand la fraise arrive au contact du métal (ou d'un autre matériau dur), les copeaux sont éjectés et la pièce prend progressivement la forme désirée.
Le tournage
Le tournage est une technique de production très utilisée par les entreprises d'usinage qui permet de réaliser des pièces le plus souvent cylindriques ou coniques. Dans le tournage, contrairement au fraisage, l’outil n’est pas en rotation dans le centre d'usinage, c’est la pièce usinée elle-même qui tourne à très grande grande vitesse. L’outil, doté d’une lame coupante, s’approche alors de la pièce en rotation et, lorsque la lame touche le métal, elle le coupe et permet de donner à la pièce le profil souhaitée.
Le perçage, alésage, taraudage
En complément du fraisage et du tournage, on peut également réaliser des perçages, alésages ou taraudages sur les pièces.
Pour les trous ou alésages : Forets, Alésoir machine, Taraud machine
Avantages de cette technologie
L’intérêt majeur de l’usinage est sa très grande précision puisqu’il permet de fabriquer des pièces avec une tolérance de l’ordre du dixième de millimètre (100 microns) voire jusqu’à 25 microns.
L’autre grand intérêt de l’usinage actuellement est qu’il se fait principalement de façon automatisée grâce à des machines-outils programmables, dites à commande numérique (CN).
Il requiert donc peu d’interventions humaines. Le revers de la médaille vient du coût important des machines à commande numérique qui peuvent valoir des centaines de milliers d’euros.
Ce sont, en effet, des outils de pointe, qui doivent ensuite être opérés par des techniciens d’usinage bien formés et travaillant des pièces conçues avec soin par les ingénieurs du bureau d’études.
Les limites de l'usinage
La technologie d'usinage présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, le coût associé à cette technique peut être élevé pour des pièces unitaires. En effet le prix des machines à commande numérique est très élevé (par rapport à de l'impression 3D par exemple).
Par ailleurs c'est un procédé à haut niveau de technicité, qui nécessite l'intervention d'ingénieurs spécialisés pour concevoir les pièces et de techniciens d'usinage bien formés pour les fabriquer.Cette méthode est plus rentable lors de la production en série, permettant ainsi d'amortir le coût initial de la machine.
Elle présente également des limites en termes de géométries réalisables. En effet, certains usinages internes à la pièce restent inaccessibles à l'outil d'usinage.
Par exemple, il est difficile de réaliser des tunnels dans des pièces, de créer des cavités trop profondes ou d'usiner des pièces trop fines. De même, certaines arêtes internes posent problème.
Dans ces situations, il est souvent nécessaire de se tourner vers d'autres techniques, telles que l'impression 3D ou le moulage.
Les 8 étapes du processus d'usinage
Dans une entreprise d’usinage, la production des pièces suit des étapes bien définies, peu ou prou similaires dans toutes les entreprises concernées.
- Le point de départ est une demande d’un client qui a besoin d’une pièce pour concevoir un produit. Le client décrit le type de pièce qu’il souhaite et fournit en général une modélisation 3D de la pièce et un dessin technique.
- Cette modélisation 3D peut ensuite être retravaillée avec le bureau d’études pour prendre en compte les contraintes de production et trouver le bon rapport qualité/coûts/délais. C’est également à cette étape qu’on peut ajuster la matière retenue et identifier les bons traitements de surface.
- Une fois la pièce bien définie, vient l’étape de préparation de la production où on va préciser les différentes étapes nécessaires à la production de la pièce et les organiser pour les intégrer dans le plan de charge de l’entreprise. Selon le type de machine utilisée, il peut par exemple être nécessaire de changer la pièce d’orientation dans la machine pour poursuivre son usinage. D’autres machines sont presque entièrement automatisées.
- Avant de lancer une éventuelle production en série, il est fréquent de commencer par un prototype qui permettra de valider avec le client que la pièce répond bien à ses attentes, que les dimensions sont correctes et le niveau de précision conforme.
- Si le prototype donne satisfaction, on peut alors lancer la production en série où la machine répétera des dizaines ou centaines de fois la même opération pour produire autant de pièces.
- Au fil de la production des pièces, on effectuera des contrôles qualité, indispensables pour vérifier que la précision nécessaire est bien au rendez-vous pour toutes les pièces produites.
- Si les pièces sont conformes à l’attendu, on poursuit ensuite avec un traitement de surface, qui permettra d’améliorer les propriétés mécaniques du produit et esthétiques (peinture par thermolaquage par exemple).
- Enfin, les pièces sont conditionnées et expédiées au client.
Quels matériaux peut-on usiner ?
Les matériaux métalliques
L’usinage permet de mettre en forme des matériaux très divers à condition qu’ils soient suffisamment durs. On retrouve bien évidemment les matériaux métaliques :
- Aluminium
- Acier
- Laiton
- Inox
- Etc.
Les matériaux plastiques
Mais il est également possible d’usiner des matières plastiques comme par exemple :
- Nylon
- ABS
- Polycarbonate
- PVC
- Plexiglas
Les principales opérations
- Surfaçage
- Épaulement
- Rainurage
- Contournement
- Pointage
- Perçage
- Alésage
Les étapes suivantes
- Le traitement de surface
- Le contrôle qualité : la métrologie
- Le conditionnement et le transport
De nombreuses industries utilisent des pièces usinées
L’usinage est un procédé de production extrêmement courant et utilisé dans un nombre très important d’industries. C’est une technique dorénavant bien maîtrisée qui permet de produire des pièces précises à un coût réduit et en grande quantité. Reposant de plus en plus sur des machines de pointe, à commande numérique, elle sert de nombreux secteurs d’activité.
Usinage CNC pour l’aéronautique
L'aéronautique est un domaine friand de pièces d'usinage à commande numérique. La production d'un avion nécessite, en effet, de très nombreuses pièces à la fois très précises et devant être les plus légères possibles.
Usinage CNC pour l’automobile et le ferroviaire
Le secteur de l’automobile est un des grands demandeurs de pièces usinées. Celles-ci sont bien sûr utilisées à l’intérieur des voitures et des camions, mais elles sont également nécessaires à la conception de ceux-ci.
On retrouve également des pièces usinées, parfois en usinage de grande dimension, dans les trains qui parcourent l’Europe.
Énergie
Le secteur de l’énergie, à travers, par exemple, l’industrie nucléaire ou la production d’éoliennes, est un acheteur important de pièces fraisées ou tournées. Il est alors nécessaire de fabriquer des produits en garantissant une précision importante d’un côté et une capacité à résister à des environnements difficiles de l'autre, parfois grâce à des traitements de surface spécifiques.
Usinage pour l’horlogerie
Le recours à des ateliers d'usinage est très fréquent dans le domaine de l’horlogerie. Il est en effet nécessaire de produire des pièces usinées souvent petites et nécessitant un extrême niveau de précision pour les mécanismes d’horloges ou de montres, ce que permet l'usinage.
Travaux publics et bâtiment
Produire des engins de chantier, construire des bâtiments d’envergure sont des activités complexes, qui nécessitent des machines de pointe. Les sociétés de travaux public et du bâtiment font appel à des entreprises d’usinage pour fabriquer différentes pièces qui pourront être intégrées dans les constructions réalisées.
Focus : l'usinage de grande dimension
L’usinage traditionnel se fait sur des pièces qui peuvent faire quelques millimètres et jusqu’à quelques mètres. Il existe une spécialité qui, elle, permet de produire des pièces usinées beaucoup plus grandes, c’est l’usinage de grande dimension.
Elle repose sur les mêmes outils et techniques que l’usinage classique, mais vise à fabriquer des pièces qui peuvent faire plus de 10 mètres de long et plusieurs tonnes. Cette technique est employée par exemple pour des pièces de train, de centrale nucléaire ou de machines spéciales.
Vue de l'intérieur : comment fonctionne une entreprise d'usinage ?
Des équipes d’experts
Les entreprises d'usinage partenaires s’appuient sur des équipes d’experts passionnés par leur métier.
Ils maîtrisent parfaitement les différentes techniques, le fonctionnement des centres d'usinage et les spécificités des industries avec lesquelles ils sont amenés à travailler.
Souvent dotés d’une longue expérience et d’un savoir-faire reconnu sur le marché ils sauront vous aider à réaliser vos projets en confiance et dans les délais.
Des machines à la pointe
Toute l’industrie de l’usinage repose aujourd’hui sur des équipements très avancés.
Alors qu’il y a quelques années encore beaucoup de machines étaient manuelles, rares sont les sociétés qui ne sont pas majoritairement équipées de machines à commande numérique à 3 axes ou 5 axes.
Ces centres d'usinage CNC permettent de gérer des productions avec un minimum d’intervention humaine et d’obtenir des pièces très précises et toutes du même format.
L’enjeu principal devient alors de bien maîtriser la conception initiale des pièces usinées puis la programmation des outils de production.
Une attention forte à la qualité
La qualité est au cœur des technologies d'usinage.
Dans une industrie aussi pointue, dans laquelle les attentes de précision sont très élevées, ces entreprises veillent à ce que la qualité des pièces produites soit toujours au rendez-vous.
La plupart des entreprises sont équipées de machines de métrologie précises et ont mis en place des processus et des certifications comme l'ISO 9001 permettant de livrer des produits de haut niveau, au moment désiré, en maîtrisant les coûts de production.
Accompagnement, conseil, écoute
Les centres d’usinage CNC sont de plus en plus perfectionnés et capables de fonctionner de façon quasi-autonome.
Mais pour garantir des bons résultats, il devient alors primordial d’intégrer dans la machine les bonnes instructions et d’avoir conçu en amont des pièces pertinentes : de la bonne forme, avec le bon niveau de précision, le bon matériau et un traitement de surface adapté.
C’est là qu’interviennent les bureaux d’études et bureaux des méthodes qui accompagneront les clients pour les aider à concevoir des pièces répondant à leurs besoins et assurer une production rapide et efficace.
