Usiner par enlèvement de matière, c'est faire pénétrer une arête tranchante dans la pièce de façon à arracher un copeau. La matière située devant l'arête est comprimée puis cisaillée : elle se sépare de la pièce et s'écoule le long de la face de coupe de l'outil sous forme de copeau.

La forme du copeau est un indicateur précieux de la qualité de la coupe :

• Copeau continu : long et régulier, typique des matériaux ductiles ; il peut s'enrouler et gêner l'évacuation s'il n'est pas fragmenté.
• Copeau fragmenté : court, brisé en petits morceaux, plus facile à évacuer — souvent recherché en usinage automatisé.

L'outil doit être plus dur que la matière usinée et conserver sa dureté malgré la chaleur générée. Plusieurs familles de matériaux coexistent, chacune avec son domaine d'emploi :

• Acier rapide (ARS / HSS) : polyvalent, tenace, affûtable. On l'emploie pour les forets, tarauds, fraises et outils de tournage en formes complexes.
• Carbure : nettement plus dur et plus résistant à chaud que l'ARS, c'est le matériau d'outil le plus répandu aujourd'hui. Il se présente souvent sous forme de plaquettes amovibles (inserts) montées sur un porte-outil, et fréquemment revêtues pour améliorer la tenue.
• Céramiques : très dures et stables à haute température, pour des vitesses de coupe élevées sur certaines matières.
• CBN et diamant (PCD) : matériaux superdurs réservés à des applications spécifiques (matériaux très durs pour le CBN, alliages non ferreux pour le PCD).

Le système de plaquettes amovibles a transformé l'atelier : quand une arête est usée, on indexe la plaquette sur une nouvelle face ou on la remplace, sans toucher au porte-outil.

Au-delà du matériau, c'est la géométrie de l'arête qui conditionne la façon dont l'outil coupe. Quelques angles fondamentaux la définissent :

• L'angle de coupe : oriente l'écoulement du copeau et influe sur l'effort de coupe.
• L'angle de dépouille : évite que la face de l'outil ne frotte sur la surface fraîchement usinée.
• L'angle d'arête (de taillant) : conditionne la robustesse de la pointe de l'outil.

Les outils intègrent souvent un brise-copeaux : une géométrie en creux sur la face de coupe qui force le copeau à s'enrouler et à se fragmenter, facilitant son évacuation.

Régler une opération d'usinage revient à fixer trois grandeurs, qui se combinent pour déterminer le débit de matière, la durée de vie de l'outil et l'état de surface :

• La vitesse de coupe Vc (en m/min) : la vitesse relative entre l'arête et la pièce au point de coupe.
• L'avance f : déplacement de l'outil par tour en tournage (mm/tr), par dent ou par minute en fraisage (mm/dent, mm/min).
• La profondeur de passe ap (en mm) : l'épaisseur de matière enlevée à chaque passage.

La vitesse de rotation N (en tr/min) de la broche n'est pas réglée directement à partir de Vc : elle se déduit par la relation fondamentale, avec D le diamètre (pièce en tournage, outil en fraisage) en mm :

Le choix des valeurs dépend du couple matière usinée / matériau d'outil. On ne devine pas ces paramètres : on suit les abaques et données des fabricants d'outils, ajustées ensuite par l'expérience de l'atelier.

Aucun outil ne coupe indéfiniment : l'arête se dégrade au fil des passes. On rencontre principalement :

• L'usure en dépouille : abrasion de la face en contact avec la surface usinée.
• L'usure en cratère : creusement de la face de coupe par l'écoulement du copeau chaud.
• L'écaillage : petits arrachements de l'arête, souvent dus à des chocs ou des vibrations.
• Le bris d'arête : rupture franche, le plus souvent par surcharge.

Le réglage de la vitesse a un effet direct : une Vc trop élevée génère trop de chaleur et use l'outil rapidement ; une Vc trop faible dégrade l'état de surface et peut favoriser l'arête rapportée. D'où l'importance de surveiller l'arête et de la changer (ou indexer la plaquette) à temps, avant que l'usure ne compromette la pièce.

Le fluide de coupe remplit plusieurs rôles complémentaires pendant l'usinage :

• Refroidir la zone de coupe pour limiter l'échauffement de l'outil et de la pièce.
• Lubrifier le contact outil/copeau et réduire les frottements.
• Évacuer les copeaux hors de la zone de travail.
• Améliorer l'état de surface obtenu.

Selon les cas, on choisit un arrosage abondant, une micro-pulvérisation (lubrification minimale) ou un usinage à sec. Ces choix engagent aussi la santé des opérateurs et l'environnement (brouillards d'huile, gestion des fluides), un point développé au module 5.

Enfin, l'état de surface final ne dépend pas d'un seul facteur : il résulte de la combinaison de l'avance, du rayon de bec de l'outil, de la vitesse et de la rigidité de l'ensemble machine-pièce-outil.