Savez-vous quelles sont les méthodes d’usinage des trous ?

Les méthodes d'usinage des trous comprennent le perçage, l'alésage, le rectification, le rectification et la finition. La série suivante présente en détail plusieurs technologies d'usinage des trous et vous aide à résoudre les problèmes rencontrés.

Le trou est une surface importante sur les pièces telles que les boîtiers, les supports, les manchons, les anneaux et les disques, et il est fréquemment rencontré lors de l'usinage. À exigences égales de précision d'usinage et de rugosité de surface, l'usinage d'un trou est plus complexe que celui d'une surface circulaire extérieure, ce qui entraîne une faible productivité et un coût élevé.

Cela s'explique par plusieurs raisons : 1) la taille de l'outil utilisé pour le perçage est limitée par celle du trou à usiner, et sa rigidité est faible, ce qui favorise les déformations et les vibrations ; 2) lors de l'usinage d'un trou avec un outil de taille fixe, la taille du trou dépend souvent directement de la taille correspondante de l'outil, et les erreurs de fabrication et l'usure de ce dernier affectent directement la précision d'usinage ; 3) lors de l'usinage de trous, la zone de coupe se situant à l'intérieur de la pièce, les conditions d'évacuation des copeaux et de dissipation de la chaleur sont médiocres, et la précision d'usinage et la qualité de surface sont difficiles à contrôler.

Forage

Le perçage est la première étape de l'usinage de trous dans les matériaux solides, et le diamètre du trou est généralement inférieur à 80 mm. Il existe deux méthodes de perçage : la rotation du foret et la rotation de la pièce. Les erreurs générées par ces deux méthodes diffèrent. Lors du perçage par rotation du foret, l'asymétrie de l'arête de coupe, la rigidité insuffisante du foret et sa déformation peuvent entraîner un défaut d'alignement de l'axe du trou, même si le diamètre intérieur reste globalement inchangé. En revanche, lors du perçage par rotation de la pièce, la déformation du foret provoque une modification du diamètre intérieur, mais l'axe du trou demeure droit.

Les forets couramment utilisés comprennent : les forets hélicoïdaux, les forets de centrage, les forets pour trous profonds, etc., dont le plus couramment utilisé est le foret hélicoïdal, dont le diamètre spécifié est de Φ0,1 à 80 mm.

En raison de limitations structurelles, la rigidité en flexion et en torsion du foret est faible, et un centrage imprécis entraîne une faible précision de perçage, généralement de l'ordre de IT13 à IT11. La rugosité de surface est également élevée, Ra étant généralement de 50 à 12,5 µm. Cependant, le taux d'enlèvement de matière est important et l'efficacité de coupe élevée. Le perçage est principalement utilisé pour l'usinage de trous peu exigeants en termes de qualité, tels que les trous de boulons, les trous taraudés, les trous de lubrification, etc. Pour les trous nécessitant une précision d'usinage et une qualité de surface élevées, il convient d'utiliser ultérieurement le réalésage, le rectification ou le perçage.

Alésage

L'alésage consiste à usiner un trou préalablement percé, coulé ou forgé à l'aide d'un foret d'alésage afin d'en agrandir le diamètre et d'améliorer sa qualité. Il peut être utilisé soit comme pré-usinage avant la finition du trou, soit comme usinage final lorsque les exigences sont faibles. Le foret d'alésage est similaire au foret hélicoïdal, mais il possède davantage de dents et est dépourvu d'arête transversale.

Comparé au perçage, l'alésage présente les caractéristiques suivantes :

(1) le nombre de dents du foret d'alésage (3 à 8 dents), bon guidage, la coupe est relativement stable ; (2) le foret d'alésage sans arête transversale, les conditions de coupe sont bonnes ;

(3) La faible surépaisseur d'usinage permet de réduire la profondeur de coupe, d'augmenter l'épaisseur du noyau et d'améliorer la résistance et la rigidité de l'outil. La précision d'alésage est généralement de l'ordre de IT11 à IT10, et la rugosité de surface Ra est de 6,3 à 12,5 µm. L'alésage est fréquemment utilisé pour le perçage de trous de petit diamètre. Lors du perçage de trous de grand diamètre (D ≥ 30 mm), on utilise souvent un foret de petit diamètre (0,5 à 0,7 fois le diamètre de l'alésage) pour le pré-perçage, puis un foret d'alésage de diamètre approprié. Cette technique permet d'améliorer la qualité d'usinage et la productivité du perçage.

Outre le perçage de trous cylindriques, les forets à aléser de formes spéciales (également appelés fraises à chanfreiner) permettent de réaliser divers trous de siège et chanfreins. La face avant de la fraise à chanfreiner est souvent munie d'un guide, guidé par un trou usiné.

L'alésage est une méthode de finition des trous largement utilisée en production. Pour les petits trous, l'alésage est une méthode d'usinage plus économique et pratique que la rectification intérieure et le perçage fin.

1. Alésoir

On distingue généralement deux types d'alésoirs : les alésoirs manuels et les alésoirs mécaniques. L'alésoir manuel possède un manche droit, une partie active plus longue et un meilleur guidage. Il existe deux versions d'alésoirs manuels : monoblocs et à diamètre extérieur réglable. L'alésoir mécanique existe également en deux versions : avec manche et avec douille. Il permet d'usiner des trous ronds, et les alésoirs coniques permettent d'usiner des trous coniques.

2. Procédé d'alésage et son application

La marge de surépaisseur a une grande influence sur la qualité de l'alésage. Une surépaisseur trop importante entraîne une charge excessive sur l'alésoir, un émoussement rapide du tranchant, une surface d'usinage difficile à obtenir et des tolérances dimensionnelles non garanties. À l'inverse, une marge trop faible ne permet pas d'éliminer les marques d'usinage précédentes et ne contribue donc pas à l'amélioration de la qualité du perçage. Généralement, la marge pour un alésage grossier est de 0,35 à 0,15 mm, et celle pour un alésage fin de 0,15 à 0,05 mm.

Pour éviter la formation de copeaux, l'alésage est généralement effectué à une vitesse de coupe réduite (v < 8 m/min pour l'acier et la fonte avec des alésoirs en acier rapide). La valeur de l'avance est liée à l'ouverture à usiner : plus l'ouverture est grande, plus l'avance est importante. L'avance d'un alésoir en acier rapide pour l'usinage de l'acier et de la fonte est généralement de 0,3 à 1 mm/tr.

L'alésage doit être refroidi, lubrifié et nettoyé avec un fluide de coupe approprié afin d'éviter l'accumulation de copeaux et de les évacuer rapidement. Comparé au meulage et au perçage, l'alésage offre une productivité supérieure et garantit plus facilement la précision du trou. Cependant, il ne permet pas de corriger les erreurs de positionnement de l'axe du trou ; la précision de positionnement doit donc être assurée par l'usinage précédent. L'alésage n'est pas adapté à l'usinage des trous étagés ni des trous borgnes.

La précision dimensionnelle de l'alésage est généralement de IT9 à IT7, et la rugosité de surface Ra est généralement de 3,2 à 0,8 µm. Pour les trous de taille moyenne nécessitant une haute précision (comme les trous de précision IT7), le procédé perçage - alésage - alésage est un schéma de traitement typique couramment utilisé en production.

L'alésage est une méthode d'usinage qui consiste à agrandir un trou préfabriqué à l'aide d'un outil de coupe. Cette opération peut être réalisée soit sur une aléseuse, soit sur un tour.

1. Méthode de forage

Il existe trois méthodes d'usinage différentes pour l'alésage.

(1) La pièce tourne et l'outil effectue un mouvement d'avance

L'alésage sur tour relève majoritairement de cette méthode. Ses caractéristiques sont les suivantes : l'axe du trou après usinage est aligné avec l'axe de rotation de la pièce ; la circularité du trou dépend principalement de la précision de rotation de la broche de la machine-outil ; et l'erreur géométrique axiale du trou dépend principalement de la précision de positionnement de l'avance de l'outil par rapport à l'axe de rotation de la pièce. Cette méthode d'alésage convient à l'usinage de trous coaxiaux sur la surface du cercle extérieur.

(2) L'outil tourne et la pièce est alimentée

La broche de l'aléseuse entraîne la rotation de l'outil d'alésage, et la table assure l'avance de la pièce à usiner.

(3) L'outil tourne et effectue un mouvement d'avance

En utilisant cette méthode d'alésage, la longueur de porte-à-faux de la barre d'alésage est modifiée, ce qui influe sur sa déformation. L'ouverture près de la poupée fixe est grande, tandis qu'elle est petite loin de celle-ci, formant ainsi un trou conique. De plus, l'augmentation de la longueur de porte-à-faux de la barre d'alésage accroît la déformation par flexion de l'arbre principal due à son propre poids, et l'axe du trou usiné subit une flexion correspondante. Cette méthode d'alésage convient uniquement à l'usinage de trous courts.

2. Forage au diamant

Comparé à l'alésage classique, l'alésage diamant se caractérise par un faible dérapage, une faible avance et une vitesse de coupe élevée. Il permet d'obtenir une grande précision d'usinage (IT7 à IT6) et une surface très lisse (Ra de 0,4 à 0,05 µm). Initialement réalisé avec des outils diamantés, l'alésage diamant est aujourd'hui couramment effectué avec des outils en carbure cémenté, en CBN et en diamant synthétique. Principalement utilisé pour l'usinage de pièces en métaux non ferreux, il peut également convenir à l'usinage de pièces en fonte et en acier.

Les paramètres de coupe couramment utilisés pour l'alésage au diamant sont les suivants : pré-alésage de 0,2 à 0,6 mm et alésage final de 0,1 mm ; la vitesse d'avance est de 0,01 à 0,14 mm/tr ; la vitesse de coupe est de 100 à 250 m/min pour le traitement de la fonte, de 150 à 300 m/min pour le traitement de l'acier et de 300 à 2 000 m/min pour le traitement des métaux non ferreux.

Afin de garantir une précision d'usinage et une qualité de surface élevées pour la machine d'alésage diamantée, cette dernière doit présenter une grande précision géométrique et une grande rigidité. L'arbre principal de la machine supporte des roulements à billes à contact oblique de précision ou des paliers lisses à pression statique, couramment utilisés. Les pièces rotatives à grande vitesse doivent être parfaitement équilibrées. De plus, le mouvement du mécanisme d'avance doit être très fluide afin de garantir un déplacement d'avance régulier à basse vitesse de la table.

L'alésage au diamant offre une excellente qualité d'usinage et une productivité élevée. Il est largement utilisé pour la finition de trous de précision dans la production en série, notamment pour les alésages de cylindres de moteurs, d'axes de pistons et d'arbres principaux de broches de machines-outils. Cependant, il est important de noter que pour l'usinage de pièces en métaux ferreux, seuls les outils en carbure cémenté (CBN) et en CBN sont compatibles. Les outils en diamant pur sont à proscrire, car la forte affinité des atomes de carbone du diamant avec les éléments du groupe du fer réduit considérablement la durée de vie de l'outil.

3. Outil d'alésage

L'outil d'alésage peut être divisé en outil d'alésage à simple arête et outil d'alésage à double arête.

4. Caractéristiques du processus d'alésage et domaine d'application

Comparé aux procédés de perçage, d'expansion et d'alésage, le diamètre de l'alésage n'est pas limité par la taille de l'outil, et l'alésage possède une forte capacité de correction d'erreur ; l'erreur de déviation de l'axe du trou d'origine peut être corrigée par plusieurs passes, et l'alésage peut maintenir une précision de position plus élevée avec la surface de positionnement.

Comparativement à l'alésage sur cercle extérieur, en raison de la faible rigidité du système de barre d'outil, de la grande déformation, de la mauvaise dissipation de la chaleur et des conditions d'évacuation des copeaux, la déformation à chaud de la pièce et de l'outil est relativement importante, et la qualité de traitement et l'efficacité de production de l'alésage ne sont pas aussi élevées que pour l'alésage sur cercle extérieur.

En résumé, l'alésage offre un large éventail de possibilités, permettant de réaliser des trous de différentes dimensions et avec différents niveaux de précision. Pour les trous et systèmes de trous de grand diamètre, exigeant une grande précision dimensionnelle et de position, l'alésage est quasiment la seule méthode d'usinage disponible. La précision d'usinage de l'alésage est de IT9 à IT7. L'alésage peut être réalisé sur des aléseuses, des tours, des fraiseuses et d'autres machines-outils, ce qui lui confère une grande flexibilité et une excellente adaptabilité, et explique sa large utilisation en production. En production de masse, l'utilisation d'un outil d'alésage est fréquente afin d'optimiser le rendement.

1. Principe et tête d'affûtage

Le rodage est une méthode de finition des alésages qui utilise une tête de rodage munie d'une pierre à aiguiser. Lors du rodage, la pièce est fixée et la tête de rodage, entraînée par la broche de la machine-outil, effectue un mouvement de va-et-vient rectiligne. La pierre à aiguiser exerce une pression sur la surface de la pièce, enlevant ainsi une couche de matière extrêmement fine. Pour éviter que le mouvement de la pierre à aiguiser ne se répète, la vitesse de rotation et la fréquence des mouvements de va-et-vient de la tête de rodage doivent être optimisées.

L'angle de coupe de la piste d'affûtage est lié à la vitesse de va-et-vient et à la vitesse de rotation de la tête d'affûtage ; sa valeur influe sur la qualité et l'efficacité de l'usinage. Afin de faciliter l'évacuation des particules abrasives et des copeaux, de réduire la température de coupe et d'améliorer la qualité d'usinage, il convient d'utiliser une quantité suffisante de fluide de coupe lors de l'affûtage.

Pour obtenir un usinage uniforme des parois du trou, la course de la barre de sablage aux deux extrémités du trou doit dépasser une section de surépaisseur. Afin de garantir une surépaisseur de rodage uniforme et de réduire l'influence des erreurs de rotation de la broche sur la précision d'usinage, on utilise généralement une liaison flottante entre la tête de rodage et la broche de la machine-outil.

Le réglage de l'expansion radiale de la tige de rectification de la tête d'affûtage présente diverses formes structurelles telles que manuelle, pneumatique et hydraulique.

2. Caractéristiques du procédé de rodage et domaine d'application

(1) Le rodage peut obtenir une précision dimensionnelle et une précision de forme plus élevées, la précision de traitement est IT7~IT6, l'erreur de rondeur et de cylindricité du trou peut être contrôlée dans la plage, mais le rodage ne peut pas améliorer la précision de position du trou à usiner.

(2) Le rodage permet d'obtenir une meilleure qualité de surface, la rugosité de surface Ra est de 0,2 à 0,25 μm, la profondeur de la couche de défaut métamorphique du métal de surface est très faible, de 2,5 à 25 μm.

(3) Comparée à la vitesse de rectification, la vitesse circulaire de la tête de rodage n'est pas élevée (vc=16~60m/min), mais en raison de la grande surface de contact entre la barre de sable et la pièce à usiner, la vitesse de va-et-vient est relativement élevée (va=8~20m/min), de sorte que le rodage a toujours une productivité élevée.

Le rodage est largement utilisé dans l'usinage des alésages de cylindres de moteurs et des alésages de précision dans divers dispositifs hydrauliques en grande série, et peut traiter des alésages profonds avec un rapport longueur/diamètre supérieur à 10. Cependant, le rodage ne convient pas au traitement des alésages sur des pièces en métaux non ferreux à forte plasticité, ni au traitement des alésages avec rainures de clavette, cannelures, etc.

1. Broach et broach

Le brochage est une méthode de finition à haut rendement, réalisée sur une machine à brocher équipée d'une broche spéciale. Il existe deux types de machines à brocher : les machines à brocher horizontales et les machines à brocher verticales ; les machines horizontales sont les plus courantes.

Le brochage utilise uniquement un mouvement linéaire à faible vitesse (mouvement principal). Le nombre de dents de la broche travaillant simultanément ne doit généralement pas être inférieur à 3, sous peine d'instabilité et de formation d'ondulations annulaires sur la surface de la pièce. Afin d'éviter une force de brochage excessive et la rupture de la broche, ce nombre ne doit pas excéder 6 à 8.

Il existe trois méthodes de brochage différentes, décrites ci-après :

(1) Brochage multicouche

Cette méthode de brochage se caractérise par l'usinage de la pièce par la broche, couche par couche. Afin de faciliter l'évacuation des copeaux, les dents de l'outil de coupe sont rectifiées avec des rainures d'évacuation entrelacées. La broche conçue selon cette méthode de brochage par couches est appelée broche ordinaire.

(2) brochage par blocs

La caractéristique de cette méthode de brochage est que chaque couche de métal sur la surface usinée est coupée par un ensemble de dents d'outil de taille sensiblement identique mais imbriquées (généralement 2 à 3 dents par ensemble). Chaque dent ne coupe qu'une partie d'une couche de métal. La broche conçue selon cette méthode est appelée broche rotative.

(3) Abordage complet

Ainsi, les avantages du brochage par couches et du brochage par blocs sont combinés. Le brochage par blocs est utilisé pour l'ébauche, tandis que le brochage par couches est employé pour la finition. De cette manière, la longueur de la broche est réduite, la productivité accrue et la qualité de surface améliorée. La broche conçue selon cette méthode de brochage intégrée est appelée broche intégrée.

2. Caractéristiques du procédé et domaine d'application du perçage par tréfilage

(1) La broche est un outil à plusieurs bords, qui peut effectuer l'ébauche, la finition et la finition du trou en une séquence en un seul coup de broche, et a une efficacité de production élevée.

(2) La précision du dessin dépend principalement de la précision de la broche ; dans des conditions normales, la précision du dessin peut atteindre IT9~IT7 et la rugosité de surface Ra peut atteindre 6,3~ 1,6 μm.

(3) Lors du traçage d'un trou, la pièce est positionnée par le trou usiné lui-même (la partie avant de la broche est l'élément de positionnement de la pièce), et le trou de traçage n'est pas facile à assurer la précision de positionnement mutuelle du trou et des autres surfaces ; Pour le traitement des pièces rotatives dont les surfaces circulaires intérieure et extérieure ont des exigences de coaxialité, il est souvent nécessaire de d'abord tracer les trous, puis de traiter les autres surfaces en utilisant les trous comme référence de positionnement.

(4) la broche peut non seulement traiter les trous ronds, mais aussi traiter les trous formés et les trous cannelés.

(5) La broche est un outil de taille fixe, de forme complexe, coûteux, non adapté au traitement de grands trous.

Le perçage par tréfilage est couramment utilisé dans de nombreuses productions de masse pour réaliser des trous sur des pièces de petite et moyenne taille d'un diamètre de 10 à 80 mm et d'une profondeur de trou ne dépassant pas 5 fois l'ouverture.

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