Usinage de précision des trous : services CNC pour l'aérospatial et l'automobile

Publié le 12 août 2019 | Par WayKen Project Manager

La fabrication de trous est largement sous-estimée car la majorité des trous que nous faisons ont une précision triviale, une faible profondeur, et ne servent qu'à maintenir des boulons. Cependant, les industries de haute technologie modernes (aérospatial et automobile surtout) viennent sur le marché des services CNC avec des demandes de fabrication de pièces avec des trous extrêmement précis ou profonds, ou des trous à position très précise. Outre les services d'usinage CNC avancés, de telles exigences requièrent des techniques spécifiques et une planification minutieuse.

Problèmes du traitement des trous

Le processus de fabrication de trous est en fait assez éprouvant du point de vue de la fabrication. L'outil et le brut peuvent facilement surchauffer car il est difficile d'appliquer les fluides de refroidissement dans le trou, le processus n'est pas visible pour le machiniste qui ne peut compter que sur les informations de la machine et doit couper à l'aveugle, effectuer des mesures est difficile surtout dans les trous à petits diamètres. Et ce ne sont que quelques problèmes. Alors, pour faire des trous précis, les services CNC développent et améliorent constamment les stratégies d'usinage, inventent de nouveaux outils pour répondre aux exigences du client.

Forage profond

Eh bien, le forage lui-même est un processus courant et il n'y a rien d'intéressant dans le forage de trous courts, mais plus le trou est profond, plus il est difficile de garder son axe droit pendant le forage. C'est dû au fait qu'une mèche plus longue est moins rigide alors qu'elle a deux arêtes de coupe qui ne peuvent pas être faites de longueur identique. La force de coupe des côtés de la mèche est différente et la mèche dévie généralement de l'axe droit et fait le trou décentré. Cela n'est pas acceptable pour les pièces CNC de haute précision.

C'est pourquoi le forage canon (gun drilling) a été inventé. Comme son nom l'indique, il a d'abord été utilisé pour fabriquer de longs canons de fusils, où un trou long mais précis est l'exigence principale. Néanmoins, avec le développement des technologies de fabrication, d'autres industries ont adopté le forage canon pour leurs propres besoins. La différence principale est l'outil. Une mèche canon a une seule arête de coupe donc elle ne dévie pas de sa trajectoire comme une mèche simple. Elle a une gorge d'évacuation de copeaux plus large qui sert aussi de canal de refroidissement. Le fluide est pompé à travers la gorge à haute pression et enlève le copeau et refroidit la mèche bien mieux. L'inconvénient est que cette mèche ne peut pas être montée sur un centre de fraisage CNC habituel, elle nécessite un outillage additionnel.

Les ateliers CNC utilisent les mèches canon dans les cas les plus extrêmes mais essaientmostly de s'en tenir aux outils universels, c'est pourquoi il existe certaines stratégies permettant de forer des trous profonds avec des mèches simples. Premièrement, la longueur du trou est divisée en segments de profondeurs d'environ 3-4 diamètres de trou. À chaque fois que la mèche atteint la fin d'un segment, elle est éjectée pour laisser le brut et l'outil refroidir et sortir tous les copeaux du trou.

Traitement de trous de haute précision

Pour faire un trou précis, le perçage CNC est généralement effectué avec plusieurs instruments, le premier étant considérablement plus petit que le diamètre du trou et augmentant avec l'outil suivant. Cela vise à réduire la force de coupe et ainsi la déviation d'axe pour la raison mentionnée ci-dessus. De plus, les méthodes consécutives sont souvent différentes du perçage simple :

Alésage de noyau (Core drilling) est effectué juste après le perçage. Une mèche à noyau a trois arêtes de coupe au lieu d'une, donc elle est plus stable. Les mèches à noyau traitent généralement une coupe de seulement 0,5 mm de profondeur mais leur avantage absolu est la capacité à corriger l'axe.

Alésage de finition (Reaming). Si votre client demande un trou avec une tolérance jusqu'à IT6 et une finition de surface très lisse, vous prenez un alésoir et réduisez drastiquement l'avance d'usinage. Un alésoir est un outil avec de nombreuses arêtes de coupe longues situées sur les côtés. Il a des lames de coupe frontales mais elles sont extrêmement petites, donc la profondeur de coupe pendant l'alésage est d'environ 0,1-0,05 mm. Grâce à cela et à la précision ultime des arêtes, l'alésage donnera d'excellents trous. Pour les petits trous, l'alésage est fait manuellement.

Rodage (Honing) est un processus abrasif mais peut être effectué sur une machine-outil CNC, cependant, les machines de rodage spécialisées sont définitivement meilleures. Un rodage est essentiellement un alésoir avec des plaquettes abrasives au lieu de lames de coupe. Une autre différence est que les plaquettes peuvent être ajustées pour le bon diamètre. Le rodage est inséré dans le trou et tourne autour de son axe pendant que les plaquettes meulent le matériau. Une fois éjecté, le sens de rotation est inversé. En résultat, la surface du trou a des rainures microscopiques croisées, ce qui rend la lubrification bien plus efficace.

Stratégies de filetage de trous

Beaucoup de trous nécessitent des filets, qui sont composés de surfaces complexes et minces et sont en fait assez difficiles à usiner. Il y a plusieurs stratégies pour le filetage mais avant cela, il est absolument nécessaire d'effectuer le chanfreinage ou l'alésage d'entrée. Ces deux procédés créent une gorge conique ou cylindrique à l'entrée du trou. Cela permet à l'outil de filetage d'entrer correctement et aide ensuite à l'assemblage des pièces réelles. Voici quelques stratégies :

Taraudage (Tap drilling) utilise un seul outil qui rappelle un boulon mais a des gorges d'évacuation de copeaux et une longue zone conique à l'avant pour augmenter progressivement la profondeur de coupe. L'avance pendant le filetage avec un taraud (et avec tout filet d'ailleurs) est la même que le pas de la vis. Le taraud est lentement inséré dans le trou où chacune de ses arêtes hélicoïdales coupe progressivement un morceau de matériau pour former le filet. Les petits trous sont usinés manuellement, auquel cas le processus rappelle le vissage d'un boulon très serré. Le taraud doit être éjecté avec grand soin de la même façon qu'il a été inséré. Si vous oubliez et essayez d'éjecter le taraud sans le dévisser, vous pouvez le casser et devrez le sortir par électroérosion.

Filetage par fraisage (Thread milling) donne de meilleurs résultats car la température du processus est plus basse et il est bien plus facile d'appliquer les fluides de refroidissement. Une fraise spéciale 30-40% plus petite que le diamètre du trou se déplace en spirale le long de la trajectoire des gorges de la mèche et tourne autour de son axe pour une coupe efficace. Le diamètre minimum du trou dépend du diamètre minimum de la fraise.

Alésage de filetage (Thread boring) est en fait le même que le tournage pour la mise en place de la pièce et les mouvements principaux, mais l'outil est fabriqué pour copier la forme de la gorge du filet. Il est donc avancé avec le pas de vis dans le trou de la pièce et coupe les surfaces hélicoïdales du filet. Il est important de noter que l'alésage est excellent pour les gros trous mais ne peut pas traiter des trous plus petits que 20 mm.

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