Machines de perçage expliquées : définitions, types et opérations

Le processus de perçage est en lui-même simple. C'est probablement la technique d'usinage par enlèvement de matière (SM) la plus directe. Mais tout ingénieur expert sait combien d'écueils peuvent apparaître. La façon de les éviter — s'immerger dans le sujet avec le plus grand détail possible.

Voici une explication approfondie de chaque aspect de l'opération de perçage, des types de machines de perçage, et bien plus encore.

Qu'est-ce que le perçage ?

Le perçage est un processus d'usinage par enlèvement de matière qui consiste à produire des trous ronds à l'aide d'un outil de coupe rotatif.

Élaborons. Le perçage est l'une des méthodes clés de l'usinage par enlèvement. Il est réalisé en enlevant de la matière d'une pièce (contrairement aux procédés additifs comme l'impression 3D). Le processus utilise un outil de coupe rotatif (communément appelé foret) pour produire des trous ronds dans une pièce fixe.

Un foret est généralement en acier rapide (HSS). Il possède des « hélices » (ou goujures hélicoïdales) qui permettent l'évacuation facile des copeaux produits pendant l'opération. Les arêtes vives effectuent la coupe une fois accélérées à des centaines de tours par minute par une machine de perçage.

Les trous produits servent soit à loger des vis ou boulons pour l'assemblage, soit à des fins esthétiques. Les trous peuvent être élargis, et leurs surfaces intérieures finies pour une meilleure régularité et apparence.

Voir un exemple de perçage et de foret dans les images ci-dessous.

Définition de la machine de perçage

Une machine de perçage est une machine utilisée pour percer des trous principalement de section circulaire et des opérations connexes comme l'alésage, le surfaçage, etc.

Dans les machines de perçage, le trou est réalisé par le tranchant rotatif d'un outil de coupe appelé foret. Le trou est percé en appliquant une force de cisaillement sur la pièce pour enlever la matière sous forme de copeaux.

Types d'opérations réalisées sur machines de perçage

Le perçage lui-même n'est pas le seul procédé de fabrication exécutable sur une perceuse CNC. Selon le type de machine, 8 types d'opérations peuvent être supportés :

1. Perçage. Production de trous simples et ronds. Vitesse de production modérée à très élevée.
2. Alésage (Reaming). Production de trous très précis. Élargissement d'un trou déjà percé. Résultat : trou parfaitement circulaire au diamètre exact. Procédé de finition avec outil multi-tranchants. Vitesse faible à modérée.
3. Alésage de précision (Boring). Agrandissement d'un trou existant, mais pas considéré comme finition. Utilise un outil monopoint — barre d'alésage de diamètre supérieur au trou pré-percé. Peut augmenter le diamètre mais pas la profondeur. Peut convertir un trou cylindrique en trou conique. Vitesse modérée à élevée.
4. Alésage de fond (Counter boring). Agrandissement de l'extrémité d'un trou existant. But : loger boulons, goujons, goupilles. Similaire à l'alésage mais sur une portion de la profondeur. Vitesse faible à modérée.
5. Fraiser (Countersinking). Création d'espace pour tête de boulon ou vis. Exécuté sur objets métalliques pour couper un trou conique. Peut aussi nettoyer les bavures du perçage ou taraudage. Bonne pratique pour prévenir la corrosion et assurer l'étanchéité. Vitesse faible à modérée.
6. Surfaçage (Spot facing). Façonnage d'une zone de pièce pour lui donner une finition plane et lisse. Utile pour créer un bon siège pour un écrou ou tête de vis à tête cylindrique. Normalement sur fontes et forgés. Vitesse faible à élevée.
7. Taraudage (Tapping). Coupe d'un filetage intérieur et insertion de vis, boulons et autres raccords filetés dans trous et filetages internes. Utilise un outil appelé taraud. Outil de coupe cylindrique ou conique selon forme désirée. Vitesse faible à modérée.
8. Trépanage (Trepanning). Technique rare pour applications de trous traversants. L'outil enlève la matière à la périphérie formant un anneau ; le noyau reste au centre. Utilisé pour produire de grands diamètres quand la puissance machine est insuffisante. Vitesse faible.

Types de machines de perçage

Probablement l'aspect le plus passionnant du perçage : les machines qui font le travail. Plusieurs types conviennent à des approches de fabrication légèrement différentes. Certaines peuvent être automatisées ou manuelles. D'autres, pour usages industriels, sont uniquement à commande numérique, comme la fabrication de circuits imprimés.

Il est essentiel de mentionner qu'en production de masse, il existe des centres d'usinage CNC coûteux qui font du perçage et d'autres opérations. Ces machines sont conçues pour gérer tous les types détaillés ci-dessous et plus.

Des unités CNC à 200 000 $ peuvent probablement gérer la plupart des travaux de perçage mieux que toute autre machine. Mais les utiliser pour faire quelques petits trous dans un composant léger, c'est comme utiliser un marteau-pilon pour casser une noix.

• Perceuse sensible.

Conçue pour percer des trous extrêmement petits à grande vitesse. Utilisée pour travaux précis et légers. Bases fixées sur établi ou au sol. Gère des forets jusqu'à 15,5 mm de diamètre. Vitesse de rotation supportée : 50 à 2000 tr/min. Sa particularité : son mécanisme d'entraînement peut être commandé à la main. Un machiniste qualifié peut faire un travail précis avec cette machine assez courante.

• Perceuse verticale (Upright).

Conçue pour travaux de perçage de moyenne intensité. Ressemble à une perceuse sensible, mais plus grande et plus lourde. Gère des forets jusqu'à 50 mm de diamètre. Utilisable en mode manuel ou semi-automatique. L'opérateur peut avancer l'outil dans la pièce par avance motorisée. Certains modèles ont des mécanismes de levée de table.

• Perceuse radiale.

Conçue pour pièces moyennes à grandes et lourdes. Colonne ronde sur grande base. Bras radial relevable/abaissable pour accommoder pièces de hauteurs variables. Bras orientable à toute position, tête de perçage coulissante sur le bras. Normalement pas commandée à la main. L'opérateur contrôle le moteur, et le foret pénètre les pièces défilant sur la chaîne de fabrication.

• Perceuse à plusieurs broches (Gang).

Table et base communes. Particularité : plusieurs têtes de perçage (généralement 4 à 6) côte à côte. Chaque tête a son propre moteur, perçant simultanément à différents rythmes. Peut aussi effectuer alésage, alésage de précision, taraudage. Chaque broche peut être équipée d'outils distincts. Jamais pour usage manuel. Centres de perçage CNC peuvent être construits comme modifications de perceuses à plusieurs broches.

• Perceuse à broches multiples.

Version avancée de la perceuse à plusieurs broches avec plusieurs broches au lieu d'un banc de têtes. Utilisée pour reproduire des motifs de trous sur plusieurs pièces identiques. Broches entraînées par un seul moteur avec engrenages commandant chaque broche. Tous les forets pénètrent la pièce simultanément. Distance entre broches modifiable sur axes X et Y. Gabarits de perçage pour guider les outils.

• Perceuse à trou profond.

Machine hautement spécialisée pour percer des trous profonds dans bielles, canons de fusils, autres composants. Profite de vitesses de coupe élevées et avances réduites. Principe : foret non rotatif avancé lentement dans la pièce tournant à grande vitesse. Lubrifiant constant pour éviter surchauffe. Difficilement pilotable manuellement ; semi-automatisées ou CNC.

• Perceuse CNC.

Une perceuse CNC est une unité d'équipement à commande numérique utilisée en milieu industriel pour effectuer des opérations de perçage avec des outils rotatifs.

Ces centres de perçage sont des machines entièrement automatisées ne requérant de main-d'œuvre que pour charger la pièce et changer l'outillage. Elles intègrent un logiciel leur permettant de lire des fichiers CAM avec instructions.

Une perceuse CNC peut déplacer le porte-outil en 3 dimensions (certaines 4 ou 5 axes). Mais quel que soit le sens, le foret doit entrer dans la pièce au bon angle. Les pièces de maintien d'outil : broche (option conventionnelle, commune aux autres unités CNC), manchon, douille, mandrin, et accessoire de taraudage.

Une perceuse CNC est complexe, mais ses pièces principales sont assez explicites. Voir l'image ci-dessous.

Voici la procédure étape par étape du perçage CNC :

1. Création du design CAO. Modèle 2D ou 3D dans logiciel informatique.
2. Conversion en fichier CAM. Document en langage G-code pour la perceuse CNC.
3. Chargement des instructions. Saisie et vérification de l'exécution correcte.
4. Configuration de la perceuse CNC. Choix des forets appropriés et fixation/réglage de la machine.
5. Exécution de l'opération. Effectuée par la machine seule après lancement par l'opérateur.
6. Évaluation du composant. Contrôles qualité manuels et automatiques pour valider la réussite.

Avantages et limites des machines de perçage

En tant qu'équipements industriels, les perceuses présentent des aspects techniques à considérer. Points forts :

• Points précis. Ces unités assurent une précision supérieure par traitement progressif des trous avec forets, barres d'alésage, aléseuses.
• Bon contrôle d'avance. Même le perçage manuel est considéré comme usinage de précision. Les unités CNC vont plus loin.
• Large choix d'options de perçage. La vaste gamme permet de choisir entre perçage précis, profond, simultané, en motif, etc. Bonus : tout cela réalisable avec quelques centres de machines solides.

Limites à considérer, liées aux occasions où il est impossible de produire un trou lisse, précis, avec cohérence :

• Stabilité du forage. Effondrement de paroi — rupture par cisaillement due aux contraintes du terrain, problème majeur. Facteurs : trajectoire inadaptée, fluides de forage inadéquats, etc.
• Trajectoire de perçage limitée. Normalement, les machines percent à angle droit. Toute déviation entraîne quasi instantanément l'échec du trou. Limite la gamme de designs possibles.

En tout cas, les machines de perçage sont irremplaçables. Bien abordées, elles offrent qualité de production supérieure et gamme de techniques de fabrication qu'aucune autre machine ne peut offrir.

Résumé

En substance, le perçage est bien plus que produire des trous lisses. Il concerne la production de filetages précis, travaux lourds, logement de boulons et vis, finitions intérieures de qualité, et plus.

Les machines de perçage peuvent être manuelles, semi-automatisées ou CNC. Aujourd'hui, les grands fabricants utilisent des centres d'usinage qui font les 8 procédés de perçage et plus. Les seuls aspects à considérer pour un perçage de haute qualité sont la trajectoire et l'utilisation appropriée des fluides de forage.

À propos de l'auteur

Barret est un rédacteur créatif spécialisé dans le contenu technique, tel que l'usinage CNC et l'impression 3D, reconnus pour leur haute qualité et leurs produits innovants.