Perçage, Alésage, Alésage de Précision en Usinage CNC : Différences Clés Expliquées

Par rapport à l'usinage de surfaces extérieures, les conditions de l'usinage CNC pour les trous sont bien pires, et usiner des trous est plus difficile qu'usiner des surfaces extérieures. Cela s'explique par :

• La taille de l'outil pour l'usinage de trous est limitée par la taille du trou, sa rigidité est faible, sujette à la déformation par flexion et aux vibrations ;
• Avec un outil à taille fixe, la taille du trou est souvent directement déterminée par la taille correspondante de l'outil, et l'erreur de fabrication et l'usure de l'outil affectent directement la précision du trou ;
• Lors de l'usinage de trous, la zone de coupe est à l'intérieur de la pièce, l'évacuation des copeaux et la dissipation de chaleur sont mauvaises, la précision et la qualité de surface sont difficiles à contrôler.

1. Perçage

Le perçage est la première opération d'usinage de trous dans le matériau plein, généralement pour diamètres < 80 mm. Deux méthodes : rotation de la mèche ou rotation de la pièce. Les erreurs diffèrent selon la méthode. Avec la mèche en rotation, si elle dévie par asymétrie des arêtes de coupe et rigidité insuffisante, l'axe du trou sera décentré ou tortueux, mais le diamètre reste inchangé ; inversement, avec la pièce en rotation, la déviation de la mèche change le diamètre, mais l'axe reste droit.

Outils courants : mèche hélicoïdale, mèche de centrage, mèche pour trous profonds, la mèche hélicoïdale étant la plus utilisée. En raison de limitations structurelles, la rigidité en flexion et torsion de la mèche est faible, le centrage médiocre, la précision de perçage faible (généralement IT13–IT11) ; rugosité de surface élevée (Ra 50–12,5 µm). Mais le taux d'enlèvement de matière est important et l'efficacité de coupe élevée. Le perçage sert principalement pour les trous à faibles exigences de qualité : trous de boulon, trous de filetage, trous d'huile, etc. Pour trous à haute précision et qualité de surface, on utilise alésage, alésage de précision, alésage fin ou rectification en opérations ultérieures.

2. Alésage

L'alésage est une méthode de finition de trous, largement utilisée en production. Pour les petits trous, l'alésage est plus économique et pratique que le rectifage intérieur et l'alésage fin.

Alésoir

Les alésoirs se divisent généralement en deux types : alésoirs manuels et alésoirs machine. L'alésoir manuel a une queue droite, une partie travaille plus longue, une meilleure fonction de guidage. Il existe en version monobloc et à diamètre extérieur réglable. Les alésoirs machine sont à queue ou à douille. Les alésoirs peuvent usiner non seulement des trous cylindriques mais aussi des trous coniques avec des alésoirs coniques.

Technologie d'alésage et applications

La surépaisseur d'alésage influence grandement la qualité. Si trop grande : charge élevée sur l'alésoir, émoussement rapide, surface lisse difficile, tolérance dimensionnelle difficile à garantir ; si trop petite : les traces d'outil du processus précédent ne sont pas éliminées, pas d'amélioration de la qualité. Généralement, surépaisseur d'ébauche 0,35–0,15 mm, de finition 0,15–0,05 mm.

Pour éviter la formation de matériau rapporté, l'alésage se fait généralement à basses vitesses de coupe (v < 8 m/min pour alésoirs en acier rapide pour acier et fonte). La valeur de l'avance dépend du diamètre à usiner. Plus le diamètre est grand, plus l'avance est grande. Pour alésoir acier rapide sur acier/fonte, avance typique 0,3–1 mm/tr.

Lors de l'alésage, il faut refroidir, lubrifier et nettoyer avec fluide de coupe approprié pour éviter le matériau rapporté et évacuer les copeaux. Comparé au rectifage et à l'alésage fin, l'alésage a une productivité élevée et assure facilement la précision du trou ; mais il ne peut pas corriger l'erreur de position de l'axe du trou, qui doit être garantie par le processus précédent. Trous à degrés et trous borgnes ne conviennent pas à l'alésage.

La précision dimensionnelle de l'alésage est généralement IT9–IT7, rugosité Ra 3,2–0,8. Pour trous moyens à haute précision (ex. IT7), le processus perçage-alésage-ébauche-alésage fin est un schéma typique en production.

3. Alésage de Précision (Boring)

L'alésage de précision est une méthode qui utilise un outil de coupe pour agrandir un trou préexistant. Il peut se faire sur une machine à aléser ou un tour.

Méthodes d'alésage de précision

Il existe 3 méthodes d'usinage différentes pour l'alésage de précision.

(1) La pièce tourne et l'outil avance. La plupart de l'alésage sur tour appartient à cette méthode. Caractéristiques : l'axe du trou usiné coïncide avec l'axe de rotation de la pièce, la rondeur dépend de la précision de rotation de la broche, l'erreur géométrique axiale dépend de la précision de position de la direction d'avance de l'outil par rapport à l'axe de rotation. Adapté aux trous exigeant coaxialité avec la surface extérieure.

(2) L'outil tourne et la pièce fait un mouvement d'avance. La broche de la machine à aléser entraîne l'outil, la table entraîne la pièce en avance.

(3) L'outil tourne et avance. Cette méthode modifie le porte-à-faux de la barre d'alésage, changeant force et déformation. Le diamètre du trou est petit, formant un trou conique. De plus, l'allongement du porte-à-faux augmente la flexion de la broche sous son poids, courbant l'axe du trou. Cette méthode ne convient qu'aux trous courts.

Alésage Diamant (Diamond Boring)

Comparé à l'alésage ordinaire, l'alésage diamant se caractérise par une faible profondeur de passe, faible avance, haute vitesse de coupe. Il atteint une haute précision (IT7–IT6) et une surface très lisse (Ra 0,4–0,05). À l'origine avec outils en diamant, maintenant généralement en carbure cémenté, CBN, diamant synthétique. Principalement pour pièces non ferreuses, mais aussi fonte et acier.

Paramètres de coupe courants pour l'alésage diamant : passe d'ébauche 0,2–0,6 mm, passe de finition 0,1 mm ; avance 0,01–0,14 mm/tr ; vitesse de coupe 100–250 m/min pour fonte, 150–300 m/min pour acier, 300–2000 m/min pour métaux non ferreux.

Pour garantir la haute précision et qualité de surface, la machine (machine à aléser diamant) doit avoir une haute précision géométrique et rigidité. La broche est généralement supportée par roulements à billes à contact oblique de précision ou paliers hydrostatiques, les parties en rotation rapide doivent être précisément équilibrées ; le mécanisme d'avance doit être très stable pour assurer un mouvement d'avance stable et à basse vitesse.

L'alésage diamant offre une excellente qualité et un haut rendement, largement utilisé pour la finition de trous de précision en production de masse : cylindres de moteur, trous d'axe de piston, trous de broche de boîte de broche. Attention : pour l'alésage diamant de métaux ferreux, seuls outils en carbure et CBN peuvent être utilisés, pas de diamant, car les atomes de carbone du diamant ont une forte affinité avec les éléments du groupe fer, durée de vie de l'outil faible.

Outil d'Alésage de Précision

Les outils d'alésage se divisent en outils à une arête et à deux arêtes.

Caractéristiques technologiques et domaine d'application de l'alésage de précision

Comparé au processus perçage-alésage-ébauche, le diamètre du trou n'est pas limité par la taille de l'outil, et l'alésage a une forte capacité de correction d'erreur. L'alésage et les surfaces de positionnement maintiennent une haute précision de position.

Comparé à l'usinage de surfaces extérieures, en raison de la faible rigidité et grande déformation du système porte-outil, les conditions d'évacuation de chaleur et de copeaux sont mauvaises, les déformations thermiques de la pièce et de l'outil sont importantes. La qualité d'usinage et l'efficacité de l'alésage ne sont pas aussi élevées que pour l'usinage extérieur.

L'alésage a une large gamme d'applications, pouvant usiner des trous de diverses tailles et niveaux de précision. Pour les trous et systèmes de trous de grand diamètre aux exigences dimensionnelles et de position élevées, l'alésage est presque la seule méthode. Précision IT9–IT7, rugosité Ra. Réalisé sur machines à aléser, tours, fraiseuses. Avantage de flexibilité, largement utilisé en production. En production de masse, pour améliorer l'efficacité, on utilise souvent des mandrins d'alésage.