Brochage Expliqué : Procédé, Applications et Types

Qu'est-ce que le Brochage ?

Le brochage est un procédé d'usinage où un outil tranchant, trempé, denté enlève de la matière d'une pièce de façon constante, continue et précise. Le processus utilise un outil avec des dents surélevées de tailles différentes qui coupent précisément une quantité spécifiée de matière à chaque passage sur la pièce.

En brochage, l'outil multi-tranchant bouge tandis que la pièce reste statique, ou la pièce bouge tandis que l'outil est statique. Dans certains cas, il peut y avoir une rotation relative entre l'outil et la pièce. Le brochage peut être interne à travers le centre de la pièce ou externe sur la surface de la pièce.

Le brochage est un procédé d'usinage qui utilise un outil denté, appelé broche, pour enlever de la matière. Il y a deux types principaux : linéaire et rotatif. En brochage linéaire, le plus courant, la broche est passée linéairement contre une surface de la pièce pour effectuer la coupe.

Les broches linéaires sont utilisées dans une machine à brocher, aussi parfois raccourcie en broche. En brochage rotatif, la broche est tournée et pressée dans la pièce pour couper une forme axiale symétrique.

Une broche rotative est utilisée dans un tour ou une machine à vis. Dans les deux processus, la coupe est effectuée en un seul passage de la broche, ce qui la rend très efficace.

Le brochage est utilisé quand l'usinage de précision est requis, surtout pour formes bizarres. Surfaces couramment usinées : trous circulaires et non circulaires, cannelures, rainures de clavette, surfaces planes.

Pièces typiques : petites à moyennes fonderies, forgages, pièces de machines à vis, estampages. Même si les broches peuvent être coûteuses, le brochage est généralement favorisé sur d'autres procédés pour les séries de production de grande quantité.

Les broches sont formées comme une scie, sauf que la hauteur des dents augmente sur la longueur de l'outil. De plus, la broche contient trois sections distinctes : une pour l'ébauche, une pour la semi-finition, et la finale pour la finition.

Le brochage est un procédé d'usinage inhabituel car il a l'avance intégrée dans l'outil. Le profil de la surface usinée est toujours l'inverse du profil de la broche. La montée par dent (RPT), aussi appelée pas ou avance par dent, détermine la quantité de matière enlevée et la taille du copeau.

La broche peut être déplacée par rapport à la pièce ou vice versa. Comme toutes les caractéristiques sont intégrées dans la broche, aucun mouvement complexe ou main-d'œuvre qualifiée n'est requis pour l'utiliser. Une broche est effectivement une collection d'outils de coupe monopoint disposés en séquence, coupant l'un après l'autre ; sa coupe est analogue à plusieurs passes d'une raboteuse.

Qu'est-ce que le Procédé de Brochage ?

Le procédé de brochage varie selon qu'un brochage de surface ou interne est utilisé. Le brochage de surface est l'opération la plus simple car une surface agit sur l'autre.

Par exemple, soit l'outil de brochage reste stationnaire et la pièce est déplacée contre lui, soit la pièce est stationnaire et la broche est déplacée contre elle.

Le brochage interne n'est pas si simple. Pour l'utilisation d'une broche interne, la pièce doit être fixée en place avec un porte-pièce, qui agit aussi comme support pour la machine à brocher. Ensuite, en utilisant l'élévateur de la machine, la broche est abaissée dans la pièce.

Puis, le tireur de la machine saisit le pilote de la broche, et quand l'élévateur libère le suiveur, le tireur tire la broche entièrement à travers la pièce. Finalement, la pièce est retirée et la broche se réengage avec l'élévateur.

Quelles sont les Utilisations du Brochage ?

Il existe une pléthore d'utilisations pour les broches. En fait, vous avez probablement vu des types de brochage dans les outils à main, appareils, plomberie, conception automobile, équipement agricole, et une variété d'autres applications militaires et industrielles.

Cependant, l'utilisation principale du brochage est la production de pièces de grand volume nécessitant des coupes précises, répétitives et complexes. Bien que le processus puisse être utilisé pour diverses applications, les meilleurs matériaux sont ceux avec une dureté entre 26 et 28 Rockwell C.

Cependant, de nombreuses entreprises de production ont eu du succès en utilisant des matériaux jusqu'à 32 Rockwell C.

Comment Entretenir Vos Broches ?

Quand vous recevez une nouvelle broche, elle est probablement bonne pour au moins 8 000 coupes. Cependant, si la broche est entretenue et affûtée régulièrement, vous pouvez augmenter cette estimation initiale à près de 60 000 coupes ou plus.

Les broches sont des pièces chères, certaines coûtant environ 2 000 $ ou plus, et bien que les 8 000 coupes estimées puissent convenir aux petites opérations, toutes les entreprises ne peuvent pas se permettre de remplacer ces outils si fréquemment.

Donc, après 3 000 pièces coupées, il peut valoir la peine d'envoyer vos broches pour les faire affûter et reconditionner afin de prolonger leur utilité et réduire les coûts de production globaux. Si vous remarquez une augmentation de la force requise pour couper vos pièces, votre broche peut avoir besoin d'affûtage.

Types de Machines à Brocher

Voici quelques types de machines à brocher à considérer :

• Brochage horizontal
• Brochage vertical
• Brochage interne
• Brochage externe
• Brochage rotatif
• Brochage linéaire

1. Machine à Brocher Horizontale

Les machines à brocher horizontales utilisent la méthode de traction pour brocher la pièce et sont utilisées pour brochage intérieur et extérieur. Une machine horizontale a un banc, un pilote de broche et un mécanisme d'entraînement.

Les broches principales sur une machine horizontale sont : rainures de clavette, cannelures, fentes, trous ronds, formes intérieures. Bien que les machines horizontales occupent de l'espace au sol, elles sont parfaites pour longues broches et pièces lourdes.

2. Machine à Brocher Verticale

Une machine à brocher verticale pousse ou tire l'outil de brochage, le brochage par poussée étant le plus courant. La conception et configuration des machines verticales permet d'effectuer plusieurs opérations car il est facile de passer une pièce d'une machine à l'autre.

Les trois types de machines verticales sont : poussée vers le bas, traction vers le haut, traction vers le bas. La conception traction vers le haut est la plus populaire. Les machines verticales peuvent être alimentées par hydraulique ou entraînement électromécanique ; l'hydraulique est la plus populaire et rentable.

3. Machine à Brocher de Surface

Une machine à brocher de surface enlève l'excès de matière de la surface d'une pièce. L'outil de coupe passe sur la pièce pour produire des surfaces planes ou profilées. La caractéristique unique est que l'outil de coupe est attaché à un bélier forcé le long de la pièce.

Le bélier peut se déplacer horizontalement ou verticalement selon la conception. Il est possible d'avoir deux béliers ; cela s'appelle brochage duplex.

4. Machine à Brocher Continue

En brochage continu, la pièce est en mouvement constant tandis que la broche est maintenue stationnaire. Le mouvement peut être rectiligne, horizontal ou circulaire.

Avec le brochage continu horizontal, les pièces sont chargées sur un montage fixé sur une chaîne. Le brochage continu est utilisé pour couper des pièces similaires en même temps.

5. Machine à Brocher Rotative

Le brochage rotatif est différent des autres formes et connu sous le nom de brochage oscillant (wobble broaching). C'est une méthode de précision pour produire des formes polygonales internes ou externes. En brochage rotatif, l'outil de coupe est placé à un angle de 1° par rapport à l'axe central de la pièce ; cela cause une coupe avec effet de ciseau ou de godronnage.

Le brochage rotatif peut être complété avec un tour ou une fraiseuse utilisant une broche horizontale ou verticale où la broche est autorisée à tourner librement. Formes créées : hexagones, carrés, godrons, clavettes, involutes, cannelures, engrenages droits, chiffres, lettres.

6. Machine à Brocher Tournante (Turn Broaching)

Les machines à brocher tournantes sont utilisées pour coupes circulaires, linéaires et spirales où les surfaces nécessitent une haute finition. L'outil a plusieurs inserts pour enlever la matière en faisant tourner le vilebrequin entre pointes. Les composants sont capables de finition ou d'ébauche. Le type de machine détermine l'outil.

Les inserts d'ébauche et leurs segments dépendent des exigences de taux d'enlèvement de matière. Les segments de finition ont des cartouches réglables, idéales pour produire des tolérances serrées.

7. Brochage CNC

Les machines à Commande Numérique par Ordinateur (CNC) peuvent être utilisées pour le brochage grâce aux développements technologiques récents. Les pièces peuvent être brochées en utilisant les procédés rotatif ou linéaire en une seule étape. Les entreprises de brochage ont conçu des outils, corps d'outils et porte-outils inclus dans le processus CNC.

Le brochage CNC a des outils de brochage à inserts indexables et porte-outils. Les porte-outils spéciaux permettent plusieurs inserts spécialisés. Broches CNC : rotatif/oscillant, poinçon, clavette, cannelures, polygones, godrons, etc.

Avantages du Brochage

• Taux de production très élevé, supérieur au fraisage, raboutage, alésage, etc.
• Haute précision dimensionnelle et de forme et finition de surface du produit.
• Ébauche et finition en un seul passage du même outil.
• Ne nécessite qu'un seul mouvement de coupe, donc conception, construction, opération et contrôle plus simples.
• Extrêmement adapté et économique pour la production de masse.
• Expertise non requise.
• Face finie remarquable.
• Temps de cycle court avec haute précision.
• Peu de compétence requise pour effectuer une opération de brochage.
• Brochage utilisable pour finition de surface interne ou externe.
• Tolérance de ±0,0075 mm et finition de surface d'environ 0,8 microns obtenables.
• Fluide de coupe facilement applicable là où il est le plus efficace car la broche tend à aspirer le fluide dans la coupe.

Inconvénients du Brochage

• Seuls les trous traversants et surfaces peuvent être usinés.
• Utilisable seulement pour coupes légères.
• Vitesse de coupe ne peut pas être élevée.
• Défauts ou dommages dans la broche affectent sévèrement la qualité du produit.
• Conception, fabrication et restauration des broches sont difficiles et coûteuses.
• Broche séparée à acquérir et utiliser chaque fois que taille, forme, géométrie du travail change.
• Économique seulement quand le volume de production est grand.
• Très grande pièce ne peut pas être brochée.
• Coût d'outil élevé.
• Brochage ne peut être utilisé pour l'enlèvement de grande quantité de matière.
• Pièces à brocher doivent pouvoir être supportées rigidement et résister aux forces de coupe.