Vous êtes-vous déjà demandé comment les minuscules trous dans les pièces métalliques sont réalisés avec une telle précision ? Cet article explore le monde fascinant de l'usinage des trous, en abordant le perçage, l'alésage, le chanfreinage et l'alésage. Apprenez comment chaque technique fonctionne, quels sont ses avantages uniques et quand l'utiliser. Préparez-vous à découvrir les secrets de la création de trous parfaits dans des matériaux solides !
L'usinage des trous est un processus familier, mais quelles sont les différences entre le perçage, l'alésage, le chanfreinage et l'alésage ? Laissez-moi vous expliquer aujourd'hui.
Le perçage est le processus initial de création de trous dans des matériaux solides, généralement d'un diamètre inférieur à 80 mm. Il existe deux méthodes de forageL'une consiste à faire tourner le foret, l'autre à faire tourner la pièce. Les erreurs produites par ces deux méthodes sont différentes.
Dans la méthode de rotation du trépan, en raison de l'asymétrie des arêtes de coupe et de la rigidité insuffisante du trépan, ce dernier peut dévier, ce qui fait que l'axe du trou devient oblique ou n'est pas droit, mais le diamètre du trou reste inchangé.
En revanche, lorsque la pièce tourne, la déviation du foret peut entraîner une modification du diamètre du trou, mais la ligne médiane reste droite.
Les outils de forage les plus courants sont les suivants forets hélicoïdauxLes forets hélicoïdaux sont les plus utilisés et leur diamètre varie de 0,1 à 80 mm.
En raison de limitations structurelles, les trépans ont une faible rigidité en flexion et en torsion, et de faibles capacités de centrage, ce qui se traduit par une faible précision de forage, généralement comprise entre IT13 et IT11 ; rugosité de la surface est également relativement élevé, généralement entre Ra 50 et 12,5 μm.
Cependant, le perçage a un taux d'enlèvement de métal et une efficacité de coupe élevés. Il est principalement utilisé pour les trous qui ne nécessitent pas une grande précision, tels que les trous de boulons, les trous de fond filetés et les trous d'huile.
Les trous nécessitant une plus grande précision et une meilleure qualité de surface doivent être finis par des procédés ultérieurs tels que l'alésage, le chanfreinage, l'alésage ou le meulage.
L'alésage est le processus qui consiste à poursuivre l'usinage des trous prépercés, moulés ou forgés afin d'en augmenter le diamètre et d'en améliorer la qualité. L'alésage peut servir d'opération de pré-finition avant l'usinage de précision ou de processus final pour les trous dont les exigences sont moins strictes. Les alésoirs sont semblables aux forets hélicoïdaux, mais ils ont plus de dents et n'ont pas d'arêtes transversales.
Par rapport au perçage, l'alésage présente les caractéristiques suivantes :
(1) Les alésoirs ont plusieurs dents (3 à 8), ce qui permet un bon guidage et une coupe stable ;
(2) Les alésoirs sont dépourvus d'arêtes transversales, ce qui améliore les conditions de coupe ;
(3) La surépaisseur d'usinage est faible, ce qui permet d'obtenir des goujures moins profondes et un noyau plus épais, d'où des corps d'outils plus résistants et plus rigides. La précision de l'alésage est généralement comprise entre IT11 et IT10, avec des valeurs de rugosité de surface comprises entre Ra 12,5 et 6,3. L'alésage est généralement utilisé pour les trous d'un diamètre inférieur à 100 mm. Lors du perçage de trous plus grands (D ≥ 30 mm), il est courant d'effectuer un pré-perçage avec un foret plus petit (0,5 à 0,7 fois le diamètre du trou), puis d'aléser à la taille souhaitée, ce qui améliore la qualité et l'efficacité de l'opération de perçage. usinage des trous.
Outre les trous cylindriques, divers alésoirs de forme spéciale, également appelés contre-perçages, peuvent être utilisés pour usiner des trous fraisés et aplatir les faces frontales. L'extrémité avant d'un alésoir comporte souvent une colonne de guidage, qui est orientée par le trou déjà usiné.
Le fraisage est l'une des méthodes d'usinage de précision pour les trous et est largement utilisé dans la production. Pour les trous de petite taille, le fraisage est une méthode plus économique et plus pratique que la rectification intérieure ou l'alésage de précision.
Les fraises sont généralement divisées en deux catégories : les fraises manuelles et les fraises mécaniques. Les fraises manuelles ont une tige droite avec une partie travaillante plus longue, ce qui permet un meilleur guidage. Elles existent en version à diamètre extérieur intégral ou réglable.
Les fraises actionnées par une machine se présentent sous la forme d'une tige ou d'un manchon. Les fraises peuvent traiter non seulement des trous ronds, mais aussi des trous coniques avec des fraises coniques.
La surépaisseur pour le fraisage a un impact considérable sur la qualité de la finition. Une surépaisseur trop importante augmente la charge sur la fraise, émousse rapidement les arêtes de coupe et rend difficile l'obtention d'une surface lisse et le maintien des tolérances dimensionnelles. Une surépaisseur insuffisante n'élimine pas les marques laissées par les processus précédents, ce qui n'améliore pas la qualité de l'usinage du trou.
La tolérance générale pour le fraisage grossier se situe entre 0,35 et 0,15 mm, tandis que pour le fraisage fin, elle se situe entre 0,15 et 0,05 mm.
Pour éviter la formation d'arêtes rapportées, le chanfreinage est généralement réalisé à faible vitesse de coupe (pour la haute vitesse acier usinage des fraises en acier et en fonte, v < 8 m/min). La vitesse d'avance dépend du diamètre du trou à usiner ; les diamètres plus importants nécessitent des vitesses d'avance plus élevées, les vitesses d'avance courantes pour les fraises en acier à grande vitesse destinées à l'usinage de l'acier et de la fonte se situant entre 0,3 et 1 mm/r.
Le surmoulage nécessite l'utilisation d'un fluides de coupe pour le refroidissement, la lubrification et le nettoyage afin d'éviter la formation d'arêtes et l'enlèvement rapide des copeaux.
Par rapport à la rectification et à l'alésage, le lamage offre une productivité plus élevée et permet de maintenir facilement la précision du trou ; toutefois, il ne peut pas corriger les erreurs de position de l'axe du trou, qui doivent être assurées par le processus précédent. Le lamage n'est pas adapté à l'usinage des trous étagés et des trous borgnes.
La précision dimensionnelle du fraisage se situe généralement entre IT9 et IT7, avec une rugosité de surface généralement comprise entre Ra 3,2 et 0,8. Pour les trous de taille moyenne avec des exigences de précision plus élevées (par exemple, les trous de qualité IT7), la séquence d'usinage typique en production est le perçage, l'alésage et le fraisage.
L'alésage est un processus d'usinage qui permet d'agrandir un trou prépercé avec un outil de coupe. Cette opération peut être réalisée aussi bien sur des aléseuses que sur des tours.
Il existe trois méthodes d'alésage différentes :
a) Rotation de la pièce avec mouvement d'avance de l'outil : Cette méthode est couramment utilisée sur les tours. Elle permet de s'assurer que l'axe du trou percé est aligné sur l'axe de rotation de la pièce. Les rondeur de l'alésage dépend principalement de la précision de rotation de la broche de la machine, tandis que l'erreur de forme géométrique axiale est principalement déterminée par la précision de la direction d'avance de l'outil par rapport à l'axe de rotation de la pièce à usiner. Cette méthode convient à l'alésage de trous nécessitant une concentricité avec la surface cylindrique extérieure.
b) Rotation de l'outil avec mouvement d'avance de la pièce : La broche de la machine à aléser entraîne la rotation de l'outil d'alésage, tandis que la table de travail fait avancer la pièce.
c) Rotation de l'outil avec mouvement d'avance : Lors de l'utilisation de cette méthode, la longueur de projection de la barre d'alésage change, de même que la déformation sous charge, ce qui entraîne un trou conique avec un diamètre plus grand près de la boîte de broche et un diamètre plus petit plus loin. En outre, lorsque la longueur de projection de la barre d'alésage augmente, la déformation par flexion causée par le poids propre de la broche augmente également, ce qui entraîne une flexion correspondante dans l'axe du trou usiné. Cette méthode ne convient que pour l'alésage de trous courts.
Par rapport à l'alésage général, l'alésage au diamant se caractérise par une plus petite quantité de contre-coupe, une plus petite vitesse d'avance et une plus grande vitesse de coupe. Il permet d'obtenir une grande précision d'usinage (IT7 à IT6) et une finition de surface très lisse (Ra 0,4 à 0,05). Initialement, l'alésage au diamant était réalisé à l'aide d'outils d'alésage au diamant, mais aujourd'hui on utilise couramment des outils d'alésage au diamant. alliage durCBN et diamants synthétiques. Il est principalement utilisé pour l'usinage de pièces en métal non ferreux et peut également être appliqué aux pièces en fonte et en acier.
Les paramètres de coupe typiques pour l'alésage au diamant sont les suivants : quantité de coupe arrière de 0,2 à 0,6 mm pour l'alésage d'ébauche et de 0,1 mm pour l'alésage de finition ; vitesse d'avance de 0,01 à 0,14 mm/r ; vitesse de coupe de 100 à 250 m/min pour la fonte, de 150 à 300 m/min pour l'acier, et de 300 à 2 000 m/min pour les métaux non ferreux.
Pour garantir une précision d'usinage et une qualité de surface élevées dans l'alésage au diamant, la machine (diamond machine d'alésage) doivent présenter une précision géométrique et une rigidité élevées. Les roulements de la broche principale utilisent souvent des roulements à billes à contact oblique de précision ou des paliers lisses hydrostatiques, et les pièces tournant à grande vitesse doivent être équilibrées avec précision. En outre, le mécanisme d'alimentation doit se déplacer en douceur pour que la table de travail puisse effectuer des mouvements d'alimentation stables et lents.
L'alésage au diamant est largement utilisé dans la production de masse pour l'usinage final de trous de précision, tels que les alésages des cylindres de moteur, les trous des axes de piston et les trous de la broche principale dans les boîtes à broches des machines-outils. Toutefois, il est important de noter que lors de l'usinage de métaux ferreux pour l'alésage au diamant, il convient d'utiliser des outils d'alésage en alliage dur ou en CBN plutôt qu'en diamant, car les atomes de carbone du diamant se lient fortement aux éléments du groupe du fer, ce qui réduit la durée de vie de l'outil.
Les outils d'alésage peuvent être classés en deux catégories : les outils d'alésage à simple tranchant et les outils d'alésage à double tranchant.
Par rapport au processus de perçage-expansion-alésage, l'alésage n'est pas limité par la taille de l'outil et a une forte capacité à corriger les erreurs. Il peut corriger la déviation initiale de l'axe du trou en plusieurs passes et maintenir une grande précision de positionnement avec la surface de repérage.
Par rapport au tournage extérieur, l'alésage présente une rigidité moindre dans le système de barre d'outils, une déformation plus importante, une mauvaise dissipation de la chaleur et des conditions d'enlèvement des copeaux, et la pièce et l'outil subissent une déformation thermique importante. Par conséquent, la qualité d'usinage et l'efficacité de production de l'alésage ne sont pas aussi élevées que celles du tournage extérieur.
En résumé, l'alésage a un large éventail d'applications, permettant d'usiner des trous de tailles et de niveaux de précision variés. C'est presque la seule méthode pour les trous de grand diamètre et les exigences élevées en matière de précision dimensionnelle et de positionnement. La précision d'usinage de l'alésage varie de IT9 à IT7, et la rugosité de surface est de Ra. L'alésage peut être réalisé sur des aléseuses, des tours, des fraiseuses et d'autres machines. les types de machines-outilsoffrant l'avantage de la flexibilité. Dans la production de masse, les gabarits d'alésage sont souvent utilisés pour améliorer l'efficacité de l'alésage.
Le rodage est une méthode d'usinage de finition des trous à l'aide d'un outil de rodage équipé de bâtons abrasifs (pierres à huile). Pendant le rodage, la pièce reste immobile tandis que l'outil de rodage, entraîné par la broche de la machine-outil, tourne et effectue des mouvements de va-et-vient linéaires.
Lors du processus de rodage, les bâtons abrasifs exercent une certaine pression sur la surface de la pièce à usiner, enlevant une couche extrêmement fine de matériau, ce qui donne un motif hachuré sur la surface. Pour que les particules abrasives ne suivent pas la même trajectoire, le nombre de rotations par minute de l'outil de rodage et le nombre de coups de va-et-vient par minute doivent être relativement premiers.
L'angle de croisement θ du motif de honage est lié à la vitesse de va-et-vient (va) et à la vitesse circonférentielle (vc) de l'outil de honage. La taille de l'angle θ affecte la qualité et l'efficacité du honage ; en général, θ est réglé à 40-60° pour un honage grossier et plus fin pour un honage de précision. Pour faciliter l'expulsion des particules abrasives brisées et des copeaux, réduire la température de coupe et améliorer la qualité du traitement, il convient d'utiliser une grande quantité de liquide de coupe pendant le honage.
Pour garantir un usinage uniforme de la paroi du trou, la course des bâtons abrasifs doit dépasser les deux extrémités du trou. Pour garantir une surépaisseur de rodage uniforme et minimiser l'impact des erreurs de rotation de la broche sur la précision de l'usinage, une connexion flottante est couramment utilisée entre l'outil de rodage et la broche de la machine.
Les réglages de l'expansion et de la contraction radiales des bâtons abrasifs de l'outil de rodage peuvent être manuels, pneumatiques, hydrauliques ou d'autres structures.
1) Le honage permet d'obtenir une grande précision dimensionnelle et de forme, avec une précision de traitement de niveau IT7-IT6. Les erreurs de circularité et de cylindricité du trou peuvent être contrôlées dans une fourchette très étroite. Toutefois, le rodage n'améliore pas la précision de la position du trou usiné.
2) Le rodage permet d'obtenir une surface de grande qualité, avec une rugosité de surface (Ra) comprise entre 0,2 et 0,025μm et une profondeur extrêmement faible de la couche de défauts altérés dans la surface du métal (2,5-25μm).
3) Bien que la vitesse circonférentielle de l'outil de rodage ne soit pas élevée (vc=16-60m/min) par rapport aux vitesses de meulage, la plus grande surface de contact entre les bâtons abrasifs et la pièce à usiner et la vitesse de va-et-vient relativement élevée (va=8-20m/min) permettent au rodage de conserver une productivité élevée.
Le honage est largement utilisé dans la production de masse pour l'usinage de trous de précision dans les cylindres de moteurs et divers dispositifs hydrauliques. La gamme de diamètres des trous commence généralement à 5 mm ou plus, et le honage peut traiter des trous profonds avec des rapports longueur/diamètre supérieurs à 10. Toutefois, le honage n'est pas adapté à l'usinage de trous dans des pièces en métaux non ferreux à forte plasticité, ni à l'usinage de trous comportant des rainures de clavette ou des cannelures.
Le brochage est un processus d'usinage de précision hautement productif réalisé sur une brocheuse à l'aide de broches spécialement conçues. Il existe deux types principaux de brocheuses : les brocheuses horizontales et les brocheuses verticales, les premières étant les plus courantes.
Pendant le brochage, la broche effectue un lent mouvement linéaire (le mouvement primaire). Le nombre de dents de brochage engagées simultanément ne doit généralement pas être inférieur à trois pour assurer la stabilité, faute de quoi une coupe irrégulière peut créer des ondulations en forme d'anneau sur la surface de la pièce. Pour éviter des forces de brochage excessives qui pourraient casser la broche, le nombre de dents de coupe travaillant en même temps ne doit généralement pas dépasser six à huit.
Il existe trois méthodes distinctes de brochage, décrites ci-dessous :
1) Le brochage couche par couche consiste à découper séquentiellement l'excédent de matière de la pièce, couche par couche. Pour faciliter bris de copeauxLes dents de la broche sont meulées avec des rainures brise-copeaux qui s'entrecroisent. Les broches conçues pour cette méthode sont appelées broches lisses.
2) Le brochage segmentaire se caractérise par le fait que chaque couche de la surface usinée est découpée par un groupe de dents de taille similaire et décalées (généralement 2 à 3 dents par groupe). Chaque dent n'enlève qu'une partie d'une seule couche de métal. Les broches conçues pour cette méthode sont appelées broches rotatives.
3) Le brochage combiné combine les avantages du brochage couche par couche et du brochage segmentaire. La partie ébauche utilise le brochage segmentaire, tandis que la partie finition utilise le brochage couche par couche. Cette méthode permet non seulement de réduire la longueur des broches et d'améliorer la productivité, mais aussi d'obtenir une meilleure qualité de surface. Les broches conçues pour cette méthode sont appelées broches combinées.
1) Les broches sont des outils à plusieurs arêtes qui peuvent effectuer séquentiellement l'ébauche, la finition et le brunissage d'un trou en une seule course de brochage, ce qui permet d'obtenir une grande efficacité de production.
2) La précision du brochage dépend essentiellement de la précision de la broche. Dans des conditions normales, le brochage peut atteindre des tolérances de IT9 à IT7, avec une rugosité de surface (Ra) atteignant 6,3 à 1,6 μm.
3) Lors du brochage, la pièce à usiner est autolocalisée par le trou en cours d'usinage (la partie avant du brochage sert d'élément de positionnement), ce qui complique la précision de la position du trou par rapport aux autres surfaces ; pour les pièces rotatives nécessitant une concentricité entre les surfaces intérieures et extérieures, le brochage est souvent effectué en premier, suivi de l'usinage d'autres surfaces en prenant le trou comme référence.
4) Les broches peuvent usiner non seulement des trous ronds, mais aussi des trous façonnés et des trous cannelés.
5) Les broches sont des outils de taille fixe avec formes complexes et des coûts élevés, ce qui les rend inadaptés à l'usinage de grands trous.
Le brochage est couramment utilisé dans la production de masse pour l'usinage de trous traversants dans des pièces de petite et moyenne taille dont le diamètre varie entre 10 et 80 mm et dont la profondeur des trous n'excède pas cinq fois le diamètre.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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