Perçage Les différents processus de coupe que sont le perçage, l'alésage ou le lamage sont réalisés à l'aide de différents types de forets. Le perçage est un processus de coupe qui produit des trous en utilisant des forets hélicoïdaux, des forets plats ou des forets centraux sur des matériaux solides pour créer des trous traversants ou des trous borgnes. L'alésage permet d'agrandir le diamètre d'un trou préexistant dans une pièce à l'aide de [...]
Les différents processus de coupe, tels que le perçage, l'alésage ou le contre-perçage, sont réalisés à l'aide de différents types de forets.
Le perçage est un processus de coupe qui permet de réaliser des trous à l'aide de forets hélicoïdauxPour créer des trous de passage ou des trous borgnes, il faut utiliser des forets plats ou des forets de centrage sur des matériaux solides.
L'alésage permet d'augmenter le diamètre d'un trou préexistant dans une pièce à l'aide d'un foret aléseur.
Le lamage est réalisé à l'aide d'un foret à une extrémité du trou préexistant pour produire des lamages, des trous coniques, des plans partiels ou des formes sphériques, qui sont utilisés pour installer des fixations.
Il existe deux méthodes principales de forage :
1) la pièce reste immobile tandis que le foret tourne et avance axialement, ce qui est généralement appliqué sur les perceuses, les aléseuses, les centres d'usinage ou les machines-outils combinées ;
2) la pièce tourne tandis que le foret n'avance que dans le sens axial, ce qui est généralement appliqué sur les tours ou les machines de perçage de trous profonds. Les forets hélicoïdaux peuvent produire des trous d'un diamètre allant de 0,05 mm à 100 mm, tandis que les forets plats peuvent atteindre 125 mm. Pour les trous de plus de 100 mm, on commence généralement par réaliser un petit trou prépercé (ou un trou de coulée réservé), puis on perce le trou à la taille requise.
Pendant le forage, la vitesse de forage (v) est la vitesse circonférentielle du diamètre extérieur du foret (m/min), et la vitesse d'avance (f) est la distance axiale que le foret (ou la pièce) parcourt par tour pendant le forage dans le trou (mm/r).
La figure 2 montre les paramètres de forage d'un foret hélicoïdal. Comme un foret hélicoïdal possède deux arêtes de coupe, la vitesse d'avance pour chaque dent est calculée comme af=f/2 (mm/dent).
Il existe deux profondeurs de coupe : lors du perçage de trous, elle est calculée comme la moitié du diamètre du foret (d) ; lors de l'alésage, elle est calculée comme (d-d0)/2, où d0 est le diamètre du trou préexistant.
L'épaisseur du copeau coupé par chaque dent est a0=afsin(Κr), avec des unités en millimètres, où Κr est la moitié de l'angle de la pointe du foret.
Lorsque l'on utilise des forets hélicoïdaux en acier rapide pour percer des matériaux en acier, la vitesse de perçage est généralement comprise entre 16 et 40 m/min. alliage dur peuvent doubler la vitesse de forage.
Pendant le processus de forage, un foret hélicoïdal possède deux arêtes de coupe primaires et une arête transversale, communément appelées "une pointe (centre du foret) et trois lames", qui participent à la coupe.
Le foret hélicoïdal travaille dans un état semi-fermé où l'arête transversale est fortement comprimée et où l'enlèvement des copeaux est difficile. Les conditions de traitement sont donc plus complexes et plus difficiles que le tournage ou d'autres méthodes de coupe, ce qui se traduit par une précision de traitement moindre et des surfaces plus rugueuses.
La précision de perçage des matériaux en acier est généralement IT13-10, avec rugosité de la surface de Ra20-1,25μm, tandis que la précision de l'alésage peut atteindre IT10-9, avec une rugosité de surface de Ra10-0,63μm.
La qualité et l'efficacité du processus de forage dépendent en grande partie de la forme de l'arête de coupe du trépan.
En production, la forme et l'angle du tranchant d'un foret hélicoïdal sont souvent modifiés par affûtage afin de réduire la résistance à la coupe et d'améliorer les performances de forage. Le foret de groupe chinois est un exemple de foret hélicoïdal fabriqué selon cette méthode.
Lorsque le rapport entre la profondeur (l) et le diamètre (d) d'un trou foré est supérieur à six, on considère généralement qu'il s'agit d'un forage profond. Le trépan utilisé pour le forage profond est mince et peu rigide. Pendant le forage, le trépan a tendance à dévier et à frotter contre la paroi du trou, ce qui complique le refroidissement et l'évacuation des copeaux.
Par conséquent, lorsque le rapport l/d est supérieur à 20, un trépan spécialement conçu pour les trous profonds est nécessaire et un fluide de coupe avec un certain débit et une certaine pression est utilisé pour le refroidissement et le rinçage des copeaux afin d'obtenir des résultats de forage de haute qualité avec une grande efficacité.
Un foret est un outil de coupe utilisé pour percer des trous dans des matériaux solides, soit pour créer des trous traversants, soit pour créer des trous borgnes, et peut également être utilisé pour agrandir des trous existants.
Les forets les plus couramment utilisés sont les forets hélicoïdaux, les forets plats, les forets centraux, les forets pour trous profonds et les forets pour contre-trous. Bien que les alésoirs et les fraises ne soient pas utilisés pour percer des trous dans des matériaux solides, ils sont souvent classés dans la catégorie des mèches.
Figure 3. Différents types de forets.
Les forets hélicoïdaux sont les outils de traitement des trous les plus utilisés. Leur diamètre varie de 0,25 mm à 80 mm. Ils sont principalement composés d'une partie travaillante et d'une partie de la tige.
La partie active présente deux rainures hélicoïdales ressemblant à un ruban torsadé, d'où le nom de foret hélicoïdal. Afin de réduire le frottement entre la pièce de guidage et la paroi du trou pendant le forage, le diamètre du foret hélicoïdal diminue progressivement de la pointe à la tige en une forme conique.
L'angle de spirale du foret hélicoïdal affecte principalement la taille de l'angle avant de l'arête de coupe, la résistance de la lame de l'arête et la performance de l'enlèvement des copeaux ; il est généralement compris entre 25° et 32°.
La rainure en spirale peut être traitée par fraisage, meulage, laminage à chaud ou extrusion à chaud, et la partie coupante du trépan est formée après avoir été affûtée.
L'angle supérieur de la partie coupante d'un foret hélicoïdal standard est de 118°, l'angle d'inclinaison du bord transversal est de 40° à 60° et l'angle arrière est de 8° à 20°. Pour des raisons structurelles, l'angle avant est progressivement réduit du bord extérieur vers le milieu, et il y a un angle avant négatif (jusqu'à environ -55°) au bord transversal, ce qui exerce un effet de pression pendant le perçage.
Afin d'améliorer les performances de coupe du foret hélicoïdal, la partie coupante peut être rectifiée en différentes formes (telles que les forets de groupe) en fonction des propriétés du matériau traité. La tige d'un foret hélicoïdal se présente sous deux formes : la tige droite et la tige conique. Pendant l'usinage, la première est serrée dans le mandrin et la seconde est insérée dans le trou conique de la broche ou de la contre-pointe de la machine-outil.
En général, les forets hélicoïdaux sont fabriqués en acier rapide. Les forets hélicoïdaux avec carbure cémenté sont adaptés au traitement de la fonte, de l'acier trempé, des matériaux non métalliques, etc., et les petits forets hélicoïdaux en carbure monobloc sont utilisés pour le traitement des pièces d'instruments et des cartes de circuits imprimés, etc.
La partie coupante du foret plat est en forme de pelle, sa structure est simple et son coût de fabrication est faible. Le fluide de coupe peut être facilement introduit dans le trou, mais ses performances en matière de coupe et d'enlèvement des copeaux sont médiocres. Les forets plats peuvent être divisés en deux types : les forets intégraux et les forets assemblés.
Le type intégral est principalement utilisé pour percer des micro-trous d'un diamètre de 0,03 mm à 0,5 mm. Les forets plats assemblés ont des lames remplaçables et peuvent être refroidis à l'intérieur. Ils sont principalement utilisés pour percer de grands trous d'un diamètre de 25 mm à 500 mm.
Les forets pour trous profonds désignent généralement les outils dont le rapport profondeur/diamètre du trou est supérieur à 6. Les forets pour trous profonds couramment utilisés sont les forets à canon, les forets pour trous profonds BTA, les forets à jet, les forets pour trous profonds DF, etc. Les perceuses à contre-trou sont également couramment utilisées pour le traitement des trous profonds.
Les alésoirs ont 3 à 4 dents et sont plus rigides que les forets hélicoïdaux. Ils sont utilisés pour agrandir les trous existants et améliorer la précision et la régularité de l'usinage.
Les forets à contre-trou ont plusieurs dents et sont utilisés pour façonner l'extrémité des trous, comme les trous à contre-trou pour divers types de vis à tête fraisée ou pour aplatir la surface extérieure de l'extrémité des trous.
Les forets à centrer sont utilisés pour percer des trous centraux dans des pièces à usiner de type arbre. Ils sont essentiellement composés de forets hélicoïdaux et de forets à contre-trou avec de très petits angles d'hélice, et sont également appelés forets centraux composés.
Lorsque le personnel chargé des processus mécaniques choisit un foret pour une tâche spécifique de traitement des trous, la profondeur du trou traité doit être prise en compte en premier lieu. Plus le trou est profond, plus il faut évacuer de copeaux pendant le processus d'usinage.
Si les copeaux générés pendant le traitement ne peuvent pas être évacués efficacement et en temps voulu, ils risquent de bloquer la rainure d'évacuation des copeaux de la perceuse, retardant ainsi le processus d'usinage et affectant en fin de compte la qualité du traitement du trou.
Par conséquent, l'enlèvement efficace des copeaux est un facteur clé pour mener à bien la tâche de traitement des trous de n'importe quel matériau.
Lorsque le personnel chargé du processus choisit le type de foret le mieux adapté à une tâche spécifique de traitement du trou, il doit calculer le rapport longueur/diamètre du foret.
Le rapport longueur/diamètre est le rapport entre la profondeur du trou usiné et le diamètre du foret. Par exemple, si le diamètre du foret est de 12,7 mm et que la profondeur du trou à usiner est de 38,1 mm, le rapport longueur/diamètre est de 3:1.
Lorsque le rapport longueur/diamètre est d'environ 4:1 ou moins, la plupart des forets hélicoïdaux standard peuvent évacuer en douceur les copeaux coupés par l'arête tranchante du foret.
Toutefois, lorsque le rapport longueur/diamètre dépasse la fourchette susmentionnée, des forets à trous profonds spécialement conçus sont nécessaires pour obtenir un usinage efficace.
Lorsque le rapport longueur/diamètre du trou traité dépasse 4:1, il est difficile pour les forets hélicoïdaux standard de soulever les copeaux de la zone de coupe et de les évacuer à l'extérieur du trou. Les copeaux bloquent rapidement la rainure d'évacuation des copeaux du foret.
À ce stade, il est nécessaire d'arrêter le forage, de retirer le foret du trou, de dégager les copeaux de la rainure d'évacuation des copeaux, puis de reprendre le forage pour continuer la coupe.
L'opération ci-dessus doit être répétée plusieurs fois pour atteindre la profondeur requise du trou. Cette méthode de perçage est généralement appelée "perçage au pic". L'utilisation de cette méthode pour usiner des trous profonds raccourcit la durée de vie de l'outil, réduit l'efficacité de l'usinage et affecte la qualité du trou usiné.
Chaque fois que le foret est retiré du trou pour dégager les copeaux et réinséré dans le trou, il peut dévier de l'axe du trou, ce qui entraîne une augmentation du diamètre du trou au-delà de la plage de tolérance spécifiée.
Afin de résoudre le problème de l'usinage des trous profonds, les fabricants de forets ont développé ces dernières années deux nouveaux types de forets pour l'usinage des trous profonds : les forets paraboliques ordinaires et les forets paraboliques à lame large.
La rainure d'évacuation des copeaux d'un trépan parabolique est de forme parabolique et est spécifiquement utilisée pour le forage continu de trous profonds avec un rapport longueur/diamètre allant jusqu'à 15:1 et une dureté de matériau ne dépassant pas 25-26 HRC (y compris l'acier à faible teneur en carbone, les différents types d'acier à faible teneur en carbone et l'acier à faible teneur en carbone). alliages d'aluminiumles alliages de cuivre, etc.)
Par exemple, un foret parabolique d'un diamètre de 12,7 mm peut usiner avec succès un trou d'une profondeur allant jusqu'à 190 mm.
Grâce à son grand espace d'évacuation des copeaux, un foret parabolique ordinaire peut rapidement évacuer les copeaux au niveau de l'arête de coupe tout en permettant à davantage de liquide de coupe de pénétrer dans la zone de coupe, ce qui réduit considérablement le risque de frottement de coupe et de soudage des copeaux.
En outre, il réduit la consommation d'énergie, la charge de couple et l'impact de la coupe pendant l'usinage.
L'angle d'hélice d'un foret parabolique est de 36°-38°, ce qui est supérieur à l'angle d'hélice d'un foret hélicoïdal standard (28°-30°). L'angle d'hélice peut indiquer le degré de "torsion" du foret, et plus l'angle d'hélice est grand, plus le foret et la vitesse d'enlèvement des copeaux sont rapides.
Une autre caractéristique des forets paraboliques ordinaires adaptés à l'usinage de trous profonds est que le noyau du foret est plus épais (le noyau du foret désigne la partie centrale du foret qui n'a pas été rectifiée après la formation de la rainure d'évacuation des copeaux).
La carotte d'un foret hélicoïdal standard représente environ 20% de l'ensemble du foret fini, tandis que la carotte d'un foret parabolique peut représenter environ 40% de l'ensemble du foret.
Lors du forage de trous profonds, une carotte plus épaisse peut augmenter la rigidité du trépan et améliorer la stabilité du processus de forage. La pointe du trépan parabolique est dotée d'une fente, ce qui permet d'utiliser un diamètre de carotte plus important. En outre, cela peut empêcher le trépan de se déplacer au cours de la phase initiale du forage.
Les mèches paraboliques sont fabriquées en acier rapide et peuvent être recouvertes d'un revêtement de surface pour améliorer leurs performances de coupe.
Pour répondre aux besoins de perçage de trous profonds dans des matériaux difficiles à usiner (tels que les matériaux trempés travaillés à froid), certains fabricants d'outils ont mis au point des forets paraboliques à lame large.
De nombreuses caractéristiques de ce type de foret sont similaires à celles des forets paraboliques ordinaires, comme un angle d'hélice plus important (36°-38°) pour faciliter l'évacuation des copeaux et un noyau de foret plus épais pour une meilleure rigidité et stabilité lors de l'usinage de trous profonds.
La différence avec les mèches paraboliques ordinaires réside dans la forme de la rainure d'évacuation des copeaux et du bord de la lame. Le bord de la lame du trépan parabolique à large lame s'insère en douceur dans la rainure d'évacuation des copeaux, ce qui rend le bord de coupe du trépan plus solide et plus rigide. En même temps, les copeaux peuvent être évacués en douceur par la rainure d'évacuation des copeaux.
Lors du forage de trous profonds, la température élevée causée par le frottement peut entraîner un léger ramollissement ou une perte d'efficacité. recuit de l'arête de coupe du foret, ce qui accélère son usure. La capacité de l'arête de coupe du foret à conserver sa dureté pendant le traitement peut être exprimée par la "dureté rouge".
Les forets paraboliques à lame large sont généralement fabriqués en acier rapide et en acier rapide au cobalt. En raison de la dureté rouge plus élevée de l'acier rapide au cobalt, la durée de vie de l'outil est plus longue et la résistance à l'usure plus forte.
Les revêtements de surface suivants sont couramment utilisés pour les forets paraboliques ordinaires et les forets paraboliques à lame large :
① Titane (TiN) : Ce revêtement peut améliorer considérablement la durée de vie des forets et la qualité des trous réalisés. Par rapport aux mèches non revêtues, les mèches revêtues de TiN conviennent mieux au perçage à grande vitesse de divers matériaux (en particulier de diverses pièces en acier).
② Revêtement en carbonitrure de titane (TiCN) : À la température de coupe appropriée, les forets revêtus de TiCN ont une dureté plus élevée, une plus grande ténacité et une meilleure résistance à l'usure que les forets revêtus de TiN. Ils conviennent également au perçage à grande vitesse de divers matériaux (en particulier les pièces en acier).
Toutefois, ils doivent être utilisés avec prudence lors de la transformation de métaux non ferreux. matériaux métalliques car le revêtement TiCN a une grande affinité chimique avec les métaux non ferreux et est sujet à l'usure.
③ Revêtement en nitrure de titane et d'aluminium (TiAlN) : Ce revêtement peut améliorer la durée de vie des forets, en particulier dans les environnements de coupe à haute température. Comme le revêtement TiCN, le revêtement TiAlN n'est pas très adapté au traitement des matériaux métalliques non ferreux.
Dans l'usinage des trous profonds, afin de maximiser les performances de coupe du trépan, la vitesse de forage et la vitesse d'avance doivent être optimisées en fonction du rapport longueur/diamètre spécifique.
Lorsque le rapport longueur/diamètre du processus de perçage est de 4:1, la vitesse de coupe doit être réduite de 20%, et la vitesse d'avance doit être réduite de 10%.
Lorsque le rapport longueur/diamètre est de 5:1, la vitesse de coupe doit être réduite de 30%, et la vitesse d'avance doit être réduite de 20%. Lorsque le rapport longueur/diamètre atteint 6:1-8:1, la vitesse de coupe doit être réduite de 40%. En outre, lorsque le rapport longueur/diamètre est de 5:1-8:1, la vitesse d'avance doit être réduite de 20%.
Bien que le prix d'un foret parabolique soit 2 à 3 fois supérieur à celui d'un foret hélicoïdal standard, ses excellentes performances en matière d'usinage de trous profonds (rapport longueur/diamètre supérieur à 4:1) réduisent considérablement le coût de chaque trou percé, ce qui en fait l'outil préféré des techniciens en mécanique pour l'usinage de trous profonds.
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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