Le rainurage et le tronçonnage sont deux opérations d’usinage par enlèvement de matière, qui partagent des caractéristiques techniques similaires mais répondent à des objectifs distincts.
Le rainurage consiste à usiner une cavité de forme prédéfinie (rectangulaire, en V, en U ou profilée) sur la surface d’une pièce, pour des fonctions variées : joint d’étanchéité, logement de roulement, fixation, ou encore délimitation de zones fonctionnelles. Le tronçonnage, quant à lui, vise à séparer une pièce en deux parties distinctes, généralement pour obtenir une pièce finie à partir d’une barre brute ou d’un ébauche.
Ce qui caractérise ces deux opérations, et qui les distingue du fraisage ou du tournage conventionnel, est l’utilisation d’outils étroits : la largeur de coupe de l’outil (notée (b)) est très inférieure à sa profondeur de coupe maximale (notée (a_p)). Cette géométrie spécifique impose des contraintes uniques sur l’outil, la pièce et la machine, qui structurent l’ensemble des paramètres et des bonnes pratiques associées.
Pour maîtriser ces opérations, il est essentiel de comprendre comment l’interaction entre l’outil et la matière se déroule, car elle diffère significativement des opérations d’usinage standard.
Contrairement au tournage ou au fraisage où la force de coupe principale est orientée dans la direction de l’avance, le rainurage et le tronçonnage génèrent une force radiale (perpendiculaire à l’axe de la pièce) très élevée. Cette force, appelée force de poussée, est le principal facteur de déviation de l’outil. Pour un outil étroit, la déviation est amplifiée : une force de poussée élevée combinée à une section transversale réduite de l’outil crée un effet de levier qui déforme l’outil et dévie sa trajectoire.
L’usinage génère de la chaleur par frottement et déformation de la matière. Dans le cas du rainurage et du tronçonnage, la zone de coupe est partiellement ou totalement confinée : l’outil est en contact avec la matière sur plusieurs faces (face de coupe, face de dégagement latérales), ce qui réduit l’évacuation de la chaleur. La température de la zone de coupe peut donc atteindre des niveaux très élevés, accélérant l’usure de l’outil et dégradant la qualité de la surface usinée.
La formation des copeaux est un point critique pour ces opérations. Un copeau mal formé (trop long, trop épais, trop rigide) ne peut pas s’évacuer correctement de la zone de coupe. Il se coince entre l’outil et la pièce, générant des contraintes supplémentaires, augmentant la chaleur et pouvant casser l’outil ou endommager la pièce. Pour le tronçonnage, un copeau mal évacué peut également causer des problèmes de sécurité, car il peut être projeté à grande vitesse.
L’usure des outils de rainurage et de tronçonnage est principalement de deux types :
Pour les outils étroits, ces deux types d’usure sont amplifiés car la surface de contact entre l’outil et la matière est réduite, ce qui concentre les contraintes et la chaleur sur une zone plus petite.
Le choix des paramètres d’usinage pour le rainurage et le tronçonnage est un équilibre entre productivité, qualité de la pièce, durée de vie de l’outil et sécurité. Voici les plages de paramètres courantes et les compromis associés :
La vitesse de coupe est la vitesse relative entre l’outil et la pièce, exprimée en mètres par minute (m/min).
| Matière | Plage de vitesse de coupe (m/min) | Compromis |
|---|---|---|
| Acier doux | 80 – 150 | Une vitesse trop élevée augmente la chaleur et l’usure par cratère. |
| Acier allié | 50 – 100 | Une vitesse trop faible augmente la force de coupe et la déviation. |
| Acier inoxydable | 30 – 80 | Une vitesse trop élevée cause un collage de la matière sur l’outil. |
| Aluminium | 150 – 300 | Une vitesse trop faible génère des copeaux longs et difficiles à évacuer. |
| Cuivre et alliages | 100 – 200 | Une vitesse trop élevée augmente l’usure par abrasion. |
L’avance est la distance parcourue par l’outil par tour de la pièce, exprimée en millimètres par tour (mm/tr).
| Matière | Plage d’avance (mm/tr) | Compromis |
|---|---|---|
| Acier doux | 0.05 – 0.2 | Une avance trop élevée augmente la force de coupe et la déviation. |
| Acier allié | 0.03 – 0.15 | Une avance trop faible génère des copeaux fins et difficiles à évacuer. |
| Acier inoxydable | 0.04 – 0.12 | Une avance trop élevée cause un collage de la matière sur l’outil. |
| Aluminium | 0.08 – 0.25 | Une avance trop faible génère des copeaux longs et enchevêtrés. |
| Cuivre et alliages | 0.06 – 0.18 | Une avance trop élevée augmente la déviation de l’outil. |
La géométrie de l’outil est un facteur déterminant pour la performance. Voici les éléments clés :
Le choix de la machine dépend de la taille de la pièce et des contraintes de l’opération. Par exemple :
Plusieurs problèmes peuvent survenir lors d’opérations de rainurage et de tronçonnage. Voici les plus courants, comment les reconnaître et les résoudre :
Le rainurage et le tronçonnage sont des opérations très utiles, mais elles présentent des limites importantes :
| Problème | Causes possibles | Solutions |
|---|---|---|
| Déviation de l’outil | Avance trop élevée, outil trop long, support trop souple, rayon de coupe trop petit | Réduire l’avance, utiliser un outil plus court, augmenter le rayon de coupe |
| Copeaux mal évacués | Géométrie de brise-copeaux inadaptée, vitesse trop faible, manque de lubrification | Changer de brise-copeaux, augmenter la vitesse, augmenter le débit de lubrification |
| Casse de l’outil | Force de coupe trop élevée, copeaux coincés, usure excessive | Réduire l’avance, améliorer l’évacuation des copeaux, remplacer l’outil |
| Usure excessive | Vitesse trop élevée, manque de lubrification, matière abrasive | Réduire la vitesse, augmenter la lubrification, utiliser un outil plus résistant |
| Surface irrégulière | Déviation de l’outil, copeaux mal évacués, usure de l’outil | Corriger la déviation, améliorer l’évacuation des copeaux, remplacer l’outil |
Avant de lancer une opération de rainurage ou de tronçonnage, vérifiez les points suivants :
Quelle est la différence entre un outil de rainurage et un outil de tronçonnage ? Les outils de rainurage et de tronçonnage partagent une géométrie étroite, mais ils sont conçus pour des objectifs différents. Les outils de tronçonnage sont généralement plus résistants à la flexion et à la rupture, car ils doivent supporter des forces de coupe élevées pendant toute la durée de la coupe. Les outils de rainurage, quant à eux, sont souvent conçus pour offrir une meilleure qualité de surface et une meilleure précision.
Comment réduire la déviation de l’outil pendant le rainurage ? Plusieurs solutions permettent de réduire la déviation de l’outil : utiliser un outil plus court ou un support d’outil plus rigide, réduire l’avance, augmenter la vitesse de coupe, augmenter le rayon de la face de coupe de l’outil, ou utiliser un outil en carbure plus résistant.
Quelle est la meilleure façon de contrôler les copeaux pendant le tronçonnage ? Le contrôle des copeaux dépend de la matière et des paramètres d’usinage. La première étape est de choisir une géométrie de brise-copeaux adaptée à la matière. Ensuite, ajustez la vitesse et l’avance : une vitesse trop faible ou une avance trop faible génère souvent des copeaux longs et difficiles à évacuer. Enfin, assurez-vous que le débit de lubrification est suffisant pour refroidir la zone de coupe et aider à évacuer les copeaux.
Peut-on réaliser des opérations de rainurage et de tronçonnage sur un centre d’usinage vertical ? Oui, il est tout à fait possible de réaliser des opérations de rainurage et de tronçonnage sur un centre d’usinage vertical, à condition que la machine dispose d’un couple de broche suffisant et d’une rigidité adaptée. Par exemple, le centre d’usinage vertical GA-MV856 (couple de broche jusqu’à 95,5 Nm) est adapté à de nombreuses opérations de rainurage et de tronçonnage sur des pièces de taille moyenne.
Quels sont les risques de sécurité associés au tronçonnage et comment les prévenir ? Les principaux risques de sécurité associés au tronçonnage sont la projection de copeaux à grande vitesse et la rupture d’outil. Pour prévenir ces risques, assurez-vous que la pièce est correctement fixée, que l’outil est correctement serré et en bon état, que les paramètres d’usinage sont adaptés, que les protections de sécurité de la machine sont en place et fonctionnelles, et que la zone de travail est dégagée. Il est également recommandé de porter des équipements de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, etc.).
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