L’alésage et le perçage de précision sont deux procédés d’usinage par enlèvement de matière dédiés à la réalisation de trous de haute qualité, après un perçage préalable ou un ébauchement. Ils partagent un objectif commun : atteindre des tolérances dimensionnelles serrées et une finition de surface contrôlée, mais diffèrent par leur fonction et leur mise en œuvre.
L’alésage est un procédé de finition de trous déjà préformés (perçés, fraisés ou ébauchés). Il utilise un outil monobloc (alésoir) à plusieurs arêtes de coupe, qui tourne autour de son propre axe tout en avançant dans le trou. Ses propriétés clés sont :
Le perçage de précision est un procédé de finition ou de semi-finition qui utilise une tête de perçage (outil ajustable) pour usiner des trous de grande taille ou de haute précision. Contrairement à l’alésage, la tête de perçage peut être ajustée radialement pour modifier le diamètre du trou en cours de process. Ses propriétés clés sont :
Ces deux procédés impliquent des mécanismes de coupe spécifiques, qui influencent directement la qualité du trou et la durée de vie de l’outil.
Les forces de coupe sont faibles par rapport à l’ébauchement, car la profondeur de passe (épaisseur de matière enlevée par arête) est très réduite :
Ces forces faibles sont un atout pour la précision, mais elles impliquent que l’outil doit être suffisamment rigide pour ne pas fléchir sous l’effet des forces de coupe.
La chaleur générée est modérée, car la vitesse de coupe est adaptée pour éviter l’échauffement excessif de l’arête de coupe. Contrairement à l’ébauchement, où la chaleur est évacuée par le copeau, une partie de la chaleur est transférée à l’outil et à la pièce. Pour les ajustements H7, un échauffement excessif de la pièce peut entraîner une dilatation thermique, qui fausse la mesure du diamètre du trou pendant l’usinage.
Les copeaux sont fins et courts, car la profondeur de passe est faible. Pour les matériaux ductiles (acier doux, aluminium), les copeaux sont continus et doivent être évacués rapidement pour ne pas rayer la surface du trou. Pour les matériaux fragiles (fonte, bronze), les copeaux sont fragmentés, ce qui réduit le risque de rayure.
L’usure des outils est principalement abrasive et adhésive :
Les paramètres d’usinage sont adaptés au matériau de la pièce, au type de procédé et à la machine-outil utilisée. Les plages indiquées ci-dessous sont valables pour des matériaux courants (acier au carbone, aluminium, fonte) et les machines Gree CNC listées.
La vitesse de coupe est la vitesse linéaire de l’arête de coupe par rapport à la pièce, exprimée en m/min. Elle détermine la fréquence de rotation de la broche (n, en tr/min) par la formule : n = (1000 × Vc) / (π × D), où D est le diamètre du trou en mm.
| Procédé | Plage Vc (m/min) | Raison des plages |
|---|---|---|
| Alésage | 30 à 120 | - 30 m/min pour des matériaux durs ou des outils en acier rapide ; - 120 m/min pour l’aluminium ou des outils en carbure revêtu. |
| Perçage de précision | 20 à 100 | - 20 m/min pour des matériaux très durs ou des têtes de perçage à plusieurs arêtes ; - 100 m/min pour l’aluminium ou des têtes de perçage à haute rigidité. |
Compromis : Une vitesse de coupe trop élevée augmente l’usure de l’outil et le risque de dilatation thermique de la pièce. Une vitesse trop faible augmente la rugosité de la surface et le risque d’adhésion de matière sur l’outil.
L’avance par tour est la distance parcourue par l’outil par tour de broche, exprimée en mm/tr. Elle détermine la rugosité de la surface et la durée de vie de l’outil.
| Procédé | Plage f (mm/tr) | Raison des plages |
|---|---|---|
| Alésage | 0,05 à 0,2 | - 0,05 mm/tr pour des finitions très serrées (Ra < 0,8 µm) ; - 0,2 mm/tr pour des finitions moins exigeantes ou des matériaux durs. |
| Perçage de précision | 0,1 à 0,4 | - 0,1 mm/tr pour des finitions de haute qualité ; - 0,4 mm/tr pour des diamètres de trou importants ou des matériaux ductiles. |
Compromis : Une avance trop élevée augmente la force de coupe et le risque de fléchissement de l’outil. Une avance trop faible augmente la rugosité de la surface et l’usure abrasive de l’outil.
La géométrie des outils est adaptée au procédé et au matériau :
Les machines Gree CNC ont des caractéristiques qui influencent le choix des paramètres :
Les défauts les plus courants sont liés à des paramètres mal adaptés, un outil défectueux ou une machine mal réglée.
Ces procédés ne sont pas adaptés à tous les cas d’usage. Voici leurs limites principales :
Trous de très petit diamètre : Pour des diamètres inférieurs à 3 mm, l’alésage et le perçage de précision sont difficiles à mettre en œuvre, car les outils sont très fragiles et sujets au fléchissement. Dans ce cas, le perçage de précision par électroérosion ou le laser sont des alternatives plus adaptées.
Trous profonds (rapport longueur/diamètre > 10) : Pour des trous dont la longueur est plus de 10 fois le diamètre, l’évacuation des copeaux est difficile, et l’outil est sujet au fléchissement. L’alésage et le perçage de précision sont donc peu adaptés, et le perçage profond par outils spéciaux est préféré.
Matériaux très durs (dureté > 45 HRC) : Pour des matériaux très durs, l’usure des outils est très rapide, et les paramètres d’usinage doivent être très faibles, ce qui rend le procédé peu économique. Dans ce cas, l’électroérosion ou le meulage de précision sont des alternatives plus adaptées.
Production de très grande série : Pour des séries de plus de 10 000 pièces, l’alésage et le perçage de précision sont moins économiques que le perçage par outils spéciaux ou le formage à froid, qui offrent des cadences de production plus élevées.
| Catégorie | Plages de valeurs | Défauts associés et solutions |
|---|---|---|
| Vitesse de coupe (Vc) | Alésage : 30-120 m/min ; Perçage de précision : 20-100 m/min | - Vc trop élevée : dilatation thermique, usure rapide de l’outil → réduire Vc - Vc trop faible : rugosité élevée, adhésion de matière → augmenter Vc |
| Avance par tour (f) | Alésage : 0,05-0,2 mm/tr ; Perçage de précision : 0,1-0,4 mm/tr | - f trop élevée : fléchissement de l’outil, diamètre hors tolérance → réduire f - f trop faible : rugosité élevée, usure abrasive → augmenter f |
| Profondeur de passe (ap) | Alésage : 0,05-0,2 mm ; Perçage de précision : 0,1-0,5 mm | - ap trop élevée : fléchissement de l’outil, force de coupe excessive → réduire ap - ap trop faible : dilatation thermique, usure de l’outil → augmenter ap |
| Finition de surface (Ra) | Alésage : 0,4-1,6 µm ; Perçage de précision : 0,8-3,2 µm | - Ra trop élevée : avance trop élevée, vitesse trop faible, outil usé → ajuster paramètres ou remplacer l’outil |
| Tolérance H7 | Diamètre du trou avec une tolérance de quelques micromètres (ex: H7 pour 20 mm : 0 à +0,021 mm) | - Diamètre hors tolérance : dilatation thermique, usure de l’outil, réglage incorrect → mesurer après refroidissement, remplacer l’outil, ajuster la tête de perçage |
Avant de lancer l’usinage, vérifiez les points suivants :
Préparation du trou préexistant : Le trou préalable doit avoir une rectitude et une circularité suffisantes (tolérance IT9 à IT10) pour que l’outil puisse le suivre. Vérifiez que le trou est exempt de bavures ou de défauts.
Choix de l’outil : Sélectionnez un outil adapté au matériau de la pièce et à la tolérance cible. Vérifiez que l’outil est affûté et exempt de défauts.
Réglage de la machine :
Fixation de la pièce : Assurez-vous que la pièce est fixée solidement pour éviter tout déplacement pendant l’usinage. Utilisez des serrages adaptés à la taille et à la forme de la pièce.
Lubrification : Utilisez un lubrifiant de coupe adapté au matériau de la pièce. Pour les matériaux ductiles, utilisez un lubrifiant à haute pression pour améliorer l’évacuation des copeaux.
Paramètres d’usinage : Ajustez les paramètres en fonction du matériau et de la machine. Pour les ajustements H7, commencez par des paramètres conservateurs et ajustez progressivement.
Contrôle qualité : Mesurez le diamètre du trou après refroidissement de la pièce. Vérifiez la rugosité de la surface et la circularité du trou.
Quelle est la différence entre un ajustement H7 et un ajustement H8 ? Un ajustement H7 est une tolérance dimensionnelle plus serrée que H8. Pour un diamètre de 20 mm, la tolérance H7 est de 0 à +0,021 mm, tandis que la tolérance H8 est de 0 à +0,033 mm. L’alésage et le perçage de précision sont adaptés aux ajustements H7, tandis que des procédés moins précis (comme le perçage standard) sont adaptés aux ajustements H8.
Puis-je utiliser une GA-MV856 pour réaliser des ajustements H7 ? Oui, la GA-MV856 (centre d’usinage vertical) a une précision de positionnement de 0,010 mm et une répétabilité de 0,006 mm, ce qui est suffisant pour réaliser des ajustements H7. Cependant, pour des tolérances très serrées ou des séries importantes, la GA-DV750 (avec une précision de 0,003 mm) est plus adaptée.
Combien de temps dure un alésoir avant de devoir être remplacé ? La durée de vie d’un alésoir dépend du matériau de la pièce, des paramètres d’usinage et de la qualité de l’outil. Pour un alésoir en carbure revêtu utilisé sur de l’acier au carbone, la durée de vie est de 1 000 à 10 000 trous. Pour de l’aluminium, elle peut aller jusqu’à 50 000 trous.
Comment ajuster une tête de perçage pour obtenir un diamètre précis ? Pour ajuster une tête de perçage, utilisez un micromètre extérieur pour mesurer le diamètre de coupe de la tête. Tournez la vis de réglage de la tête pour modifier le diamètre : généralement, un tour de vis correspond à une variation de diamètre de 0,1 à 0,5 mm. Après ajustement, vérifiez la concentricité de la tête avec un comparateur.
Puis-je réaliser un alésage sur une machine de tournage ? Oui, vous pouvez réaliser un alésage sur une machine de tournage (comme la GA-HT6065 ou la GA-TMY6555). Dans ce cas, la pièce tourne autour de son propre axe, et l’outil d’alésage est fixe et avance dans le trou. Les paramètres d’usinage sont similaires à ceux utilisés sur un centre d’usinage, mais il faut adapter la vitesse de rotation de la broche à la vitesse de coupe cible.
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