Il existe bien des opérations de perçage où les forets à goujures droites offrent des performances nettement supérieures à celles des forets hélicoïdaux. Pour les sceptiques voici quelques explications et des exemples types.

L’efficacité des forets actuels à goujures droites met à mal les convictions habituelles d’inefficacité conduisant à prétendre que la réponse à tous les besoins de perçage sont assurés par les forets hélicoïdaux. Dans certains cas, en effet, il existe des applications où un foret à goujures droites est un choix nettement préférable à celui d’un foret hélicoïdal.


Origine du foret à goujures droites
Les forets actuels à goujures droites ont pris naissance, voici des années, avec l’arrivée de forets destinés aux perçages dans les moules et les matrices. Outils courts et robustes, ils bénéficient de pointes d’une géométrie conçue pour attaquer des aciers durs. Entraînés à vitesse modérée avec de faibles avances, leur rigidité permet de réaliser des trous parfaitement ronds et rectilignes. Ils sont efficaces parce qu’ils sont conçus pour usiner des matières produisant des copeaux courts. La maîtrise des copeaux est toujours la clé de la réussite lors de l’usage des forets à goujures droites, n’aboutissant aux meilleurs résultats que dans les matières ne générant pas de longs copeaux filiformes. Parmi ceux-ci on citera la fonte, les métaux frittés, et les alliages d’aluminium à moyenne et forte teneur en silicium, de l’ordre de six pour cent et au-delà.


Progrès des forets à goujures droites
Les progrès considérables au cours de cette dernière décennie des machines-outils et de la technologie d’arrosage des outils, tout comme l’amélioration des géométries de coupe, ont étendu les domaines d’utilisation des forets à goujures hélicoïdales. C’est ainsi que l’idée selon laquelle on a besoin de forets hélicoïdaux pour évacuer les copeaux et que les forets à goujures droites ne sont utilisables que dans les fontes et l’aluminium pour des trous peu profonds, de l’ordre deux ou trois diamètres, est entièrement dépassée. Grâce, en effet, aux fortes pressions d’arrosage dont on dispose aujourd’hui sur les machines associées aux grandes vitesses de broche, un foret à goujures droites s’avère extrêmement efficace pour rompre et évacuer les copeaux. Lors d’applications bien appropriées, il assure des performances nettement supérieures à celles d’un foret hélicoïdal. L’un des très nets avantages est que ce type de foret perce des trous plus ronds et plus rectilignes, tout en travaillant plus vite qu’un foret standard au cobalt ou en acier super-rapide.

Fig. 1 - Il importe de savoir, avant tout, que les forets à goujures droites donnent de nettement meilleurs résultats pour le perçage dans des matières à copeaux courts, donc ne provoquant pas en usinage la formation de longs copeaux filiformes. C’est le cas, par exemple, de la fonte et des alliages d’aluminium à moyenne et forte teneur en silicium. On voit ici un foret à goujures droites opérant sur un bloc moteur en fonte.


Exemple de rendement d’un foret à goujures droites
Un cas typique d’application est celui d’un foret monobloc Gühring RT150GG de 10 mm de diamètre à goujures droites ayant remplacé un foret hélicoïdal dans une opération sur de l’aluminium. Le foret hélicoïdal travaillait à une vitesse de coupe de 15 m/mn avec une avance de 0,125 mm/t tandis que le foret droit tournait à une vitesse de coupe de 244 m/mn avec une avance de 0,178 mm/t. Ceci aboutissait à un temps de coupe total d’environ un dixième de celui obtenu avec le foret hélicoïdal. On doit reconnaître qu’une large part du gain réalisé est le résultat de la conception de base du foret. En effet, une goujure droite assure un cheminement rectiligne direct du copeau lors de son éjection du trou. Par contre, bien sûr, les arêtes de coupe ne disposent pas d’un angle de coupe positif et, de ce fait, elles peuvent difficilement enrouler et rompre les copeaux, notamment lorsque l’on perce des matières à copeaux filiformes.

Fig. 2 - Quand on perce un trou de 10 mm de diamètre dans la fonte, un foret hélicoïdal en acier superrapide entraîné à 30 m/mn avec une avance de 195 mm/mn et arrosage externe produit un trou de qualité IT12. Un foret hélicoïdal en carbure entraîné à 90 m/mn avec avance de 875 mm/mn avec un arrosage interne de 30 bar sous un débit de 9 l/mn donne un trou de qualité IT9. Un foret à goujures droites entraîné à une vitesse linéaire de 130 m/mn avec avance de 846 mm/mn et arrosage interne sous 50 bar/12 l/mn donne une qualité finale de trou de IT8.


Une vitesse supérieure, c’est mieux
Une bonne part de la vitesse de coupe, qui est notamment plus élevée, constitue un facteur décisif assurant le succès de l’application d’un foret à goujures droites. Plus vite il coupe, plus petits ont des chances d’être les copeaux. La productivité étant essentiellement fonction d’une vitesse de coupe la plus élevée possible, il est inutile parallèlement de chercher à pousser l’avance. On peut objecter que de nombreux forets hélicoïdaux hautement performants sont prévus avec des listels polis importants sur leurs arêtes de coupe, ce qui exige une avance de pénétration dépassant leur dimension si l’on veut que ces arêtes assurent une véritable coupe et non un repoussage de la matière. Bien que l’on obtienne des résultats satisfaisants avec ces forets lors de certaines applications et dans certaines matières, typiquement ils travaillent avec de fortes avances mais à des vitesses nettement plus faibles que les forets à goujures droites.


Essai progressif des paramètres de coupe
Avec un foret à goujures droites dans une application chez un constructeur d’automobiles, pour un premier essai on avait prudemment commencé à travailler en utilisant une vitesse linéaire de coupe de 1,5 m/mn mais, poussant cet essai, on avait décidé de tester jusqu’à quelle vitesse on pouvait aller. On a constaté ainsi que la tenue d’outil, tout comme l’évacuation des copeaux s’amélioraient simultanément à l’accroissement de la vitesse. On est alors monté jusqu’à une vitesse de coupe linéaire de 3 m/mn, le foret utilisé étant en carbure monobloc non revêtu, avec une durée de vie d’outil plus que satisfaisante et une haute qualité du trou final.


Diverses matières peuvent être percées avec des forets à goujures droites
Lorsque l’on a expliqué, au début de cet article, que les forets à goujures droites étaient surtout destinés à des opérations effectuées dans des matières à copeaux courts, cela ne voulait pas dire que c’est là une règle absolue. En effet, en combinant judicieusement la pression d’arrosage et la vitesse de coupe, ils peuvent aussi être efficaces dans d’autres matières. Un exemple typique est celui où des forets à goujures droites font un travail excellent dans un acier allié 35MF-4. Les copeaux se forment naturellement petits et de géométrie idéale sans que l’on constate une formation quelconque d’arêtes rapportées. Le foret non revêtu et à arrosage interne, de 5 mm de diamètre, perce à une profondeur de 48 mm à une vitesse de coupe linéaire de 56 m/mn avec une avance de 0,01 mm/t. La pression de l’arrosage atteint 104 bar. On précisera que l’alliage travaillé contient une forte teneur en sulfate de manganèse, présence facilitant un fractionnement des copeaux. Le succès du perçage dans des ma-tières de ce genre dépend de la pression du fluide d’arrosage qui doit être d’au moins 40 bar mais, si possible, de 70 à 80 bar et plus.


Cas de formation d’arêtes rapportées
Il peut survenir, avec un foret à goujures droites, un phénomène de formation d’arêtes rapportées, ceci du fait que la matière venant d’être enlevée par la coupe chemine à travers l’arête depuis le centre du foret pour être poussée contre ses angles. Une manière de combattre cette situation consiste à utiliser un foret à fini lisse qui existe dans la gamme de ceux disponibles par le fabricant. A souligner, aussi, que la présence d’un revêtement peut être favorable et il en existe une diversité. Néanmoins, on doit attirer l’attention sur l’emploi en revêtement du bisulfure de molybdène auquel on fait appel dans un très grand nombre de cas d’usinage d’alliages d’aluminium. Il s’agit d’une sorte de Teflon sur lequel rien ne s’accroche. Ce revêtement est parfait dans tous les cas où l’on veut et doit éviter la formation d’arêtes rapportées.


Venons-en à la pointe
La configuration de la pointe d’un foret à goujures droites permet d’en rectifier avec précision deux listels à la périphérie de chacune des goujures (fig. 3). Ces quatre points de contact stabilisent de foret et contribuent à la précision du perçage. Un angle de pointe généreux, de 120 ou 140° selon que le foret est destiné plus particulièrement aux fontes ou aux alliages d’aluminium, jouent aussi un rôle pour la performance. Des forets standard de précision sont semblables avec leur pointe fendue, aboutissant à ne générer qu’un effort très faible lors du perçage. L’angle important prévu sur les forets à goujures droites assure, en plus, un engagement rapide du diamètre entier du foret, réduisant tout risque de déplacement erratique lors de l’attaque de l’opération de perçage. Nombreux sont les cas où il est préférable de créer un trou de départ avec un foret pilote ayant un angle de pointe supérieur à celui du foret carbure à goujures droites. Il est important que le centre exact de la pointe du foret à goujures droites entre en contact en premier avec le trou de départ. En effet, la tendance du carbure à uneffritage des arêtes risquerait de se manifester si c’étaient les lèvres de coupe qui les premières entraient en contact avec la pièce. Une autre procédure peut consister à se servir du foret à goujures droites lui-même pour légèrement pointer l’emplacement du trou avant le perçage. Même une surface usinée n’est pas réellement parfaite et il suffit donc tout simplement d’effleurer la surface de la pièce à l’emplacement du trou. Alors, lorsque l’on engage le foret, il n’a plus la possibilité d’hésiter pour commencer l’opération de perçage elle-même.

Fig. 3 - La configuration de la pointe d’un foret à goujures droites permet de rectifier les deux listels périphériques de chaque côté des goujures définis par les quatre flèches. Ces quatre points de contact ainsi rectifiés assurent la stabilisation du foret ainsi que sa précision.


Etats de surface obtenus en perçage
On a juste évoqué, dans le cours de cet article, la qualité des trous réalisables avec des forets à goujure droites grâce à la présence sur leur pointe de listels constituant de véritables patins de guidage et de maintien du centrage de l’outil. En fait, l’effort de coupe sur les lèvres du foret se transmet sur ces patins qui offrent l’avantage de lisser la surface du trou au fur et à mesure de la progression de l’opération de perçage. Le film de lubrification de l’arrosage servant à chasser les copeaux s’infiltre en même temps entre les patins de guidage de la pointe de coupe en leur faisant jouer un rôle important de lissage. La comparaison des états de surface entre les diverses techniques d’usinage de trous est fournie par le tableau de la figure 4.

Fig. 4 - Qualité des états de surface des trous pouvant être obtenus selon le type d’usinage opéré, d’après documentation Gühring.


Réflexions pour conclure
Avant de finir, on insistera pour indiquer que les forets à goujures droite monoblocs ne conviennent que pour percer à des profondeurs jusqu’à dix fois leur diamètre. Audelà, il existe des forets à embout brasé convenant pour percer des diamètres pouvant atteindre quarante fois leur diamètre (fig. de tête). De même, pour obtenir les meilleurs résultats des forets monoblocs, il est nécessaire de les utiliser avec un débit et une pression de lubrifiant d’arrosage importants ressortant du diagramme de la figure 5. Hormis ces recommandations, il est évident qu’il est bon de suivre judicieusement celles du fabricant relatives aux paramètres de coupe pouvant servir de valeurs de départ.


Fig. 5 - Pressions et débits de lubrifiant d’arrosage recommandé lors des opérations de perçage avec des forets à goujures droites.