Pour aléser aisément et à coût avantageux les trous de petit diamètre, on trouve des barres robustes capables d’opérer rapidement avec des finitions de qualité.

Au sein de nombreux ateliers, on cherche, en général, à réaliser des économies en remplaçant les outils en carbure monobloc par d’autres moins coûteux à plaquettes indexabes. Pour les travaux d’alésage on peut, aujourd’hui, exploiter les plaquettes indexables pour aléser des trous d’un diamètre aussi faible que 4 mm. Dans un tel cas, le recours aux plaquettes indexables est générateur de plusieurs avantages dont un à ne pas méconnaître : une réduction sur le coût des outils.

- Lors de la fabrication de certaines pièces nécessitant une diversité d’alésages précis, dès que l’on doit travailler dans des trous de diamètre limité, les barres d’alésage monoblocs à plaquette indexable ont un rôle très avantageux à jouer. Cette vue montre un cas où ce type de barre d’alésage a un usage tout indiqué.


Pourquoi plus économique
Par exemple, une plaquette à deux arêtes de coupe à 80° de 0,15 mm de cercle inscrit est capable d’attaquer un alésage de 0,4 mm de diamètre alors que pour de tels petits trous on a l’habitude de préférer des barres d’alésage monoblocs en carbure, convaincu qu’elles sont plus rationnelles. Néanmoins, bien des ateliers, aujourd’hui, pour aléser dans des aciers doux de type CC20 jusqu’à des aciers alliés de type 41CD30, utilisent des barres d’alésage à corps en acier équipées de plaquettes pour aléser des diamètres descendant jusqu’à 8 mm de diamètre. Par expérience, ils se sont rendu compte qu’il est moins coûteux d’indexer ou de remplacer une plaquette amovible que de se servir de barres monoblocs en carbure. L’économie réalisée sur le temps demandé par un indexage pour remplacer une arête de coupe est évidente plutôt que de remplacer et de régler une barre monobloc dont l’arête de coupe est émoussée. Avec la barre monobloc on doit commencer par l’extraire de la machine, d’aller jusqu’au poste de réaffûtage, de procéder à ce réaffûtage et de s’assurer que l’arête est conforme à ce que l’on en attend. De son côté, la barre à plaquette indexable offre l’avantage de retirer des opérations d’alésage le maximum de productivité de la machine. En effet, aussi longtemps que la répétabilité de la plaquette se tient dans les spécifications demandées pour l’alésage, on n’a plus qu’à indexer cette plaquette ou à y substituer une neuve pour disposer d’une nouvelle arête de coupe prête à l’emploi. Cette nouvelle plaquette peut être identique à la précédente ou bien, si l’application l’exige, elle peut être à bec de coupe, à revêtement ou à brise-copeaux différents. Sans compter que réaffûter une barre d’alésage monobloc, dans le cas où elle est de nature revêtue ou présente une géométrie particulière, ou encore demande une précision exceptionnelle, il n’est pas toujours très facile de disposer de quelqu’un capable d’effectuer ce réaffûtage en garantissant d’obtenir la géométrie exigée et son niveau de qualité. Cette catégorie de professionnel est de plus en plus rare et d’un niveau salarial élevé.


Comment opère la géométrie
La géométrie de la plaquette est conçue pour assurer la rupture du copeau à de faibles avance et profondeur de coupe. La profondeur de coupe se tient, généralement, entre quelque 0,05 et 0,2 mm, alors que l’avance peut atteindre jusqu’à 0,1 mm mais se tient, en général, entre 0,03 et 0,08 mm. Nombreuses sont les plaquettes proposées par les carburiers présentant un rayon de bec de 0,8 mm mais, pour l’alésage des petits trous elles ne présentent même pas de rayon ou celui-ci ne dépasse pas les 0,2 mm afin d’assurer une meilleure action de cisaillement, une évacuation des copeaux sans besoin de surveillance et l’élimination de tout risque dangereux de vibrations. Lorsque l’on usine des petites pièces, on tend à avoir besoin de faibles rayons de bec afin d’éviter les trop fortes pressions sur la pièce. Si l’on utilisait un rayon de bec trop important on risquerait inévitablement de provoquer une forme ou une autre de broutage. Donc, plus le rayon de bec sera faible plus il sera facile d’obtenir un fractionnement efficace des copeaux. Le carburier ISCAR précise, quant à lui, que son type de plaquette destiné aux alésages de petits diamètres, le TPMP321 de 3,8 mm de diamètre, a des arêtes relativement vives et convient pour usiner à une vitesse de coupe de 0,12 à 0,25 mm/t, pouvant être réduite à 0,08 mm/t pour assurer la maîtrise la plus affinée de copeaux d’une forme en C. Pour remédier à la moindre difficulté rencontrée, il est facile de modifier l’avance et la vitesse de coupe. Néanmoins, il convient d’être prudent avant de modifier la vitesse de coupe car la plaquette a été élaborée pour une vitesse bien déterminée.

Il convient de reconnaître, par ailleurs, que le fini de surface ne manque pas de souffrir de l’utilisation d’une arête trop acérée avec un très petit rayon de bec. SANDVIK, pour cette raison, prévoit un léger plat de “raclage” (fig. 1) derrière le rayon de bec destiné à adoucir la surface ce qui permet d’obtenir des finis pouvant atteindre jusqu’à 25 µm Ra.

Fig. 1 - La géométrie de brise-copeaux et les plats de planage derrière le bec de coupe sur cette de celles Coromant contribuent au fractionnement correct des copeaux et à un fini lisse de la surface usinée. plaquette de la gamme d’alésage de Sandvik.


Robustesse des barres d’alésage
Les fabricants de barres d’alésage sont en mesure d’accroître la rigidité de leurs barres d’alésage en réduisant la dimension f1 (fig. 2). Chez SANDVIK, sur les barres d’alésage CoroTurn 107, on a besoin de plaquettes non réversibles avec angle de dégagement de 7°. Elles existent en quatre tailles de 5, 6, 8 et 10 mm. Elles ont une dimension f1 réduite, dimension allant de l’axe de la barre au bec théorique de la plaquette. Plus elle est réduite, plus il est facile d’accéder à des alésages de petite dimension. Par exemple, une barre de 6 mm permet d’accéder à un trou de 7 mm. Non seulement elle est plus rigide mais elle autorise une plus grande portée dans l’alésage. Ainsi, en suivant la règle reconnue du rapport longueur sur diamètre de 4/1 pour une barre en acier, une barre de 6 mm peut atteindre jusqu’à 24 mm à l’intérieur du trou et une barre de 5 mm a une portée de 20 mm.

Fig. 2 - Les barres d’alésage CoroTurn 107 de Sandvik Coromant ont une dimension f1 réduite par rapport aux barres standard d’alésage ISO. Cette dimension réduite permet d’avoir une barre de plus grand diamètre et plus rigide, étant capable d’accéder à un plus petit diamètre de trou qu’auparavant.

Pour réduire à un minimum le risque de flexion, on a remarqué chez un utilisateur la présence d’une coupe latérale négative sur une barre d’alésage pour pouvoir ajouter de la matière sous l’empreinte de fixation de la plaquette, donc une amélioration de la rigidité.

D’autre part, les barres d’alésage en métaux durs, tels que du carbure de tungstène mais avec teneur, en plus du tungstène, de nickel, de cuivre et de fer, augmentent leur portée à un rapport longueur sur diamètre pouvant monter jusqu’à 6/1 et, avec des barres à corps en carbure recevant une tête brasée en acier la portée peut monter jusqu’à 8/1. Pour dépasser cette portée, les barres doivent être pourvues d’un mécanisme d’amortissement mais les barres pour aléser dans des trous inférieurs à 12 mm sont trop petites pour y prévoir un tel mécanisme.


Pour que les copeaux sortent du trou
Á partir du moment où les copeaux sont crées, il doivent être efficacement évacués afin d’éviter qu’ils ne se trouvent réusinés, et ceci particulièrement lorsque l’on alèse des trous borgnes. Pour renforcer cette évacuation dans des petits trous, on peut ajouter un angle d’attaque de 2 à 5°. La présence d’une canalisation interne d’arrosage pour atteindre l’interface outil/pièce dans des barres pouvant ne faire que 5 mm est efficace et ne nécessite pas forcément une forte pression, cela contribue à écarter les copeaux de l’arête de coupe et améliore la qualité de l’alésage. Une pression d’arrosage entre 10 et 20 bar, comme cela est disponible sur la majorité des machines-outils, convient parfaitement. Mais il est important d’assurer un écrémage et un filtrage du liquide d’arrosage afin d’assurer une coupe à moindre température et un usinage plus propre.

Lorsque l’on alèse des trous borgnes, il est indispensable que les copeaux passent autour de la barre avant de sortir de ces trous. Pour rendre cette action la plus efficace possible, SANDVIK fraise un canal d’évacuation tout au long de ses barres (fig. 3) afin de faciliter le recours à une pression de l’ordre de 70 bar, pression dépassant la plupart de ce que permettent les machines-outils. Au-delà de cette limite, les joints de la barre commencent à donner des signes de fuites, résultant en un débit insuffisant du liquide d’arrosage. Quelques utilisateurs adoptent une approche différente pour atteindre le but qu’ils se fixent, par exemple pousser la pression de liquide d’arrosage et le diriger manuellement à l’avant du trou à aléser. Cela diminue le volume de liquide pendant l’alésage et peut aboutir au résultat désiré mais il n’en reste pas moins qu’il vaut mieux, éventuellement, chercher à trouver un liquide qui serait mieux approprié. On peut aussi essayer d’aléser avec un arrosage minimal au moyen d’un simple brouillard. Mais, lorsque le liquide d’arrosage est disponible, il est nettement préférable de passer par un plus fort débit. Seulement, avec des barres de petites dimensions, un excès de pression peut tout simplement être inutile et risquer de provoquer du broutage et une action d’alésage conique. En conclusion, quelle que soit la méthode adoptée, il reste essentiel que l’évacuation des copeaux soit efficace pour l’alésage des trous les plus petits car on risque autrement de voir l’outil commencer à recouper ces copeaux, affectant le fini de surface et la précision dimensionnelle.

Fig. 3 - En A) schéma de construction d’une barre d’alésage standard ISO. En B), barre d’alésage Coroturn 107 de conception SANDVIK dans laquelle a été fraisé un canal destiné à faciliter l’évacuation des copeaux sous l’effet du liquide d’arrosage envoyé sous pression, ce qui élimine le risque de recoupe des copeaux toujours possible avec la barre A).


Que dire des plaquettes revêtues ?
Les avantages du recours à des plaquettes revêtues pour réussir l’usinage sont bien connus mais ils disparaissent totalement pour l’alésage des petits trous car tout revêtement adoucit les arêtes de coupe. On sait, en effet, que les plaquettes revêtues n’ont jamais des arêtes de coupe aussi acérées que celles non revêtues. Or, plus une plaquette offre des arêtes vives plus efficace est la coupe. Adopter des plaquettes non revêtues est donc une option à ne pas rejeter. Néanmoins, un carburier comme SANDVIK recommande plutôt l’usage de plaquettes revêtues par procédé PVD, celui-ci assurant l’adhérence du revêtement sur les arêtes vives avec seulement une négligeable altération du rayon de coupe. Les revêtements épais CVD, de leur côté, sur des arêtes vives s’écaillent tout au long de celles-ci. Des techniciens prétendent, pourtant, qu’un revêtement épais n’est pas préjudiciable car n’affectant pas le rayon de bec. Par ailleurs, il faut reconnaître que si la machine n’est pas en mesure d’atteindre des vitesses de coupe élevées comme c’est le cas des tours à commande manuelle dont la vitesse maximale ne dépasse pas les 3000 t/mn, il convient de n’utiliser que des plaquettes sans revêtement.


Montage des barres d’alésage
Dans bien des ateliers on utilise des barres d’alésage avec méplats serrés par vis car il s’agit d’un montage très facile. Néanmoins, la faiblesse de ce type de montage réside dans le fait qu’il n’assure la fixation que par trois points. Pour un montage efficace, il est largement préférable d’utiliser une barre d’alésage cylindrique avec un fourreau cylindrique pour obtenir une fixation à contact stable sur 360°. Certes, il n’est pas aussi facile de trouver le centre d’une barre cylindrique que sur une barre avec méplats où tout est aligné. Pour surmonter cette situation, Sandvik Coromant prévoit une petite gorge fraisée sur l’extrémité d’une barre cylindrique qui se connecte parfaitement avec son système de manchon Easy Fix Sleeve. Le manchon cylindrique est muni d’un plongeur à ressort avec une bille attenante qui se clique dans la gorge. On “sent” que la barre se centre et il est alors possible de la fixer sur le manchon en sachant qu’elle se trouve correctement positionnée au centre.

Tout se trouvant amplifié lorsque l’on alèse des trous de petit diamètre, une flexion sous l’effort de coupe d’environ 0,25 mm sera bien plus sérieuse sur un trou de 8 mm que sur un autre de 50 mm. On doit donc avoir toujours à l’esprit que chaque fois que l’on procède à l’alésage d’un trou, l’outil s’apprête à plonger, ce qui explique pourquoi il importe de parfaitement établir, avec le maximum de soin, l’axe central.

Fig. 4 - Cette calotte en un alliage cobalt-chrome qui est destinée à un implant de hanche fournit un exemple d’application d’alésage de trou borgne de petite dimension en se servant d’une barre à plaquette indexable.


Réflexion finale
Compte tenu que les barres d’alésage à plaquette indexable ont tendance à trouver de plus en plus d’adeptes, la nature propre de l’alésage des petits diamètres devient plus évidente. On doit le considérer comme un art, exactement comme les opérations de filetage sont un art. Mais, avec les outils appropriés et un peu d’habileté et de pratique, dans les ateliers on peut développer son propre art pour aléser les trous de petit diamètre avec des résultats parfaitement probants.