Pour utiliser les alésoirs en vue d’obtenir qualité des cotes et des finis plus des résultats rentables, mieux vaut les bien connaître. En voici une analyse de base.

En alésage à l’alésoir, trois objectifs principaux sont poursuivis: respecter le diamètre du trou, aboutir au fini désiré et parvenir au prix de revient par trou le plus faible possible. Cependant, de nombreux autres facteurs sont à prendre en considération pour obtenir régulièrement des trous de qualité et rentables. Le but de cet article est de fournir une approche systématique pour sélectionner l’outil approprié et les paramètres de travail afin de parvenir à une qualité maximale et à des coûts minimaux.

 

Nature des alésoirs
On doit privilégier l’usage d’alésoirs en acier rapide HSS ou en acier rapide au cobalt pour les pièces uniques ou en petite série tirées d’alliages non ferreux et pour des applications où les condtions d’usinage restreignent l’utilisation de tarauds plus durs et à substrats fragiles. Ces tarauds présentent une plus faible résistance à l’usure et notoirement une plus faible résistance à l’échauffement que ceux en carbure. La dureté maximale de l’acier rapide de quelque 65 Rc les exposent à des risques de défaillances par usure abrasive ou chimique. Ces types d’alésoirs ne sont donc pas recommandés dans les cas où la matière de pièce est plutôt dure et abrasive ou bien pour des vitesses de coupe élevées.

La dureté des arêtes de coupe en carbure des alésoirs en carbure monobloc et à tête de coupe en carbure varie entre 77 et 81 Rc. Ces alésoirs sont thermiquement stables et offrent une grande résistance à l’usure par abrasion. Mais, le carbure est fragile et une manipulation rude et un manque d’alignement entre l’outil et la pièce conduisent à des ruptures d’outil, à une piètre durée de vie et à d’autres désagréments. Les tarauds en carbure monobloc peuvent être économiquement efficaces lorsqu’on les utilise dans des trous d’un diamètre pouvant aller au maximum jusqu’à un peu plus de 3 mm. Une fixation rigide et des broches précises sont indispensables pour atteindre une performance optimale.

Les alésoirs à bouts dotés d’arêtes en carbure rapporté (fig. 1) conviennent particulièrement bien pour les travaux de série et leurs performances brillent réellement lors d’alésage des matières difficiles à usiner ou abrasives. Il est évident, néanmoins que ce type d’alésoir, dans les petits diamètres n’offre pas la même rigidité que ceux en carbure monobloc. Par contre, ils en possèdent rigoureusement la même dureté. Le choix du carbure ne peut être basé que sur l’utilisation que l’on en fera sans s’inquiéter de sa robustesse car le corps d’outil traité thermiquement supporte mieux que le carbure monobloc bon nombre de chocs et de contraintes. Pour toutes ces raisons, on peut souligner que l’on n’a pas assez fréquemment recours à ce type d’alésoir.

Fig. 1 - Construction type d’un alésoir à plusieurs arêtes à plaquettes carbure et détail de sa géométrie.

Géométrie des arêtes des alésoirs
La configuration d’alésoir la plus courante et celle à arêtes droites dont l’usage convient le mieux pour les petits diamètres dans les matières à copeaux courts. Elle assure des opérations de bonne qualité dans une large gamme de matières. Toutefois, il convient d’éviter d’aléser avec elle des trous profonds dans des matières à copeaux longs. Si la matière est abrasive ou tenace et que l’on veuille utiliser un alésoir à extrémité d’arêtes en carbure, il est préférable de faire appel, pour les trous profonds, à un long alésoir en carbure.

La présence d’arêtes à hélice à droite offre le gros avantage de contribuer à chasser les copeaux du trou. Ce type d’alésoir convient bien dans les trous borgnes étant très utile lorsque qu’on les soumet à des franchissements de solutions de continuité. Son agressivité peut parfois produire des trous légèrement surdimensionnés du fait qu’il tente de s’extraire de la broche pendant la passe. On doit insister, par ailleurs, sur le fait qu’il joue un excellent rôle dans les matières à copeaux longs.

Les alésoirs à hélice à gauche conviennent parfaitement pour les trous brognes car les arêtes en spirale à gauche ont tendance à repousser les copeaux hors de l’outil. Cette action a tendance, également, à pousser l’outil dans la broche de la machine, ce qui avantage la rigidité générale et contribue à une maîtrise précise du diamètre du trou. C’est un outil qui, aussi, s’accommode efficacement du franchissement de solutions de continuité dans le trou et convient pour l’alésage de matières de forte dureté. Les arêtes à hélice à gauche ont, de toute manière, l’avantage d’assurer les finis et la précision les meilleurs dans la majorité des matières de pièces.

Fig. 2- Exemples d’alésoirs classiques, A à goujures droites, bon pour finir les petits trous dans les matières à copeaux courts, B à goujures en hélice à droite convenant pour les trous borgnes dans les matières à copeaux longs et C à goujures à hélice à gauche ayant tendance à pousser l’outil dans sa broche, améliorant la rigidité d’ensemble et la maîtrise de la précision du trou.

Particularités propres à certains alésoirs
Lorsque la machine utilisée offre la possibilité d’envoyer du liquide d’arrosage à travers l’outil, il faut l’exploiter. Parmi les avantages d’envoyer du liquide d’arrosage dans la zone de coupe, comme pour tous les types d’outils, on mentionnera une durée de vie prolongée, de meilleurs finis et la possibilité d’utiliser de plus fortes vitesse et avances. Le choix normal pour un trou borgne est l’arrivée du liquide d’arrosage par le centre alors que les trous débouchants sont avantagés par un arrosage dans les goujures. De toutes façons, on doit s’assurer que le liquide d’arrosage utilisé est celui recommandé pour la matière travaillée et l’application prévue. Il importe également de vérifier le dosage du mélange constituant le liquide afin qu’il corresponde bien aux recommandations du fournisseur. En effet, même une concentration légèrement plus faible ou plus forte peut très sérieusement affecter les résultats attendus.

Un alésoir réglable en diamètre est précieux pour les grandes séries concernant des pièces abrasives. Au fur et à mesure de l’usure de l’outil et de la perte de son diamètre, l’existence d’une vis d’expansion peut servir à le lui redonner. Cet alésoir peut alors être rectifié à nouveau à son diamètre original et retrouver sa performance. Par contre, si le diamètre du trou reste dans la tolérance mais que son fini se détériore, il faut alors le réaffûter. Ce type d’alésoir ne peut, par contre, être considéré comme ajustable avec possibilité d’aléser des trous de différents diamètres.

Les fabricants d’alésoirs en proposent de types revêtus. Correctement revêtu un tel alésoir a une tenue améliorée et réduit les temps de cycles, aussi a-t-on intérêt à faire des tests entre un alésoir non revêtu et revêtu pour disposer d’une comparaison fiable. Trois principaux types de revêtements sont recommandés: de nitrure de titane TiN, de carbonitrure de titane TiCN et de nitrure de titane aluminium TiAlN. Le TiN convient pour aléser une diversité de matières et d’applications, offrant une combinaison équilibrée de ténacité, de dureté, de résistance à l’oxydation et de glissement. Le TiCN est un revêtement plus dur, plus tenace et plus glissant que le TiN, aussi est-il recommandé pour les matières difficiles et abrasives. Enfin, le TiAlN est caractérisé par sa forte résistance à l’usure, son excellente ténacité, son bon pouvoir de glissement et sa forte résistance à l’oxydation. C’est le revêtement le plus efficace dans les matières abrasives et réfractaires.

Autres facteurs à prendre en considération
L’optimisation des opérations d’alésage exige d’y investir un certain temps mais il est très rentable de minimiser le temps de cycle et de porter sa tenue à un maximum. Pour ce faire, on recommande généralement un enlèvement de matière de deux à trois pour cent du diamètre de l’alésoir mais nettement moins pour un alésoir en HSS. A titre d’exemple, un alésoir de 12 mm de diamètre enlèvera de 2,5 à 3,5 mm de matière. Au-dessous d’un enlèvement normal laissant trop peu de matière, l’alésoir frotte sans vraiment couper, générant un échauffement, un mauvais fini et une usure prématurée de l’outil. On retiendra que, pour toute application, un alésoir peut donner de meilleurs résultats en enlevant plus de matière que moins.

L’attachement des alésoirs est très important. Pour fixer ceux à queue cylindrique, le mieux est d’utiliser un mandrin à pince, voire hydraulique, ce dernier assurant une meilleure concentricité entre l’outil et la broche de la machine. Des mandrins à pince normaux sont tout à fait capables d’assurer de bons finis, l’essentiel étant de maintenir tous les composants à l’abri de copeaux, de poussières et de s’assurer que la pince est du diamètre correct pour serrer la queue de l’alésoir, ce qui est valable également pour le serrage de queues coniques. Le porte à faux doit toujours être le plus court possible, faute de quoi il se produit un risque de faux rond supplémentaire de l’outil. Pour le contrôler, on se sert tout bonnement d’un comparateur placé le plus près possible de la partie supérieure de la pièce, en notant la position la plus basse et celle la plus élevée en faisant tourner manuellement la broche de la machine. Idéalement, pour être correct, le faux rond maximal doit se situer à 0,025 mm. Si tel n’est pas le cas, on doit retirer l’alésoir du mandrin et tout nettoyer avant de le remonter. En cas de difficulté pour éliminer un faux rond, la solution consiste à utiliser un mandrin flottant. De même, la pièce, quelle que soit sa configuration, doit être très fermement fixée, son moindre déplacement risquant de mettre le diamètre hors tolérance.

La fixation de la pièce requiert aussi des soins particuliers pour que son serrage soit efficace et sûr, que ce soit dans un étau ou sur un montage complexe. Le moindre mouvement de la pièce peut, en effet, être la cause d’une mise hors tolérance de l’alésage, de finis de mauvaise qualité et de rupture de l’outil.

Paramètres de coupe et raisons diverses d’ennuis
La fabricant d’alésoirs fournit généralement des bases pouvant servir de point de départ. Mais, on doit avoir à l’esprit que pour optimiser le temps de cycle on doit jouer avec de plus fortes vitesses et de plus faibles avances. Pour établir l’avance, on part de la recommandation de valeur la plus faible et, pour la vitesse, on utilise celle recommandée puis on procède à l’alésage de quelques trous. Si le diamètre et le fini obtenus dépassent les spécifications indiquées, on accroît l’avance de 0,02 à 0,4 mm/t. On continue à accroître cette avance jusqu’à atteindre des conditions indésirables telles qu’un mauvais fini, l’impossibilité de maîtriser le diamètre, une conicité ou une ovalisation. A ce stade, on revient à l’avance antérieure car on se situe ou on est très proche de l’avance optimale. On joue alors sur la vitesse en l’augmentant par incréments de 3 à 6 m/mn. Comme pour l’avance, on continue à l’accroître jusqu’à ce que se développe des conditions indésirables. Alors, on retourne au précédent réglage puis on reprend un réglage fin et au bout d’un certain nombre d’essais on aboutit à la valeur assurant une tenue d’outil maximale.

Pendant que l’on recherche les vitesse et avance optimales pour l’application prévue, il convient d’examiner et d’écouter pour identifier des défauts. Si l’outil “couine” en entrant dans le trou ce peut être dû à un mauvais alignement ou à un paramètre de coupe trop élevé. En examinant les copeaux, s’ils sont décolorés et/ou manquent d’uniformité on est face à d’autres problèmes. Vérifier l’aspect du trou après l’opération d’alésage pour détecter des marques de broutage pouvant indiquer un mauvais enlèvement de métal ou une vitesse ou une avance incorrects.

Des trous hors spécifications peuvent être attribués à d’autres raisons dont un mauvais affûtage, une géométrie imparfaite ou des défauts dans la matière usinée. Dans la majorité des cas, les géométries habituelles peuvent assurer le travail mais il arrive que des modifications soient nécessaires. Les points clés d’un alésoir pouvant demander une modification sont l’angle de pénétration, la largeur des listels, le chanfrein de dégagement et l’angle de coupe radial. Au cas où l’on utilise un alésoir en carbure monobloc ou à denture carbure rapportée, on peut en améliorer la performance en passant à une autre nuance de carbure.

Les matières coulées peuvent s’avérer non homogènes avec des points durs, des carbures libres et des scories qui contribuent à limiter la tenue d’outil, à créer un fini quelconque et un diamètre hors spécification. Un traitement thermique variant de même quelques points de dureté peut altérer considérablement la performance. Trop souvent, la matière de pièce est la dernière à être prise en considération mais la cause de nombreux ennuis. De même, on a tendance à considérer que tout alésoir fixé dans la broche va toujours assurer les résultats atendus. Pourtant, il survient des difficultés dont certaines sont plus faciles à identifier que d’autres. Plus haut dans cet article on en évoque une bonne partie. Il faut reconnaître que les informations et conseils réunis dans ces pages, pourtant dûment validés par l’expérience, ne sont pas exempts d’exceptions où les solutions classiques restent inefficaces. La théorie et la réalité ne correspondant pas forcément, une expérimentation et une sortie des normes peuvent toujours être nécessaires. Ne jamais alors crier haro sur le baudet!