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Le bon outil perce des trous profonds plus faciles à forer
Le bon outil perce des trous profonds plus faciles à forer


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Evan Jones Thorne
Cutting Tool Engineering
(847) 714-0177

Le perçage est défini sans ambiguïté comme un processus de coupe qui créé ou agrandit un trou circulaire dans des matériaux solides. La définition du perçage de trou profond devrait donc être aussi claire. Le perçage consiste à créer ou agrandir un trou particulièrement profond – rien de plus ?

Malheureusement, aucune définition de « trou profond » n'est communément acceptée. Selon Jason Hout, directeur produit du fabricant d'outils Sandvik Coromant Co., à Fair Lawn, dans le New Jersey, au milieu des années 1990, toute profondeur supérieure à 3 diamètres était considérée comme profonde. Aujourd'hui, il n'est pas inhabituel pour un atelier de percer des trous de plus de 10 diamètres sur une machine-outil conventionnelle, avec des machines spécialisées capables d'atteindre plus de 100 diamètres.  

Le foret à goujure parabolique GT 100 de Guhring facilite l'évacuation des copeaux dans les applications à trou profond, sans passage intégral de lubrifiant.

« Les capacités des machines-outils conventionnelles ont tellement évolué ces dernières décennies que la définition de "profond" est devenue très obscure », continue M. Hout. « À mon avis, le terme "trou profond" est quasiment arbitraire ».

Selon Brian Welch, directeur régional du fabricant d'outil Allied Machine Engineering Corp., à Dover, dans l'Ohio, bien qu'une définition stricte du perçage de trou profond puisse être difficile à établir, certaines règles empiriques s'appliquent. « Je considère qu'un ratio de 20 sur 1 est profond, mais selon la tâche, les techniques de trou profond peuvent être utilisées à des ratios aussi faibles que 7 sur 1 ».

Forets à lame rapides

Quel que soit le nombre de diamètres, comment un fabricant de pièces détermine-t-il le foret dont il a besoin lorsqu'il perce profondément ? Trois options principales sont utilisées pour percer des trous profonds sur une machine-outil conventionnelle : un foret à lame, un foret hélicoïdal et un foret 3/4.

Le foret à lame se distingue en étant le plus rapide et, selon M. Welch, de nouvelles géométries de lame et concepts de porte-outils ont permis d'améliorer la qualité du trou à des vitesses encore plus rapides.

« Nos capacités de conception et de fabrication ont rapidement évolué, en particulier au cours des 5 dernières années », poursuit M. Welch. « Des outils innovants et spécifiquement conçus ont ainsi été créés ».

« Les lames existent depuis toujours et les gens sont convaincus de savoir ce qu'est un foret à lame et comment il fonctionne », continue-t-il. « La réalité est que nous avons développé des solutions de perçage de trou profond avec des forets à lame et des porte-outils dont les performances dépassent nos attentes ».

Toutefois, même avec ces avancées, des facteurs doivent être pris en compte pour optimiser les performances, comme la formation de copeaux et le flux d'arrosage. À cette fin, selon M. Welch, Allied offre des porte-outils T-A adaptés à l'environnement de lubrification et des inserts T/A spécifiques au matériau à forer.

Le côté négatif est que les lames peuvent produire un trou « générique » et ne respectent pas les tolérances strictes et les finitions requises dans certaines applications, poursuit M. Hout.

Toujours selon M. Hout, « La finition ne sera pas de bonne qualité, sa précision globale sera probablement de ±0,0030", et elle sera probablement optimale à des profondeurs inférieures à 15 diamètres. » « Cela dit, pour un fabricant automobile qui cherche à diminuer le poids d'une transmission, un foret à lame sera plus adapté et, avec un taux de pénétration potentiel de 5 ipm, il représente le coût au trou le plus bas. »

Forets hélicoïdaux

Différentes options existent dans le domaine des forets hélicoïdaux, selon que vous ayez accès ou non à une capacité de passage intégral du lubrifiant. Selon Brandon Hull, directeur de la gestion des produits et du développement commercial chez le fabricant d'outil de coupe Guhring Inc. situé à Brookfield, dans le Wisconsin, un foret à goujure parabolique HSS ou en cobalt est le choix idéal pour la production de trous profonds si le passage intégral de lubrifiant n'est pas disponible.

Comme il l'explique, « [Un foret à goujure parabolique] est extrêmement efficace pour les trous profonds car l'ouverture plus large de la goujure facilite l'évacuation : vous pouvez percer avec moins de cycles de brise copeaux. Par exemple, si vous avez un foret de 0,500", au lieu de briser les copeaux à chaque profondeur de 0,145", comme c'est le cas avec une forme de goujure standard, vous pouvez atteindre 5 diamètres sans briser les copeaux ».

Briser les copeaux, ou retirer le foret du trou pour enlever les copeaux peut causer des problèmes, en particulier dans les trous plus profonds, explique-t-il. À chaque cycle de brise copeaux, un copeau peut se placer devant l'embout de perçage, réduisant l'efficacité et augmentant potentiellement les faux-ronds. Certaines machines plus récentes luttent contre ce défaut en prévoyant un cycle de brise copeau, qui retire partiellement et non pas entièrement un foret. Le foret peut ainsi créer des copeaux sans que ceux-ci ne puissent se positionner devant le point.

Cependant, un lubrifiant haute pression évite les cycles de brise copeaux, et un foret hélicoïdal alimenté en lubrifiant apporte de nombreux avantages. « C'est l'une des manières les plus rapides de percer un trou profond », insiste M. Hull. « Le problème est que cet outil peut être très cher par rapport à un foret 3/4, mais votre productivité augmente de façon spectaculaire : elle est multipliée par cinq ou six, peut-être plus. L'évacuation de copeaux en est facilitée et vous pouvez mener le foret plus fermement. Si vous procédez de la sorte dès le début de l'opération, vous économiserez de l'argent sur le long terme ».

Foret 3/4 et guides

Bien sûr, il est quasiment impossible d'évoquer le perçage de trou profond sans mentionner le foret 3/4. Sa concentricité et sa capacité à produire une finition fine sont inégalées, et il est capable de percer à une profondeur supérieure à 100 diamètres, par contre la productivité sera réduite.

« Si vous recherchez un outil qui offre la meilleure qualité de trou, quel que soit le taux de pénétration, un foret 3/4 sera le choix d'excellence », continue M. Hout de Sandvik Coromant. « Un foret 3/4 peut coûter plus cher qu'un foret hélicoïdal standard, mais le foret pourra être remis en état entre 15 et 20 fois, et il produira un trou à une tolérance de 0,0005". Ce foret hélicoïdal fonctionne beaucoup plus rapidement, mais vous pouvez obtenir une tolérance de ±0,0020" et la finition sera sans égale. »

Selon M. Hull de Guhring, de nombreux ateliers percent à l'aide de forets 3/4 sur des machines CNC au lieu d'utiliser des machines dédiées au foret 3/4. « C'est la méthode utilisée pour le guidage qui compte. Peu importe ce que vous faites, vous devez percer un trou pilote pour guider le perçage du trou profond. »

Les forets 3/4 offrent une finition de trou supérieure, mais requièrent des avances plus lentes.

Un trou pilote, continue-t-il, est en général profond de 1 à 2 diamètres et est percé au moyen d'un foret de plus petit diamètre. Le foret 3/4 le plus long fonctionne à environ 300 tr/min lorsqu'il pénètre le trou pilote et, une fois qu'il est pleinement engagé, la vitesse de perçage peut être augmentée à la limite autorisée pour la tâche et l'arrosage activé. « Cette méthode est la même que vous utilisiez un foret 3/4 ou un foret hélicoïdal alimenté en lubrifiant », précise M. Hull.

James Martz, directeur des ventes chez Leese & Co., affirme que son atelier utilise un foret 3/4 dédié et une machine CNC avec des capacités de perçage de trou profond. Les guides de forets permettent à l'atelier de construction mécanique de Greensburg, Pennsylvanie, de tirer le meilleur profit de son équipement.

« Une lunette soutient le foret et, au fur et à mesure que le foret évolue dans le trou, la lunette se déplace et une autre prend sa place », explique-t-il. « Lorsque le foret pénètre la pièce, une lunette se positionne en permanence à 2" de la pièce. Grâce à l'avance de la lunette et à l'ajustement du taux d'avance sur le foret, nous pouvons maintenir la concentricité dans nos pièces et produire une pièce de meilleure qualité et plus fiable. »

Autres considérations

Selon M. Hull de Guhring, deux problèmes majeurs se posent lors de l'acquisition d'une machine-outil CNC pour le perçage de trous profonds : les porte-outils et les fonctionnalités de la machine. Les mandrins hydrauliques et les porte-outils d'ajustement fretté offrent le taux de faux-ronds le plus faible, ce qui en fait des outils idéaux pour les trous profonds.

« la qualité du porte-outil, en termes simples, est l'article le plus important à prendre en compte, quel que soit le type de foret que vous utilisez », explique-t-il.

Pour ce qui est de la machine, la caractéristique la plus importante est la pression d'arrosage, suivie de près par la qualité de la broche, selon M. Hull.

Bien que 250 psi soit la pression d'arrosage « minimale absolue », il recommande une pression de 1 000 psi pour les forets 3/4 par rapport à une pression inférieure de moitié pour les forets hélicoïdaux. « Avec une pression d'arrosage insuffisante, vous ne pourrez pas évacuer les copeaux de manière efficace ».

Il ajoute que, bien que d'anciennes machines puissent être parfaitement adaptées au perçage de trous profonds, une broche concentrique est un must absolu.

« Par ailleurs, certaines caractéristiques modernes disponibles facilitent considérablement le perçage de trou profond des machinistes d'aujourd'hui, par rapport à leurs prédécesseurs, tout en réduisant les déchets.

Selon Christian Klanica, président et propriétaire de Leese & Co., lorsque vous percez, en particulier des trous profonds, vous devez absolument éviter de casser les forets. C'est pourquoi, une des caractéristiques clés pour nous est l'arrêt automatique. Si vous exercez une pression trop forte sur le foret, la machine s'arrête. Les machines plus anciennes fonctionnent jusqu'à ce que le foret casse : vous perdez le foret mais également la pièce qu'il usine ».

Au final, peu importe l'atelier ou l'application, le choix de l'outil doit être fondé sur les contraintes de la pièce. Avec des considérations générales sur la machine-outil et une connaissance précise des options disponibles, la mauvaise définition du trou profond ne doit pas être plus intimidante que celle d'un autre trou. 



Pour plus d'informations, contactez votre ingénieur local de support sur le terrain Allied.