L'analyse, l'évaluation et la sélection rationnelle de différentes méthodes d'usinage de filetages internes peuvent aider les fabricants de pièces à produire des trous filetés de haute qualité de manière efficace et économique. Avantages et inconvénients des cinq principales méthodes d'usinage de filetages internes : taraudage, extrusion, fraisage, tournage et rectification.
Traitement du taraudage des filetages internes
Le taraudage est une méthode efficace et courante pour de nombreuses opérations de filetage. Son coût initial est généralement le plus faible, mais il n'est pas forcément le plus économique au final.
Le taraudage est un procédé de coupe continu qui consiste à enlever la matière de la pièce par des arêtes de coupe successives afin d'obtenir le filetage final en une seule passe. Les tarauds sont fabriqués spécifiquement pour les diamètres principaux, secondaires et primitifs du filetage. L'ébauche et la finition des tarauds devant être réalisées en une seule passe, une grande quantité de copeaux doit être évacuée efficacement et une pression excessive peut être générée, ce qui peut entraîner des problèmes de qualité du filetage ou endommager le taraud.
Le contrôle des copeaux est un enjeu majeur incontournable lors du taraudage, notamment lors de l'usinage de matériaux à faible dureté, à viscosité élevée et à tendance à produire de longs copeaux. Ces copeaux peuvent former un nid d'oiseau autour du taraud ou s'accumuler dans la goujure, provoquant sa rupture dans le trou. L'aluminium, l'acier au carbone et l'acier inoxydable série 300 sont généralement les matériaux les plus difficiles à contrôler.
Les tarauds peuvent traiter presque tous les matériaux de pièces avec une dureté inférieure à HRC50, et certains fabricants d'outils proposent des tarauds qui peuvent même traiter des matériaux de pièces avec une dureté aussi élevée que HRC65.
Le diamètre du trou est un autre facteur à prendre en compte. La plupart des utilisateurs finaux ne peuvent tarauder que des trous de diamètre inférieur à 16 mm. Si le diamètre du trou dépasse 16 mm, la puissance de la machine-outil pour tarauder peut poser problème. Si le diamètre du trou est inférieur à 6.35 mm, le taraudage est également sujet à des problèmes en raison de l'espace limité pour les copeaux et de la résistance moindre des tarauds de petit diamètre.
De plus, la longueur du filetage intérieur usinable par le taraud peut généralement atteindre plus de trois fois son diamètre. Pour les filetages profonds, les tarauds sont souvent plus rapides que les fraises à fileter à une dent. Tant que les copeaux peuvent être correctement évacués du trou, la profondeur du taraud peut être taraudée.
Le diamètre et le pas étant fixes, un même taraud ne peut pas traiter différentes tailles de vis. De plus, en raison de la grande surface de contact entre le taraud et la paroi du trou lors du taraudage et de l'effort de coupe important généré, le taraud peut se casser et se coincer dans le trou, entraînant la mise au rebut de la pièce. Le taraudage nécessite également une lubrification élevée pour un taraudage efficace.
Traitement d'extrusion de filetage interne
En transférant (plutôt qu'en coupant) la matière de la pièce, les tarauds extrudés permettent de réaliser des filetages intérieurs jusqu'à 4 fois le diamètre. L'absence de copeaux évite la formation de nids de copeaux. Cependant, les filetages extrudés nécessitent une dureté de la pièce inférieure à environ HRC40. De plus, le matériau de la pièce doit présenter une bonne ductilité en raison du transfert de matière.
Les tarauds d'extrusion ont généralement un diamètre inférieur à 19 mm et peuvent atteindre 0.5 mm. Plus le diamètre du taraud est grand, plus le frottement généré lors de l'usinage est important et plus la puissance requise par la machine-outil est élevée.
Comparés aux tarauds coupants, les tarauds extrudés sont plus rigides et moins sujets à la rupture. La pression exercée sur les tarauds coupants est une force tangentielle à travers leur surface polygonale, tandis que celle exercée sur les tarauds extrudés est une force radiale dirigée vers le centre du taraud, bien supérieure à la force tangentielle.
Comparés aux filetages coupés, les tarauds d'extrusion sont plus résistants car ils forment des filetages en comprimant (plutôt qu'en cisaillant) la structure du grain du matériau de la pièce.
Par rapport au taraudage par découpe, le taraudage par extrusion nécessite une machine avec un couple et une puissance plus importants, des exigences plus élevées en matière de stabilité de serrage de la pièce, une force plus importante requise pour transférer le matériau de la pièce que pour la découpe du matériau de la pièce et des exigences de précision de perçage plus élevées pour les trous de vis.
Dans certains secteurs, notamment le secteur médical et l'aéronautique, le taraudage par extrusion n'est pas accepté. Le pas de filetage formé par extrusion présente des défauts, et l'industrie aéronautique n'autorise pas les pointes acérées (profil de dent en U) au niveau du pas de filetage. Cependant, ce défaut n'affecte pas la résistance à la traction du filetage ; il ne constitue donc pas un motif de rejet pour les pièces à usage général.
Usinage par fraisage de filetages internes
Fraises à fileter Utilisez l'interpolation hélicoïdale pour réaliser des filetages internes et externes. La plupart des machines CNC construites ces 10 à 15 dernières années sont équipées de fonctions de fraisage de filetage.
Le filetage peut être réalisé à l'aide de fraises à fileter en carbure monobloc ou de fraises à fileter à plaquettes indexables (avec queue en acier et plaquettes en carbure). Les fraises à fileter multidents produisent des filetages sur toute la profondeur en une seule rotation autour du trou, tandis que les fraises à fileter monodent n'ont des arêtes de coupe que sur une seule face et ne peuvent produire qu'un seul filetage à la fois. Cependant, la plupart des fraises à fileter sont multidentées.
Le fraisage à fileter est adapté à l'usinage de matériaux d'une dureté allant jusqu'à 65 HRC et offre une excellente polyvalence. Les fraises à fileter avec un ou deux revêtements différents sont généralement utilisées pour usiner une grande variété de matériaux.
Le contrôle des copeaux lors du filetage au fraisage n'est généralement pas difficile. Le filetage au fraisage est une coupe interrompue, ce qui signifie que des copeaux courts et interrompus peuvent être formés, quelles que soient les caractéristiques du matériau de la pièce.
Les fraises à fileter couvrent une large gamme de tailles, des filetages les plus petits (0-80) (diamètre de coupe de 1.524 mm) aux filetages présentant les plus grands diamètres de trou. En règle générale, la profondeur de trou idéale pour le filetage à la fraise est d'environ 2.5 fois le diamètre du trou. L'effort de coupe du filetage à la fraise n'est pas équilibré. Si la longueur de fraisage est trop importante, l'effort de coupe radial important créera une pression latérale importante, entraînant des problèmes tels que la déflexion de la fraise, l'écaillage de l'arête de coupe, voire la détérioration des fraises de petite taille.
Cependant, les fraises à fileter à une dent peuvent usiner des trous de vis plus profonds, jusqu'à 20 fois leur diamètre. Comme toute la coupe est effectuée à l'extrémité de la fraise, il n'y a aucun problème de déviation de l'outil. De nombreux utilisateurs produisant des équipements pétroliers ou de grands composants énergétiques ont besoin de fraises à fileter à longue queue. Pour eux, fraiser plusieurs filets avec une fraise à une dent est plus lent, mais reste plus rentable qu'investir 1,000 250 $ dans un taraud de XNUMX mm de long.
Le filetage à la fraise présente de nombreux avantages. Une seule fraise permet d'usiner une série de trous de vis de même pas et de diamètres différents, tandis qu'une fraise à une seule dent permet d'usiner des trous de vis de pas et de diamètres multiples. De plus, une fraise à fileter permet d'usiner aussi bien des trous borgnes que des trous débouchants, et de réaliser des filetages à droite comme à gauche. Grâce à sa base plate, la fraise à fileter peut également usiner un filetage complet près du fond du trou borgne. Même si Fraise en bout En cas de rupture, il est peu probable que la pièce soit mise au rebut. Enfin, la fraise à fileter peut également être combinée à d'autres outils d'usinage de trous pour former un outil composite (par exemple, un outil composite de perçage, de chanfreinage et de filetage).
Cependant, comparé au taraudage, le filetage par fraisage nécessite généralement un cycle plus long. Comme le filetage par fraisage nécessite un programme d'usinage spécifique, certains utilisateurs peuvent être réticents à l'utiliser. Cependant, ce programme est simple et peut être compilé à l'aide de nombreux logiciels de programmation CNC.
Certaines entreprises privilégient encore le taraudage, préférant éviter toute intervention de l'opérateur. Le filetage au fraisage nécessite des ajustements compensatoires de la machine-outil. Le diamètre de la fraise diminue progressivement en raison de l'usure normale. Afin de maintenir la taille d'usinage appropriée, l'opérateur doit compenser l'usure de l'outil par des ajustements. La tolérance du filetage doit d'abord être mesurée, puis les paramètres d'usinage sont ajustés en fonction de l'usure mesurée. L'opérateur ne peut tester le filetage qu'à intervalles réguliers avec un calibre. Si le résultat du test est insatisfaisant, le taraud doit être remplacé.
Traitement de filetage interne
Une autre façon de réaliser des filetages internes consiste à les usiner sur une machine multiaxes ou un tour à l'aide d'une plaquette indexable ou d'un petit outil d'alésage monobloc. Ce procédé peut être réalisé avec des plaquettes à une ou plusieurs dents. Les plaquettes à plusieurs dents possèdent plusieurs dents sur chaque arête de coupe, chaque dent étant plus profonde que la précédente. L'utilisation d'une plaquette à plusieurs dents réduit le nombre de passes nécessaires pour réaliser le filetage. Cependant, les plaquettes à plusieurs dents étant plus coûteuses, elles sont plus avantageuses pour la production en grande série que pour la production en petite série.
Les filetages intérieurs peuvent également être réalisés avec un outil d'alésage monobloc. Pour réaliser des filetages avec un outil monodent, les utilisateurs peuvent utiliser une plaquette à profil complet ou partiel (les plaquettes multidents n'ont qu'un profil complet). Les plaquettes à profil complet produisent le profil complet du filetage, y compris la crête (la plaquette coupe le petit diamètre du filetage). Avec cette plaquette, une plaquette distincte est nécessaire pour chaque pas.
Les plaquettes à profil complet produisent des filetages plus résistants et plus précis avec moins de passes que les plaquettes à profil partiel, car elles peuvent produire les diamètres majeurs, mineurs et pas du filetage en même temps.
Certaines plaquettes dentées n'ont pas de crête (elles ne peuvent pas couper le diamètre du filetage), et d'autres n'en ont qu'une seule, ce qui permet d'obtenir différents pas en utilisant différentes profondeurs de coupe. Ce filetage présente un arc de crête très aigu, ce qui réduit la résistance du filetage grossier et rallonge l'usinage.
La gamme de tailles d'usinage pour les filetages de tournage avec outils indexables est très large, du plus grand diamètre aux trous de vis de 6 mm seulement. Les trous de vis de moins de 6 mm doivent être usinés avec des outils en carbure monobloc, et le diamètre minimal de trou usiné peut atteindre environ 1.25 mm. Pour les trous de grand diamètre, Vargus usine des trous de vis de grande taille jusqu'à 0.9 m sur un tour à tourelle verticale en service depuis près de 100 ans. Le tournage est la seule méthode pour usiner des filetages de ces grands trous. Cette ancienne machine-outil ne dispose pas de fonction d'interpolation hélicoïdale.
Les outils de tournage de filetage avec tiges en acier conviennent au traitement de trous jusqu'à 3 fois le diamètre du trou, tandis que les outils avec tiges en carbure peuvent traiter des trous 4 à 5 fois le diamètre du trou.
Le filetage au tour permet également d'usiner une grande variété de matériaux, et les filetages peuvent être réalisés sur des pièces d'une dureté allant jusqu'à HRC50 ou sur des alliages haute température tels que l'Hastelloy et l'Inconel. Cependant, ces matériaux sont durs et abrasifs, ce qui réduit la durée de vie de l'outil.
Le contrôle des copeaux est essentiel en filetage intérieur, notamment pour le filetage de trous borgnes. Les utilisateurs peuvent utiliser la géométrie de la plaquette pour contrôler les copeaux et utiliser différentes méthodes d'avance (notamment l'avance radiale, l'avance par flanc, l'avance par flanc modifié ou l'avance par flanc alterné) ou des méthodes hélicoïdales inverses (direction du filetage s'éloignant de la broche plutôt que vers la broche) pour faciliter l'évacuation des copeaux.
La méthode d'avance à utiliser dépend des conditions d'usinage. Dans la plupart des cas, l'avance radiale de flanc modifiée est avantageuse ; elle peut donc être choisie par défaut. Cependant, sur la quasi-totalité des machines-outils, si aucun paramètre du programme d'usinage n'est modifié, l'usinage sera effectué en avance radiale.
Rectification de filetages internes
La rectification de filetages est une méthode d'usinage de haute précision, idéale pour les filetages internes de précision soumis à des exigences de tolérance strictes. Une rectifieuse permet d'usiner divers filetages internes, rainures, chemins de roulement et autres éléments connexes. Parmi les pièces usinées avec une rectifieuse de filetages internes, on trouve notamment les bagues filetées, les écrous à rouleaux, les vis à billes, etc.
La rectification de filetages intérieurs doit généralement être réalisée sur une rectifieuse dédiée. En règle générale, pour rectifier un filetage avec un profil de dent précis, la meule de la machine-outil doit être inclinée en fonction de l'angle d'hélice du filetage, ce qui nécessite un axe de rotation, ce qui est absent de la plupart des rectifieuses polyvalentes. La rectification parallèle sur l'axe A peut également être utilisée, avec une meule multidents modifiée (corrigée de son profil hélicoïdal) insérée directement dans la pièce pour rectifier le filetage extérieur. En revanche, la rectification de filetages intérieurs nécessite une meule monodent installée sur l'axe A en fonction de l'angle d'hélice.
Le diamètre intérieur d'un filetage à rectifier, offrant une bonne économie d'usinage, est généralement compris entre 10 et 25 mm. Pour la rectification de filetages intérieurs profonds, le rapport longueur/diamètre de la meule ne doit pas dépasser 7:1. La principale difficulté réside dans le rapport angle d'hélice/diamètre du trou. Plus la longueur du filetage augmente et plus le diamètre du trou diminue, plus la rectification à des angles d'hélice élevés devient difficile, car la broche de rectification est plus susceptible de heurter la pièce.
Le contrôle des copeaux pour la rectification de filetages intérieurs implique le rinçage de la zone de rectification avec du liquide de refroidissement. Là encore, il est difficile d'acheminer le liquide de refroidissement vers la zone de rectification dans le sens de rotation de la meule sans empêcher la meule et la broche de rectification de pénétrer dans le petit trou, l'espace interne étant limité.
La rectification des filetages intérieurs est d'une grande précision, permettant de profiler et de reprofiler la meule avec précision et rapidement, selon les besoins, après son formage. De plus, la rectification des filetages intérieurs augmente la productivité. La meule peut être reprofilée pour produire différentes formes de filetage sans avoir à changer d'autres meules.
Une bonne rectifieuse de filetage interne doit avoir plusieurs caractéristiques : une bonne rigidité et stabilité thermique, une grande précision de mouvement de l'axe, un retour de position précis en boucle fermée et une broche de précision à température contrôlée.
Comment un fabricant de pièces choisit-il la méthode de filetage interne à utiliser ? Chaque méthode présente ses avantages et ses inconvénients. Si une méthode ne donne pas de résultats satisfaisants, il convient d'en essayer d'autres. Pour déterminer le procédé de filetage interne, il est important de prendre en compte le type de machine-outil dont vous disposez et d'évaluer soigneusement le coût, le cycle d'usinage et la durée de vie de l'outil.
