En quoi l'alésage permet-il d'améliorer la précision des alésages et l'état de surface ?

Qu'est-ce que l'alésage ?

L'alésage est un procédé de finition des alésages dans lequel un alésoir enlève une très fine couche de métal de la paroi de l'alésage afin d'améliorer la précision dimensionnelle et de réduire la rugosité de surface. Il est couramment utilisé pour la finition d'alésages de diamètre modéré dans des matériaux qui ne sont pas excessivement durs et peut également servir d'étape préparatoire avant le honage ou le rodage. L'alésage à la machine offre une productivité élevée et nécessite peu de main-d'œuvre, ce qui le rend adapté à la production en série.

L'alésage permet d'atteindre une précision comprise entre IT9 et IT7 et une rugosité de surface typique de Ra 1,6 à 0,8 µm. Ces performances résultent de la géométrie spécifique de l'alésoir, de la faible surépaisseur d'usinage et de la faible vitesse de coupe.

Par exemple, six alésages Ø20H7 espacés de manière régulière et devant présenter un état de surface Ra 1,6 constituent des candidats appropriés pour l'alésage.

Un alésage IT8 peut généralement être réalisé en une seule passe d'alésage. Un alésage IT7 doit être alésé deux fois : d'abord avec un alésoir de 0,05 à 0,2 mm en dessous du diamètre de l'alésage, puis avec un alésoir de finition respectant la tolérance de l'alésage. Un alésage IT6 doit être alésé trois fois.

L'alésage ne permet de corriger les erreurs de position que dans une mesure limitée ; les opérations précédentes doivent donc garantir le positionnement requis. Un alésage soumis à des tolérances strictes en matière de coaxialité ou de positionnement peut faire l'objet d'un perçage de repérage, d'un perçage, d'un alésage d'ébauche, puis d'un alésage de finition. Avant l'alésage de finition, la rugosité de surface de l'alésage doit être inférieure à Ra 3,2 µm.

Le liquide de refroidissement permet d'obtenir une meilleure finition de surface et d'évacuer les copeaux. L'alésage ne générant pas beaucoup de chaleur, un liquide de refroidissement standard suffit généralement.

Construction et choix des alésoirs

Structure de l'alésoir

Les centres d'usinage utilisent généralement des alésoirs standard. Les formes courantes comprennent les alésoirs à queue droite, à queue conique et les alésoirs à coque. Les plages de diamètres typiques vont de Ø6 à Ø20 mm pour les outils à queue droite, de Ø10 à Ø32 mm pour les outils à queue conique et de Ø25 à Ø80 mm pour les alésoirs à coque. Les alésoirs sont généralement disponibles dans les classes de précision H7, H8 et H9.

La partie initiale de la tête est le chanfrein d'entrée, ou « lead », qui facilite la pénétration de l'outil dans un trou non chanfreiné. Certains alésoirs comportent une section de coupe conique qui effectue l'essentiel de la coupe. Son faible demi-angle, généralement compris entre 1° et 15°, améliore le centrage et produit des copeaux fins.

La section de calibrage permet de corriger le diamètre du trou, de finir la paroi et de guider l'outil. Sa partie cylindrique maintient le diamètre de l'alésoir et offre une surface de mesure. Un léger cône inversé sur la partie arrière réduit le frottement contre la paroi du trou.

Détermination du diamètre de l'alésoir

La précision des alésages dépend principalement de la précision dimensionnelle de l'alésoir. Un alésoir cylindrique neuf comporte souvent une marge de rectification et peut présenter un état de surface insuffisant. Avant de réaliser des alésages d'une précision supérieure à IT8, il convient donc de rectifier son diamètre à la cote requise.

Un alésage peut se dilater ou se contracter, et il n'existe pas de tolérance universelle unique pour tenir compte de ce phénomène. Une méthode pratique de dimensionnement consiste à :

• Diamètre de base de l'alésoir = diamètre de base du trou.
• Écart maximal = deux tiers de la tolérance du diamètre du trou.
• Écart inférieur = un tiers de la tolérance du diamètre du trou.

Pour un alésage de Ø20H7 avec une tolérance de +0,021/-0 mm, le diamètre de base de l'alésoir est de Ø20 mm, l'écart supérieur est de 2/3 × 0,021 = 0,014 mm et l'écart inférieur est de 1/3 × 0,021 = 0,007 mm. Le diamètre de l'alésoir choisi est donc de Ø20 mm avec des écarts de +0,014/+0,007 mm.

Choix du nombre de dents

Un alésoir est un outil à plusieurs arêtes de coupe, et le nombre de dents dépend du diamètre et de la précision du trou. Les alésoirs standard possèdent entre 4 et 12 dents. Un nombre trop élevé de dents complique la fabrication et l'affûtage, réduit la résistance des dents pour un diamètre donné, limite l'espace d'évacuation des copeaux et peut entraîner un bourrage des copeaux, des rayures sur les parois ou l'ébréchage des arêtes. Un nombre trop faible de dents réduit la stabilité, augmente la charge par dent et augmente le risque d'erreur géométrique.

Les alésoirs peuvent présenter des dents droites ou hélicoïdales. Un alésoir hélicoïdal à goujures à gauche convient aux trous traversants, car l'hélice propulse les copeaux vers le fond et dans l'espace libre au-delà du trou. Il ne convient pas aux trous borgnes.

Sélection des paramètres d'alésage

Marge d'alésage

La surépaisseur d'alésage correspond à la profondeur de matière réservée à l'opération d'alésage. Elle est généralement inférieure à la surépaisseur prévue pour le lamage ou l'alésage. Une surépaisseur excessive augmente la pression de coupe, peut endommager l'alésoir et entraîne un mauvais état de surface. Lorsque la surépaisseur est importante, il convient d'effectuer des passes distinctes d'alésage d'ébauche et de finition.

Une surépaisseur insuffisante peut entraîner une usure prématurée de l'outil, empêcher une coupe normale et nuire à la qualité de la finition. La surépaisseur habituelle est comprise entre 0,1 et 0,25 mm et ne doit pas dépasser 0,3 mm pour les alésages de grande taille. En règle générale, il est recommandé de prévoir une surépaisseur diamétrale comprise entre 1% et 3% du diamètre de l'alésoir.

Vitesse d'avance

L'avance d'alésage est généralement deux à trois fois supérieure à l'avance de perçage. Une avance plus élevée favorise la coupe par l'alésoir plutôt que le frottement, bien que la rugosité de surface Ra augmente à mesure que l'avance augmente.

Si l'avance est trop faible, le frottement radial augmente. L'alésoir s'use alors rapidement, peut vibrer et laisser une surface de perçage rugueuse.

Vitesse de rotation de la broche

Tous les paramètres d'usinage influencent la rugosité de la surface alésée, mais c'est la vitesse de coupe qui a l'effet le plus important. Pour obtenir une valeur Ra d'environ 0,63 avec un alésoir en acier rapide dans de l'acier à teneur moyenne en carbone, la vitesse de coupe ne doit pas dépasser 5 m/min afin d'éviter la formation d'une arête de surépaisseur. Les copeaux de fonte se fragmentent en particules et ne forment pas facilement de bord de accumulation ; la vitesse peut donc être augmentée à 8 à 10 m/min.

On part généralement d'une vitesse de rotation de l'alésoir égale aux deux tiers de la vitesse de perçage dans le même matériau. Si la vitesse de perçage est de 500 tr/min, par exemple, une vitesse d'alésage raisonnable est de 500 × 0,660 = 330 tr/min.

Utilisation d'un cycle prédéfini pour l'alésage

La séquence d'alésage s'apparente à d'autres opérations de perçage. Dans le cas d'un trou borgne, le perçage est suivi de l'alésage, mais les copeaux de perçage restés dans le trou peuvent gêner le bon fonctionnement de l'alésoir. Il convient donc d'utiliser un arrêt de programme M00 avant l'alésage afin que l'opérateur puisse retirer tous les copeaux.

Les programmes d'alésage utilisent également des cycles fixes. Les commandes FANUC ne définissent pas de cycle d'alésage spécifique, mais la commande G85 est adaptée car elle permet d'entrer et de sortir du trou à la même vitesse d'avance.