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De quelle manière la géométrie d’un foret influe sur la durée de vie et la tolérance d’alésage

La géométrie des forets désigne le nombre et l’emplacement des arêtes de coupe, des goujures ainsi que les angles utilisés. 

En fonction du type d’alésage à produire, on distingue :

Forets hélicoïdaux

Un perçage dans le plein est réalisé à l’aide d’un foret hélicoïdal. Un corps creux cylindrique est alors créé par l’usinage du matériau. Pour le perçage dans la plage de diamètre jusqu’à 20 mm et à une profondeur de perçage jusqu’à 100 mm, le foret hélicoïdal est l’outil le plus utilisé. 

Tarauds

Le taraudage consiste d’abord à effectuer un perçage dans le plein, puis à utiliser des tarauds pour couper un filet. Cette étape peut être réalisée manuellement ou avec la machine. Le filetage intérieur créé est standardisé et s’adapte donc à un filetage extérieur correspondant.

Forets étagés

Un foret étagé crée un alésage étagé pour pouvoir enfoncer un élément de fixation (comme une tête de vis) dans le matériau. La plupart du temps, il n’est pas nécessaire de procéder à un usinage ultérieur comme l’alésage ou le chanfreinage.

Géométrie d’un foret hélicoïdal

Les différentes géométries affectent la précision dimensionnelle de l’alésage et la durée de vie du foret.

Afin de comprendre quel aspect de la géométrie d’un foret influence quel facteur en matière de durée de vie de l’outil ou de tolérances de perçage, on peut par exemple examiner en détail la géométrie d’un foret hélicoïdal. De plus, les forets non monobloc, disposant de plaquettes indexables sont soumis au même défi, à savoir le réglage optimal pour l’évacuation des copeaux, la vitesse de coupe et les vitesses d’avance.

  1. Angle de pointe
  2. Arêtes de coupe principales
  3. Angle de dépouille
  4. Arête de coupe secondaire
  5. Goujure
  6. Listel
  7. Angle de coupe latéral

Diamètre du foret hélicoïdal

Le diamètre d’un foret hélicoïdal diminue de la pointe du foret jusqu’à la queue de l'outil. Le rétrécissement est de l’ordre de 0,02 à 0,08 mm sur une longueur de goujure de 100 mm et réduit le frottement dans le trou de forage. Cela facilite également l’évacuation des copeaux.

Angle de pointe – Centrage du foret hélicoïdal

L’angle de pointe se trouve au sommet du foret hélicoïdal. L’angle est mesuré au niveau de la pointe entre les deux arêtes.

Plus l’angle est petit, plus le centrage dans le matériau est aisé. Le risque de glissement est également réduit sur les surfaces bombées. Pour l’usinage de matériaux à faible conductivité thermique et à copeaux courts, on choisit des petits angles de pointe, les longues arêtes de coupe principales permettent alors une bonne dissipation de la chaleur par l’outil. En revanche, si l’angle de pointe est trop petit, la compression des copeaux peut obturer l’alésage ou la goujure. Un petit angle de pointe augmente également l’usure des arêtes.

Avec les matériaux à bonne conductivité thermique ou à copeaux longs, on opte pour un angle de pointe plus élevé parce qu’il permet une bonne évacuation des copeaux et une force de coupe réduite. Par ailleurs, un large angle de pointe peut entraîner plus facilement une déviation du foret et un alésage plus large.

La plupart des forets hélicoïdaux présentent un angle de 118 degrés. On utilise les modèles de 90 degrés pour les plastiques durs et résistants, les modèles de 130 degrés pour les matériaux tendres et résistants et les modèles 140 degrés pour les métaux légers à copeaux longs.

Arêtes principales du foret hélicoïdal : pour les performances de l’usinage

Le foret hélicoïdal présente deux arêtes principales reliées par une arête transversale. Les arêtes principales prennent en charge le processus de perçage à proprement parler. Par comparaison avec les arêtes courtes, les arêtes longues produisent en principe des volumes de copeaux plus importants. 

Arête transversale du foret hélicoïdal : plus elle est courte, plus les performances sont élevées

L’arête transversale se trouve au centre de la pointe du foret et ne génère aucune action de coupe. Elle exerce seulement une pression et un frottement sur la pièce et constitue essentiellement une entrave au processus de perçage. Un procédé de meulage adéquat peut réduire la longueur de l’arête transversale. Cet « amincissement » ou le rodage entraîne une réduction significative des forces de frottement et donc une réduction de la force d’avance nécessaire. Parallèlement, la pointe du foret est centrée de manière optimale sur la pièce à usiner. 

Profil de goujure (en spirale) du foret hélicoïdal : pour la longévité

Le foret hélicoïdal possède deux goujures opposées qui permettent l’évacuation des copeaux et l’alimentation en lubrifiant réfrigérant. Elles sont rectifiées, fraisées ou laminées le plus souvent dans l’ébauche. Les profils larges de goujures sont plus plats et permettent d'avoir une âme plus épaisse.

Une mauvaise évacuation des copeaux implique une production de chaleur plus importante, qui peut à son tour entraîner un recuit et une éventuelle rupture du foret.
Une réelle accumulation de copeaux peut provoquer des mouvements radiaux du foret et affecter la qualité de l’alésage, la longévité et la fiabilité du foret, et provoquer des ruptures des forets ou plaquettes. Plus la goujure est large, plus l’évacuation des copeaux est efficace.

Âme : stabilité du foret hélicoïdal

L’épaisseur d’âme est le facteur décisif pour la stabilité du foret hélicoïdal. Les forets hélicoïdaux avec une âme de grand diamètre (épais) sont plus stables et conviennent donc aux couples plus élevés et aux matériaux plus durs. 

Les listels et arêtes secondaires du foret hélicoïdal : pour la concentricité et la qualité de la paroi de l’alésage

  1. Arête de coupe principale
  2. Face de dépouille
  3. Arête de coupe secondaire

Les listels de guidage sont créés par un détalonnage le long des goujures. Ils présentent une largeur entre 0,1 et 5 mm en fonction du diamètre du foret et favorisent le guidage du foret dans l’alésage. La qualité de la paroi de l’alésage dépend essentiellement de ses caractéristiques. 

L’arête secondaire forme le point de transition entre le chanfrein de guidage et la goujure. Elle détache et coupe les copeaux adhérant sur le matériau.

La longueur des listels et des arêtes de coupe secondaires dépend largement de l’angle d'hélice.

Angle d'hélice du foret hélicoïdal : détermine l’application en fonction du matériau

L’angle d'hélice, également appelé angle de spirale, est formé par le sens des rainures et l’axe du foret. Il détermine la taille de l’angle de coupe au niveau des arêtes principales et donc le processus de formation de copeaux.

Les angles hélicoïdaux plus importants permettent une évacuation efficace pour les matériaux tendres à copeaux longs. Au contraire, les angles hélicoïdaux plus petits sont utilisés pour les matériaux rigides à copeaux courts.

Les forets hélicoïdaux affichant un angle d'hélice très réduit (10° - 19°) présentent des spirales allongées. En revanche, les forets hélicoïdaux avec un angle d'hélice élevé (27° - 45°) présentent des spirales courtes refoulées. Les forets hélicoïdaux avec une spirale normale présentent un angle hélicoïdal de 19° - 40°. 

Quel foret pour quel matériau : 3 types

Le manuel DIN pour les forets et outils à chanfreiner définit, selon la norme DIN 1836, la répartition des groupes d’utilisation en trois types N, H et W : 

  1. Type N : Spirales normales pour des matériaux à résistance classique, comme les aciers de construction généraux, les métaux non-ferreux et la fonte. Non adapté aux matériaux tendres
  2. Type H : Spirales allongées pour matériaux rigides, à copeaux courts, cassants et résistants, comme l’acier, le plastique dur, le plexiglas ou les stratifiés
  3. Type W : Pour matériaux tendres, à longs copeaux et résistants comme l’aluminium, le cuivre ou les plastiques tendres.

Vitesse de coupe et usure

Dans des conditions de coupe sélectionnées de manière adéquate, l’usure est homogène partout. Une usure irrégulière peut survenir à une vitesse de coupe élevée, avec une avance importante ou un matériau dur. Le foret doit alors être rectifié au niveau de la face de dépouille jusqu’à ce que l’usure de l’arête principale, de l’arête transversale et du chanfrein de guidage soit complètement éliminée. Si l’usure n’est pas éliminée au niveau du listel, le foret se bloque.