Usinage et fabrication de précision impliquent des outils de coupe spécialisés en raison de la nécessité de fabriquer un trou dans une dimension précise, ainsi que de la finition de surface élevée obtenue au cours du processus. 

Les alésoirs sont devenus les éléments les plus essentiels du secteur manufacturier contemporain, ce qui a permis aux machinistes du secteur de produire des pièces avec des tolérances de ±0,0002 pouce. Comprendre les 14 types d'alésoirs utilisés dans l'usinage est essentiel pour les professionnels de la fabrication qui cherchent à obtenir des résultats optimaux dans leurs opérations de finition de trous de précision.

Le marché des outils de coupe devrait continuer à augmenter car les producteurs demandent des outils plus précis et plus efficaces dans le monde entier. Il est estimé à 8,9 milliards de dollars en 2023. Les machines-outils d'alésage peuvent être considérées comme une part considérable de ce marché, et les applications comprennent l'aérospatiale, l'automobile, les appareils médicaux et les industries de fabrication générale.

Qu'est-ce qu'un alésoir et à quoi sert-il ?

Les alésoirs sont des dispositifs de coupe fine utilisés pour agrandir la présence antérieure de trous dans les spécifications qui sont censées être accomplies avec des représentations exactes. Contrairement aux forets qui percent des trous dans un matériau solide, les alésoirs lissent les trous qui ont été préalablement percés, poinçonnés ou coulés. Ces outils n'enlèvent généralement que 0,005 à 0,015 pouce de matière et se concentrent sur les valeurs dimensionnelles, et non sur la quantité de matière enlevée.

Les fonctions principales de outils d'usinage des alésoirs inclure :

• Cela a permis une précision des diamètres des trous avec une tolérance de +/- 0,0001 et 0,0005 pouces, respectivement.
• Production de finitions de surface de haute qualité (valeurs Ra comprises entre 32 et 125 micro-pouces)
• Précision de la rectitude et de la concentricité des trous : Assurer la rectitude et la concentricité des trous
• Usinage de trous pour recevoir des pièces de dimensions fines telles que des goupilles, des boulons et des roulements

Les 14 types d'outils d'alésage utilisés dans l'usinage : Vue d'ensemble

1. Alésoirs à main

La forme la plus simple d'outil d'alésage est l'alésoir à main, conçu pour être utilisé manuellement. Les outils ont une tige droite avec une extrémité carrée utilisée pour fixer une clé, et leurs dimensions peuvent varier entre 1/8 de pouce et 2 pouces. Les alésoirs manuels laissent peu de matière (0,001 à 0,005 pouce) avec une finition de surface de Ra 32 à 63 micro-pouces.

Applications clés :

• Réparation et entretien des terrains
• Production en faible volume
• Développement de prototypes
• Fabrication d'outils et de matrices

2. Alésoirs pour machines

Les alésoirs pour machines sont conçus pour être utilisés dans les perceuses, les tours et les fraiseuses. Ces outils sont dotés d'une tige conique Morse ou d'une tige droite et sont capables de maintenir des vitesses de coupe plus élevées que les alésoirs manuels. Les alésoirs mécaniques sont normalement utilisés pour créer une tolérance et une finition Ra 16 à 32 micro-pouces.

Caractéristiques techniques :

• Vitesses de coupe 50-200 surfaces pieds/ min
• Vitesse d'avance : 0,002-0,010 pouce par tour
• La profondeur du matériau : La profondeur de l'enlèvement de matière se situe entre 0,005 et 0,015 pouces.

3. Alésoirs à mandrin

Alésoirs à mandrin présentent des queues droites conçues pour être montées sur des mandrins de machines-outils. Ces outils polyvalents sont couramment utilisés dans Opérations d'alésage CNC et les applications d'usinage général. Les alésoirs à mandrin offrent une excellente flexibilité et peuvent être facilement changés entre différentes opérations.

4. Alésoirs pour coquilles

Les alésoirs à coquille sont constitués d'une tête de coupe amovible montée sur un arbre, ce qui les rend rentables pour les applications de plus grand diamètre. Le boîtier permet de remplacer les arêtes de coupe sans les endommager en cas d'usure, tout en laissant l'arbre coûteux en place. Ces outils sont particulièrement utiles pour la fabrication en grande quantité. Avantages économiques :

• Réduction des coûts d'inventaire des outils
• Réduction des coûts de remplacement
• Systèmes d'arborescence standardisés
• Amélioration de la gestion de la durée de vie des outils

5. Alésoirs d'expansion

Les alésoirs à expansion ont des diamètres de coupe réglables, ce qui permet un contrôle précis des dimensions du trou. Ces outils utilisent des mécanismes d'expansion tels que des ajusteurs filetés ou des inserts coniques pour modifier le diamètre de coupe dans une plage spécifique (généralement de 0,005 à 0,020 pouce).

6. Alésoirs réglables

Alésoirs réglables offrent des diamètres de coupe variables grâce à des systèmes de lames remplaçables. Ces outils offrent une flexibilité exceptionnelle pour les tailles de trous personnalisées et peuvent être équipés d'un système de compensation de l'usure. Les alésoirs réglables sont particulièrement utiles dans les applications d'outillage où des dimensions non standard sont requises.

7. Alésoirs coniques

Les alésoirs coniques créent des trous coniques précis avec des angles spécifiques, couramment utilisés pour les goupilles coniques, les cônes Morse et les applications de broches de machines. Les angles coniques standard comprennent les séries de cônes 1:50, 1:20 et Morse. Ces outils nécessitent un réglage et une utilisation minutieux pour obtenir une géométrie conique correcte.

Spécifications courantes des cônes :

• Cône morse : MT0 à MT6
• Cône Jarno : Conception autosuffisante
• Cône Brown & Sharpe : Applications de précision

8. Alésoirs étagés

Les alésoirs étagés sont des alésoirs dotés de plusieurs diamètres de coupe sur un seul outil, ce qui permet de former des trous étagés en une seule passe. Ces outils spéciaux réduisent le temps d'installation et augmentent la productivité dans les cas où plusieurs diamètres de trous et une localisation axiale précise des trous sont nécessaires.

9. Alésoirs de pont

Les alésoirs pour ponts sont des outils qui permettent d'aléser les trous lors de la construction de ponts et de travaux structurels lourds. Il s'agit d'outils robustes, de construction épaisse, capables de résister aux exigences élevées et aux conditions difficiles de la fabrication de charpentes métalliques.

10. Alésoirs pour voitures

Les alésoirs sont des outils spécialisés utilisés dans l'industrie automobile, notamment pour aléser les blocs moteurs, les boîtiers de transmission, les châssis et d'autres pièces d'une automobile. La précision de ces outils devrait même dépasser les niveaux de qualité de l'industrie automobile, et ils devraient être en mesure de répondre aux exigences de production élevées.

11. Alésoirs pour roses

Alésoirs à rosace présentent des arêtes de coupe uniquement sur la face frontale, ce qui les rend adaptés aux opérations d'alésage grossier. Ces outils enlèvent de plus grandes quantités de matière et sont souvent utilisés comme outils d'ébauche avant l'alésage de finition avec d'autres types d'outils.

12. Alésoirs cannelés

Les alésoirs à goujures hélicoïdales ou droites utilisent des goujures pour éliminer les copeaux et minimiser les forces. La performance de l'outil est fortement influencée par la conception de la goujure, et les goujures hélicoïdales sont beaucoup plus douces pendant la coupe et donnent une finition de surface supérieure.

Considérations relatives à la conception de la cannelure :

• Angle de l'hélice : 5-45 degrés
• Nombre de flûtes : 4-12 (de préférence des nombres pairs)
• Profondeur de goujure : 15-25% du diamètre de l'outil
• Efficacité de l'évacuation des copeaux

13. Alésoirs à cannelure hélicoïdale

Les alésoirs à tête filetée utilisent un outil de coupe hélicoïdal de la même manière que les alésoirs à goujures hélicoïdales, sauf que la tête filetée est dotée de goujures hélicoïdales, qui évacuent les copeaux et réduisent la charge de coupe par rapport aux alésoirs à goujures droites. Ils sont efficaces, en particulier dans les trous profonds et dans les matériaux contenant des copeaux filandreux.

14. Alésoirs en carbure

Les alésoirs en carbure sont également dotés d'arêtes de coupe en carbure pour prolonger la durée de vie de l'outil et augmenter les vitesses de coupe. Ces outils peuvent fonctionner à des vitesses de coupe 3 à 5 fois supérieures à celles des alésoirs en acier rapide, avec des caractéristiques d'usure hors de portée de la plupart des alésoirs en acier rapide.

Avantages en termes de performances :

1. Durée de vie de l'outil : 5 à 10 fois celle de l'acier rapide
2. Vitesses de coupe : 1000 pieds de surface par minute au maximum
3. Résistance supérieure à l'usure
4. Précision dimensionnelle constante

Critères de sélection des outils d'alésage pour une performance optimale

Sélection de l'outil approprié outils d'usinage des alésoirs nécessite un examen minutieux de multiples facteurs qui ont une incidence directe sur les performances et le rapport coût-efficacité.

Considérations matérielles

Le matériau de la pièce à usiner influe considérablement sur le choix de l'alésoir. Outils de coupe industriels doivent être adaptées aux propriétés spécifiques des matériaux :

Acier et fer :

• Alésoirs en acier rapide pour applications générales
• Alésoirs en carbure pour les opérations à grande vitesse
• Outils revêtus pour une durée de vie prolongée

Aluminium et métaux non ferreux :

• Arêtes de coupe tranchantes pour éviter la formation d'une arête
• Cannelures polies pour l'évacuation des copeaux
• Géométries spécialisées pour les matériaux souples

Matériaux trempés :

• Arêtes de coupe en carbure ou en céramique
• Angles d'inclinaison positifs
• Porte-outils rigides

Exigences de précision

Finition précise des trous exigent des caractéristiques d'alésage spécifiques :

Exigences de tolérance :

• ±0.0001″ : Alésoirs de qualité supérieure
• ±0.0002″ : Alésoirs de précision standard
• ±0.0005″ : Alésoirs à usage général

Finition de la surface Spécifications :

• Ra 16 micro-pouces : Alésoirs de finition
• Ra 32 micro-pouces : Alésoirs standard
• Ra 63 micro-pouces : Alésoirs grossiers

Applications courantes des outils d'alésage dans les cas d'utilisation industrielle

Opérations d'alésage CNC couvrent de nombreux secteurs d'activité, chacun ayant des exigences et des défis spécifiques :

Industrie aérospatiale

• Fabrication de composants de moteurs
• Trains d'atterrissage
• Fabrication de composants structurels
• Installations de roulements de précision

Les statistiques montrent que les fabricants de l'industrie aérospatiale exigent des tolérances de perçage de ±0,0001 pouce pour les composants critiques, avec des finitions de surface supérieures à Ra 32 micro-pouces.

Fabrication automobile

• Usinage du bloc moteur
• Production de composants de transmission
• Fabrication de systèmes de freinage
• Fabrication de composants de suspension

L'industrie automobile traite plus de 80 millions de véhicules par an, ce qui nécessite des milliards de trous de précision d'une qualité constante.

Fabrication de dispositifs médicaux

• Production d'instruments chirurgicaux
• Usinage de composants d'implants
• Fabrication d'équipements de diagnostic
• Fabrication de composants de précision

La fabrication de dispositifs médicaux exige les normes de précision les plus élevées, de nombreux composants nécessitant des tolérances de ±0,00005 pouce.

Maintenance et optimisation de la durée de vie des outils

L'entretien adéquat des outils d'alésage a un impact significatif sur les performances et le rapport coût-efficacité :

Procédures d'inspection des outils

• Inspection visuelle des motifs d'usure
• Vérification dimensionnelle à l'aide de jauges de précision
• Mesure de l'état de surface
• Évaluation de pointe de l'état de l'appareil

Lignes directrices pour le reconditionnement

• Services professionnels de réaffûtage
• Restauration du revêtement
• Restauration dimensionnelle
• Essais de validation des performances

Les statistiques de l'industrie montrent que les alésoirs, lorsqu'ils sont bien entretenus, peuvent atteindre 150 à 300 % de la durée de vie prévue de tout outil.

Conclusion

Comprendre les 14 types d'outils d'alésage utilisés dans l'usinage permet aux professionnels de la fabrication de sélectionner les solutions optimales pour leurs applications spécifiques. Qu'il s'agisse de simples alésoirs manuels ou d'alésoirs en carbure de haute qualité, chaque variété de ces outils convient à des applications différentes dans les industries contemporaines.

Le développement des outils d'usinage des alésoirs continue d'évoluer grâce aux nouveaux matériaux, revêtements et géométries qui améliorent les performances et prolongent la durée de vie de l'outil. Ces outils de coupe industriels spécialisés continueront à jouer un rôle clé dans la production de la précision dimensionnelle et de la finition de surface nécessaires dans le monde compétitif moderne, car la fabrication continue à exiger des degrés plus élevés de précision et d'efficacité.

Les systèmes mécaniques ont la capacité de finir les trous avec précision, ce qui est possible grâce à la sélection des outils, aux paramètres de fonctionnement et aux méthodes d'entretien constant. L'application de ces principes permettra aux fabricants d'obtenir de meilleurs résultats et d'améliorer la durée de vie des outils, tout en réduisant les coûts de production.

Foire aux questions (FAQ)

1. En quoi les procédures de perçage et d'alésage sont-elles différentes ?

Le perçage forme des trous dans un matériau solide, tandis que l'alésage permet d'agrandir des trous existants jusqu'à une dimension spécifique. Les outils d'alésage ne polissent généralement que 0,005-0,015 pouces de matériau et s'intéressent à la finition de la surface et à la précision des dimensions plutôt qu'à l'enlèvement de matériau. Le perçage peut atteindre une tolérance de -++ 0,005 pouce, tandis que l'alésage peut également atteindre une tolérance de -++ 0,0002 pouce ou mieux.

2. Quelle vitesse de coupe dois-je utiliser pour les différents types d'alésoirs ?

La vitesse de coupe varie considérablement en fonction du matériau de l'alésoir et de la pièce à usiner. Les tailles de coupe des alésoirs en acier rapide sont de 50 à 200 pieds de surface par minute ; les alésoirs en carbure coupent jusqu'à 300 à 1 000 pieds de surface par minute. L'alésage CNC doit être lancé à des vitesses prudemment basses, qui doivent être augmentées par la suite, en gardant un œil sur la production de déchets et la qualité de la finition de la surface.

3. Pourquoi l'alésage donne-t-il un mauvais état de surface ?

Un mauvais état de surface est généralement dû à une vitesse de coupe trop élevée, à une vitesse d'avance inadaptée, à une lubrification insuffisante ou à l'usure des arêtes de coupe. Pour obtenir une finition précise des trous, il est essentiel d'utiliser des liquides de refroidissement, des vitesses d'avance (0,002-0,010 IPR) et un jeu d'arêtes de coupe fin. La qualité de la surface est également affectée par l'accumulation d'arêtes et le broutage.

4. Quels alésoirs dois-je utiliser : en carbure ou en acier rapide ?

Les alésoirs en carbure conviennent mieux aux travaux de grande envergure, aux matériaux abrasifs et aux travaux rapides. Ils offrent une durée de vie de 5 à 10 fois supérieure à celle des outils en acier rapide, mais sont 3 à 5 fois plus chers au départ. Les alésoirs en acier rapide deviennent plus économiques pour les productions de faible volume, les opérations interrompues et les applications générales où la flexibilité des outils est un avantage.

5. Quelle quantité de matière doit rester après le perçage pour procéder à l'alésage ?

La surépaisseur d'alésage optimale se situe généralement entre 0,005 et 0,015 pouce dans la plupart des cas. Une quantité de matière insuffisante entraînera l'usure de l'outil et une prise de surface rugueuse, tandis qu'une quantité de matière importante entraînera une amplification des forces de coupe et, parfois, la rupture de l'outil. Avec des surépaisseurs relativement constantes jusqu'à la fin du cycle de production, les outils d'usinage par alésage donnent les meilleurs résultats.