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Le Perçage

I. Définition

Le perçage est un procédé de travail qui consiste à exécuter des trous cylindriques à l’aide d’outils appelés forets animés de mouvement de rotation et de translation.

Ces mouvements sont communiqués par les perceuses et les porte-forets.

II. Le foret

Le foret utilisé pour les travaux de perçage courants est le foret hélicoïdal. C’est Un corps cylindrique en acier à outil ou en acier rapide dans lequel deux rainures hélicoïdales, diamétralement opposées, sont taillées.

Ces rainures, qui constituent la surface d’attaque de l’outil, servent à l’évacuation du copeau.

Une extrémité constitue la partie active; l’autre, la queue de fixation qui peut être cylindrique ou conique.

1. Le corps

constitué par un cylindre dans lequel ont été fraisées deux rainures hélicoïdales servant au dégagement des copeaux et au passage du lubrifiant. Certains gros forets sont obtenus par torsion d’une lame profilée spécialement.

La section du corps n’est pas circulaire, on remarque le long de chaque rainure une surface étroite nommée cordon ou listel suvie d’une partie en retrait appelée dos. Diamétralement opposés, les deux listels constituent les surfaces de guidage.

La partie qui sépare les deux rainures s’appelle l’âme du foret; elle s’épaissit de la tête vers la queue.

Le foret est légèrement conique; son diamètre diminue de la tête vers la queue afin de faciliter son dégagement (0,025 à 0,15 mm par 100 mm de longueur).

2. La tête

ou partie active formée par les deux surfaces d’affûtage: parties coniques dont l’arête d’intersection forme le sommet du foret.

Les arêtes tranchantes, ou lèvres du foret, sont déterminées par les intersections des surfaces coniques et des rainures hélicoïdales.

3. La queue

est cylindrique (diamètre max. 16 mm) ou tronconique (> 10 mm). Les queues tronconiques se terminent par un tenon d’entraînement qui empêche toute rotation dans l’organe de la machine.

Caractéristiques commerciales d’un foret hélicoïdal:

* le diamètre, marqué sur la queue, ou sur le collet;

* le sens d’inclinaison des rainures hélicoïdales: le plus souvent à droite, c’est-à-dire que le foret doit tourner dans le sens des aiguilles d’une montre;

* la série: courte (série courante), ou longue (perçage de trous profonds), ou extra courte;

* la forme de la queue; la matière.

Exemple de commande: Un foret hélicoïdal de 20 mm de diamètre, à droite, série courte, queue conique, en acier rapide.

Désignation d’un foret hélicoïdal:


Figure

1 Tête ou pointe
2 Rainure de copeaux
3 Listel
4 Dos
5 Queue cylindrique
6 Queue tronconique
7 Tenon

Désignation de la tête d’un foret:


Figure

1 Surface d’incidence

2

s
- sigma - angle de pointe
3 2 tranchants principaux ou lèvres
4 Rainure de copeaux aussi appelé surface de dépouille
5 Listel

6 Tranchant transversal ou âme

Y
- psi - angle de tranchant transversal (env. 55°)
7 Rainure de copeaux

Les angles d’un foret:


Figure


- a
- l’angle d’incidence


- b
- l’angle de coin


- g
- l’angle de dépouille

Vérification de l’angle d’affûtage et de l’égalité de longueur des deux lèvres.


Figure

Montage des forets:

Les forets à queue cylindrique sont serrés dans un mandrin à deux ou trois mors, à serrage concentrique.

Il faut serrer fortement le foret dans l’axe du mandrin pour empêcher que sa rotation ne raye et ne déforme la queue, ce qui rendrait le centrage du foret plus difficile.


Figure

Les forets à queue conique se montent soit directement dans l’alésage conique de la broche de la machine, si les deux cônes sont de mêmes dimensions, soit par l’intermédiaire d’une ou de plusieurs douilles de réduction dont les plus courantes sont les cônes morses.


Figure

Remarques:

1° Lémmanchement conique assure normalement un bon centrage du foret et la liaison entre l’outil (foret ou cône) et la broche est facile à réaliser parfaitement.

2° Les forets de faible diamètre ne nécessitent pas un couple moteur impartant pour être entraînés; ceci permet de les faire à queue cylindrique, et d’abaisser ainsi le prix de revient.

Les dimensions des cônes des forets sont désignées par un numéro.

N° du cône.........

1

2

3

4

5

6

Diamètre des forets

max 15 mm

15 à 23

23 à 32

32 à 50

50 à 80

80 à 100

Les cônes morses sont désignés par deux chiffres, le premier est celui du cône intérieur et le second celui du cône extérieur.

Exemple: Si l’on veut fixer un foret de 10 mm dans une broche d’un alésage n° 3, on fera usage d’un cône morse n° 1-3 ou d’un cône 1-2 et d’un cône 2-3.

Il faut maintenir les surfaces d’emmanchement en bon état.

Si les cônes sont déformés ou si les cônes mâles et femelles n’ont pas exactement la même pente, le foret n’est pas bien maintenu dans l’axe de rotation: l’effort d’entraînement se trouve reporté entièrement sur le tenon qui peut, de ce fait, se tordre et même se rompre.


Figure

La poussée axiale et la réaction de la tôle assurent un emmanchement solide des cônes et du foret.

Le démontage des mandrins, cônes et forets se fait à l’aide d’un chasse-cône en acier doux.

III. Différents types de perceuses

Elles se classent en deux catégories: les perceuses portatives et les machines fixes.

Perceuses portatives:

Leur mécanisme ne transmet au foret que le couple moteur assurant sa rotation; la poussée axiale est obtenue par pression exercée par l’opérateur sur la machine elle-même.

Très utilisées sur les chantiers, elles sont employées également à l’atelier pour percer les pièces encombrantes ou les parties inaccessibles avec le matériel fixe.

On distingue:

LE PORTE-FORET

Nommé couramment chignole à main. Le mouvement de rotation du foret est transmis à la broche porte-mandrin par une couple d’engrenages mue par une manivelle. Son faible rendement l’a fait à peu près abandonner dans les ateliers.


Figure

LES PERCEUSES ELECTRIQUES

Le moteur électrique assure la rotation de la broche par l’intermédiaire de trains d’engrenages réducteurs de vitesse. On trouve des perceuses électriques portatives dans tous les ateliers; il en existe de nombreux modèles de forces différentes.

La perceuse à adhérence magnétique possède deux pieds-supports qui renferment chacun un électro-aimant. Le courant électrique, en passant dans les électro-aimants, immobilise immédiatement la machine à l’endroit désiré.

Les perceuses d’angle à commande électrique ou pneumatique permettent de percer à proximité d’un angle intérieur.

LES PERCEUSES PNEUMATIQUES

Les perceuses pneumatiques sont utilisées dans tous les ateliers et chantiers qui possèdent une installation d’air comprimé.

Les moteurs à air comprimé des anciennes machines sont à pistons; ceux-ci commandent la broche porte-foret par l’intermédiaire de bielles et d’un vilebrequin. Ces machines sont puissantes mais brutales.

Les moteurs des machines modernes sont généralement à turbine. Le rotor qui entraîne la broche est constitué par un cylindre portant des rainures dans chacune desquelles glisse une palette.

Remarque: Pour percer dans de bonnes conditions en utilisant une perceuse portative, l’ouvrier doit veiller à la bonne orientation du foret que lui seul assure.

Machines fixes à percer:

Toutes ces machines assurent à la fois la rotation et l’avance du foret. La translation verticale de la broche est réalisée par l’intermédiaire du fourreau commandé par pignon et crémaillère. Les principaux types de machines à percer sont les suivants:

LES PERCEUSES SENSITIVES

dans lesquelles la descente du foret se commande uniquement à la main. L’ouvrier contrôle constamment l’effort qu’il exerce sur l’outil, il le “sent”; ce qui est absolument nécessaire pour les perçages de faible diamètre étant donnée la fragilité des petits forets.

Le relevage de la broche se fait automatiquement par contrepoids ou par ressort.

La capacité de perçage de ces machines n’excède pas 12 mm de diamètre.

LES PERCEUSES À COLONNE

Indépendamment de la commande à main, elles sont munies d’un dispositif d’avance automatique du foret. A l’origine, la pièce principale du bâti de ces machines était une colonne d’où leur nom.

Une machine à colonne est caractérisée par:

- sa capacité maximum de perçage;
- ses vitesses de rotation et d’avance du foret;
- ses dimensions utiles: hauteur maximum entre table et foret, distance maximum entre colonne et foret.


Perceuse à colonne

LES PERCEUSES RADIALES

Pour percer avec une machine sensitive ou à colonne, il faut déplacer la tôle (ou la pièce) à chaque trou afin de présenter le coup de pointeau sous le foret, cela devient difficile et long lorsque les tôles sont lourdes; de plus, la distance, toujours faible, entre la colonne et le foret, ne permet pas d’atteindre tous les points des que la largeur d’une tôle dépasse une certaine valeur (1 m environ).

En utilisant une perceuse radiale, c’est la tôle (ou la pièce) qui reste immobile alors que la broche porte-foret peut se déplacer facilement.

Ces machines sont caractérisées par leur bras radial (de radiare: rayonner). Ce bras, rigide ou parfois articulé, est terminé par un fourreau qui tourne autour d’une colonne ou fût.

Le bras porte sur une coulisse horizontale, la tête de perçage ou chariot renfermant le mécanisme d’entraînement du foret (moteur, boîte de vitesses).


Figure

Il existe deux types de perceuses radiales:

- type mécanique - elles sont pourvues d’un socle et d’une table de perçage; le bras est mobile verticalement sur la colonne;

- type chaudronnerie (voir fig.) - le bras ne peut se déplacer que par rotation autour du fût. Les radiales sont simples si la tête reste verticale, ou universelles si la tête est orientable.

La combinaison de la rotation du bras et de la translation de la tête de perçage permet au foret d’atteindre la totalité de la surface circulaire couverte par le mouvement du bras (360°).

LES MACHINES À PERCER À L’AXE HORIZONTAL

Ces sont des machines à bâti qui comportent une coulisse verticale sur laquelle se déplace la tête de perçage. Elles rendent de grands services pour le perçage sur pièces formées. Dans ce cas, elles offrent deux avantages sur les perceuses radiales:

- une plus grande rigidité;
- des conditions de travail plus confortables, car avec une radiale, l’ouvrier devrait être juché sur la virole.

IV. Pratique du perçage

Le travail comprend:

* la préparation de la pièce
* le montage de la pièce
* le réglage
* le perçage de l’avant-trou et
* le perçage définitif

La préparation de la pièce consiste:

- à obtenir une surface d’attaque et une surface d’appui perpendiculaires à l’axe du trou à percer;

- à déterminer la position du trou. Cette position est définie par l’intersection de deux axes perpendiculaires

Leur intersection donne le centre.

La position du centre est matérialisée par le pointage qui a pour objet d’imprimer dans la pièce une cavité conique destinée à guider la pointe du foret.

Le montage de la pièce:

La pièce doit être placée de manière que la surface d’attaque soit perpendiculaire à l’axe de la broche.

Le réglage comprend en général:

- le réglage en hauteur;
- la vérification de la perpendicularité de l’axe de la broche et de la surface d’attaque;
- le réglage de l’alignement de l’axe de la broche et de celui du trou à percer;
- le blocage en position définitive.

Le perçage de l’avant-trou:

A l’aide d’un petit foret de 3 à 5 mm de diamètre (l’arête terminale du foret doit être contenue dans le coup de pointeau du centre).

Le perçage définitif:

a. d’un trou débouchant

* la pièce est abloquée en étau sur des cales

* l’avant-trou est percé

* positionner l’âme du foret dans le coup de pointeau

* régler la vitesse de rotation de la broche

* amorcer le perçage, percer, débourrer (au débouchage, réduire l’effort sur le levier pour une avance manuelle) (fig. 4a)

* ébavurer le trou de chaque côté de la surface

* contrôler la position et le diamètre du trou réalisé

* pour un bon guidage de la pointe des forets d’un diamètre supérieur à 8 mm, un centrage précède le perçage.


Figure 4a

b. d’un trou borgne (fig. 5)

(même procédé de perçage que le trou débouchant.) Pour respecter la cote de profondeur (10 mm par exemple), il faut;

* percer jusqu’au diamètre du foret, régler le tambour gradue à 0 (fig. 5a).
* percer, lire la profondeur sur le tambour (fig. 5b), ébavurer le trou (fig. 5c).
* contrôler la position, le diamètre et la profondeur du trou.


Figure 5

Les défauts des perçages:

Les défauts des perçages peuvent résulter:

a. du mauvais état du foret;
b. de la position incorrecte de la pièce.

Un foret mal affûté ou émoussé provoque un échauffement anormal, un bourrelet sur le bord d’attaque, d’importantes bavures à la sortie, une surface travaillée rugueuse.

Les arêtes tranchantes inégales peuvent donner un trou d’un diamètre plus grand que celui du foret.

Une mauvaise fixation de la pièce: mauvaise position du plateau ou de la surface d’appui, donnant une certaine obliquité de l’axe du trou.

V. Le fraisage des trous pour tête de vis

Le fraisage des trous consiste à exécuter un chanfrein à l’extrémité d’un trou pour:

* le logement d’une tête de rivet fraisé
* le logement d’une tête de vis fraisé
* l’ébavurage des bords de trous pour propreté d’aspect ou pour faciliter l’entrée d’axes ou de tarauds.

On peut utiliser un foret hélicoïdal affûté spécialement à l’angle désiré (90° à 60°). Il est cependant préférable d’employer une fraise conique à ou sans pilote.


Figure


Figure

A - fraise conique à pilote
B - fraise conique sans pilote

VI. Affûtage

Il consiste à rectifier, par meulage, les deux surfaces en dépouille, dans des conditions satisfaisantes.

Affûtage à la main

Les ateliers réservent de préférence les machines à affûter pour l’affûtage des gros forets.

Il est indispensable que le serrurier soit capable d’affûter ses forets à la main dans des conditions satisfaisantes.

Il vérifie l’angle de pointe, la longueur des arêtes et la pente de dépouille à l’aide du calibre d’affûtage.

AFFÛTAGE

Conditions d’affûtage

Bon affûtage

Vérification

Mauvais affûtage

Conséquences du mauvais affûtage

a. Angle de pointe = 116 à 120° (travaux coupantes


Figure


Figure


Figure

Pénétration difficile, montage et pression considérables de l’arête de pointe.





Figure

Pénétration facile, mais pointe peu résistante à la rupture et à réchauffement.

b. Inclinaison égale des deux arêtes coupantes


Figure


Figure

Seule arête L1 travaille, l’outil est déséquilibré, le perçage est de trop grand diamètre.

c. Longueur égale des deux arêtes coupantes


Figure


Figure

Arête de pointe désaxée A, perçage de diamètre D trop grand.

d. Dépouille de valeur convenable


Figure


Figure


Figure


négatif, coupe impossible, talonnage, échauffement




Figure


nul, talonnage, échauffement




Figure


trop grand, broutement et effritement des arêtes.

VII. Calculs

Vitesse de coupe

Mouvement de coupe circulaire uniforme
Exemple: Perceuse tour, fraiseuse

Définition:

La vitesse de coupe Vc est la distance, exprimée en mètres, parcourue en une minute par un point pris dur l’arête de l’outil (perceuse, fraiseuse), sur la pièce (tour) là où le diamètre est à son maximum.

CALCULS:

Vc m/min = p DN.

Vc m/min: Vitesse de coupe en mètre/minute.

D: Diamètre du foret, de la pièce, de la fraise exprimé en mètre.

N: Fréquence de rotation en tours par minute (nombre de tours).

En mécanique, les diamètres des pièces et des outils sont exprimés en mm; à l’atelier, pour les calculs, la formule devient:


D exprimé en mm.

Application:

Soit à percer avec un foret en acier rapide de f 5 mm une pièce en MB 40-10. Quelle est la vitesse de rotation à donner à ce foret? Le tableau nous nonne Vc = 23 m/min.


CONDITIONS DE COUPE DES FORETS EN ACIER RAPIDE

Matières

Dureté

Rm
N/mm2

Angle de pointé

Angle de dépouille

Vc
m/min

Avance par tour







f 4

f 6

f 10

f 16

f 25

f 40

ACIERS DE CONSTRUCTION












Aciers non alliés
%C<0,2 E24, E 26, XC10

85 HB

300

135°

10°

30

0,15

0,26

0,37

0,5

0,58

0,7


235 HB

800

120°

24

0,15

0,26

0,37

0,5

0,58

0,7

%C<0,2 XC38, XC48, XC100

145 HB

500

120°

28

0,15

0,26

0,37

0,5

0,58

0,7


235 HB

800

120°

24

0,15

0,26

0,37

0,5

0,58

0,7

Aciers alliés
% éléments d’addition < 5%
20MS, 35 CD4, 35 NCD 16.

145 HB

500

120°

28

0,12

0,21

0,3

0,4

0,46

0,5


235 HB

800

120°

24

0,09

0,15

0,22

0,3

0,35

0,4

ACIERS INOXYDABLES
à austénitiques
Z 6 CN 18-09, A 6 CND 17-11

160 HB

600

135°

13

0,09

0,15

0,22

0,3

0,35

0,4

Fontes malléables
MB 40-10: MN 32-8

160 HB


120°

28

0,15

0,26

0,37

0,5

0,58

0,7


240 HB


120°

23

0,15

0,26

0,37

0,5

0,58

0,7

ALLIAGES CUIVREUX
Cuivres


230

140°

32

0,09

0,15

0,22

0,3

0,35

0,4

Laitons (%Zn ³ 30)
Cu Zn-36. Pb 3

140 HV


120°

60

0,12

0,21

0,3

0,4

0,46

0,5

Maillechorts
Cu Zn 45 Ni 9

140 HB


120°

55

0,12

0,21

0,3

0,4

0,46

0,5

Bronzes
Cu - Sn 12

85 HB


120°

30

0,11

0,18

0,26

0,35

0,41

0,4

Pratiquement, on adopte le tableau suivant pour les forets en acier rapide.

Diamètre en mm......

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

25

30

35

40

Nombre de tours/minute

2500

1900

1330

1000

800

670

570

500

445

400

360

265

230

200

VIII. Risques d’accidents

Les accidents dûs au perçage ont pour causes:

- la pièce à usiner est mal fixée; elle vibre (assurez-vous de la parfaite fixation de la pièce à l’étau);

- un copeau trop long (sectionner par moment par des mouvements de débrayage);

- danger d’accrochage pour les pièces minces (ne pas les arrêter avec la main ou les pinces);

- danger de sortir le foret du trou avec force (il peut se briser).

N.b.: Lubrifier souvent pendant l’opération du perçage pour éviter le chauffage et accélérer la bonne progression du foret.

Le lubrifiant = l’huile mélangée à de l’eau.

QUESTIONNAIRE pour l’étude à domicile et pour les COMPOSITIONS


Figure


Figure


Figure


Figure


Figure


Figure

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)


Figure

(1)
(2)


6
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)


Figure


a
=

b
=

g
=


Figure

N -


g

Dx -


g

D


g


Figure


s


N

118°
130°
140°


Dx

118°
140°
80°


D

118°
140°


Figure

(1)
(2)


Figure

(1)
(2)



Figure



Figure

(1)
(2)
(3)


Figure

(1)
(2)
(3)


Figure

(1)
(2)

(1) + (2) =


Figure



(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)


Figure



Figure



Figure



Figure


= 60°, 75°, 90°, 120°


Figure


Figure

(1)
(2)
(3)


Figure


Figure