L'IMPRESSION 3D CREE AUSSI DE NOUVELLES POSSIBILITES EN PERÇAGE

Pensez plus large que le perçage conventionnel

Quasi chaque jour, le perçage de trou crée des soucis. Parfois, ceci résulte d'un manque de connaissances, mais souvent les exigences croissantes et l'utilisation croissante de matériaux durs ou hybrides en sont la cause. La pression sur le lieu de travail s'intensifie fortement, tant en termes de qualité que de productivité. Les producteurs de forets observent aussi ces tendances, et parviennent toujours à concevoir de nouvelles solutions.

LE PERÇAGE DE TROUS, METIER DIFFICILE

Aujourd'hui, l'industrie est confrontée à une demande inimaginable de perçages, d'une dimension extrême à des dimensions en micromètres et tout ce qui se situe entre les deux. Généralement, un perçage a une fonction de soutien: conduit de refroidissement ou de graissage, ventilation, fixation, perforations de repérage naturellement, ... Mais si le perçage semble être une tâche ordinaire, cela reste un usinage problématique, en dépit des progrès dans toutes les sous-zones. Les points faibles tels que la formation de bavures, l'usure de l'outil et l'influence de la chaleur ne disparaissent pas et ceci explique l'intérêt de l'industrie pour des processus sans contact alternatifs. Songez au perçage par laser, par étincelage, par ultrasons et par faisceau d'électrons, en plus du perçage électrochimique.

Toujours plus

Quel est en fait le problème? A chaque fois que la technologie fait un pas en avant, les exigences posées aux applications évoluent tout simplement. L'aspiration à une productivité accrue est grande. De plus, la barre ne cesse d'être placée plus haut en termes de niveau de finition, tant pour la rondeur que pour la rectitude. On exige un rapport longueur-diamètre plus grand que jamais, la rugosité interne doit être minimale, les bavures sont exclues et les profondeurs, extrêmes. Celui qui examine les trous dans la coupe transversale constate qu'ils sont parfaitement ronds ou super tranchants. Une forme libre se rencontre aussi et dans la coupe longitudinale, la longueur des trous varie aussi. Il n'est pas évident de réaliser tout ceci en pratique.

Post-usinages

Etant donné les exigences extrêmes, il n'est guère surprenant qu'aucun processus de perçage ne délivre en soi des trous qui satisfont immédiatement aux spécifications. Dès lors, la finition des perçages et ceci a un prix est devenue une branche industrielle. Pour embellir des trous percés de dimensions plus grandes, des processus tels que l'alésage, le mandrinage, le rodage, le rodage par extrusion et le polissage sont entre-temps disponibles tandis que l'électro-érosion par fil de précision s'intercale. Quasi inconnus sont le rodage fil et le 'micro bore sizing' (MBS), deux techniques utilisées pour la finition de diamètres plus petits entre Ø 5 µm et 5 mm. Elles autorisent des niveaux de finition super lisses jusqu'à 0,01 µm Ra et des rugosités de cote jusqu'à ±1 µm.

PERÇAGE PHYSIQUE

De toutes les techniques possibles pour réaliser des trous, le perçage conventionnel est de loin la plus envisagée, en raison de la simplicité intrinsèque du processus et de la notoriété industrielle. Il est donc d'autant plus étrange que chaque opérateur ne comprend pas aussi bien la théorie d'usinage. Quoi qu'il en soit, la technologie derrière la réalisation mécanique de trous dans un matériau normalement usinable continue d'évoluer. Et quand les forets hélicoïdaux ne satisfont pas, les fabricants d'outils de coupe livrent des solutions spécifiques. Si désiré, ceux-ci exécutent différents usinages en ligne, ce qui simplifiela logistique en réduisant le nombre de types en stock et le nombre de changements requis.

Rectifier l'outil

Le plus grand progrès dans le perçage traditionnel est à mettre à l'actif des développements dans la rectification d'outils. De puissants ordinateurs, des simulations de plus en plus réelles, le scanning inline et des opérations de mesure rendent réalisable la fabrication des géométries les plus complexes, épurées et lisses, en HM, céramique ou PCD. Ceci est permis par des rectifieuses CNC avancées, parfois déjà avec un changeur robotique flexible intégré, et parfois même soutenu par des options EDM et LBM.

Evacuation des copeaux cruciale

Choisir le bon matériau de sortie. Une forme de pointe adaptée, l'application de phases d'appui ou de guidage en plus de l'implémentation de conduits d'amenée pour le lubrifiant réfrigérant et de rainures à copeau pour une solidité et une rigidité suffisantes. De telles interventions aident à optimiser la qualité du trou mais en définitive, ce ne sont qu'une première étape. Pour réduire les vibrations créées par la torsion et les forces variables exercées par le foret, on doit aussi opter pour une 'âme' plus large, et donc un foret plus rigide, en plus d'une géométrie avancée à l'aide d'arêtes réparties de façon inégale et/ou d'angles de spirale variables. En effet, de telles vibrations spontanées dans des conditions instables ont un effet négatif sur la tenue et la qualité.

Naturellement, une première condition pour travailler sans vibrations est un serrage stable, des deux côtés aussi bien de l'outil que de la pièce. Si possible, sélectionnez aussi le plus grand diamètre de tige possible et serrez au plus court. Et malgré toutes ces mesures et innovations de processus, la règle reste que plus le trou est profond par rapport au diamètre du foret certainement pour trous aveugles, moins l'usinage est contrôlable. Ceci découle du fait qu'un plus grand rapport L/P (longueur par rapport à la dimension intérieure) perturbe l'évacuation des particules de matériau usinées dans la profondeur.

Dans quasi tous les cas et pour tous les processus connus, il y a un certain risque de contamination. L'un des défis majeurs se cache dans la recherche d'une manière de limiter cette pollution pour qu'elle ne perturbe ni ne bloque l'usinage du trou. Des rainures à copeau super lisses, par exemple, améliorent fortement l'évacuation tranquille, qui évite de devoir encore se soucier des copeaux libres dans la zone de transformation. Le rajeunissement de la tige directement vers la partie coupante aide aussi à améliorer l'évacuation des copeaux. Pour terminer, l'évacuation intermédiaire est simplement un moyen probant pour atteindre une plus grande profondeur de façon fiable.

Innovations dans les outils de coupe

Partout, on vise à améliorer les prestations. Les propriétés de matériau affinées jouent un rôle crucial. La tendance évolue vers les matériaux plus durs et plus tenaces. L'inverse se produit aussi, on choisit justement des matériaux techniques plus fragiles. Alors que le carbure métallique plein (VHM) permet grâce à sa grande résistance à l'usure de percer bien plus profond (≥ 30D) que l'acier rapide sans sacrifier la tenue d'outil, on sait que l'acier rapide pardonne mieux les erreurs de géométrie de coupe et une coupe minimale de la broche principale que le carbure métallique plein. Ceci n'empêche pas le développement d'une sélection de types HM à grain fin de plus grande ténacité pour le micro-perçage, comme le prouve le Crazy Drill. Une autre idée dans le HM: l'application de huit sillons en plus d'une forme adaptée de perçages à rinçage. Leur combinaison garantit une meilleur guidage et une température de service plus optimale. La rectification reste possible, mais vous devez savoir qu'il ne reste que trois sillons actifs après trois rectifications. Le revêtement utilisé contribue aussi à améliorer la tenue d'outil et la stabilité des arêtes. Du côté des matériaux de sortie, le CFPR apparaît de plus en plus. Ceci crée de nouveaux soucis. Le risque de délaminage ou d'arrachage des fibres de carbone dures et délicates hors de la matrice synthétique tenace est très réel. Des solutions spécifiques en matière de processus et d'outils adéquats sont recherchées au niveau mondial.

ALTERNATIVES

Il existe une énorme diversité de techniques de perçage, chacune ayant ses points forts et ses points faibles typiques. Certaines variantes se prêtent surtout à un usage universel, d'autres sont peaufinées et axées sur des applications spécifiques. Opérer le bon choix est tout simplement déterminant pour un bon résultat final. Le perçage laser, par étincelage et électrochimique sans contact est indépendantdes propriétés de produit mécaniques et est aligné avec la direction de l'amorce. Ceci, même dans le cas de trous extrêmes avec un grand rapport L/P, sous divers angles et dans le perçage de rayons. Laser Beam Machining (LBM) et Electron Beam Machining (EBM) sont en mesure de percer 'en l'air', là où les autres processus réalisent couramment un trou en position semi-fixe. La gravure, le poinçonnage, l'Electro Chemical Machining (ECM) et l'Electrical Discharge Machining (EDM) se destinent à la production de perçages autres que cylindriques dans un déplacement principal: elliptiques, rectangulaires ou de forme libre (turbulated). Les autres variantes ont besoin de déplacements axiaux supplémentaires.

Processus de perçage froid

Evoquez la précision et chacun songe d'emblée à la Suisse, à son industrie horlogère et à sa construction de machines de haute qualité. On sait moins que c'est là que résident plusieurs champions du perçage tels que Sarix (micro-perçage EDM), Posalux (perçage multilaser et par étincelage) et Mikron Tools (microperçage entre Ø 0,2 et 6 mm). Synova s'y est ajouté assez récemment avec le procédé hybride Laser MicroJet, un usinage laser sans contact soutenu par jet d'eau.

En principe, la plus grande limite possible de la découpe laser hormis la divergence du faisceau
est le caractère thermophysique du traitement laser. Dans la pratique, la haute température de fusion et d'évaporation dans le foyer peut entraîner juste sous et sur la surface de la pièce des zones influencées par la chaleuret même des changements de structure inadmissibles dans certaines applications et matériaux. Le Laser Microjet (LMJ) compense cet inconvénient en associant l'usinage laserà trois et maintenant aussi cinq axes à un autre processus sans contact, le jet d'eau. On travaille avec une pression de 250 bars et un faisceau capillaire (~ 100 µm). Celui-ci guide le laser en interne par une réflexion quasi à 100% sur la surface limite de l'air ambiant et de l'eau, et refroidit le matériau. Ceci permet de percer, couper, graver, etc., des milieux ultra durs et friables (diamant, céramique) ou poreux et sensibles à la chaleur, de façon froide et précise, sans dégâts thermiques ou adhérence de particules fondues.

Exceptionnelles configurations machine

Dans ce secteur, on a affaire globalement à des machines standard universelles pour une offre de travail variée, en plus de types industriels construits sur mesure dont l'application a été préalablement testée à 100%. Presque tous les fabricants de machines EDM livrent des machines de perçage par étincelage manuelles ou pilotées usuelles tandis que d'autres se spécialisent dans, par exemple, le micro-perçage. Le perçage par étincelage avec plusieurs têtes d'étincelage, laser et LMJ simultanément en action est une autre possibilité. En contrepartie, la plus grande force du BES-EDM réside spécifiquement dans les exécutions de machine multi-axiales. Désormais, l'utilisateur de ces machines peut positionner de façon numérique un maximum de huit axes, et percer par électro-érosion de façon contrôlée. Ceci suscite un vif intérêt dans les industries automobile et aéronautique. Avec un tel BES SLPB620-1200 six axes, Markus Kunz a établi dans le cadre de sa promotion au TH-Karslruhe un record mondial par l'étincelage d'un perçage de Ø 1 mm sur une longueur de plus de 1.000 mm!

Evacuer les copeaux
L'évacuation des copeaux est à ce point importante pour la qualité et le contrôle du perçage que le rinçage par l'intérieur, de biais à travers la broche de la machine, est devenu plus ou moins une évidence y compris pour les plus petites sections. A l'heure actuelle, les outils disposent aussi de conduits de refroidissement internes; parfois, ils sont triangulaires comme dans cet exemple, en vue d'un rinçage optimal. Âme diamètre de foret.