Guide de l'usinage des filetages : technologies, outils et applications
Usinage de filetage est un processus fondamental dans la fabrication, responsable de la création des rainures hélicoïdales (filetages) qui permettent la fixation sécurisée des composants. Ces filetages sont disponibles dans différentes formes et tailles, constituant la base d'innombrables connexions vissées dans différentes industries. Cet article fournit un aperçu complet de l'usinage des filetages, en explorant les technologies, les outils et leurs applications disponibles.
L'importance de l'usinage des filetages
Dans le monde des assemblages mécaniques, les filetages règnent en maître. Ils offrent un moyen simple mais très efficace d'assembler des pièces, permettant le démontage et le remontage en cas de besoin. L'usinage de filetage consiste à sculpter ces rainures hélicoïdales sur une pièce, soit sur le diamètre extérieur (filetage externe), soit sur le diamètre intérieur (filetage interne). Ce processus est crucial pour diverses applications, des écrous et boulons aux tuyaux et vannes.
L'usinage de filetage relève de la catégorie de la fabrication soustractive. Cela signifie que le profil de filetage souhaité est obtenu en retirant de la matière de la pièce. Cette élimination est réalisée grâce à des outils de coupe spécialisés qui suivent un chemin contrôlé avec précision.
Quels sont les types de fils ?
- Filetages internes (filetages femelles) : Ces filetages sont usinés sur la surface concave d'une pièce cylindrique. Ils sont conçus pour s'accoupler avec un filetage externe (filetage mâle). Un exemple courant est un écrou, qui possède un filetage interne pour recevoir le filetage externe d'un boulon.
- Filetages externes (filetages mâles) : À l’inverse, les filetages externes sont usinés sur la surface convexe d’une pièce cylindrique. Ils sont conçus pour s'adapter à un filetage interne. Les boulons et les vis sont d’excellents exemples de composants dotés de filetages externes.
Au-delà de cette classification de base, les filetages adhèrent à des normes spécifiques qui définissent leurs dimensions et leur profil. Les normes de thread courantes incluent :
- Système de filetage métrique : Ce système reconnu internationalement utilise les millimètres (mm) pour la taille du filetage et le pas (distance entre les filetages).
- Norme de filetage unifiée (UTS) : Principalement utilisé en Amérique du Nord, ce système utilise les pouces (po) pour la taille du filetage et les filetages par pouce (TPI).
- Filetage de tuyau standard britannique (BSP) : Cette norme spécifie les filetages utilisés pour les raccordements de tuyaux.
Quelles sont les technologies d'usinage de filetage ?
Il ya plusieurs technologies d'usinage de filetage utilisé pour obtenir le profil de filetage souhaité sur une pièce. Les deux méthodes les plus courantes sont le taraudage et le fraisage de filetage :
A. Taraudage (pour filetages internes) :
Le taraudage est une méthode bien établie et rentable pour créer des filetages internes. Il utilise un outil spécialisé appelé robinet. Un taraud est essentiellement une vis cannelée avec une tige conique. Les cannelures créent des canaux pour l'élimination des copeaux pendant le processus d'usinage. La tige conique permet au taraud de couper progressivement plus profondément dans la pièce à chaque rotation, formant progressivement le profil de filetage complet.
Il existe différents types de tarauds disponibles, chacun avec son propre style de flûte et son propre matériau adapté à différentes applications. Les styles de flûtes à robinet courants comprennent la flûte en spirale, la pointe en spirale sans flûte et la flûte droite. Les matériaux des tarauds comprennent généralement de l'acier rapide (HSS) pour le taraudage à usage général et du carbure pour les matériaux plus durs.
B. Fraisage de filetage (pour filetages internes et externes) :
Le fraisage de filetage offre une approche polyvalente de l'usinage de filetages, capable de gérer les filetages internes et externes. Cette méthode utilise un outil de coupe rotatif appelé fraise à fileter. Contrairement aux tarauds, les fraises à fileter ont un profil de filetage défini sur leurs arêtes de coupe. La fraise à fileter enlève progressivement de la matière de la pièce à usiner à mesure qu'elle tourne et avance le long d'un chemin programmé.
Il existe deux principaux types de fraises à fileter :
- Fraises à fileter à pointe unique : Ces fraises ont un seul tranchant qui reproduit l'intégralité du profil du filetage. Ils offrent une grande précision mais peuvent être plus lents que les fraiseuses multipoints.
- Fraises à fileter multipointes : Ces fraises sont dotées de plusieurs plaquettes de coupe disposées autour de la circonférence, chacune reproduisant une partie du profil du filetage. Ils offrent des temps d'usinage plus rapides mais peuvent avoir une précision légèrement inférieure à celle des fraises à pointe unique.
Le fraisage de filetage offre plusieurs avantages par rapport au taraudage. C'est un processus plus rapide, en particulier pour les fils plus gros. Il produit également des filetages avec une finition de surface supérieure et permet d'usiner des filetages dans des matériaux plus durs qui peuvent être difficiles à tarauder.
C. Autres méthodes d'usinage de filetage
Bien que le taraudage et le fraisage de filetage soient les méthodes les plus courantes, il existe quelques autres techniques moins courantes pour la création de filetages :
- Tourbillonnage de fil : Ce procédé à grande vitesse utilise un outil à anneau rotatif avec le profil de filetage souhaité pour former des filetages sur des pièces longues et minces comme des vis.
- Roulage de fils : Contrairement aux méthodes précédentes qui enlèvent de la matière, le laminage de filets utilise un outil de formage pour déformer plastiquement le matériau de la pièce dans le profil de filetage souhaité. Cette méthode est plus rapide que les méthodes de découpe mais est limitée à des matériaux spécifiques avec une bonne ductilité.
Sélection du bon outil pour l'usinage des filetages
Le succès de l’usinage de filetage dépend de la sélection des outils appropriés pour le travail. Voici une ventilation des éléments cruciaux outils de coupe en fonction de la technologie d'usinage choisie:
1. Outils de coupe pour le taraudage :
Tarauds : Comme mentionné précédemment, les tarauds sont disponibles dans différents styles de flûtes et matériaux. Voici un aperçu plus détaillé :
- Tarauds à cannelure hélicoïdale : Ils offrent une bonne évacuation des copeaux et conviennent au taraudage à usage général dans la plupart des matériaux.
- Tarauds à pointe hélicoïdale sans goujures : Idéal pour les trous borgnes (trous qui ne traversent pas complètement la pièce) car ils minimisent l'accumulation de copeaux au fond.
- Tarauds à flûte droite : Principalement utilisé pour les trous traversants (trous qui traversent complètement la pièce) en raison de leurs capacités efficaces d'élimination des copeaux.
- Tourne-à-gauche : Ces clés spécialisées offrent un effet de levier et une prise sûre pour les tarauds actionnés manuellement. Ils sont disponibles dans différents styles, notamment des clés à poignée en T et des clés à douille, pour s'adapter à différentes tailles de tarauds et applications.
2. Outils de coupe pour le fraisage de filetage :
- Moulins à filet : Ces outils de coupe rotatifs sont disponibles en configurations monopoint et multipoint. Les fraises à pointe unique offrent une grande précision mais nécessitent des changements d'outils pour différentes tailles de filetage. Les fraises multipointes avec plaquettes interchangeables s'adaptent à une gamme plus large de tailles de filetage, mais peuvent avoir une précision légèrement inférieure.
- Porte-fraise à fileter : Ils fixent la fraise à fileter dans la broche de la machine-outil et assurent la rigidité pendant l'usinage. Le choix du support dépend du type de tige de fraise à fileter spécifique et de l'interface de la machine-outil.
- Plaquettes de coupe (pour fraises à fileter multipoints) : Ces inserts remplaçables abritent les arêtes de coupe réelles qui définissent le profil du filetage. Différentes géométries d'inserts sont disponibles pour différentes normes de filetage et matériaux.
Programmation et contrôle pour l'usinage de filetages
La précision et l'efficacité de l'usinage des filetages dépendent en grande partie d'une programmation et d'un contrôle appropriés. Dans l'environnement de fabrication actuel, la plupart des usinages de filetage sont effectués sur des machines CNC (commande numérique par ordinateur). Ces machines utilisent des instructions préprogrammées qui définissent le parcours de l'outil de coupe.
Pour l'usinage de filetage en particulier, une technique de programmation appelée interpolation circulaire est utilisée. L'interpolation circulaire permet à la machine CNC de contrôler le mouvement de l'outil de coupe le long d'une trajectoire circulaire avec un pas spécifique (distance entre les filetages) pour créer le profil de filetage souhaité.
Applications de l'usinage de filetages
L'usinage de filetage est un processus fondamental appliqué dans de nombreuses industries et pour divers composants. Voici quelques exemples marquants :
- Industrie automobile: Les blocs moteurs, les culasses, les bielles et d'innombrables autres composants dépendent des filetages pour l'assemblage et la fixation.
- Industrie aérospaciale: Les boulons, écrous et autres éléments de fixation filetés à haute résistance sont essentiels pour garantir l’intégrité structurelle des aéronefs.
- Électronique grand public: Les boîtiers, les dissipateurs thermiques et autres composants des appareils électroniques utilisent souvent des filetages pour l'assemblage et la fixation.
- Équipement médical: Les instruments chirurgicaux, les prothèses et autres équipements médicaux intègrent fréquemment des filetages pour des connexions sécurisées.
- Industrie de construction: Les tuyaux filetés, les vannes, les tiges et les fixations jouent un rôle essentiel dans divers projets de construction.
En conclusion, L'usinage de filetage est un processus fondamental et polyvalent qui permet la fixation sécurisée de composants dans de nombreux secteurs. La compréhension des différentes technologies d’usinage, des outils et des techniques de programmation permet de créer des filetages précis et fiables, garantissant le bon fonctionnement d’innombrables produits dans notre vie quotidienne.
