Tarauder ou fileter à la fraise?

la décision dépend
de facteurs propres
à chaque atelier
Entre les deux techniques permettant de
réaliser des filetages internes, c’est-à-dire le
taraudage et le filetage à la fraise, on doit réaliser que la première reste encore la plus utilisée. Elle sert, selon les spécialistes, à assurer
encore entre quatre-vingt cinq et quatre-vingt dix
pour cent des filetages internes. Néanmoins,
on doit reconnaître que le filetage à la fraise a
sérieusement gagné du terrain depuis son apparition dans les années cinquante, surtout à
partir du moment où la technologie des CNC en
a simplifié la programmation sur des machines
dont la précision et la robustesse a répondu
aux exigences de qualité des fabrications.
Le filetage à la fraise implique l’utilisation
d’une fraise spécialement développée aussi bien
pour du filetage extérieur qu’intérieur. Et, aujourd’hui, les CNC dans leur quasi totalité sont
capables de mouvoir simultanément avec une
grande précision un outil selon les axes X, Y
et Z. Ce déplacement selon trois axes est défini sous le nom d’interpolation hélicoïdale ou
spirale. Elle permet à une fraise à fileter de produire des filets de grande précision tout en
laissant la liberté à l’opérateur de maîtriser des
variables impossibles à contrôler en taraudage.
Influence d’une diversité de facteurs
La décision de tarauder ou de fraiser les filets d’un trou dépend très largement d’une diversité de facteurs. Parmi eux, on peut retenir la
nature et la condition de la machine-outil qui
va être utilisée, les caractéristiques du trou, la
matière de la pièce, la flexibilité et le contrôle
opérationnel désiré et, bien évidemment, le coût
total de l’opération. Or, on est contraint d’analyser sérieusement tous ces facteurs et d’évaluer leur incidence sur la méthodologie de fa-
brication avant de décider comment agir. C’est
la raison pour laquelle, dans les paragraphes
qui suivent, on a tenté de dresser quelques lignes de conduite devant faciliter la progression
à suivre pour retenir la technique à utiliser.
Incidence de la machine-outil
Il importe de commencer par voir ce que
peut faire la machine-outil sur laquelle on envisage de lancer le travail. On doit réaliser, à
cet égard, qu’en majorité les centres d’usinage cône 40 ne possèdent pas de broche à entraînement par engrenages du fait de la demande du marché pour des machines plus rapides, plus précises et de coût modéré. Et, bien
que ces dernières soient généralement rapides et garantissent une haute précision de positionnement, elles ont une capacité de développer un couple satisfaisant qui chute considérablement dès que l’on descend au-dessous de
quelque 300 t/mn correspondant aux vitesses
courantes utilisées pour tarauder. Changer la
broche pour une autre mécanique conduirait à
dépenser des milliers d’euros et à ralentir considérablement les autres opérations d’usinage.
Le filetage à la fraise élimine les insuffisances de puissance aux faibles vitesses de coupe puisqu’il s’agit d’une opération de fraisage. Cependant, les CNC pouvant commander des
interpolations hélicoïdales sont d’une génération relativement récente et les plus anciennes peuvent ne pas permettre du filetage à la
fraise, ce qui limite alors le choix à la seule utilisation des tarauds.
Lorsque l’on taraude ou que l’on fraise des
filets, les praticiens expérimentés recommandent que la machine soit équipée d’un système d’arrosage à travers la broche. C’est une
TRAMETAL
Fig. 1 - Opération
de taraudage
à l’outil dans
une pièce
en acier traité.
Les travaux de
filetage de trous
ont
énormément
évolué depuis
voici seulement
une dizaine
d’années. Non
seulement les
matières
usinées sont
devenues plus
résistantes mais
la nature des
outils
disponibles a
changé, de
même que les
qualités
physiques des
machines-outils
utilisées dans
les ateliers.
Fileter des trous
n’est plus
seulement
l’affaire de
tarauds mais,
aussi, celle de
fraises
particulières qui
travaillent en
interpolation
sur des
machines aux
broches très
rigides
commandées
par CNC. Le
choix du
procédé à
utiliser dépend,
ainsi, de très
nombreux
facteurs
fonction de
l’équipement et
des hommes.
- Novembre 2003 - 7
OUTILS COUPANTS
Tarauder
ou fileter à
la fraise?
Doc. Dormer
OUTILS COUPANTS
disposition très importante lorsque l’on doit travailler dans des trous profonds afin d’être parfaitement assuré que le liquide d’arrosage atteint correctement l’interface pièce-outil. Si la
machine ne dispose pas d’un tel système d’arrosage, il est hautement recommandé d’en faire installer un spécialement.
Autre point à ne pas négliger, l’effet à long
terme du procédé adopté sur la machine. Le
filetage à la fraise n’exerce pas d’efforts sur la
machine plus importants que du fraisage normal. Le taraudage, par contre, peut être cause de défaillances de la broche. C’est ainsi, par
exemple, qu’un fabricant de tarauds spécialisé a accepté, il y a quelque temps, de mettre
au point une opération de taraudage importante impliquant l’immobilisation de vingt centres
d’usinage en permanence durant le temps de
trois équipes. Le renversement fréquent de
broche inévitable lors du taraudage a entraîné
une défaillance prématurée des broches qu’il
a fallu réparer les unes après les autres sur
une période de dix-huit mois. Ne pouvant éviter ce type d’opération la solution a consisté à
installer des tête de taraudage à renversement
de course automatique.
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Caractéristiques des trous à tarauder
Bien que cela soit évident, il est bon de
souligner que le second facteur à prendre en
considération est la nature et l’état de trou
que l’on va tarauder. Certains spécialistes recommandent que, jusqu’à un diamètre de trou
de 100 mm, on utilise un taraud. L’expérience
indiquerait, en effet, que malgré la moindre fiabilité et la plus grande fréquence de difficultés
avec un taraud que ce que l’on éprouve en filetage à la fraise, il fournit un travail plus régulier
et plus économique que les fraises à fileter
- Novembre 2003 - TRAMETAL
Doc. Emuge
Fig. 2 - En faisant
appel au type
de taraud
approprié pour
travailler dans
les alliages
d’aluminium
coulés,
présentant
la géométrie
optimisée
et doté
d’un revêtement
efficace
pour résister
à l’usure
par abrasion,
ce type
d’opération
s’avère
extrêmement
rentable
en assurant
à la fois
de forts
rendements
à des outils
dont la tenue
est tout à fait
satisfaisante,
ainsi qu’une
excellente
qualité
des filetages
obtenus.
sur les grandes séries dès lors que le processus se trouve bien maîtrisé. Bien sûr, cette affirmation a ses détracteurs qui expliquent que
le fraisage de filets est économique dans une
majorité de cas, y compris bien souvent en fabrications de série. Une exception est lorsque
le trou à fileter nécessite un outil d’un très petit diamètre, inférieur à 6 mm, si l’on souhaite
utiliser une fraise à plaquette amovible et 4 mm
pour une fraise monobloc, car une fraise à fileter a besoin d’un dégagement pour avancer
dans le trou et, jusqu’à preuve du contraire, les
exigences de fabrication des fraises à fileter
monobloc les plus petites, pour qu’elles ne
soient pas trop fragiles, empêchent d’en produire dans des diamètres inférieurs à 3,2 mm.
Autre facteur agissant sur le choix entre tarauder et fileter à la fraise, la profondeur du filetage à obtenir et la nature de la surface à
fond de trou s’il est non débouchant. En règle
générale, il est, en effet, admis qu’une fraise à
fileter ne convient bien que jusqu’à des profondeurs satisfaisant la règle des 3/1, c’est-àdire une profondeur filetée ne dépassant pas
trois fois le diamètre maximal de l’outil.
Il convient, évidemment, aussi de savoir si
l’on va avoir affaire à un trou débouchant ou
borgne. Dans ce dernier cas, en taraudage il faut
disposer d’un dégagement en fond de trou pour
tenir compte des arête de coupe d’extrémité
qui présentent une partie chanfreinée. Cette partie empêche, en effet, de tarauder jusqu’au fond
du trou, ce qui n’est pas le cas avec une fraise
à fileter qui ne laisse subsister qu’une très faible partie incomplètement taillée.
Nature et état de la matière de pièce
Comme pour toute opération d’usinage, il
n’est guère besoin d’insister sur le fait que la
nature et l’état physique de la matière de la
pièce que l’on s’apprête à tarauder ou à fileter
à la fraise joue un rôle essentiel dans le choix
de l’outil. Les tarauds standard ne commencent à soulever quelques difficultés que lorsqu’il
leur est demandé de travailler dans une matière trempée dépassant une dureté de 30 Rc
ou dans des conditions où la pièce présente un
manque d’homogénéité comme lors de la présence de points durs. Ils peuvent, ainsi, casser, s’user rapidement ou produire des filets
de forme irrégulière. Et, avoir recours, dans ces
conditions, à des forets spécialement étudiés
pour surmonter ces ennuis n’aboutit qu’à accroître très sensiblement les coûts d’outils.
Les fraises à fileter ont toutes les chances
d’être le seul recours pour tailler efficacement
des filets dans des matières difficiles à usiner,
par exemple comme l’Inconel, l’Invar ou le
Monel. Les fraises à fileter, par ailleurs, se comportent généralement mieux que les tarauds
Fig. 4 - Exemple
de gamme
d’outils
pour filetages
internes
proposés par
un fabricant
spécialisé,
Fette pour
ne pas
le nommer.
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aux rebuts est un facteur hautement critique
lors du choix à exercer entre une fraise à fileter et un taraud pour effectuer le même travail.
Pour être concret, on retiendra ici le cas d’une
entreprise usinant en sous-traitance des pièces pour l’industrie aéronautique qui, en règle
générale, utilise des tarauds pour fileter ses
trous mais, occasionnellement, fait appel à des
fraises à fileter pour tirer parti de leur flexibilité
et de la maîtrise supplémentaire qu’elles permettent lors des opérations par la possibilité
de les ajuster avec grande précision pour des
pièces ayant subi des distorsions lors de leur
traitement thermique ou pour prévoir une tolérance dimensionnelle sur un filetage devant être
plaqué ensuite. De la sorte, ce sous-traitant
réalise une économie très substantielle en évitant de devoir acquérir des tarauds spéciaux.
Doc. Dormer
OUTILS COUPANTS
Fig. 3 L’universalité
des fraises
à fileter va loin
du fait
qu’elles
permettent
de tailler
dans des trous
d’un diamètre
à partir de 4 mm,
les fraises
les plus petites
ne présentant,
en effet,
qu’un diamètre
de 3,2 mm
chez la plupart
des fabricants
de ces outils.
Et leur
universalité
est d’autant
plus grande
qu’elles sont
proposées
en des nuances
de carbure
revêtu
convenant
pour la plupart
des matières
de pièces,
y compris
les plus
exigeantes,
par exemple
comme
les cermets.
Elles existent,
aussi,
en versions
sans et avec
trou d’huile
pour faciliter
l’évacuation
des copeaux
lors de filetages
profonds.
dans les matières collantes du fait qu’elles ne
se trouvent jamais entièrement engagées dans
la masse de la pièce en cours de travail.
Maîtrise du taillage et simplicité
de passage d’un filetage à un autre
Lorsque l’on recherche un maximum de
flexibilité dans le travail, il s’avère évident que
les fraises à fileter présentent un avantage par
rapport aux tarauds. Avec elles, les modifications de programme pour tailler une variété de
filets dans une large plage de diamètres sont
mineures. Et, de plus, la même fraise est capable de servir à produire des filets de nature
différente. Ces facilités offrent l’avantage de
réduire les coûts et les temps de changement
d’outil tout en libérant des emplacements dans
les magasins d’outils des centres d’usinage. Qui
plus est, la maîtrise qu’offrent les fraises à fileter contribue à réduire les rebuts. Ainsi, lorsque l’on casse un taraud lors d’une fabrication de série, il est possible de récupérer la pièce et de la remettre en état à un coût acceptable. Seulement, si l’on se trouve au stade final de filetage de trous dans une pièce d’avion
sur laquelle on a déjà passé plus de mille
heures de travail, le risque de devoir la mettre
- Novembre 2003 - TRAMETAL
Pour justifier sa préférence à l’égard des
tarauds, il a procédé à des essais comparatifs.
Par exemple, en filetant par fraisage un trou de
38 mm de diamètre et de 50 mm de profondeur, il a obtenu un résultat de haute qualité
mais il a fallu prendre quatre passes avec la
fraise à fileter pour compléter la forme des filets. Le cycle de filetage a été entre vingt-cinq
et trente pour cent plus long qu’en utilisant un
taraud. Question précision, taraud ou fraise à
fileter sortent des filetages conformes au cahier des charges. Par contre, dans des cas de
haute précision, les essais ont prouvé sans
discussion qu’un taraud est dans la quasi impossibilité de rivaliser avec une fraise à fileter.
A titre indicatif, en utilisant un porte-taraud courant à changement rapide, on parvient à respecter une tolérance de ±0,1 mm. Un porte-taraud monobloc pousse le niveau de tolérance
à ±0,05 mm. Une fraise type à fileter, par contre, permet de respecter sans difficulté une
tolérance de ±0,01 mm, soit dix fois mieux
qu’un porte-taraud à changement rapide et une
tolérance comparable à ce que l’on obtient aisément avec une barre d’alésage.
Et, c’est alors le moment
de se pencher sur le prix de revient
Mis à part les avantages opérationnels relatifs d’une technique par rapport à une autre,
la décision de choix retombe bien souvent sur
la question du prix de revient. Afin de fournir
une idée plus précise de ce que l’on peut atteindre et attendre entre l’utilisation de deux
types de tarauds et d’une fraise à fileter, le tableau 1 réunit les résultats d’essais de base
effectués avec deux tarauds en acier superrapide revêtus et d’une fraise à fileter. Les tarauds choisis sont dits économiques, de types
d’usage général en acier rapide, l’un revêtu
de nitrure de chrome pour le taraudage dans
l’aluminium et l’autre revêtu de nitrure de titane pour tarauder dans l’acier et le titane.
Matière
Aluminium
d’usage général
Coût
Nombre de
trous
à haute performance
Fraise à fileter
Coût Nombre de trous Coût
10 € 2000 - 3000 40 €
30000 - 35000
Nombre de
trous
200 € 30000 - 35000
Acier 42CD4
10 €
500
40 €
3000 - 5 000
200 €
3000 - 5000
Titane
20 €
60 - 80
40 €
400
200 €
400
Tableau 1 Comparaison
des coûts
d’outils par
rapport au
nombre de trous
taraudés
ou filetés
à la fraise.
On se rend
compte, dans les
exemples ayant
fait l’objet
d’essais par un
sous-traitant de
l’aéronautique,
que les résultats
sont identiques
avant usure des
outils entre un
taraud à haute
performance
et une fraise
à fileter. Entre en
ligne compte,
pour ne pas
faire d’erreur de
comparaison,
le coût
de réaffûtage
des tarauds plus
celui des tarauds
immobilisés
pour assurer
un travail
continu pendant
les réaffûtages.
En se reportant au tableau on fera remarquer que le décompte des trous ne change
pas beaucoup entre le recours à un taraud à
haute performance et à une fraise à fileter.
Une décision à prendre dans un cas semblable
entre taraud et fraise à fileter doit alors se baser sur d’autres variables, telles que le temps
de préparation, les contraintes du rapport entre outil et profondeur, le temps de cycle et les
caractéristiques du trou. Pour donner un ordre
de grandeur de comparaison de prix d’outil, on
peut estimer une valeur moyenne d’une quinzaine d’euros pour un taraud courant en acier
rapide et entre mille et mille cinq-cents euros
pour un gros taraud en acier rapide revêtu de
nitrure de titane, tandis qu’une fraise à fileter
se situerait entre deux-cents euros pour un
outil de faible diamètre à plusieurs centaines
d’euros pour un outil de grand diamètre. Avantage évident pour les fraises à fileter des diamètres les plus grands comme, par exemple,
celles pour des trous de 20 mm et au-dessus:
elles ont des plaquettes amovibles. Avec elles, on peut fraiser différents diamètres d’un même pas en procédant uniquement à une modification du programme… et rien n’empêche
de changer les caractéristiques des filets taillés
en se servant de la même fraise sur laquelle
on monte un type différent de plaquettes.
Un facteur à ne pas mésestimer est le coût
de réaffûtage d’un taraud qui doit entrer en
compte dans celui total de ce taraud. Cette
dépense demande à être mise en balance avec
le prix des plaquettes destinées aux fraises à
fileter d’un diamètre de plus de 20 mm, ceci
compte tenu de la quantité de tarauds à tenir
en magasin pour assurer sans rupture le maintien de la fabrication pendant que les autres
outils sont au réaffûtage.
Fig. 5 Programme type
de fraises
à fileter
en carbure
monobloc ou
à plaquettes
amovibles
proposées
par Stellram,
destinées
aux travaux
extérieurs
comme
intérieurs.
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- Novembre 2003 - TRAMETAL
Pour conclure?
La décision de tarauder ou de fileter à la
fraise est fonction des variables qui viennent
d’être exposées mais, aussi, de nombreuses
autres qui dépendent de l’organisation de
l’atelier, de ses fabrications et de son équipement. En définitive, il importe de réaliser qu’un
travail interne sérieux demande à être entrepris avant de prendre toute décision supposée être la meilleure pour l’application spécifique de filetage de trous envisagée. Avec les
progrès permanents enregistrés quant à la nature et aux revêtements des outils, parallèlement à la technologie régulièrement plus avancée des CNC, on dispose d’un nombre d’options et d’une flexibilité plus élevés que jamais
auparavant. Cette flexibilité permet de sélectionner la machine et les outils les mieux appropriés pour fileter une large variété de trous
dans une foule de matières allant des différents aciers, y compris inoxydables, aux matières synthétiques et très dures comme les
cermets, en passant par les fontes, le titane,
le nickel, le cuivre, le laiton, le bronze, ainsi
que les différents alliages d’aluminium et de
magnésium. Tout un programme…
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Doc. Emuge
OUTILS COUPANTS
Type de taraud
Et à savoir aussi aujourd’hui
La technologie des fraises à fileter évolue très vite
et, outre les outils devenus classiques, il faut savoir qu’il
existe aussi des fraises à fileter très universelles en carbure monobloc à plusieurs fonctions comme fileter et
contre-fraiser à 90 ou 120°, fileter et chanfreiner, fileter
et contre-aléser les entrées - dont l’illustration ci-dessus
adaptée d’une documentation Emuge fournit une idée.
Ces fraises très performantes pouvant fileter à une profondeur de 1,5, 2 et 2,5 fois leur diamètre, selon le modèle, existent avec une variété de revêtements pour être
utilisées dans le maximum d’opérations et de matières,
depuis l’aluminium et ses alliages jusqu’aux aciers faiblement et fortement alliés d’une dureté jusqu’à 1400 N/
mm2, aciers inoxydables et alliages de titane. Elles existent à goujures droites et hélicoïdales et avec arrosage
au centre pour rendre plus efficace l’évacuation des copeaux. Ce sont des outils productifs et économiques. ❑