THOMAS RACING DEVELOPPEMENT

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Essai tête multiplicatrice à excentration réglable Perez

CONTEXTE

 

L'usinage de trous cylindriques précis dans des pièces prismatiques nécessite généralement l'utilisation d'un outillage spécifique adapté à la côte à obtenir. On parle de travail de forme car la forme de l'outil est reproduite, à l'inverse, sur la pièce. Par exemple, un foret de 10 mm ne peut pas réaliser un trou de 20 mm de diamètre. Par opposition, on parle de travail d'enveloppe, lorsqu'on réalise, par exemple, avec une fraiseuse une rainure avec une fraise. En travail d'enveloppe, la forme obtenue dépend autant du déplacement relatif entre l'outil et la pièce que de la dimension de l'outil. Dans ce dernier  cas, il est toujours possible de réaliser une rainure de 20 mm avec une fraise de 10 mm.

La plupart du temps, on réalise les alésages avec des alésoirs qui sont des outils de forme. Outre la nécessité de disposer d'un alésoir par cote à obtenir, il est indispensable de disposer d'une broche avec un faible faux-rond si on ne souhaite pas investir dans un coûteux mandrin flottant. L'expérience montre que pour obtenir des alésages

de qualité 7, il faut impérativement utiliser des mandrins de très haute qualité, équipés de pinces également de très haute qualité, qui coûtent assez cher et des alésoirs en parfait état. 

 

De plus, de par leur mode de fonctionnement, les alésoirs-machine nécessitent un avant-trou obtenu en demi-finition à un diamètre qu'il est d'usage de réaliser à 98 % de la côte finie. En conséquence, on doit non seulement disposer d'un alésoir par dimension de trou, mais en plus un forêt par dimension d'ébauche. Au bout du compte, l'addition commence à être salée lorsqu'il s'agit de ne réaliser que quelques alésages à des côtes non-entières, comme par exemple les côtes impériales, très répandues en mécanique de compétition, mécanique aviation, ou autre.

 

La solution la plus économique pour les alésages en côtes métriques ou impériales entières est souvent l'investissement dans un alésoir façon Paris et un forêt de diamètre approchant. L'alésoir façon paris, dispose d'un long cône d'entrée qui lui permet de s'accommoder d'une ébauche de dimensions plus éloignées de la cote finie que l'alésoir-machine. Hélas, cette solution ne convient pas pour les trous borgnes parce que ces alésoirs, par nature,  ne peuvent pas agir sur le fond des trous.

 

Ci-dessous, notre  coffret d'alésoirs en cotes impériales : un très gros investissement qu'il est difficile d'amortir lorsque l'usinage n'est qu'une activité accessoire d'un atelier de mécanique. Mais quand on fabrique ou entretient des voitures de course, il n'est pas possible de s'en passer si on veut pouvoir intervenir rapidement sur une auto engagée dans une compétition. Ainsi, les pilotes qui nous font confiance peuvent être dépannés dans des délais exceptionnels. Il est en effet rare qu'un gros atelier de mécanique accepte d'interrompre un travail de série simplement pour rendre service à un pilote en détresse la veille d'une course.

 

 

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L'alésoir façon Paris, est généralement disponible en dimensions entières ou impériales, mais il est très difficile d'en trouver en "cotes mal taillées", comme par exemple 12,52 mm. Pourtant, l'utilisation de ces cotes intermédiaires est particulièrement intéressante pour la rénovation de pièces coûteuses, telles qu'un carter-cylindres, une culasse, un carter de boite, etc. En effet, de plus en plus, les pièces issues de fonderie présentent des bossages calculés au plus juste et il est de plus en plus difficile de les réparer avec des inserts parce qu'il n'y a pas assez de matière pour supporter une contrainte de frettage. Pour terminer, on voit parfois arriver des pièces qui ont subi des tentatives de réparation avec des moyens mal adaptés.  Il faut essayer de trouver des solutions pour limiter les conséquences du massacre... Heureusement que les malades n'essayent pas de s'opérer eux-mêmes, sinon, les chirurgiens auraient le même genre de problématique à traiter !

 

 

L'utilisation d'un alésoir à lames réglables peut parfois convenir, mais le fond des alésages borgnes ne peut jamais être fini correctement parce que l'alésoir à lames se termine par un dispositif à vis et cône.

 

index.jpg

 

Ajoutons, que les alésoirs réglables semblent faciles à régler, jusqu'au jour où on essaye d'en régler un... Le réglage nécessite fréquemment plusieurs itérations et c'est évidemment la cote obtenue qui doit être prise en compte plutôt que celle de l'outil. Comme tous les ateliers de mécanique, on dispose de tels alésoirs. mais autant que possible, on évite de les utiliser, notamment parce que les états de surface obtenus sont assez moyens.

 

Enfin, sauf cas exceptionnel, tous les alésoirs à main sont en acier et par conséquent ne conviennent pas pour usiner des aciers traités.

 

Une solution : remplacer un travail de forme, par un travail d'enveloppe

 

Avec une fraiseuse à commande numérique, on peut réaliser des alésages assez précis avec des fraises deux tailles en leur communiquant une trajectoire adaptée. Il suffit de choisir une fraise de diamètre inférieur à celui de l'alésage à obtenir et de lui intimer la loi de mouvement convenable.

 

Il y a donc très longtemps que j'avais imaginé de fabriquer un mandrin porte fraise à excentration réglable. Mais, je n'ai jamais trouvé le temps de le faire. Et pour réaliser un outil de qualité, il aurait fallu acheter des matériaux  adaptés et faire réaliser les traitements spécifiques. Tout ça aurait eu un coût non négligeable. J'avais bien en tête que l'excentration ne permettrait pas de faire tourner la fraise très vite à cause des vibrations engendrées par le balourd inévitable et que la fraise allait s'user seulement sur un côté : celui qui se serait trouvé à l'extérieur de la trajectoire de l'outil. Mais nous ne sommes pas dans un monde parfait et je gardais cette possibilité en tête pour résoudre des problèmes particuliers.

 

C'est par pur hasard que j'ai découvert que l'outil que je voulais réaliser existait déjà, protégé par un brevet. Et il est même bien plus performant que ce que j'avais imaginé.  En effet, avec ce dispositif l'usure de l'outil se répartit sur la totalité de ses génératrices. Son inventeur ne semblant d'ailleurs pas avoir compris tout l'intérêt de son invention, puisqu'à ma connaissance, il ne revendique que la possiblilté de compenser l'usure des fraises dans le cadre de rainurage, alors que je pensais surtout à exploiter la possibilité de remplacer du travail de forme par du travail d'enveloppe dans la réalisation d'alésages.

 

Ce fameux outil était commercialisé par son inventeur : Perez à Villeurbanne. La société semble avoir disparu. En tout cas, cet outil n'a été retrouvé dans aucun catalogue.

 

tete perez BD.jpg

 

Au hasard de la navigation sur Internet j'en ai découvert un à vendre d'occasion sur un forum de passionnés de mécanique, et je me suis empressé de l'acheter.

 

Muni d'un cône ISO40, il utilise des pinces ESX20. Pour cet outil,  un jeu de pinces à bas coût fabriquées en Chine a été acheté. Pourquoi investir dans des pinces précises, puisque le mandrin est réglable ?

 

La tête Perez est en fait un multiplicateur de vitesse à excentration réglable. La fréquence de rotation de broche de la machine est multipliée 5 fois au niveau de la pince porte-outil grâce à un train d'engrenages. Par conséquent, l'outil tourne sur son axe  à une fréquence quintuple de celle de la broche de la machine. Et l'axe de l'outil décrit une trajectoire circulaire à la même fréquence que celle de la broche de la machine. En d'autres termes, la fraise est animée d'un mouvement épicycloïdal.

 

 

Le rayon d'excentration est réglable de 0 à 2,25 mm, ce qui permet d'obtenir tout alésage compris entre la dimension de la fraise et 4,5 mm de plus que cette dimension.

 

L'appareil au banc d'essai

 

Pour le test, nous avons utilisé une fraise en acier rapide réaffutée de diamètre actuel 11, 17 mm mesuré au micromètre à trois touches. En fait, la première qui nous est tombée sous la main...

 

micro trois pâttes.jpg

 

L'opération d'alésage est réalisée sans avant trou, en pleine matière.

 

Un premier alésage a été réalisé dans une chute de 2017 A avec l'excentration réglée à zéro.

 

La fréquence de rotation de broche a été réglée à 400 RPM ce qui donne une fréquence de rotation de fraise égale à 2000 RPM, soit  une vitesse de coupe de 70 mètres par minute avec une fréquence de balayage de 6,6 Hz.

l'avance de l'outil est obtenue par le mouvement vertical de la table de la fraiseuse  à la vitesse de 45 millimètres par minute.

 

 

La mesure du micromètre à trois touches de l'alésage obtenu a permis de constater que cet alésage avait une dimension 96 microns plus grande que celle de la fraise.

 

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C'est un résultat, relativement prévisible, eu égard au prix dérisoire auquel a été achetée la pince porte-outil. On ne voit pas de facette dans l'alésage. L'état de surface est comparable à celui obtenu avec un alésoir en parfaite condition.

 

Ensuite, on a essayé d'obtenir un alésage de 12 H7, c'est-à-dire compris entre 12, 000 et 12, 018 mm.

 

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Le résultat est sidérant. L'alésage obtenu avec la tête excentrée a été mesuré a 12, 005 mm soit juste à la limite de la classe de qualité 4 !

 

Bien sûr, on ne peut pas affirmer que ce type d'outil garantira  toujours l'obtention d'une qualité 4. Ce serait bien trop prétentieux. Par, contre, l'obtention de qualité 7, voire 6 après ajustement sur un martyr paraît tout à fait réaliste avec cet outil assez extraordinaire.

 

Extraordinaire, n'est-ce pas un peu exagéré, me direz-vous.  ça dépend ce qu'on entend par extraordinaire. Extraordinaire fait surtout référence à la rareté de ce genre de dispositif sur le marché.  J'ai  cherché quelques temps sur internet . Je n'en ai trouvé aucun autre à vendre. Pas plus en neuf qu'en occasion.

 

L'avis de THOMAS RACING DEVELOPPEMENT

 

Cet outil conviendra probablement parfaitement pour tous alésages courts, sans précaution particulière. Pour des alésages moyennement profond, il serait prudent d'utiliser des fraises carbure, nettement plus rigides que les fraises en acier. Enfin pour des alésages très profonds, les alésoirs montés sur mandrin flottant resteront probablement les outils les plus performants.

 

Les pinces ESX 20 limitent la capacité de serrage à 13 mm. Avec des fraises à queue réusinée, ou des fraises de carotteuse à queue de 12,7  on peut espérer pouvoir monter des fraises jusqu'à une vingtaine de millimètres de diamètre, voire un peu plus à condition d'utiliser des vitesses de coupe faibles. Compte tenu de l'excentration permise, des alésages précis jusqu'à 25 mm devraient être possibles  avec ce type de matériel.

 



16/09/2019
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