Formation de bavures

OUTILS COUPANTS
Formation de
bavures:
en connaître les
causes pour tenter
de les éviter
- La formation
de bavures
a toujours été
la bête noire
de bien
des usineurs
soucieux
d’éviter
du travail
de reprise,
trop souvent
manuel et,
de ce fait,
très coûteux.
Il existe,
cependant,
des possibilités
de prévenir
la sortie de telles
bavures, ce que
l’on va tenter
d’expliquer dans
les pages qui
suivent.
D epuis que l’on usine les métaux on s’est
heurté à la formation de bavures, effet indésirable s’il en est ! A moins d’un changement
révolutionnaire impensable, les bavures resteront donc une difficulté majeure. Pourtant,
on doit savoir qu’il existe diverses méthodes
pour éviter ces bavures ou, tout au moins, en
réduire la taille. Malheureusement certaines de
ces méthodes pour en éliminer l’apparition ou
en réduire la taille peuvent être considérées
plutôt complexes alors que d’autres sont relativement simples et faciles à mettre en œuvre. Hormis quelques exceptions, on doit reconnaître que les techniques classiques d’usinage produisent toujours des bavures. Leur
prévention exige à la fois des approches classiques et non classiques. Une sélection de ces
dernières est récapitulée dans le tableau 1.
Toutefois, même lorsqu’il ne se produit pas de
bavure, les arêtes vives formées par le processus d’usinage ne peuvent pas, généralement, être acceptées tel quel et demandent à
subir un traitement approprié.
Techniques pour éviter les bavures
Cet article est une
adaptation originale
inspirée d’un ouvrage
très complet sur le thème
de l’ébavurage intitulé
“Deburring and Edge
Finishing Handbook” dû à
la plume de L.K. Gillespie,
Ingénieur spécialisé
de longue date dans
cette technologie
Plusieurs techniques existent pour éviter
sur certaines pièces la formation de bavures
lors de leur usinage. Parmi celles-ci, on peut
en citer une demi-douzaine mais deux n’impliquent plus le passage par un brut ou une
ébauche. Tout d’abord, au lieu de leur usinage
on peut, en effet, obtenir les pièces par formage ou par extrusion. Dans ce dernier cas, la
Fig. 1 - Lors
d’une opération
de décolletage
de forme, l’outil
étant toujours
dans la passe
il n’y a pas
de place pour
que se forment
des bavures,
excepté lors
de l’attaque
et de la sortie
de la passe.
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haute pression exercée par la technique d’extrusion empêche la formation de bavures.
Mais, cela ne convient pas pour tous les genres de pièces, bien entendu. On peut, aussi,
couler les pièces qui sortent, alors, sans bavures et évite les surcoûts d’ébavurage. Cependant, en fin de coulée, à l’ouverture du moule
il s’échappe une pellicule de métal qu’il importe alors généralement de retirer.
✔ Pièces tournées de forme
Lorsque les pièces s’y prêtent, on peut utiliser des outils de forme pour les usiner sur un
tour (fig. 1). Comme un outil de forme se trouve engagé en permanence dans la passe, aucune place ne subsiste pour la formation de
bavures, sauf sur les arêtes d’entrée et de sortie si l’on ne travaille pas sur des diamètres coniques. Un autre moyen d’éviter les bavures
consiste à générer sur la pièce des arêtes
chanfreinées ou arrondies plutôt que de simplement tourner et dresser en formant des arêtes vives. Au lieu de prévoir une avance de
l’outil dans l’axe du tour et, de la sorte, à angle droit pour générer des épaulements, il suffit d’usiner en plongeant et reculant et, alors,
de générer un parcours radial à la sortie de
chaque épaulement pour arrondir l’arête. Cela
demande une ou deux secondes mais évite
de procéder à un ébavurage.
✔ Usinage dur et/ou à grande vitesse
Prévoir une trempe sélective des pièces
empêche une déformation plastique de se manifester macroscopiquement sur leurs arêtes.
Tout moyen prévenant une déformation plastique empêchera également ou réduira à un
minimum les bavures. Les techniques de durcissement comportent des traitements laser,
mécanique localisé, chimiques et thermiques.
Usiner dur passe aussi par une coupe à grande vitesse ou à très grande vitesse pouvant
dépasser les 3 m/mn, technique ne produisant aucune bavure détectable sur certains
métaux et alliages, bien qu’il soit possible que
s’y cachent parfois des microbavures.
✔ Bavures en sortie d’opérations de perçage
On peut éviter de grosses bavures en sortie de trou en utilisant un matériau sacrifié de
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Technique de travail
Bavures ou métal fondu
Rayon
Usinage par jet abrasif
Non
0,08 mm
Usinage chimique
Non
Non défini
Usinage photo-chimique
Non
0,03 mm
Usinage par faisceau d’électrons
Oui
Non défini
Usinage par décharge électrochimique
Non défini
Non défini
Rectification électrochimique
Non
0,08 mm
Usinage électrochimique
Non
Non défini
Rodage électrochimique
Non
0,013 mm
Usinage par électroérosion
Oui
Non défini
Usinage par faisceau ionique
Non
1,3 µm
Usinage par faisceau laser
Oui
Non défini
Usinage par arc plasma
Oui
Non défini
Usinage ultrasonique
Non
0,03 mm
Usinage par jet d’eau
Oui
Non défini
Tableau 1 Formation de
bavures avec les
techniques non
traditionnelles
ou de métal
fondu dans le
cas où cela est
visible sous un
grossissement
de trente fois.
Fig. 3 (Colonne
de droite) Quand on se sert
d’une fraise trois
tailles pour
usiner, de bout
en bout
d’une pièce,
une rainure,
on décompte
huit arêtes
dont chacune
a une bavure
différente.
soutien plus dur que la pièce elle-même. Celui-ci, positionné au-dessous de la débouchure du trou, est serré sous la base de la pièce
et empêche la formation d’une bavure. Il est
essentiel de maintenir ce matériau très fermement serré contre la pièce. La pointe des arêtes de coupe du foret doit, en effet, continuer
à percer parfaitement dedans en évitant ainsi
toute bavure de se produire en sortie de la pièce. Il est bon de souligner que ce matériau
doit présenter une dureté suffisante pour être
efficace. A titre d’exemple, on indique, sur les
courbes de la figure 2, dans quelle mesure varie la taille de la bavure repoussée en sortie
lorsque l’on perce dans un acier inoxydable
de nuance Z10CNF 1809. Avec des forets de
moins de 3 mm de diamètre, il importe de
bien s’assurer qu’ils percent au moins de 0,3
mm dans ce matériau de soutien. Une règle
simple à ne pas négliger veut que plus le diamètre du foret est grand, plus profondément
on doit percer dans le matériau de soutien.
✔ S’arranger pour limiter la taille des bavures
Au cas où l’on ne peut éviter la formation
de bavures, l’objectif devrait être d’en laisser
que de minuscules pouvant être retirées par
Fig. 2 - Sur ce
diagramme,
on a dressé
l’effet de
la dureté
du matériau
de soutien
sur la taille
de la bavure
du trou percé
dans la pièce.
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un procédé de finition simple et rapide offrant
l’avantage d’arrondir légèrement l’arête usinée. La majorité des procédés d’ébavurage
retirera sans difficulté des bavures ne faisant
que quelques dixièmes de micron. On doit rappeler que la taille des bavures varie en fonction
des efforts de coupe, de la matière de pièce et
de la géométrie aussi bien de cette pièce que
de l’outil de coupe. Bien que la hauteur et
l’épaisseur de la plupart des bavures se situe
entre 25 et 50 µm, d’autres peuvent être très
importantes. En adoptant une bonne manière
de minimiser les bavures on parvient à éliminer jusqu’à quatre-vingt dix pour cent de celles dépassant 0,5 mm.
Dans la plupart des cas, il se forme une
bavure lorsqu’une arête de coupe franchit une
arête de la pièce. Lorsque l’on perce un trou
débouchant, une arête se produit à l’entrée et
à la sortie. De même, lorsque l’on utilise une
fraise trois tailles pour usiner de bout en bout
une rainure, comme cela est illustré sur les figures 3 (et 7 page 13), on génère huit arêtes,
portant une bavure différente. Il est donc important de savoir avec précision quel mécanisme forme quelle bavure et de reconnaître
dans quelle mesure les différentes variantes
d’usinage en affectent les propriétés. L’usineur peut maîtriser la taille de bavure en réduisant les efforts de coupe au moment où
l’outil sort de la pièce. Une solution pour réduire les efforts de coupe consiste à utiliser
des outils très acérés et des outils de géométrie appropriée comme ceux à angle de coupe
positif évitant la formation d’arête rapportée.
D’autres solutions peuvent être d’éviter la formation d’arête rapportée sur l’outil et de réduire les avances dans la zone de sortie de la
coupe. Pour minimiser la taille des bavures, il
suffit, en effet, de ne réduire l’avance qu’en
sortie de pièce. En perçage débouchant, on
prend de fortes avances jusqu’au moment où
le foret est sur le point d’émerger. La courbe
de la figure 4 montre l’impact sur la formation
de bavure du ralentissement de l’avance par
dent. Dans ce cas, on maintient l’avance constante mais, quand la vitesse de broche est aug-
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Fig. 4 - Effet
de la dureté
de la pièce
et de la vitesse
de broche sur
l’épaisseur
des bavures
de perçage.
Les données
figurant sur
ces courbes
ont été relevées
dans le perçage
à sec d’un acier
inoxydable
Z10CNF 1809 à
150 m/mn
avec un foret
en acier
super-rapide
de 6 mm
à hélice de 27°
présentant un
angle de pointe
de 118°.
Fig. 6 (Colonne
de droite) - Ces
schémas
de coupes
montrent que
de grands angles
d’arête verticale
réduisent
la bavure.
De grosses
bavures
se forment lors
d’un usinage
sur des arêtes
de 30° mais,
quand on usine
sur des arêtes
d’un angle
de plus de 150°,
il ne se forme
généralement
plus de bavure.
cours de manière à ce que, lorsque la fraise
passe au-dessus d’une arête, ce soit sur une
surface déjà usinée. Comme aucun copeau
n’est généré à cet endroit, aucune bavure ne
peut se produire.
mentée, on réduit l’avance par dent, ce qui réduit l’effort de coupe. Cette stratégie, à son
tour, réduit l’épaisseur de bavure. Si l’on produit des copeaux trop petits dans des matières sensibles à l’écrouissage, l’outil commence à frotter au lieu de couper, ce qui produit de
larges bavures très difficiles en retirer.
Difficultés rencontrées
par la géométrie de la pièce
On se heurte à des difficultés pour réduire à un minimum les bavures lorsque
l’on usine avec des fraises en bout et des
fraises à surfacer. A titre d’exemple, prenons
le cas du dressage avec une fraise à surfacer
de la face supérieure d’un bloc moteur. Afin
de minimiser la taille des bavures, le programmeur doit créer des parcours d’outil réduisant
au minimum l’échappement de la frai-se sur
les arêtes. A la base, les usineurs doivent
plonger dans une arête et programmer la fraise de manière à sortir de l’arête sur une surface préalablement usinée. Cette action dirige
les efforts de coupe dans la pièce. Lorsque
l’arête de coupe quitte la pièce sur une surface déjà usinée, aucun effort n’existe qui repousse une bavure depuis cette arête car
l’arête de coupe n’effectue aucun usinage en
cet endroit. Qui plus est, il faut toujours fraiser
dans la surface et, au lieu de faire appel à une
fraise couvrant la largeur totale de la pièce et
prenant une passe unique sur toute cette largeur, il est préférable de choisir une fraise de
plus petit diamètre. On établit alors un parcours d’outils d’essai pour voir les zones où la
fraise usine sur une arête. On modifie ce par-
L’exemple qui suit d’une fraise à surfacer
démontre cette stratégie. Lorsqu’une telle fraise est avancée en ligne droite dans une arête
rectiligne, une quelconque de ses dents fraise
en quittant cette arête. Pour éviter cette usinage en sortie, il suffit de prévoir une avance
de l’outil dans la pièce selon un arc de telle
sorte que les dents n’usinent qu’en attaquant
la pièce. L’outil peut suivre un parcours autour du périmètre de la pièce en continu après
qu’il a attaqué sa passe de cette manière. Les
dents n’usineront jamais en sortie de pièce, ce
qui apporte la solution lors de l’usinage de la
surface d’une pièce monobloc. La clé réside
dans le choix d’un outil de plus petit diamètre
que l’épaisseur de la pièce et de lui faire subir
un décalage. Pour calculer la largeur de coupe
l, il suffit d’utiliser l’équation simple l = r-d où r
est le rayon de la fraise et d la valeur du décalage. Lorsque la fraise approche de l’extrémité d’une arête, elle doit subir un soulèvement
et une sortie selon
un arc évitant un
usinage en sortie,
puis revenir à sa
hauteur de travail.
Il est évident que
les pièces de formes complexes telles que les blocs
moteur exigent une
étude soignées du
diamètre et du parcours d’outil. L’usinage de certains
profils peut être
planifié manuellement mais la majorité demande une
programmation par
ordinateur pour obtenir le parcours d’outil précis nécessaire.
Bien que la fraise puisse toujours être soulevée et redescendue pour éviter un usinage en
sortie d’arête, il faut prendre en considération
que cette action génère un état de surface
nettement moins bon.
Mesures pour limiter les bavures
Fig. 5 - Le
recours à
une tige
d’indentation
pourvue
d’une bille
empêche
la formation
de bavure
à la sortie
du foret.
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Diverses mesures simples découlant de
l’ingéniosité des opérateurs contribuent à minimiser, dans les ateliers, la formation de bavures. Par exemple, un souci fréquent consiste à trouver comment enlever les bavures provoquées par le perçage. Un cas précis est celui où l’on doit procéder au perçage borgne
d’une douille en laiton et empêcher que l’opération ne fasse naître au fond une collerette de
bavure (fig. 5). La solution simple consiste à
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pratiquer une sorte d’indentation en enfonçant à force dans la cavité avant le perçage
une tige à l’extrémité de laquelle on a fixé une
bille repoussant le métal. L’indenture produite
sous forme d’une petite hémisphère réduit la
ductilité du laiton en limitant la tendance à la
formation de bavure. D’autre part, l’angle produit entre les côtés de l’indentation et le diamètre dans lequel le foret pénètre représente
un chanfrein de quelque 150°. Or, les bavures
ne se forment normalement jamais lorsqu’un
outil franchit des arêtes qui présentent un tel
angle (fig. 6). Quand des arêtes forment un angle inférieur à 90°, il est important que les
outils les attaquent plutôt qu’il n’en sortent.
2 ci-dessous, une liste (non exhaustive) de fabricants et constructeurs de moyens d’ébavurage automatique, voire d’instruments manuels pour quelques marques.
❑
Fig. 7 - Voici l’aspect de la sortie d’une opération de fraisage
dans la masse d’une rainure
montrant la formation de bavures plus qu’indésirables.
Tableau 2 - Liste non exhaustive de fournisseurs d’une variété
A présent, la technologie permet aux usi- d’équipements d’ébavurage.
neurs de faire disparaître les arêtes vives et de
Ebavurage élecPolissage- Grenaillagenombreuses bavures au cours du même cycle
Systèmesd’ébavurage
tromécanique
Ébavurage
Décapage
de fabrication. Un technique consiste à brosASSFALG
AIR Turbine TOOLS
Magafor
EXTRUDE
LASERBLAST
ser toutes les surface usinées avec une brosse
AUTOPULIT
BIAX- Schmid & WEZEL
OMIA
MAPE
HONE
en nylon chargée d’un abrasif efficace, monDAMA
DISKUS
MICRO TECHNICA
MARCHIO
EXTRUDE HONE
tée dans un des emplacements du magasin
DORNER
DOALL EUROPA
POLIGRAT
AZITECH
TECHNOLOGIES
EXTRUDE HONE
DORNER
MÖSSNER
SONEL
C.M. SURFACE
porte-outils. Les extrémités de cette brosse
KADIA
EDM SERVICE
PERFECT FINISH
TREATMENT
sont programmées de manière à se pré-senKOHLER
EISENBLÄTTER
PRECISION FINISHING
GRESAS
O.M.P.
EWU
SYSTEMS
WHEELABRATO.R
ter constamment positionnées 3 mm au-desPROFILATORI
GROUP
RAUSCH
EXTRUDE HONE
sous des surfaces usinées. Les bords de
GEHRING
RAUSCH
cette brosse s’introduisent automatiquement
GERBER
REICHMANN – REMA
G&N
SOMEX
dans les ouvertures venant d’être usinées et
SUGINO
GRAVOSTAR
en ressortent à chaque rotation de la broche.
I.T.E..
TECHPLUS
Il n’est pas nécessaire de passer sur toutes
TIMESAVERS
KOHLER
LISSMA
TMUA
les arêtes car une simple course de va et vient
LÖWER
WEBER
couvrant toute la surface de la pièce brosse
LUKAS ERZETT
WOLTERS
l’ensemble des arêtes bordant cette surface.
Par cette technique on génère un petit rayon sur ces
arêtes et on en enlève toutes les minces bavures, aussi
bien celles courtes que celles longues. De cette manière, quantité de pièces n’ont plus besoin de subir un ébavurage ultérieur quelconque.
Et pourtant on ne peut empêcher des bavures de
se produire dans bien des opérations d’usinage
www.trametal.com, code
YKX44
Certes, cet article a permis de fournir quelques recommandations efficaces pour parvenir à des économies non négligeables en évitant de se trouver dans
diverses situations indésirables génératrices de bavures. Dans certains cas, la solution proposée ressort,
pour le professionnel, d’un simple bon sens. Dans d’autres, il s’agit du résultat de l’expérience ayant abouti à
ce que l’on peut presque appeler une ou des “règles”.
Mais on n’a pas omis, non plus, de citer aussi quelques
“trucs”. Or, cela n’apporte pas la solution à tous les cas
et, surtout lorsqu’il s’agit de travaux de série, on reste
contraint de s’adresser à des moyens matériels de finition pour effectuer des ébavurages satisfaisants indispensables pour assurer la qualité de pièces sur lesquelles les techniques les plus avancées d’usinage par
enlèvement de matière ne pallient pas les risques de
formation de bavures inacceptables. Dans de telles situations, la solution ne passe plus que par un recours aux
technologies d’ébavurage faisant appel à des moyens,
installations et équipements impliquant une opérationbien appropriée.
Pour aider, éventuellement, à la recherche de ce type
de moyens, on a essayé de regrouper, dans le tableau
TRAMETAL
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