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Travail des métaux
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Les secrets du métier en usinage (suite)
Sur une fraiseuse ou sur un tour, utilisez les mêmes réglages pour pratiquer un alésage sur une pièce.
Pour une raison que j’ignore, certains machinistes règlent la vitesse de rotation de la broche à très faible régime lorsqu’ils utilisent une tête à aléser sur une fraiseuse.
À moins que la barre à aléser utilisée ne soit pas rigide et qu’elle ait tendance au broutage, rien ne justifie d’utiliser des réglages si différents pour pratiquer un alésage sur une fraiseuse. Utilisez la « règle du copeau beige » pour arriver aux réglages appropriés de la vitesse de rotation de la broche et de la vitesse d’avance exactement comme vous le feriez si vous deviez faire un alésage sur un tour.
Chaque fois que vous le pouvez, vous devriez utiliser des barres à aléser courtes et d’une bonne épaisseur. Cela préviendra le broutage et la barre aura tendance à moins dévier qu’une barre longue et mince.
Vous aurez besoin de tout un assortiment de barres d’alésage selon le cas que vous rencontrerez : différents diamètres, différentes longueurs et différentes géométries.
Tarauder les trous borgnes sur la perceuse.
Faites-le dans de bonnes conditions, sans quoi vous vous retrouverez avec un taraud brisé à extraire. Je connais plusieurs enseignants qui conseillent tout simplement de ne jamais tarauder les trous borgnes sur la perceuse.
Si vous percez à la dimension requise pour le taraudage à une profondeur équivalente à au moins deux fois la longueur du filet projeté, les copeaux auront une place où se jeter et n’entraveront pas le travail du taraud dans la partie à fileter. Il est préférable de réaliser l’opération avec un taraud à filets rectifiés à pointe inclinée puisque ces derniers ont tendance à projeter les copeaux vers l’avant. Ce type de taraud ne collera pas comme un taraud de filetage manuel. Tant et aussi longtemps que votre outil est bien affûté, que de l’huile de coupe est utilisée et que les copeaux ont un espace à se loger à l’écart du chemin de l’outil de coupe, le taraudage à la machine devrait s’effectuer sans anicroches.
Si la configuration de la pièce ne vous permet pas de percer un trou dont la profondeur est deux fois plus longue que la longueur du filet projeté, il est préférable de terminer manuellement le filetage ou d’utiliser un taraud qui tire les copeaux vers le haut. En taraudant à la main, vous saurez vous ajuster à la torsion et au grippage du taraud dans le métal au fur et à mesure de votre progression tout en étant en mesure de retirer les copeaux au fur et à mesure qu’ils sont produits.
Les tarauds à taille hélicoïdale qui ramènent vers l’arrière les copeaux sont plus fragiles que les autres et sont plus appropriés à la taille de filets dans l’aluminium et les matériaux dont l’usinabilité est élevée.
Débitez votre matériel brut à 1⁄10 de pouce (2,50 mm) de la dimension finale de la pièce.
À n’en pas douter, il est possible de débiter une pièce avec encore plus de précision mais selon moi, le jeu n’en vaut pas la chandelle.
Les scies ne sont pas des machines de précision et les lames sur la plupart d’entre elles sont dans un état qui est loin d’être idéal. Avec un excédent d’un dixième de pouce (2,50 mm), vous serez protégé des conséquences de toute déviation de la lame durant la coupe ou d’une légère déviation de la perpendicularité de la pièce par rapport à la lame.
Si les dimensions des pièces à produire sont plus petites, on peut se rapprocher davantage de la dimension finale lorsqu’on les coupe à la scie. À 1⁄16 de pouce (1,50 mm) par exemple. On peut s’en tirer avec si peu car les conséquences d’une déviation de la lame sont plus limitées sur les pièces courtes que sur les longues.
Utilisez une scie circulaire à lame pour débiter les matériaux (figure 1-18).
Ces machines là sont d’une grande productivité. Elles sont particulièrement appropriées au débitage des barres de matériel brut. Sans doute à cause de l’ignorance des responsables des achats d’équipements, l’utilisation de ce type de scie n’est pas encore aussi répandu qu’il devrait l’être. Parmi les avantages qu’il possède sur les scies à rubans horizontales, mentionnons le fait que sa lame est rigide et durable et qu’elle permet des coupes nettes et précises. De plus, elles sont compactes et faciles à opérer.
Malgré la similarité de leur conception, ces machines fonctionnent à partir d’un principe différent des scies circulaires équipées de disques abrasifs qui coupent le métal par friction. Leur lame tourne à une vitesse beaucoup plus lente et leur avance par dent est largement supérieur à celui des scies à tronçonner dotées de disques abrasifs.
Usinez les pièces d’une série, une opération à la fois.
Cette suggestion s’applique principalement aux petites pièces qu’on peut monter en mandrin à pince sur un tour. N’essayez pas de conduire un tour parallèle comme s’il s’agissait d’un tour revolver de production! C’est plus rapide et plus facile de faire une opération à la fois sur chaque pièce et de les changer une à une que de changer continuellement d’outils et de réglages pour réaliser successivement toutes les opérations sur la même pièce avant de passer à la suivante.
Laissez tourner le moteur du tour lorsque vous changez les pièces montées dans un système de serrage à pince à levier.
Formez une pile et usinez un paquet de pièces en même temps chaque fois que c’est possible (figure 1-9).
Former une pile et usiner un paquet de pièces en même temps peut entraîner une économie de temps substantielle. Mais c’est aussi une arme à deux tranchants qu’il faut manipuler avec soin. D’abord, c’est beaucoup plus difficile de respecter les tolérances des pièces lorsqu’on les usine en paquets. De plus, le temps de montage est généralement plus long et plus exigeant.
Une fois votre paquet réuni et retenu par des serres, vous pourrez le déplacer en bloc, d’un montage à l’autre pour toutes les opérations d’usinage. Faites attention, lors de ces changements de montage, de ne pas « briser » le paquet, ce qui aurait pour conséquence de changer la position relative des pièces qui le composent et rendrait le respect des tolérances difficile, sinon impossible, dans les opérations subséquentes.
Former un paquet de pièces afin d’en percer et d’en tarauder les bords (figure 1-10).
On peut sauver beaucoup de temps en formant un paquet des pièces que l’on doit percer et tarauder sur les côtés, mais il faut être prudent et éviter l’accumulation d’erreurs que peut entraîner ce type de montage.
Disons que l’on doive percer et tarauder les côtés de 20 plaques d’une épaisseur nominale de 1⁄4 po (6,35 mm). Après avoir mis les pièces dans l’étau, il faut mesurer l’épaisseur complet du paquet et diviser cette mesure par le nombre de plaques, afin d’établir avec précision la valeur de chaque déplacement qu’il faudra effectuer entre les trous. Disons que cette mesure serait de 4,94 po (125,48 mm) par exemple, divisée par 20, on obtient une valeur de déplacement de 0,247 po (6,27 mm). C’est donc de cette distance qu’il faut déplacer la table de la fraiseuse après avoir effectué chaque trou. Si vous effectuez un déplacement de 0,250 po (1⁄4 po) (6,35 mm) après chaque trou, l’erreur s’accumulant, chaque trou se trouvera de plus en plus décalé par rapport à la ligne de centre de chaque pièce.
Pensez à vous procurer du matériel brut préusiné pour la production
de grande série.
Utilisez une fraise en bout pour amorcer le lamage d’un alésage (figure 1-11).
On peut dégrossir un lamage en utilisant une fraise en bout sur un tour conventionnel ou à contrôle numérique et s’approcher ainsi très près de sa dimension finale. Vous économiserez beaucoup de temps d’alésage en procédant ainsi plutôt que de vous limiter au foret pour l’ébaucher. On peut retenir la fraise en bout dans un mandrin Jacob monté dans la poupée mobile du tour.
Une fraise en bout ainsi montée produira habituellement une ouverture un peu plus grande que sa dimension nominale. Il faut donc jouer de prudence pour éviter de créer une ouverture trop grande. Il convient de percer un trou guide au préalable afin de réduire l’effort de coupe de la fraise en bout. On peut se fier à la règle du « copeau beige » pour effectuer le réglage de la vitesse de rotation de la pièce.
Gardez à portée de la main une boîte de forets non classés.
Lorsqu’il vous faudra percer un trou de guidage dont la dimension n’a aucune importance, rien ne sera plus rapide que de sortir un foret d’un boîte à portée de la main, de le monter sans autre forme d’examen qu’un simple regard sur sa dimension approximative et d’entamer le perçage immédiatement.
Maintenez un large inventaire d’écrous en T à portée de la main.
Les équerres de montage, les tables rotatives et les accessoires ne commanderont pas nécessairement tous les mêmes dimensions d’écrous en T. Il peut devenir très frustrant de ne pas avoir sous la main la quincaillerie de montage aux bonnes dimensions lorsqu’on veut que le travail avance. Les écrous en T ne coûtent pas cher et sont faciles à trouver. Commandez-en et soyez assuré d’en avoir de toutes les tailles sous la main pour ne pas être pris au dépourvu.
Ne dégagez pas votre couteau avant d’entamer la prochaine passe.
Si vous dégrossissez une pièce par passes successives, ne vous donnez pas la peine de retirer votre outil de coupe avant de revenir au point de départ et de lancer la nouvelle passe. Ne vous préoccupez pas du fait que votre outil de coupe frotte la surface que vous venez d’usiner ou même qu’il la marque de légers sillons pendant la trajectoire de retour. Cette technique vous évitera de devoir lire et relire vos tambours gradués et reprendre le jeu du chariot transversal ou du filet du mouvement transversal de la table à chaque passe.
Par contre, n’entamez jamais une coupe de finition sur une surface sillonnée et vallonnée par l’application du truc précédent. Vous devez retirer votre outil de la surface usinée et reculer à la position de départ avec votre outil « en l’air », dès que vous approchez de l’exécution de la passe de finition. Une passe de finition réussie doit être exécutée sur une surface lisse afin que la pression sur le couteau soit constante.
Pendant le dégrossissage, ne vous préoccupez pas de l’entretien de votre outil de coupe.
Au cours des coupes de dégrossissage, une accumulation de matériel peut se former sur l’arête tranchante de l’outil et constituer un copeau adhérent. Un arête de coupe ainsi affectée se trouve recouverte ou déformée par une accumulation du matériel usiné qui s’y est accroché en cours d’usinage. Il indique une détérioration de ses propriétés bien qu’il puisse encore couper – assez, pour faire le dégrossissage en tous cas.
Pour réaliser des finis de surface soignés et des dimensions précises avec une passe de finition, il vaut cependant mieux se débarrasser de cette déformation afin que les copeaux aient le champ libre pour se libérer et glisser sur l’outil, assurant ainsi que l’arête tranchante de l’outil de coupe fasse son travail plutôt que d’accumuler encore plus de métal brut à sa surface.
Faire disparaître ces copeaux adhérents est souvent plus facile à dire qu’à faire. Si vous utilisiez une arête tranchante d’une autre pièce en métal pour tenter d’arracher l’accumulation produite sur un outil au carbure, il y a de fortes chances que vous fassiez éclater une partie du carbure et que vous détruisiez la géométrie de l’arête tranchante de l’outil de coupe. L’utilisation d’une pierre ou d’une lime est tout autant déconseillée.
On parvient généralement à détacher l’accumulation en question en appliquant très libéralement de l’huile de coupe sur l’outil et en faisant pénétrer manuellement l’outil de manière abrupte mais par petits coups dans du matériel brut. L’accumulation soudée finit souvent par « lâcher » sous la poussée du nouveau copeau.
Utilisez la poupée mobile d’un tour pour percer en profondeur sur un tour conventionnel (figure 1-12).
L’accumulation de copeaux devient vite problématique quand on perce des trous profonds. Plus le perçage est profond, plus il devient difficile d’évacuer les copeaux qui se collent dans les hélices du foret et s’y retrouvent comprimés. Pour les libérer, il faut retirer le foret de la pièce.
Au lieu de tourner sans cesse la manivelle qui commande le déplacement du fourreau de la poupée mobile pour qu’elle parcoure toute sa course d’une extrémité à l’autre, faites plutôt glisser toute la poupée mobile dans une direction puis dans l’autre sur les glissières du tour pour retirer et avancer le foret hors et dans la pièce. Lorsque vous sentez que les copeaux s’accumulent, déverrouillez la poupée mobile et tirez-la vers l’arrière jusqu’à ce que le foret soit sorti de la pièce et que les copeaux puissent se libérer. Repoussez ensuite la poupée mobile jusqu’à ce que la pointe du foret entre en contact avec la matière qui reste à usiner, au fond du trou. Verrouillez-la. Approfondissez le perçage encore un peu en utilisant la manivelle, puis répétez le procédé autant de fois qu’il le faudra. Vous serez surpris du temps économisé en utilisant cette méthode pour percer en profondeur sur un tour conventionnel.
Amorcer toujours le perçage des trous profonds à l’aide de forets de longueur normale afin d’en assurer la rectitude. Allez aussi loin que vous le pouvez avec un foret de longueur standard avant de poursuivre avec les séries longues ou extralongues. Vous pouvez utiliser ce truc pour percer en profondeur non seulement sur un tour mais aussi sur une fraiseuse.
Ébarber les arêtes avec un outil pneumatique coudé (figure 1-13).
Les bavures et par conséquent la tâche de devoir ébarber nos pièces représentent un sous-produit désagréable du procédé d’usinage par enlèvement de copeaux. Il est à peu près impossible d’éviter que des bavures apparaissent aux arêtes des pièces usinées par enlèvement de copeaux.
Après le débitage des pièces à la scie, il faut ébarber les pièces brutes avant de commencer leur usinage. Une façon efficace de le faire consiste à utiliser un disque abrasif monté sur un outil pneumatique coudé. Ainsi, vous n’utilisez pas la lime, vous travaillez entre les coupes et vous n’avez pas à laisser votre poste de travail pour vous rendre à la ponceuse sur disque.
Il y a certaines choses qu’on peut faire pour diminuer l’importance des bavures et les efforts dépensés à les faire disparaître. Pensons, par exemple, au fait d’utiliser des outils de coupe bien affûtés ou encore d’avoir recours, quand les conditions le permettent, à l’usinage en avalant.
Ne laissez jamais tourner un outil de coupe pendant un changement de pièce.
Même si les circonstances permettent d’éloigner significativement l’outil de coupe de la zone de montage de la pièce, il n’est jamais acceptable de laisser tourner l’outil pendant un changement de pièce à usiner. Il s’agit d’une économie de bouts de chandelle que de vouloir faire le contraire. La véritable économie de temps réside dans le fait de travailler dans des conditions parfaitement sécuritaires. Il vaut donc mieux couper l’alimentation du mouvement de rotation de la broche. Soyez particulièrement vigilant lorsqu’un outil de coupe est en rotation à proximité d’une autre pièce de métal solide comme un étau ou une équerre de montage. Il y a là un danger potentiel encore plus grand que celui que représente l’outil de coupe qui tourne en l’air.
J’ai eu connaissance d’au moins deux accidents survenus à des machinistes qui ne se sont pas méfiés d’un outil de coupe en rotation près d’un accessoire de montage solide. L’un d’eux pratiquait des rainures sur de petites pièces à l’aide d’une fraise scie. Lorsqu’il a voulu changer de pièce, ses doigts se sont coincés dans la petite ouverture entre l’outil de coupe et le gabarit de montage. Il y a laissé trois doigts.
L’autre incident est survenu sur une rectifieuse plane. La meule en mouvement était à environ 1⁄4 po (6,35 mm) au-dessus du plateau magnétique lorsque le machiniste a voulu le nettoyer. La meule a sectionné quatre des doigts de sa main qui s’est prise entre la meule et le plateau magnétique.
Réduisez rapidement la longueur d’une pièce au tour avec une opération de chariotage.
Si vous devez beaucoup réduire la longueur d’une pièce sur un tour, il est plus rapide de procéder par chariotage plutôt que par dressage. Essayez-le, vous verrez !
Façonnez des arrondis sur une fraiseuse conventionnelle (figure 1-14).
Lorsque la géométrie de la pièce le permet, utilisez un goujon cylindrique comme pivot et faites tourner la pièce autour de ce pivot pour finir l’extrémité d’une pièce en arrondi. Montez le goujon cylindrique sur un bloc en V dans l’étau de la fraiseuse. J’ai utilisé cette méthode à plusieurs reprises avec beaucoup de succès. Soyez prudent. Commencez d’abord par couper les saillies le plus protubérantes afin d’éviter que l’outil ne morde dans la pièce, ruine toute l’opération, se brise et risque en plus de vous blesser.
Façonnez des formes sphériques sur un tour conventionnel (figure 1-15).
Ces accessoires sont faciles à utiliser et à monter. Ils permettent d’usiner rapidement et avec succès des formes sphériques à des pièces montées sur des machines-outils classiques.
Utilisez toujours des fraises en bout courtes et robustes (figure 1-16).
Les fraises en bout courtes et compactes résistent mieux aux poussées latérales qui entraînent leur déflection et par conséquent, durent plus longtemps que les fraises en bout plus longues. Les fraises en bout dont les lèvres ont une longueur plus petite qu’une fois et demie la mesure de leur diamètre ne dévient pratiquement pas. On peut donc les « pousser » un peu plus que les fraises en bout plus longues. Les fraises dites « ravageuses » qui sont courtes et compactes sont dures à battre en termes d’efficacité à enlever des copeaux rapidement.
N’en demandez pas trop aux petites fraises en bout !
Si vous n’avez d’autre choix que d’utiliser des fraises en bout de petit diamètre, prenez votre mal en patience. Les fraises en bout de moins de 1⁄8 po (3,2 mm) de diamètre brisent facilement.
L’expérience m’a enseigné qu’en matière de coupe avec un outil de petit diamètre, une fraise en bout hexagonale à une seule lèvre résistait beaucoup mieux aux pressions latérales qu’une fraise en bout multilèvre du même diamètre. Ces outils de coupes hexagonaux sont faciles à créer sur une rectifieuse plane ou une affûteuse universelle d’outils et de fraises (figure 1-17).
Si vous fabriquez un tel outil en carbure, je vous conseille de briser l’arrête située à l’opposé de l’arête tranchante afin de réduire les risques de micro-fissures du carbure. Utilisez une lime diamantée ou une meule diamant pour ce faire, comme l’illustre la photo de droite.
Ne mesurez votre pièce qu’une fois avant le dégrossissage.
Certains machinistes perdent un temps fou à mesurer et remesurer leur pièce après chaque passe du dégrossissage. Mesurez-la plutôt une seule fois, comme il le faut, avant de commencer le dégrossissage pour vous faire une idée claire de la quantité de matière à enlever. Ensuite, ne mesurez plus la pièce avant d’arriver à la finition. Enlevez de la matière jusqu’au niveau que vous aurez marqué sur la pièce à la pointe à tracer, s’il le faut !
Évitez autant que possible d’incliner la tête de la fraiseuse.
Lorsque vous devez usiner un angle ou exécuter un perçage angulaire dans une pièce, il vaut toujours mieux trouver un façon d’incliner la pièce ou d’utiliser un outil de coupe de forme que d’incliner la tête de la fraiseuse. C’est maladroit d’utiliser une fraiseuse avec la tête inclinée ! D’autant plus qu’une fois la tête désaxée, il faut ensuite la réaligner en position zéro.
Apportez votre dessin à l’entrepôt de matériel brut.
Une fois rendu à la réserve de matériel brut, ce n’est plus le temps de vous demander ce que vous êtes venu chercher ! Trouver le matériel brut le plus approprié peut se révéler mélangeant, surtout quand on ne trouve pas le matériel aux dimensions standard auquel on s’attendait. Évitez un aller-retour en apportant votre dessin avec vous !
Projetez l’air comprimé par une buse de sortie à haut débit.
Ce sujet est controversé. Dans certains ateliers, il est interdit d’utiliser l’air comprimé pour chasser les copeaux des machines. Certains disent que l’utilisation de l’air comprimé ruine les machines. Selon eux, le jet d’air comprimé force de petits copeaux et des débris à se loger entre la table de la machine et ses glissières. Ils seraient la cause de grippage et d’abrasion qui entraînerait une détérioration certaine des glissières.
Il faut se servir de son jugement ! On peut utiliser un jet d’air comprimé pour chasser les copeaux sans nécessairement le diriger directement entre les glissières et la table. Il suffit de diriger le jet et de chasser les copeaux loin des endroits où ils peuvent se coincer et causer des dommages.
Vos pouvez aussi ajuster vos procédures de nettoyage de la machine en fonction du type de matériel usiné. S’il s’agit d’aluminium ou d’autres métaux mous, « propres » qui sont en cause, il y a peu de risques que même projetés par un jet d’air comprimé, ils puissent endommager la machine. D’autre part, si vous travaillez dans du métal dur, granuleux ou abrasif, il est évident qu’il vaut mieux utiliser un pinceau, une brosse et des essuie-tout pour retirer tous les résidus de l’usinage des glissières et de la table de la machine. De même, si l’on utilise du papier-émeri ou d’autres matériaux abrasifs sur la machine ou autour de celle-ci, il faut s’assurer que les grains d’abrasifs soient ramassés avec un linge ou un essuie-tout avant de déplacer la table.
Ceci étant dit, utilisez une buse de sortie qui procure la puissance nécessaire pour repousser aisément les copeaux d’un simple jet d’air comprimé.
Révisez vos données de temps en temps !
Habituellement, je me fie à mon intuition et à mon expérience pour effectuer les réglages des machines-outils classiques. Cependant, je valide aussi ces réglages en faisant de petits calculs qui me permettent de mesure leur qualité et de les comparer aux standards industriels.
Les deux plus importants réglages à valider sont l’avance par dent, exprimée en millièmes de pouce par dent (mm par dent) ou par révolution ainsi que la vitesse de coupe exprimée en pieds à la minute (mètres à la minute) – qui mesure la vitesse avec laquelle l’arête tranchante d’un outil de coupe attaque le matériel brut.
La formule pour valider l’avance par dent que produira un réglage
donné sur une fraiseuse est :
Gardez votre poste de travail en ordre : ne manipulez les objets qu’une seule fois !
À première vue, il s’agit d’une suggestion un peu simpliste. Mais elle vaut son pesant d’or. Lorsqu’on fait du rangement, on a tendance à déplacer les choses plutôt qu’à les ranger. Évitez cela ! Chaque fois que vous avez fini d’un outil ou d’un objet, rangez-le immédiatement à sa place ; ne faites pas que le déplacer !
Prenez des notes au sujet de vos expériences sur les machines que vous utilisez peu.
S’il y a des machines que vous utilisez peu, il se peut que vous perdiez du temps à vous familiariser à nouveau avec leur fonctionnement et leurs caractéristiques lorsque vous y serez assigné. Prenez des notes sur le fonctionnement, les caprices et ce que vous avez observé lorsque vous les avez utilisées. Relisez vos notes avant d’y retourner et vous constaterez que vous serez beaucoup plus productif.
Conclusion
Comme vos pouvez le constater, il existe plusieurs façons d’envisager la façon de faire un travail et de régler l’usinage d’une pièce. Les machinistes visent toujours la coupe la plus performante et la longévité la plus longue des outils de coupe ! C’est d’ailleurs presque toujours la rigidité du montage et la force de l’outil de coupe qui imposent leur limites au machiniste. Il ne faut pas négliger non plus un autre facteur important : l’usinage affaiblit toujours le matériel.
Les machinistes doivent développer leur instinct d’ingénieur du stress du métal. Ils doivent constamment juger ce qu’ils peuvent faire en fonction du type de matériau usiné, de la puissance des machines-outils à leur disposition, de la rigidité des montages et de la force des outils de coupe qui sont en jeu. Il s’agit d’une compétence qui s’acquière avec l’expérience.
Il est peu probable que deux machinistes réalisent la même pièce exactement de la même manière et à la même vitesse. La plupart des machinistes ne referaient pas la même pièce deux fois de la même façon ! Il existe tout simplement trop de variables et trop de façons de faire différentes.
Vous entendrez peut-être un jour quelqu’un déclarer : « Pourquoi
devrais-je travailler rapidement ? Je ne suis pas pressé ! Je suis
payé à l’heure, peu importe le boulot que j’accomplis. » La capacité
de travailler vite fait partie intégrante des compétences d’un
machiniste professionnel. Se priver d’une telle capacité en se
cachant derrière les arguments énoncés plus haut constitue une
manière sûre de ne jamais réussir dans ce domaine. Un machiniste
compétent est capable de travailler rapidement, quand il doit le
faire.
Extrait du livre Usinage, |
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