L'usinage efficace des filetages est très important pour la fabrication de pièces de haute qualité. Il permet des connexions sûres et précises dans de nombreuses applications de l'aéronautique et de l'automobile. La connaissance de ces techniques augmentera considérablement les performances et la productivité de votre produit.
Ce guide complet donne un aperçu complet de l'usinage des filetages. Nous passerons en revue les différents types de filetages, les méthodes d'usinage, la sélection des matériaux et les outils.
Qu’est-ce que l’usinage de filetage ?
L'usinage de filetages est un procédé de fabrication de précision qui permet de réaliser des rainures hélicoïdales sur des surfaces coniques ou cylindriques. Il permet d'enlever de la matière pour réaliser des filetages internes ou externes à l'aide d'outils de coupe spécialisés. Cette méthode soustractive est importante pour la fabrication d'éléments de fixation tels que des écrous, des vis et des boulons. L'usinage de filetages permet un contrôle précis des mouvements et une fixation sûre dans tous les secteurs.
Types de fils
L'usinage de filetages comprend différentes formes de filetage. Chaque type de filetage est conçu pour des utilisations particulières. Certains filetages courants sont :
Filetage interne et filetage externe
Les filetages externes sont généralement usinés sur les surfaces extérieures des pièces cylindriques ou coniques comme les vis et les boulons. Ils sont fabriqués à l'aide de tours ou par des méthodes de découpe. D'autre part, les filetages internes sont usinés à l'intérieur de cavités ou de trous comme dans les trous taraudés et les écrous. Ceux-ci sont créés à l'aide de tarauds, d'outils à pointe unique ou de fraises à fileter. Les filetages externes sont normalement plus faciles à réaliser et à inspecter, mais les filetages internes offrent une meilleure conception compacte et une meilleure protection.
Formulaires de threads courants
- Norme de filetage unifiée (UTS):Le système UTS est un filetage standardisé largement utilisé en Amérique du Nord. Il comprend les variantes grossières (UNC) et fines (UNF) avec un angle de filetage de 60°. L'UTS offre résistance et adaptabilité, ce qui en fait un choix approprié pour les biens de consommation, l'ingénierie générale et les opérations automobiles.
- Filets métriques:Basé sur le système métrique, il s'agit d'un système de filetage reconnu à l'échelle internationale. Les filetages métriques offrent une interchangeabilité mondiale et sont identifiés par le diamètre (mm) et le pas (par exemple M10x1.5). Ces filetages sont principalement utilisés dans le commerce mondial, l'ingénierie de précision et la fabrication automobile pour garantir la compatibilité au-delà des frontières.
- Filetages standard britanniques (BSF, BSP): BSF et BSP sont deux normes de filetage britanniques distinctes. Les filetages BSF ont des tailles de filetage de 1/8" à 1/12" et un angle de 55° avec des crêtes et des racines arrondies, tandis que les filetages BSP ont un angle de 55° et une conicité de 1/16" par pouce. Le BSF est utilisé dans les machines britanniques plus anciennes. Alors que le BSP est préféré dans les systèmes hydrauliques et de plomberie du monde entier.
- Sujets Acme:Les filetages acmé ou trapézoïdaux ont un angle de 29° et un profil trapézoïdal conçu pour les charges lourdes et la transmission de puissance. Plus résistants que les filetages en V, les filetages acmé sont principalement utilisés dans les systèmes CNC, les vis mères et les vérins. Ces filetages ont de meilleures performances, résistance à l'usure et capacité de charge dans des environnements sales.
- Fils carrés:Avec leur profil de section carrée et leur angle de 90°, les filetages carrés offrent un faible frottement et une grande efficacité. Ils sont idéaux pour la transmission de puissance dans les étaux de machines, les outils et les vérins où un transfert de puissance maximal et un frottement réduit sont importants.
Classement des fils
La classification des fils fait référence au système de catégorisation des fils en fonction de leurs spécifications et caractéristiques telles que :
Fils externes
Ces filetages sont classés en fonction de leur pas et de leur diamètre principal. Le diamètre principal est le plus grand diamètre du filetage mesuré de crête à crête. Pour les filetages impériaux, les diamètres principaux courants vont de 0.06′′ à 6′′ et de 1 mm à 100 mm pour les filetages métriques. Tandis que le pas est la distance entre deux crêtes de filetage proches. Il varie de fin (par exemple 0.5 mm) à grossier (par exemple 6 mm) en fonction des applications à contrainte moyenne ou élevée. Les pas plus fins ont une meilleure précision, tandis que les pas plus grossiers donnent plus de résistance.
Fils internes
Les filetages internes sont classés par taille de foret taraudé qui détermine le diamètre mineur. Ce détail important confère de la résistance et garantit un bon ajustement du filetage. Pour les filetages métriques, les tailles de taraud courantes sont disponibles dans diverses plages telles que 5 mm, 6.8 mm et 8.5 mm.
| Enfilez standard | Taille du foret du taraud (mm) |
| Métrique M10x1.5 | 8.5 |
| Métrique M8x1.25 | 6.8 |
| Métrique M6x1 | 5.0 |
Techniques d'usinage de filetage
Le processus d'usinage des filets utilise plusieurs techniques pour réaliser des rainures en spirale précises. Voici quelques-unes des principales méthodes :
Tournant
Le filetage par tournage, généralement réalisé sur des tours ou des machines à commande numérique , permet de créer des filetages extérieurs précis en synchronisant la vitesse d'avance de l'outil avec la rotation de la pièce. Cette méthode est idéale pour réaliser des filetages longs et réguliers sur des composants cylindriques, offrant ainsi une excellente qualité de finition de surface et une grande précision.
Filetage en un seul point
En filetage monopoint, un seul outil de coupe est utilisé sur un tour pour créer le filetage. Cet outil se déplace linéairement le long de la pièce en rotation, la vitesse de broche et l'avance étant coordonnées pour obtenir un filetage précis, tant au niveau de la forme que du pas. Cette méthode convient aux petites séries et aux filetages sur mesure.
Filetage sur machines CNC
Le filetage CNC utilise des tours contrôlés par ordinateur pour réaliser des filetages précis. Il utilise l'interpolation circulaire pour synchroniser le mouvement de l'outil avec la rotation de la pièce. Le procédé est privilégié pour produire des filetages à plusieurs départs, des profils de filetage complexes et des filetages coniques avec cohérence et une grande précision.
Fraisage
Le procédé consiste à couper des filets avec une fraise rotative à dents multiples qui se déplace axialement le long de la pièce pour enlever de la matière et former le filet. Cette technique est idéale pour les opérations d'ébauche, les gros filets et les pas grossiers. Elle peut également être utilisée pour réaliser des filetages internes et externes.
Filetage fraisage
Le fraisage de filetage utilise des outils de coupe spécifiques pour réaliser des filetages précis par interpolation hélicoïdale. Cette méthode adaptable permet de réaliser des filetages extérieurs et intérieurs sur différents matériaux et de différentes dimensions. Elle offre une grande flexibilité en termes de dimensions et de qualité de filetage, et est particulièrement adaptée à l'usinage de matériaux durs comme le titane et l'acier trempé.
Tapotement
Cette méthode permet de réaliser des filetages internes à l'aide d'un outil de coupe spécialement conçu, appelé taraud. Elle consiste à faire tourner le taraud dans un trou pré-percé et à couper les filets de manière régulière. Le taraudage est efficace pour la production en grande série et les trous de petit diamètre. Le processus garantit également la précision avec des paramètres de coupe optimisés, des parcours d'outils automatisés et des vitesses de broche synchronisées pour une qualité de filetage constante.
Types de robinets et leurs objectifs
- Tarauds à pointe en spirale:Ces tarauds ont une pointe pointue ou en spirale qui pousse les copeaux vers l'avant. Ils sont utilisés pour les opérations de taraudage à grande vitesse et de perçage traversant, en particulier dans les matériaux qui produisent des copeaux courts et cassants.
- Tarauds à flûte en spirale: Ils sont conçus avec des rainures en spirale ou en cannelure pour éliminer les copeaux vers le haut. Ces tarauds sont adaptés aux trous borgnes et aux matériaux qui produisent des copeaux longs et filandreux. Ils offrent une élimination exceptionnelle des copeaux dans les situations difficiles.
- Robinets à cannelures droites: possèdent des rainures parallèles droites et solides sur la surface du taraud. Ces tarauds polyvalents fonctionnent mieux dans les trous borgnes et traversants avec des profondeurs de filetage courtes, en particulier dans les matériaux durs qui nécessitent un couple élevé.
- Taille du foret et préparation du trou:Les deux sont importants pour un taraudage réussi. La taille de foret de taraudage appropriée garantit une résistance et un engagement maximum du filetage. Pour une préparation correcte du trou, chanfreinage, la perpendicularité et le dimensionnement précis sont nécessaires pour obtenir des filetages de haute qualité et une longue durée de vie du taraud.
- Élimination des copeaux et liquides de refroidissement:Ils sont importants pour un taraudage efficace. Une évacuation réussie des copeaux évite la rupture du taraud et le colmatage, tandis que les liquides de refroidissement dissipent la chaleur, réduisent la friction et améliorent l'évacuation des copeaux. Ensemble, ils peuvent augmenter la durée de vie de l'outil, la qualité du filetage et faciliter des vitesses de coupe plus rapides.
Meulage
La rectification de filetages utilise une meule abrasive de forme précise pour produire des filetages sur du métal trempé. Elle consiste à coordonner la rotation de la pièce avec le mouvement linéaire de la meule. Lorsque la meule se déplace le long de l'axe, elle enlève de la matière selon un motif hélicoïdal et forme lentement le profil du filetage. Plusieurs passes sont normalement nécessaires pour atteindre la finition et la profondeur de filetage souhaitées.
Roulant
Le laminage de filets est un procédé de formage à froid qui transforme le métal en filets sans enlèvement de matière. Le procédé commence avec une pièce cylindrique entre deux matrices de laminage. Lorsque les matrices roulent, elles exercent une pression sur la pièce, formant lentement le profil du filetage. Le métal s'écoule de manière plastique dans les rainures de la matrice, ce qui produit une géométrie de filetage précise. Ce processus continu réalise le filetage complet en un seul passage.
Outils et équipements pour l'usinage de filetages
L'usinage des filetages nécessite des équipements et des outils spéciaux. Parmi les machines, outils de coupe et instruments de mesure importants utilisés dans ce processus de fabrication, on peut citer :
Outils de coupe
L'usinage des filetages dépend d'outils de coupe particuliers tels que des fraises à fileter, des tarauds et des filières.
- Robinets: la goujure hélicoïdale, la goujure droite et la goujure hélicoïdale sont utilisées pour le filetage interne
- Fraises à fileter : Pour le filetage à usage général, des fraises à pointe unique et à pointes multiples sont utilisées.
- Meurt: Pour filetage extérieur sur boulons et tiges.
- Plaquettes de coupe de filetage : Des pointes en céramique ou en carbure sont nécessaires pour l'usinage à grande vitesse.
Équipement d'usinage
L'usinage de filetage utilise des équipements spécialisés tels que des tours CNC, des fraiseuses, des taraudeuses et des meuleuses de filetage.
- Tours CNC : Il s'agit de machines de précision utilisées pour le filetage extérieur avec des parcours d'outils contrôlés par ordinateur.
- Centres de fraisage de filetage : Machines spéciales pour la réalisation de filetages externes et internes complexes.
- Rectifieuses de filetages : Machines de haute précision adaptées aux filetages fins et aux matériaux trempés.
- Machines à rouler les filets : Ces machines performantes sont utilisées pour la production en série de filetages extérieurs
Instruments de mesure
La mesure du filetage nécessite des outils particuliers :
- Micromètres à filetage : Ces micromètres sont utilisés pour mesurer le diamètre primitif avec une précision allant jusqu'à 0.001 mm.
- Calibres de filetage : Jauges de passage/d'interdiction pour des contrôles rapides de réussite/d'échec des dimensions du filetage.
- Comparateurs optiques : Ils agrandissent les profils de filetage pour une inspection visuelle par rapport aux impressions approuvées.
- Machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) : utilise des sondes de haute précision pour les géométries de filetage complexes
Matériaux et leur impact sur l'usinage des filetages
Les propriétés des matériaux ont un impact important sur l'usinage des filetages. Les matériaux ductiles comme l'aluminium nécessitent des paramètres de coupe différents de ceux des matériaux cassants comme la fonte, tandis que les aciers trempés nécessitent des vitesses plus lentes et un outillage particulier. Les superalliages sont également connus pour leur écrouissage, ils nécessitent donc des techniques de coupe avancées et des réglages robustes. Le choix des matériaux a également un impact sur la qualité du filetage, l'usure des outils et la finition de surface.
Applications de l'usinage de filetages
L'usinage de filetages est utilisé dans de nombreux secteurs industriels. Nous allons examiner ses principales utilisations dans certains domaines importants.
Automobile : L’usinage de filetages permet de réaliser des filetages précis pour les pièces de châssis, les culasses et les blocs-moteurs. Il garantit une étanchéité et une fixation fiables dans des conditions de haute pression, de haute température et de fortes vibrations.
Aérospatiale : Dans le secteur aérospatial, l’usinage de filetages est utilisé pour fabriquer des fixations spécifiques, des arbres de turbines et des pièces structurelles. Ces composants nécessitent des ajustements précis pour garantir leurs performances et la sécurité des opérations aériennes.
Construction et engins lourds : Ce procédé permet de fabriquer des fixations robustes pour les éléments porteurs et les assemblages structuraux. Il assure des liaisons sécurisées sur les ponts, les grues et les excavatrices, garantissant ainsi leur stabilité sous de lourdes charges.
Produits de consommation : Les filetages de précision usinés sont essentiels pour les jouets, l’électronique et l’électroménager. Ils facilitent la réparation des objets du quotidien, ainsi que le montage et le démontage, ce qui améliore la durée de vie des produits et l’expérience utilisateur.
Défis et solutions dans l'usinage des filetages
L'usinage des filetages est précis mais il est également confronté à de nombreux défis. Certains des défis courants et leurs solutions sont les suivants :
- La précision du filetage est un problème majeur car un profil ou un pas incorrect peut entraîner des problèmes d'accouplement. Pour résoudre ce problème, vous devez tirer parti des machines CNC de haute précision et étalonner régulièrement les instruments de mesure.
- L'usure des outils lors de l'usinage de filetages peut survenir rapidement, en particulier dans les matériaux durs comme l'Inconel. Les outils en carbure revêtus avec des paramètres de coupe personnalisés et des géométries optimisées peuvent maintenir la qualité du filetage et augmenter la durée de vie de l'outil.
- Une mauvaise évacuation des copeaux provoque généralement des défauts de surface et compromet la qualité du filetage lors de l'usinage des filetages. cycles de perçage par peck pour des trous profonds et des fluides de coupe appropriés peuvent gérer la formation et l'élimination des copeaux.
Conclusion
L'usinage de filetages est un processus important dans la fabrication moderne qui offre de multiples façons de produire des filetages. Des méthodes traditionnelles aux opérations CNC modernes, l'industrie évolue constamment. À mesure que la technologie progresse, l'usinage de filetages restera important pour produire des pièces de haute performance pour de nombreuses industries.
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FAQ sur l'usinage des filetages
1. Comment les propriétés des matériaux affectent-elles la qualité de l'usinage des filetages ?
La conductivité thermique, la dureté et la ductilité du matériau influencent l'état de surface, l'usure de l'outil et les efforts de coupe. Les matériaux plus durs nécessitent des vitesses plus lentes et un outillage particulier, tandis que les matériaux plus tendres peuvent être usinés plus rapidement.
2. Quelles sont les dernières avancées en matière de technologie d’usinage de filetage ?
Les innovations récentes incluent des technologies de revêtement avancées et des machines CNC multifonctions pour les outils de coupe, de filetage et les inserts. Cela améliore la durée de vie de l'outil, la compétence et la précision de l'usinage des filetages.
3. En quoi le fraisage de filetage diffère-t-il du taraudage traditionnel ?
Le fraisage de filetage utilise une fraise rotative pour créer des filetages par interpolation hélicoïdale. Il offre plusieurs options de taille de filetage. En revanche, le taraudage utilise un outil de taraudage qui offre rapidité et simplicité pour les tailles de filetage standard.
