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Perçage

par Société SANDVIK-COROMANT

1. Principales caractéristiques du perçage ........................................... BM 7 088 - 31.1 Définition du processus de perçage........................................................... — 31.2 Définitions relatives au perçage de trous courts ...................................... — 31.3 Formation des copeaux............................................................................... — 41.4 Rôle de la plaquette dans le processus de coupe..................................... — 51.5 Liquide de coupe ......................................................................................... — 61.6 Pression de coupe spécifique et puissance............................................... — 7

1.6.1 Forces de coupe et couples ............................................................... — 71.6.2 Puissance de perçage et puissance machine requise ..................... — 8

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique BM 7 088 − 1

e terme de perçage recouvre toutes les méthodes ayant pour objet d’exé-cuter des trous cylindriques dans une pièce avec des outils de coupe par

enlèvement de copeaux. En plus du perçage de trous courts et du forage detrous profonds, ce concept inclut également diverses opérations d’usinageconsécutives, telles que brochage, alésage, réalésage et certaines formes definition comme le calibrage et le galetage. Tous ces procédés ont en commund’utiliser en combinaison un mouvement rotatif et un mouvement d’avancelinéaire. Cet article ne traite cependant que du perçage de trous courts.

Précédemment, les trous courts étaient essentiellement percés sur desmachines verticales classiques et occasionnaient souvent des goulets d’étran-glement dans la production. Désormais, cette opération peut être effectuée sur

2. Mise en œuvre du perçage .................................................................... — 82.1 Centrage ....................................................................................................... — 82.2 Effets du faux-rond...................................................................................... — 82.3 Réglage de la dimension du trou ............................................................... — 92.4 Positionnement de la plaquette lors d’un mauvais alignement du foret — 102.5 Usinages particuliers................................................................................... — 10

2.5.1 Usinage de différents diamètres ....................................................... — 102.5.2 Perçage de trous croisés .................................................................... — 10

2.6 Usure de l’outil............................................................................................. — 112.7 Tolérances .................................................................................................... — 12

2.7.1 Tolérances de cotes ............................................................................ — 122.7.2 Tolérances de forme ........................................................................... — 12

2.8 Outils de perçage et coût d’usinage........................................................... — 122.9 Paramètres d’usinage.................................................................................. — 13

3. Forets........................................................................................................... — 133.1 Choix de l’outil ............................................................................................. — 133.2 Conditions d’utilisation ............................................................................... — 143.3 Forets à plaquettes indexables................................................................... — 153.4 Forets réaffûtables....................................................................................... — 153.5 Forets pour perçage en paquet .................................................................. — 163.6 Réaffûtage des forets modernes ................................................................ — 173.7 Alignement de l’outil ................................................................................... — 18

4. Conclusion : choix de l’outil ................................................................. — 19

Références bibliographiques ......................................................................... — 20

L

L

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

la plupart des machines, ce qui rend possible le perçage rapide de trous courtssur cellules flexibles, centres d’usinage et tours CN et CNC modernes.

Le fait que le perçage soit de loin l’opération d’usinage la plus courante etque la majorité des trous percés aient un diamètre compris entre 10 et 20 mmmontre clairement l’importance des trous courts dans le secteur moderne del’usinage par enlèvement de copeaux. Le développement d’outils pour le per-çage de trous courts a radicalement modifié les besoins à la fois d’usinage pré-liminaire et d’usinage consécutif.

Les outils modernes ont fait que le perçage dans le plein peut désormais êtreexécuté en une seule opération, sans point de centre et avec une qualitépermettant, dans la plupart des cas, d’éliminer les opérations complémen-taires destinées à améliorer la précision de cotes et le fini de surface.

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Notations et symboles

Symbole Unité Définition

A mm2 surface du copeau

ap mm profondeur de coupe radiale

D mm diamètre de l’outil

d mm diamètre de la carotte

Fc N force de coupe tangentielle

Fcn N force de coupe radiale

Fp N force de coupe axiale

f mm/tr avance par tour

fz mm/dent avance par arête

h mm longueur de pointe du foret

h1 mm épaisseur effective des copeaux

h2 mm épaisseur théorique des copeaux

Kc N/mm2 pression de coupe spécifique

L mm longueur du foret

n tr/min vitesse de broche

Pc kW puissance de perçage

P kW puissance machine

Q mm3/min volume de matière enlevé par unité de temps (taux d’enlèvement de matière)

rA mm rayon au centre de la surface du copeau

vc m/min vitesse de coupe

vf mm/min avance par minute ou vitesse d’avance

z nombre d’arêtes de l’outil

α degré angle de dépouille nominal

αe degré angle de dépouille effectif

γ degré angle d’attaque nominal

γe degré angle de coupe effectif

δ degré écart au centrage

η degré angle d’avance

κr degré angle d’attaque

ρ rendement de la machine

ϕ degré angle de pointe

ω tr/min vitesse angulaire

Notations et symboles

Symbole Unité Définition

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

1. Principales caractéristiquesdu perçage

1.1 Définition du processus de perçage

Le processus de perçage peut être comparé au tournage et aufraisage, mais à cette différence que les exigences au niveau de laformation et de l’évacuation des copeaux sont plus strictes pour leperçage. Plus le trou est profond, plus il est difficile de contrôlerl’opération et d’évacuer les copeaux. D’autre part, d’une manièregénérale, les critères de qualité sont plus sévères dans le cas destrous profonds, tandis que les trous courts, étant habituellementplus fréquents, exigent un taux plus élevé d’enlèvement de matièrepour une bonne rentabilité de l’usinage. Cela signifie que les diffé-rences entre le perçage de trous courts et le forage de trous pro-fonds ne se limitent pas au simple rapport entre profondeur detrou et diamètre. Les paramètres que nous venons de mentionner,évacuation des copeaux, qualité d’usinage et taux d’enlèvement dematière, expliquent donc que les méthodes diffèrent selon que letrou est court ou profond.

D

<D < 30 mm

LL

D

<L < 5 à 6 DD > 30 mm

<L < 2,5 D


Le perçage de trous courts couvre une plage caractérisée par unrapport relativement faible entre profondeur et diamètre. Jusqu’à30 mm de diamètre, les profondeurs sont fréquemment de l’ordrede 5 à 6 D, tandis que, pour les diamètres supérieurs, ce rapportest réduit à 2,5 D (figure 1). Le rapport entre la profondeur et le dia-mètre du trou est par ailleurs limité par la technologie disponible,de sorte qu’il peut venir à évoluer au rythme du développement denouveaux outils.

Le perçage, comme le tournage, combine deux mouvements :une rotation et un déplacement linéaire. Pour le perçage de trouscourts sur les machines conventionnelles, la formule usuelleconsiste à faire effectuer à l’outil ce double mouvement de rotationet d’avance. Mais l’utilisation de tours universels CN et CNC a tou-tefois conduit à recourir de plus en plus fréquemment à lacombinaison d’une pièce en rotation et d’un foret qui, lui, netourne pas.

■ La méthode la plus courante pour le perçage de trous courts estle perçage dans le plein (figure 2a ), où le trou est percé en uneseule opération à un diamètre prédéterminé.

■ Le trépanage (figure 2b ) est, pour sa part, principalement utilisépour les trous de grand diamètre, du fait que cette méthodeconsomme moins de puissance que le perçage dans le plein. Letrépanage s’effectue également en une seule opération mais, aulieu d’enlever la totalité du métal sous forme de copeaux, un noyaucylindrique, ou carotte, est ici laissé au centre du trou. Le trépa-nage s’utilise uniquement pour les trous débouchants.

■ Pour améliorer la qualité de surface ou les tolérances, un réalé-sage peut intervenir ensuite. Le réalésage, qui est une troisièmeméthode de perçage, peut naturellement être effectué avec desforets pour trous courts, mais cela ne permet normalement pas derespecter une précision suffisante. Le trou prépercé peut provo-quer une flexion du foret du fait de la géométrie asymétrique desoutils utilisés (figure 3a ). De nombreux forets pour trous courtssont autocentrants, de sorte que les arêtes de coupe peuvent setrouver soumises à des charges inégales lorsque le foret tend àretrouver son centrage. Résultat, le trou s’ovalise (figure 3b ).

1.2 Définitions relatives au perçagede trous courts

Indépendamment du fait que l’on utilise un foret monobloc ouun foret muni de plaquettes indexables, les définitions de baseconcernant le processus de coupe sont les mêmes (figure 4).

En perçage, le mouvement principal est une rotation, qui peutêtre décrite soit par l’outil soit par la pièce.

■ La vitesse de broche n (en tr/min) est la vitesse à laquelles’effectue cette rotation.

■ La vitesse de coupe vc (en m/min) est déterminée, en perçage,par la vitesse périphérique de l’élément en rotation et peut êtrefacilement calculée à partir du nombre de tours que la brocheeffectue par minute. À chaque tour, la périphérie du foret décrit uncercle de circonférence πD, où D est égal au diamètre de l’outil. Sice diamètre est exprimé en millimètres, le résultat doit être divisé

Exemple : il y a encore dix ans à peine, le perçage de trous courtsétait classé dans la catégorie des opérations d’ébauche, alors qu’avecles outils actuels il est possible d’obtenir des tolérances de classe IT9,ce qui est également suffisant pour le forage de trous profonds dans laplupart des contextes d’applications.

Figure 1 – Rapport entre profondeur et diamètre de perçage

Figure 2 – Perçage et trépanage

a perçage dans le plein b trépanage

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

a flexion du foret lors de la rotation

f

D D D

ap

fzfz

n vc

vf

a b

ap

d ap

ap


par 1 000 pour obtenir la vitesse de coupe en mètres par minute(figure 4a ) :

■ La vitesse d’avance ou de pénétration vf (en mm/min) corres-pond au déplacement de l’outil par rapport à la pièce, ou l’inverse,exprimé en longueur par unité de temps. Elle est également dési-gnée sous le nom d’avance, tout simplement, ou d’avance detable :

vf = n (mm/min)

■ L’avance par tour f (en mm/tr) exprime le mouvement effectuépar l’outil ou la pièce à chaque tour et sert à calculer la vitessed’avance vf .

■ La largeur de coupe ou profondeur de coupe radiale ap (enmm) correspond à la partie de la surface de la pièce avec laquellel’outil est en contact et est mesurée, comme en tournage, sur lamoitié du diamètre (figure 4b ) :

avec d diamètre du noyau cylindrique en trépanage.

■ L’outil de perçage étant muni de plusieurs arêtes de coupe z,l’avance par arête fz (en mm/arête) est utilisée pour définir la sur-face de copeau A (en mm2), c’est-à-dire la surface de matière enle-vée à chaque tour, ce qui correspond à la largeur de coupemultipliée par l’avance par arête (figure 4c ) :

A = ap × fz (mm2)

■ En utilisant l’une de ces formules, il est possible de déterminerle volume de matière enlevé par unité de temps ou taux d’enlève-ment de matière Q (en mm3/min), ce volume étant le produit de la

vitesse de coupe par la surface de copeau. Si la vitesse de coupeest exprimée en m/min, le résultat doit être multiplié par 1 000pour obtenir le volume en mm3/min :

V = Avc × 1 000 (mm3/min)

■ En spécifiant la longueur à percer L + h (en mm) et en la divisantpar la vitesse d’avance, on obtient le temps de perçage effectif t(en min). La longueur percée est égale à la profondeur du trou,plus la longueur de pointe du foret h (figure 4d ) :

1.3 Formation des copeaux

La plupart des forets pour trous courts sont munis de deuxgoujures pour l’évacuation des copeaux et de deux arêtes decoupe. Les copeaux sont donc évacués par les goujures, ce qui,avec les machines et les outils de perçage modernes, s’effectuedans les meilleures conditions d’efficacité par l’adduction deliquide de coupe sous haute pression à travers le conduit de lubri-fication de l’outil.

Figure 3 – Réalésage pouvant provoquer la flexion de l’outil

b ovalisation du trou

vcπDn1 000 ----------------

(m/min)

=

ƒ

apD d–

2--------------- (mm)=

fzfz-----= mm/arête( )

Figure 4 – Paramètres à prendre en considération lors du perçagede trous courts

c

d

hϕ

LD/2

h D2------

cotan ϕ 2 ------ (mm) =

tL h+

vf-----------------= (min)

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

L’étude de la plage de formation des copeaux fournit un bonaperçu de la manière dont il convient de régler les conditions decoupe. La zone de formation des copeaux est obtenue en procé-dant à un essai de l’outil, sous différentes combinaisons devitesses de coupe et d’avances, dans la matière concernée, cettezone étant le périmètre dans lequel les copeaux se détachent demanière satisfaisante. Il faut, pour assurer une bonne évacuationdu copeau, que les arêtes de coupe forment un copeau continu,donc ne débouchent pas transitoirement dans le vide après amor-çage du processus de coupe. Quand le foret attaque la surface dela pièce selon une direction oblique, il est donc nécessaire que lerapport vitesse de coupe sur vitesse d’avance soit inférieur à unevaleur critique. Dans le diagramme de la figure 5, la vitesse decoupe est trop élevée à la périphérie pour que cela soit le cas. Leproblème peut alors, dans cet exemple, être résolu en augmentantl’avance, sauf si la puissance ou la stabilité de la machine constitue

La formation des copeaux est affectée par la matière à usiner,la géométrie de l’outil, la vitesse de coupe, l’avance et le choixdu liquide de coupe. En général, une plus forte avance et/ou unevitesse de coupe réduite produisent des copeaux plus courts.

La longueur des copeaux peut être considérée commeacceptable lorsque ceux-ci peuvent être évacués sans problèmeau niveau des arêtes de coupe.

Figure 5 – Vitesse excessive à la périphérie du foret

vc

P

vf

ϕ/2

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5

un facteur critique, auquel cas il peut être préférable de réduire lavitesse de coupe.

Du fait que la vitesse de coupe va en diminuant de la périphérievers le centre, il faut prendre en considération le risque de forma-tion d’arête rapportée lorsque l’on réduit cette vitesse. Il est néces-saire d’accepter, dans la plupart des cas, que ce phénomène seproduise dans une certaine mesure près du centre du foret, maisla réduction de la vitesse de coupe a toutefois pour effet de le fairedébuter plus près de la périphérie.

Le copeau séparé lors du processus de fractionnement subit unedéformation plastique, de sorte que l’épaisseur effective descopeaux

h

1

diffère de l’épaisseur théorique

h

2

(figure

6

a

). En per-çage, cette épaisseur théorique augmente avec l’avance par arêteet l’angle de pointe (figure

6

b

) :

1.4 Rôle de la plaquettedans le processus de coupe

Les conditions dans lesquelles travaille la plaquette en perçagerappellent de très près ce qui se passe en tournage (figure

7

a

).L’angle de coupe, qui est l’angle formé entre la surface ducopeau

A

et une droite perpendiculaire à la direction de coupe

B

,change cependant au point d’attaque (figure

7

b

). En cours

d’usinage, l’arête de la plaquette suit un trajet en spirale qui inflé-chit l’angle d’avance (tan

η

=

f

/2

π

r

), avec augmentation de l’

angled’attaque effectif

et diminution de l’angle de dépouilleeffectif

α

e

:

γ

e

=

γ

+

η

α

e

=

α

–

η

avec

Lorsque l’avance augmente, l’angle d’avance

η

augmenteégalement, tandis que l’

angle de dépouille effectif

diminue.Cette diminution est maximale à proximité immédiate du centre, cequi signifie donc que l’angle de dépouille nominal

α

doit augmen-ter de la périphérie vers le centre pour éviter le phénomène d’abra-sion entre l’outil et la paroi du trou.

L’

angle de coupe nominal

varie tout au long de l’arête decoupe, avec une diminution de la périphérie vers le centre du foret(figure

8

). Étant donné que la vitesse de coupe diminue aussi de lapériphérie vers le centre du foret, où elle devient égale à zéro,l’arête de coupe est pratiquement inefficace au niveau de la pointede l’outil. En même temps, comme cette pointe écrase et racle lamatière de la pièce plus qu’elle ne la coupe, une déformation plas-tique intervient là où l’angle de coupe est négatif et la vitesse decoupe proche de zéro. Ce phénomène de compression donne nais-sance à une composante de force axiale relativement élevée, nul-lement profitable. Si la machine manque de stabilité compte tenude la dimension du trou à percer, la broche risque alors de faireressort par suite d’une force d’avance excessive avec, pour résul-tat, une ovalisation du trou.

h1 fz ϕ

2 ------ (mm)sin =

ge

tan η f

π D -------------=

ae

Figure 6 – Facteurs géométriques de formation de copeaux

Figure 7 – Action de l’arête de coupe en perçage

a b

h1

h2

h1

ϕ

fz

a

α

A

b

αe

γe

α

η

γ

γ

f /2f /2

B

pD

g

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

Lorsque le liquide de coupe est alimenté par voie interne, lesforets rotatifs demandent une pression d’adduction plus élevéeque les forets non rotatifs, cela en raison de la perte de pressiondue à la force centrifuge. Cependant, il faut aussi tenir compted’une certaine perte de pression dans le circuit d’adduction en cequi concerne les forets non rotatifs, comme également lorsquel’alimentation s’effectue par circuit externe. Il est donc importantde s’assurer que la pression est au moins à la valeur recommandéepour le foret concerné et que l’on dispose d’une bonne marge auniveau du réservoir.

Lorsque l’on utilise des porte-forets avec boîtier d’alimentationen liquide de coupe, il est important que la machine soit équipéed’une butée empêchant le boîtier de tourner (figure 11). Si leliquide de coupe contient des copeaux, les bagues d’étanchéité duboîtier risquent en effet de se trouver cisaillées avec, pourconséquence, une rotation de celui-ci. Les flexibles d’adduction duliquide de coupe sont alors arrachés et peuvent, en cours de rota-tion, provoquer de sérieux dégâts.

Figure 8 – Diminution de l’angle de coupe nominal de la périphérievers le centre du foret

La pression (en MPa) et le débit (en L/min) requis dépendenten premier lieu du diamètre du trou, mais sont égalementaffectés par les conditions d’usinage et, entre autres, la matièreà usiner (figure 10).

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Le problème des conditions défavorables imposées à l’arêted’âme est à la base même du développement des outils modernes.L’arête d’âme a été fortement réduite, sinon même totalement éli-minée, pour être remplacée par une arête de coupe décrivant unrayon en direction du centre du foret (figure

9

a

). Sur les foretshélicoïdaux classiques, on peut amincir l’âme, ce qui signifie quel’on meule la goujure hélicoïdale à la pointe du foret de manière àdiminuer la longueur de l’arête de coupe transversale et à donnerà l’arête principale la forme d’une ligne brisée (figure

9

b

). Pourobtenir des arêtes de coupe principales rectilignes après cet amin-cissement de l’âme du foret, un affûtage correctif est souventnécessaire. Cet affûtage consiste à meuler tout ou partie des facesd’évacuation des copeaux de l’arête de coupe principale demanière à obtenir un angle de coupe constant.

1.5 Liquide de coupe

Le perçage de trous courts avec des forets en carbure modernespermet d’atteindre des taux élevés d’enlèvement de matière, ce quicrée d’importants volumes de copeaux, lesquels sont emportés parun liquide de coupe dont l’adduction, interne ou externe, s’effectuesous haute pression.

Les conditions extrêmes rencontrées en perçage en ce quiconcerne l’évacuation des copeaux rendent nécessaires une pres-sion et un débit corrects du liquide de coupe pour garantir un usi-nage fiable et des résultats de bonne qualité. Il existe desdiagrammes fournissant des valeurs guides, mais qu’il faut cepen-dant parfois ajuster en fonction des conditions d’usinage effectiveset, entre autres, de la nature de la matière usinée.

Figure 9 – Réduction de l’action de coupe de l’âme d’un foret

Exemple :

lors du perçage de matières fragiles, il peut êtreconseillé ainsi d’utiliser un outil de perçage présentant un plus petitangle de coupe sur toute la longueur de l’arête de coupe.

a b

Figure 10 – Variation de la pression et du débit du liquidede coupe en fonction du diamètre du trou

Figure 11 – Système d’alimentation du liquide de coupe

Diamètre du trouDiamètre du trou

DébitPression

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

1.6 Pression de coupe spécifiqueet puissance

La pression de coupe spécifique Kc (en N/mm2) est un élémentimportant pour le calcul de la force d’avance, du couple et de lapuissance nécessaires. Cette pression donne une mesure de l’usi-nabilité d’une matière déterminée, compte tenu d’un angle decoupe et d’une épaisseur de copeau également déterminés.

La pression de coupe spécifique est définie comme étant la forcetangentielle nécessaire pour détacher un copeau ayant une sectiontransversale d’un millimètre carré ou la force de coupe effectivedivisée par la surface de copeau théorique. Elle est de 750 N/mm2

pour l’acier au carbone (C : 0,8 %) et de 270 N/mm2 pour un alliaged’aluminium courant.

La pression de coupe spécifique est obtenue à partir de tablesfournissant sa valeur en fonction essentiellement de la matière dela pièce usinée, de l’angle de coupe effectif et de l’épaisseurmoyenne de copeau. Elle diminue lorsque l’angle de coupe positifet l’épaisseur moyenne de copeau augmentent. Pour chaque degréd’augmentation de l’angle de coupe, la diminution de la valeur Kcest ainsi de 1 à 1,5 %.

Figure 12 – Composantes de la force de coupe

ap

Fci

FcNi

Fpi

fz

rκ


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1.6.1 Forces de coupe et couples

Les forces de coupe générées en perçage agissent sur les arêtesde coupe, la pointe du foret, les surfaces des copeaux et les listelsà la périphérie du foret.

La

force de coupe

s’appliquant au centre de la surface théoriquede copeau est la résultante de trois composantes agissant dans lesdirections tangentielle, radiale et axiale (figure

12

). Cescomposantes sont influencées par la matière à usiner, la profon-deur de coupe, l’avance et la géométrie de l’outil.

■

La somme des composantes axiales, c’est-à-dire le nombred’arêtes de coupe multiplié par la force de coupe axiale par arête

F

p

i

, donne la

force d’avance ou pression de perçage

F

p

(en N). Laforce d’avance doit être prise en compte pour s’assurer que la bro-che de la machine est suffisamment robuste et que le mécanismed’avance est compatible avec l’opération envisagée. La forced’avance augmente avec l’angle d’attaque

κ

r

selon la formule :

F

p

= 0,5

K

c

a

p

f

sin

κ

r

(N)

L’angle d’attaque est l’angle formé par l’arête de coupe prin-cipale et la pièce.

■

Quant aux

forces radiales

F

cn

i

, l’angle entre deux arêtes decoupe voisines étant constant, ce qui correspond à une répartitionrégulière des arêtes de coupe le long de la circonférence du foret,leur résultante est en théorie nulle.

■

La

force tangentielle totale

F

c

(en N) :

F

c

=

K

c

a

p

f

(N)

ou force de coupe principale, génère le couple

M

(en N · m).

F

c

est le produit du nombre d’arêtes de coupe par la force decoupe tangentielle par arête

F

c

i

.

■

Le

couple

est la somme des moments s’exerçant sur chacunedes arêtes de coupe, ce qui signifie que le couple total de perçageauquel le foret est soumis est, pour sa part, le produit de la forcede coupe tangentielle par le rayon au centre de la surface decopeau,

r

A

(figure

13

) :

M

=

F

c

r

A

(N · m)

Si le diamètre de trou

D

et le diamètre de carotte

d

sont expri-més en millimètres et que la pression de coupe spécifique

K

c

, est

exprimée en N/mm

2

, pour obtenir le couple en N · m, le produitdoit être divisé par 1 000 si l’avance est exprimée en mm/tr :

Une augmentation de l’avance a pour résultat d’augmenterégalement l’épaisseur des copeaux, ce qui contribue du même faità diminuer la pression de coupe spécifique. Mais cela accroît enmême temps la surface de copeau, de sorte qu’une plus forteavance conduit à élever à la fois la force tangentielle et le couple.Toutefois, si l’on augmente l’angle de pointe, ce qui augmente

Figure 13 – Facteurs de force en perçage et trépanage

rA

ap

Fc

D

fz

rA

ap

Fcd

fz

D

rAd2------

ap

2---------+D d+

4------------------ mm2( )= =

MKc f

1 000 ------------------ D

2

d

2

–

( )

8 ------------------------------ ×

=

N · m ( )

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

aussi l’épaisseur de copeau, la force tangentielle et le couple vontse trouver diminués par suite de la diminution de la pression decoupe spécifique Kc .

1.6.2 Puissance de perçageet puissance machine requise

■ La puissance de perçage Pc (en kW) est le produit du couple derotation du foret par sa vitesse angulaire ω. Lorsque le mouvementde rotation est uniforme, la vitesse angulaire correspond à 2 π foisla vitesse de broche. La puissance étant exprimée en kilowatts (soit103 N · m · s–1), le résultat doit être divisé par 1 000 si le couple estfourni en N · m. Si la vitesse de broche est donnée en tours parminute, le résultat doit de plus être divisé par 60 pour le convertiren tours par seconde :

Pc = M ω

ω = 2π n

nvc 1 000 ×

π D --------------------------------=

Pc Kc f

------------------ D

2

d

2

– ( )

----------------------------- 2

π v c 1 000 ×

---------------------------------------------------=Figure 14 – Effet d’un décentrage du foretpar rapport à la pièce qui tourne

δ

δ δ

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8

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Les formules indiquées sont seulement approchées, étant donnéqu’il n’a pas été tenu compte du fait que la vitesse et l’angle decoupe varient tout au long des arêtes de coupe. D’autre part, on n’apas non plus pris en considération les forces de frottement qui semanifestent au niveau des listels et qui, par suite du glissementdes copeaux contre la paroi du trou, influent sur le couple et lapuissance requise.

■ Pour calculer la puissance machine nécessaire P (en kW), il fauttenir compte des pertes de puissance au niveau même de lamachine. La puissance brute requise peut être calculée en divisantla puissance de perçage par le rendement de la machine ρ. Ce ren-dement indique quel pourcentage de la puissance fournie peut êtreeffectivement utilisé.

2. Mise en œuvre du perçage

2.1 Centrage

Dans les applications où l’outil est rotatif, le centrage estobtenu par perçage d’un avant-trou, en utilisant pour cela uncanon de guidage ou un foret autocentrant, c’est-à-dire dont lagéométrie est telle qu’il tende constamment à suivre la ligne decentre.

Lorsque c’est, par contre, la pièce et non l’outil qui tourne, il estimportant de s’assurer que la ligne de centre du foret est dansl’alignement de celle de la pièce, faute de quoi on obtiendrait untrou surdimensionné avec, en plus, une charge inégale sur lesarêtes de coupe (figure 14). Cela peut être illustré par un foret à

deux arêtes de coupe où l’écart de centrage est égal à δ. L’avancepar arête fz est alors réduite de :

δ tan (90o – la moitié de la valeur de l’angle de pointe)

au niveau de la première arête, tandis qu’elle augmente dans lamême proportion pour ce qui est de la seconde arête (figure 15) :

La forte avance imposée à la seconde des deux arêtes entraîneune usure rapide du foret.

2.2 Effets du faux-rond

Lorsque les lignes de centre sont parallèles, il est facile de mesu-rer l’écart en utilisant tout simplement une jauge et il est en outrepossible de le compenser. Si l’outil ou la pièce a du voile par suite

Un mauvais centrage est la cause la plus courante d’une tropcourte durée de vie ou de la détérioration des forets.

1 000 8 π D 60 × 1 000 ×

Pc Kc f v

c D ------

D

2 d

2

–

( )

240 000 -----------------------------=

kW

( )

PPc

ρ--------= kW( )

Figure 15 – Décentrage d’un foret à deux arêtes de coupe

Tout écart d’alignement entre les lignes de centre de l’outil etde la pièce conduit à un surdimensionnement ou à unsous-dimensionnement du trou percé.

fz2fz1

90°-- ϕ/2

δ

fz1 fz δ 90 o ϕ

2 ------– tan –= (mm)

f

z2

f

z

δ 90 o ϕ

2 ------– tan += (mm)

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

Figure 16 – Conséquences du désaxage avec foret non rotatif

a b

δ2

δ1

δ2

δ1 > δ2

δ1

δ1 < δ2

Figure 18 – Déplacement radial du foret avec pièce en rotation

δδ

D2 > DD1 < D

D1 D2

D DD


BM 7 088

−

9

d’un manque de précision de la broche, du mandrin, du porte-foretou de l’outil lui-même, les lignes de centre de l’outil et de la piècese croisent souvent, ce qui peut être à l’origine de problèmes enmatière de tolérances de cotes ou de forme.

■

Dans les applications faisant intervenir un

foret non rotatif

(figure 16 ), le trou risque d’être surdimensionné si l’écart au centredu point d’attaque

δ

1

est plus petit qu’au fond du trou

δ

2

. Par

contre, si

δ

1

est plus grand que

δ

2

, on obtient un trou en formed’entonnoir.

■

Avec

foret rotatif

, ce même type de trou est obtenu lorsque lefaux-rond a pour résultat d’amener les lignes de centre de la pièceet de l’outil à se croiser (figure

17

). Le rapport entre

δ

1

et

δ

2

déter-mine alors la forme de l’entonnoir :

— lorsque

δ

1

est égal à

δ

2

, le diamètre du trou diminue sur lamoitié de sa profondeur, puis augmente à nouveau ;

— si

δ

1

est plus grand que

δ

2

, le diamètre du trou diminue à partirde l’ouverture, la réciproque étant valable dans le cas contraire.

Si la section supérieure du trou respecte dans ce dernier cas lestolérances de cotes fixées, il convient de faire très attention à ceque le trou défectueux ne soit pas accepté lors du contrôle de sescotes.

2.3 Réglage de la dimension du trou

Lors du perçage avec forets non rotatifs équipés de plaquettesindexables, une plaquette centrale et une plaquette périphériquedont les arêtes se chevauchent, un

excentrage du foret

(figure

18

)peut être normalement accepté si le décalage est tel que les arêtesde coupe sont parallèles à la direction dans laquelle se produit cedécalage. Une petite carotte au centre de l’outil est toujours obte-nue, mais si son diamètre mesure plus de 0,5 mm, l’équilibre duforet s’en trouve perturbé, avec risque de détérioration de la pla-quette centrale et du corps de l’outil. Le décalage du centre duforet dans le sens radial peut être utilisé pour régler le diamètre dutrou. Du fait que la pièce tourne et non l’outil, le foret travaille tou-jours à la même distance du centre de la pièce.

Si le positionnement de l’outil est tel que la plaquette périphé-rique coupe

un plus grand diamètre

(figure

19

), le diamètre dutrou sera égal à deux fois le décalage plus le diamètre nominaldu foret. De même, si l’outil est positionné de telle sorte que laplaquette périphérique génère

un plus petit diamètre

, on obtientalors un diamètre de trou égal au diamètre nominal du foret,moins deux fois le décalage. Lorsque l’on désire un diamètreplus faible, le décalage ne doit toutefois pas atteindre une valeurtelle que la plaquette centrale dépasse le centre de la pièce, carcela aurait pour résultat la formation d’une carotte au centre dutrou.

Figure 17 – Conséquences du désaxage avec foret rotatif

a b δ1 > δ2 c δ1 < δ2δ1 = δ2

δ2

δ1δ1

δ2

Figure 19 – Plus grand diamètre obtenu grâce à l’excentragedu foret

δ

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

2.4 Positionnement de la plaquettelors d’un mauvais alignement du foret

Compte tenu du positionnement des plaquettes, désaxage signi-fie que le foret se trouve soulevé, avec risque de détérioration dela plaquette centrale, du fait qu’il prend une position oblique parrapport à la ligne de centre de la pièce (figure 20a ). Une rotationdu foret de 90o est recommandée si l’on peut accepter unsurdimensionnement (figure 20b ), et de 270o dans le cas similaired’un sous-dimensionnement (figure 20c ). En revanche, si l’ontourne le foret de 180o, le diamètre de carotte augmente, ce quipeut endommager le foret.

Lorsque le perçage est effectué avec foret non rotatif muni deplaquettes indexables, il est possible, dans certains cas, depercer même si l’outil est désaxé par rapport à l’axe de la bro-che, en tournant tout simplement le foret.

Pour obtenir un trou de la meilleure qualité possible, il estrecommandé que la face d’attaque soit perpendiculaire au foret.

Figure 20 – Perçage avec un foret désaxé non rotatif munide plaquettes indexables

a cb

90°

270°


Si cette surface est oblique (figure 21a ), les arêtes de coupesont soumises à une charge inégale qui entraîne une rapide usuredu foret. Cette charge inégale oblige en outre à utiliser un outilparticulièrement stable pour résister aux vibrations et respecter lestolérances fixées. Pour limiter la charge, il convient de réduirel’avance.

En présence d’une surface de pénétration convexe (figure 21b ),les conditions sont plus favorables, étant donné que le centre duforet est le premier à entrer en contact avec la pièce, ce qui déve-loppe donc un couple normal.

Sur une surface concave (figure 21c ), la pénétration varie selonle rayon de cette surface et le diamètre du trou par rapport à lalongueur de la pointe du foret. Si le rayon de la surface concave estfaible par rapport au diamètre du trou, c’est au niveau de la péri-phérie du foret que se fera le premier contact avec la pièce.

En cas d’asymétrie (figure 21d ), le foret tend à s’infléchir vers lecentre, comme cela se produit lors de la pénétration dans une sur-face oblique, aussi faut-il réduire l’avance.

2.5 Usinages particuliers

2.5.1 Usinage de différents diamètres

Les forets hélicoïdaux classiques n’offrent pas une précisionsuffisante. Les forets hélicoïdaux modernes autocentrants ont tropde latitude de jeu lors de leur recherche de centrage, ce qui donnedes trous ovales et, si l’on utilise un foret à géométrie asymétriqueavec plaquettes indexables, le trou prépercé risque de provoquerune flexion du foret. Il est possible d’y remédier dans certains casen réduisant l’avance, mais la meilleure formule est cependant depercer d’abord le plus grand diamètre (figure 22a ), puis le pluspetit (figure 22b ). Quant au dernier diamètre de la figure 22c , ilest percé par le côté opposé.

2.5.2 Perçage de trous croisés

Lors du perçage d’un trou croisant l’axe longitudinal d’un autretrou, le foret débouche d’une surface concave pour rencontrer uneseconde surface, également concave. Au point de transition, il peut

Pour exécuter des diamètres de trous différents dans unemême pièce, il convient de garder en mémoire que les foretspour trous courts ne sont pas conçus pour le réalésage.

Figure 21 – Diverses formes géométriques de la surface de la pièce

Figure 22 – Perçage de différents diamètres sur une même pièce

a cb d

a cb

Perçage à réaliser

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

En augmentant la vitesse de coupe, on limite la formationd’arête rapportée, mais on obtient en même temps des copeauxplus longs, susceptibles de provoquer un bourrage. De plus, latempérature s’élève lorsque les conditions de coupe augmentent,tandis que la résistance à l’usure de l’arête de coupe diminue. Lesavances élevées entraînent une fragmentation plus brutale descopeaux avec, pour résultat, une usure accrue des arêtes de coupe.Si l’avance est trop faible, les copeaux longs obtenus peuvent êtreresponsables de ruptures de plaquettes. D’autre part, les faiblesa b

Perçage à réaliser

Figure 24 – Différents types d’usure du foret dus au perçage

B

A


BM 7 088

− 11

y avoir risque de problèmes liés à l’évacuation des copeaux, aussila manière d’opérer la plus sûre consiste-t-elle à percer le trou àpartir de deux directions opposées (figure 23a et b ). Mais, si mal-gré ces problèmes potentiels, on décide de percer le trou en uneseule opération, il faut alors accorder une extrême importance àla stabilité de l’outil. Lorsque le foret débouche à travers la sur-face concave, son extrémité n’est plus guidée par la paroi du trou.Dans un tel cas, il est nécessaire que le corps de l’outil soit conçude manière à s’autoguider jusqu’à ce que la pointe du foret aitpénétré dans la partie opposée de la paroi du trou traversé (cf.figure 45, par exemple).

2.6 Usure de l’outil

On s’appuie sur différents critères pour déterminer quand il estnécessaire de réaffûter, de changer de plaquette ou de remplacerle foret (cf. § 3.6). Les critères normaux à cet égard sont le fini desurface et la dimension du trou, mais il est également courant dese baser sur 80 % de la durée de vie estimée de l’outil.

Le perçage entraîne habituellement deux types d’usure : l’usureen dépouille (figure 24, partie A), qui se produit sur la face dedépouille de l’arête de coupe, et l’usure en cratère (figure 24, par-tie B), sur l’angle de coupe. Le taux d’usure autorisé dépend dudiamètre du trou et des tolérances à respecter.

Le choix des conditions de coupe optimales pour limiter l’usureest un compromis difficile à trouver. La vitesse de coupe et l’épais-seur de copeau varient tout au long de l’arête de coupe, ce quisignifie que la dimension de l’arête rapportée augmente en direc-tion du centre. Cette arête rapportée affecte la géométrie de l’outilen augmentant l’angle de coupe effectif et en réduisant l’angle dedépouille. La réduction de l’angle de dépouille a pour conséquenceque l’usure en dépouille augmente avec l’arête rapportée. L’arêterapportée formée se brise au bout d’un certain temps et ses débriscollent alors à la pièce ou sont évacués avec les copeaux. Ce pro-cessus peut déboucher sur une augmentation de l’usure en cratèreet, si les restes d’arête rapportée adhèrent à la pièce, entraîner unenette détérioration de la qualité de surface du trou percé.

avances réduisent également l’angle d’avance, alors que le grandangle de coupe peut provoquer pour sa part la formation decratères.

L’étude de la zone de fragmentation des copeaux correspondantà l’outil concerné peut donner d’utiles indications.

■ Sur les machines horizontales, la carotte formée au centre dutrou en trépanage est pressée vers le bas contre la paroi intérieurede l’outil. Compte tenu de ce qu’il y a toujours ici un certain jeu, lacarotte est susceptible d’endommager l’arête de coupe la plus pro-che du centre.

Lors du perçage de trous courts avec trépan, la prise en chargede la carotte ne pose habituellement pas de problème. Dans lesautres cas, il est possible de percer un trou dans la carotte et demettre en place, comme support, un mandrin rigide. Toutefois, ledébit et la pression du liquide de coupe sont normalement suffi-sants pour protéger les arêtes de coupe de l’impact de la chute dela carotte lorsqu’elle se détache.

Lorsque le foret débouche à travers la pièce, la pression duliquide de coupe chute et, dans certains cas, il peut être nécessairede maintenir la carotte pour protéger les arêtes de coupe. À titrede solution spéciale, le corps du foret peut être équipé (figure 25a )d’ételles de guidage à ressort, disposées de manière à écarter lacarotte de la plaquette centrale. Pour que le positionnement desételles n’entraîne pas de problèmes d’équilibrage des forces decoupe, le montage du foret doit s’effectuer de telle sorte que lesarêtes de coupe se trouvent dans le plan vertical.

En trépanage avec foret non rotatif, la carotte ne pose normale-ment aucun problème dans la mesure où les arêtes de coupe sontpositionnées horizontalement (figure 25b ). En perçage horizontal,cette position garantit que la carotte ne tombera pas sur les arêtesde coupe.

■ Pour le trépanage sur machines verticales, le problème de lachute de la carotte sur l’outil est du même fait éliminé. La force degravité agissant sur la carotte est dirigée vers la table servant desupport à la pièce en cours d’usinage.

Figure 23 – Perçage de trous sécants

Pour prolonger au maximum la durée de vie de l’outil, ilconvient de choisir les conditions de coupe de telle sorte quel’usure soit la plus régulière possible du centre à la périphérie.

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

2.7 Tolérances

2.7.1 Tolérances de cotes

Le respect des tolérances au niveau des cotes, de l’état de sur-

Par ailleurs :— un mauvais centrage peut se traduire par une déviation de

trajectoire du foret qui affecte également l’état de surface. La piècedoit être usinée sur une machine précise offrant une bonne stabilitéet où un bon alignement de l’outil par rapport à la pièce peut êtremaintenu sans difficulté ;

— une bonne formation/rupture des copeaux est importante pourobtenir une bonne évacuation et éviter le bourrage des copeaux. Eneffet, le bourrage peut provoquer une pression des copeaux sur lasurface usinée, entraînant une détérioration de l’état de surface. Ilest toutefois plus courant qu’un bourrage pousse le foret sur un côténuisant ainsi à la précision. La rupture des copeaux est influencéepar le choix de l’outil, l’avance, le matériau à usiner et le liquide decoupe.

2.7.2 Tolérances de forme

Figure 25 – Maintien de la carotte en trépanage

a b

La matière à usiner, le choix de l’outil et les conditions decoupe influent à leur tour sur les impératifs à respecter auniveau de la stabilité de la machine et de la puissance requise.

Les tolérances de forme applicables aux trous concernent la


face et de la forme, nécessite souvent des combinaisons de condi-tions de coupe incompatibles entre elles. De plus, le choix de lamachine peut se trouver limité du fait de la nécessité d’utiliser uncertain type de fixation, de la stabilité requise ou de la puissancedisponible. Ce choix est également dicté, pour des raisons derentabilité, par l’importance des séries produites et le besoinéventuel d’usinages préliminaires ou consécutifs avec utilisationdes mêmes montages. La planification de la production est un tra-vail complexe et il est nécessaire de choisir l’outil, les conditionsde coupe, la matière et la machine les mieux appropriés, même sice choix signifie que l’on ne pourra accorder à chaque paramètreindividuel l’attention réellement souhaitable.

Lorsqu’une importance particulière doit être accordée à la préci-sion de cotes :

— la pièce doit être usinée sur une machine précise, permettantde maintenir sans difficulté un bon alignement entre pièce et outil ;

— il est indispensable que la fragmentation des copeaux s’effec-tue dans de bonnes conditions, ce sur quoi influent la matière à usi-ner et le choix de l’outil, de l’avance et du liquide de coupe.

De plus :

— les avances élevées entraînant un processus plus brutal defragmentation des copeaux, il en résulte que ceux-ci sont plus courtset que les impératifs en matière de puissance et de stabilitéaugmentent simultanément ;

— la matière à usiner affecte largement les forces de coupespécifiques et du même fait la puissance et la stabilité requises ;

— la géométrie de l’outil revêt une grande importance au niveaufractionnement des copeaux, mais il faut en même temps tenircompte de la stabilité de la machine et de la puissance disponible ;

— le choix du liquide de coupe influe également dans une certainemesure sur ce même processus, où l’on peut dire d’une manièregénérale que l’huile entière donne des copeaux plus courts que lesémulsions.

■ Lorsque les tolérances de circularité sont serrées, l’outil utilisédoit avoir une stabilité suffisante pour l’application concernée. Laforme de l’arête d’âme peut induire une force de coupe importante,tout comme également les fortes avances et les matières affectéesd’un coefficient Kc élevé. Lorsque la force de coupe, qui exerce unepression sur la broche de la machine, est importante, cette brochepeut alors subir une flexion si la machine n’a pas la tenue voulue.Le résultat peut être un trou ovale, surtout dans le cas de pièces àparois minces.

■ La tolérance de rectitude est nettement plus critique lors duforage de trous profonds. Pour le perçage de trous courts, c’estprincipalement l’évacuation des copeaux qui restreint la profon-deur de trou que permet la méthode adoptée alors que, pour leforage de trous profonds, c’est la rectitude qui est le facteur limi-tatif.

Les plus mauvais résultats en matière de rectitude sont atteintsavec la combinaison d’un outil rotatif et d’une pièce fixe.

2.8 Outils de perçage et coût d’usinage

Un outil de perçage peut être défini comme un outil rotatif munid’une ou plusieurs arêtes de coupe et d’une ou plusieurs goujureshélicoïdales ou rectilignes. Un problème commun à tous les outilsde perçage est celui auquel peut donner naissance le fait que la

Ces facteurs de base sont limités par la stabilité de la machineet la puissance disponible, sauf dans la mesure où ce sont euxqui dictent le choix de la machine appropriée à ces deux égards.

L’état de surface est affecté par le choix de l’outil, lesconditions de coupe, la matière à usiner et le liquide de coupe.

circularité et la rectitude. Les résultats en perçage sont essentiel-lement affectés à cet égard par le choix de l’outil, l’avance, lamatière à usiner, la profondeur du trou, l’épaisseur de paroi et lafixation de l’outil.

On peut toutefois considérer que la meilleure rectitude estobtenue lorsque le foret et la pièce tournent tous les deux. Sicela n’est pas possible, la formule à choisir est celle de la piècerotative et du foret non rotatif.

Le choix de l’outil, de l’avance et de la matière à usiner affectele besoin de stabilité et de puissance. Ce sont ces facteurs, encombinaison avec le type de fixation envisagé, qui déterminentle choix de la machine.

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

vitesse de coupe varie de la valeur zéro au centre à une valeurmaximale à la périphérie. Les copeaux formés à l’intérieur du troupercé doivent avoir une forme telle qu’ils puissent être facilementévacués sans endommager la surface usinée. Le choix de l’outil estdéterminé par divers paramètres tels que le diamètre et laprofondeur du trou, les tolérances fixées, la matière à usiner, le

Les deux premiers paramètres déterminent s’il convient derechercher l’outil dans la catégorie pour le perçage de trous courtsou le forage de trous profonds. Lorsque les tolérances sont trèsserrées, il peut être judicieux d’utiliser un foret pour trous profondsmême pour le perçage de trous courts. Ou encore, l’opération deperçage d’un trou court peut être suivie d’un réalésage ou d’untournage intérieur. Une opération de finition après perçage estnormalement la solution la plus économique, étant donné que leforage de trous profonds requiert des machines spéciales.

Figure 26 – Évolution du coût par pièce avec le coût machine avec différents types de forets

Pri

x d

e re

vien

t p

ar p

ièce

C

Coût horaire de la machine Cm

Foret conventionnel en acier rapide HSS

Foret réaffûtable àgéométrie moderne

Foret à plaquettesindexables

En perçage, il est indispensable de préciser les paramètressuivants avant de passer au choix de l’outil et des conditionsd’usinage :

— diamètre et profondeur du trou ;— tolérances à respecter ;— coût machine ;— forme de la pièce ;— matière à usiner ;— puissance et stabilité de la machine.


volume de production et le type de machine disponible.

■ Types de foretsLes forets pour le perçage de trous courts ont une pointe cen-

trée de manière à obtenir une parfaite symétrie et à équilibrer lesforces de coupe en jeu. Les outils de perçage pour trous courtspeuvent être divisés en deux grandes catégories : les forets réaffû-tables et les forets à plaquettes indexables. Pour les petits trousde 2,50 à 12,7 mm de diamètre, on utilise principalement des foretsréaffûtables. La géométrie spécialement développée des foretsmodernes pour trous courts assure un autocentrage qui rend inu-tile l’exécution d’avant-trous et évite d’avoir à utiliser des canonsde guidage. Cela, joint aux taux nettement plus élevés d’enlève-ment de matière, signifie que les temps d’usinage sont de 3 à 4 foisplus courts qu’avec des forets hélicoïdaux traditionnels.

■ Coût d’usinage (figure 26)

Avec le faible coût d’utilisation de la machine qu’il permet, leforet à plaquettes indexables est le choix le plus économique auniveau du prix de revient par pièce C, étant donné que les plaquet-tes indexables peuvent être changées de 30 à 40 fois au cours dela durée de vie du foret. Les forets à plaquettes indexables necouvrent toutefois pas la plage la plus courante de diamètres detrous, ce qui explique donc que les forets conventionnels en acierrapide demeurent prédominants dans le domaine du perçage destrous courts. Sur les machines modernes d’un coût horaire Cmélevé, ces forets HSS ne satisfont pas aux critères de performancespermettant d’atteindre un niveau de rentabilité satisfaisant, étantdonné qu’il est nécessaire, dans la plupart des applications, de per-dre un temps précieux en préperçage et finition. C’est pourquoil’utilisation de forets réaffûtables à géométries modernes a aug-menté au rythme de l’apparition de machines dont le coût horaireest élevé.

2.9 Paramètres d’usinage

Le choix d’outils aujourd’hui disponibles inclut une grandediversité de produits permettant de nombreuses combinaisons envue de parvenir à des résultats optimaux dans chaque contexted’usinage particulier. En même temps, l’élargissement continuel dece choix rend de plus en plus complexe la planification de la pro-duction au niveau de la recherche des outils et des conditionsd’usinage adaptés à une opération spécifique, tant dans l’optiquede la qualité que de la rentabilité.

3. Forets

3.1 Choix de l’outil

La première question à laquelle il convient de répondre lors duchoix de l’outil est de savoir si cet outil doit être un foret à pla-quettes indexables ou réaffûtable. Le premier de ces deux types deforets n’étant pas utilisable pour les trous de petit diamètre, lechoix doit obligatoirement dans un tel cas être un foret réaffûtable.Il est de toute manière judicieux de commencer par considérer lediamètre du trou avant de choisir l’outil approprié.

■ Trous de petit diamètre

Des forets réaffûtables à géométrie Delta (nomenclatureSandvik-Coromant) sont proposés en trois versions, dont les pla-ges de diamètres se recouvrent partiellement (figure 27a ).

Dans la plage couverte par les forets Coromant Delta-S etDelta-C, le choix de l’outil sera déterminé par le matériau de coupe,compte tenu de la capacité de la machine (figure 27b ). Lorsqu’ilest possible de travailler avec des vitesses de broche élevées, lesavantages du carbure sont à utiliser pour accroître la productivité.Si la machine est peu stable, on ne pourra pas tirer profit des capa-cités d’un foret Delta-C et il conviendra alors de s’orienter vers unforet Delta-S en acier rapide.

Lorsque le diamètre du trou se situe dans la plage couverte à lafois par les forets Coromant Delta-C et Delta, le meilleur choix esthabituellement d’utiliser les forets Coromant Delta. Ils permettentde respecter des tolérances plus serrées en matière de cotes [1] etde fini de surface, ainsi que d’utiliser des conditions de coupe plusélevées dans le champ d’application des normes relatives à l’usi-nage des pièces (figure 27c ).

■ Trous de diamètre moyen

La plage de diamètres ici désignée est celle dans laquelle lesgammes Coromant U et Coromant Delta se chevauchent.

Si des tolérances étroites sont requises et/ou si la profondeur dutrou limite l’utilisation d’outils Coromant U, les forets CoromantDelta sont alors le seul choix possible.

D’un autre côté, lorsque la surface de pénétration n’est pasplane, qu’il existe un avant-trou ou que le trou percé doit en croiser

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

a forets Coromant Delta Figure 28 – Forets Coromant U pour perçage de trousde diamètre moyen (nomenclature Sandvik-Coromant)


un autre, l’option Coromant est la seule envisageable. Les foretsCoromant U (figure 28) abaissent au maximum le coût par pièceusinée du fait qu’ils sont munis de plaquettes remplaçables, cequi est un avantage particulièrement appréciable dans le cas degrandes séries.

■ Trous de grand diamètre

Pour les trous courts de grand diamètre, seuls peuvent entrer enligne de compte des forets à plaquettes indexables, le choix del’outil étant ici prioritairement déterminé par celui de la géométrieet de la nuance de plaquette. Si la puissance de la machine estlimitée, il convient d’utiliser des forets trépans au lieu de foretsmonoblocs (figure 29).

3.2 Conditions d’utilisation

■ Géométrie et nuance de plaquette

Le choix de la géométrie de plaquette est affecté par lesconditions de coupe et la matière à usiner. Il est possible de varierles combinaisons de géométrie et de nuance entre les plaquettespériphériques et la plaquette centrale pour obtenir ainsi desperformances optimales.

Dans les tables de combinaisons de géométries et de nuances,les recommandations données le sont pour différentes vitesses decoupe : faibles, moyennes et élevées. Des géométries et nuances

Figure 27 – Forets pour perçage de trous de petit diamètre(nomenclature Sandvik-Coromant)

b choix du type de foret en fonction de la capacité machine

Vitesse debroche n

Coromant Delta-S

Coromant Delta

Coromant Delta-C

Coromant Delta-C

c choix du type de foret en fonction des tolérances

et des conditions de coupe

IT9Ra 1 à 2µm

IT10Ra 3µm

Vitesse de coupe vcAvance par tour f

Figure 29 – Forets pour perçage de trous de diamètre croissant

Figure 30 – Forets à plaquettes indexables munisde plusieurs cartouches

Les forets à plaquettes indexables munis de plusieurscartouches sont équipés de plaquettes périphériques (1), deplaquettes périphériques intermédiaires (2), de plaquettescentrales (3) et de plaquettes centrales intermédiaires (4)(figure 30).

Pc = Kc f ( )vcD

D2 - d2

240 000

1

32

3

1

4

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

différentes peuvent donc être choisies pour les plaquettes péri-phériques et centrales. Toutefois, en cas d’utilisation d’outils à plu-sieurs cartouches, il est normalement recommandé de choisir lamême combinaison pour les deux plaquettes périphériques et lesdeux plaquettes centrales.

■ Conditions de coupe

Comme pour les combinaisons de géométries et de nuances, ilexiste des tables de recommandations pour les conditions decoupe. Lors du choix de l’outil, différentes combinaisons de géo-métries et de nuances de plaquettes sont choisies selon que lavitesse de coupe est faible, moyenne ou élevée. Aucune règle pré-cise ne peut être donnée quant aux limites exactes séparant unefaible vitesse de coupe d’une vitesse moyenne, ou une vitessemoyenne d’une vitesse élevée, la seule manière de procéder étantici de recourir à des essais pratiques.

Indépendamment du choix effectué, un usinage d’essai doit êtrefait pour déterminer la combinaison optimale de conditions decoupe permettant d’obtenir un contrôle satisfaisant des copeaux(figure 31) et une durée d’outil acceptable. Une forte avanceproduit des copeaux courts faciles à évacuer, mais augmente en

Exemple : si une certaine application se situe au centre de la plagede vitesse de coupe spécifiée, il y a lieu de supposer que la vitesse decoupe est moyenne.

Figure 31 – Contrôle de la formation des copeaux

Les copeaux devant s'évacuer facilement en perçage avec taux de pénétration élevés, la conception des goujures joue à cet égard unrôle important


même temps la température et l’usure imposées aux arêtes decoupe. Il se peut, de plus, que la puissance de la machine soitlimitée. Si, pour cette raison, on ne désire donc pas augmenterl’avance, mais que l’on préfère réduire la vitesse de coupe pourobtenir des copeaux plus courts, il faut prendre en considération lerisque de formation d’arête rapportée.

3.3 Forets à plaquettes indexables

Les forets à plaquettes indexables pour le perçage de trouscourts ne fournissent pas la même précision que les forets héli-coïdaux à géométrie moderne, mais permettent une productivitéélevée et sont principalement utilisés pour les trous de granddiamètre. Le type le plus courant de foret à plaquettes indexablesest muni de plaquettes disposées asymétriquement, dont lestranchants se chevauchent (figure 32). Un sérieux avantage decette formule est qu’il est possible d’optimiser le processusd’usinage en choisissant des nuances et des géométries deplaquettes différentes au centre et à la périphérie (cf. figure 30). Cetype de foret convient à la fois pour le perçage dans le plein et letrépanage.

Les plaquettes indexables peuvent être triangulaires, rondes ou,comme dans le cas des forets Coromant U pour trous courts, deforme trigone ou carrée. Ces plaquettes sont fixées dans des loge-ments leur fournissant trois appuis et sont maintenues solidementen place par des vis largement calculées. Pour les trous d’assezgrand diamètre, le foret est équipé de quatre plaquettes se chevau-chant, logées dans des cartouches remplaçables. Plaquettes et car-touches sont faciles à remplacer avec un tournevis Torx normal.Pour accroître la capacité d’enlèvement de matière, les plaquettesdoivent avoir des arêtes de coupe robustes et un brise-copeauxfritté.

Le foret à plaquettes indexables n’a aucun problème de péné-tration dans les surfaces convexes, concaves, obliques ou inégales.À la phase de pénétration initiale dans une surface concave,l’avance doit être réduite à 1/3 de la valeur recommandée. Cetteréduction s’applique également dans les cas où l’écart angulaire auniveau de la surface à percer est supérieur à 2o. L’avance doit elleaussi être réduite lors de la pénétration dans des surfaces inégaleset lors de la traversée d’un autre trou déjà percé et dont le diamè-tre dépasse de 1/4 celui du foret. Pour empêcher la flexion du foret,les avant-trous ne doivent pas avoir un diamètre supérieur à 1/4 decelui du trou fini.

3.4 Forets réaffûtables

■ Le foret hélicoïdal est le type le plus courant de foret pour leperçage de trous courts, une différenciation devant cependant êtreeffectuée entre les forets en acier rapide (HSS) classiques, lesforets en carbure également classiques et les forets à géométrie de

Figure 32 – Foret à plaquettes indexables

Réglage du diamètre des forets à plaquettes indexables

Le diamètre des forets Coromant U dans la plage 17,5 à41 mm pour perçage dans le plein ou en paquet est réglabledans la proportion de +/– 0,3 mm du diamètre du trou. Lorsquel’on utilise une douille excentrique, il est important de choisir unporte-foret d’une taille au-dessus. La douille excentrique estmontée sur le porte-foret de telle sorte que la butée d’entraî-nement du porte-foret pénètre dans l’encoche de la bride de ladouille. Le foret s’adapte ensuite dans la douille, où il est fixépar serrage de la vis fournie avec la douille. La vis de fixationdoit se trouver contre l’encoche ménagée dans la queue duforet. Pour régler le diamètre, on desserre la vis de fixation et ontourne la douille excentrique, vers la droite pour l’augmenter ouvers la gauche pour le réduire. Pour tourner la douille, on se sertd’un tournevis Torx introduit dans le trou percé dans sa bride(figure 33).

Les deux plaquettes sont placées de manière non symétrique, la plaquette de gauche assurant la coupe au centre du trou, celle de droite à la périphérie du trou

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

Figure 33 – Réglage du diamètre des forets à plaquettes indexables

+

--+

--

Figure 35 – Compensateur de débit pour foret rotatif


coupe moderne. La géométrie Delta, qui appartient à cette dernièrecatégorie, a radicalement transformé les conditions de perçage detrous courts. Sa propriété d’autocentrage et les tolérances étroitesqu’elle respecte, en combinaison avec des matériaux de coupemodernes, permettent un usinage rentable en une seule opération,jusqu’à la classe de tolérance IT9 et avec un fini de surface Ra1 µm.

Il n’y a pas d’arête d’âme (cf. figure 38) du fait que l’arête decoupe décrit un arrondi en direction du centre (figure 34a ), avecdiminution progressive de l’angle de coupe de 20 à 0o. Cela permetd’éliminer les problèmes liés aux forces de coupe élevées et àl’inefficacité de la coupe à proximité de la pointe du foret.

La géométrie de coupe imprime aux copeaux un mouvementdans le sens radial au niveau du centre (figure 34b ), ce qui réduitle risque de formation d’arête rapportée. En production de série,les forets en carbure d’un diamètre inférieur à 5 mm doivent êtreutilisés avec précaution, car ils sont beaucoup plus fragiles que lesforets HSS correspondants. C’est pourquoi des forets en acierrapide avec revêtement TiN ont été développés en géométrie Deltapour le perçage de trous de petit diamètre.

Lors du perçage avec foret rotatif, la pression du liquide decoupe chute en priorité à la traversée du porte-foret rotatif. Uncompensateur de débit doit donc être ajouté lorsque l’on utiliseavec un foret Delta un porte-foret avec adduction de liquide decoupe. Ce compensateur fournit le double de débit de liquide à tra-vers le foret, sous une pression inchangée (figure 35).

■ Le foret Hard-Cut est un foret en carbure à goujures rectilignes,conçu pour l’enlèvement de tarauds cassés, de boulons grippés,etc. Mais ce foret peut aussi être utilisé pour le perçage dans desmatières difficiles à usiner comme la fonte en coquille, la stellite etle verre. Avant de percer une tige de taraud cassé, un trou de cen-trage est préalablement amorcé dans cette tige. Ce trou de cen-trage doit être effectué avec un foret de plus grand diamètre quecelui qui sera ensuite utilisé pour le perçage proprement dit. Aprèsperçage de la tige du taraud, les morceaux restants sont enlevésavec un outil pointu (figure 36).

3.5 Forets pour perçage en paquet

Les forets pour perçage en paquet sont parfaits pour le perçagede pièces empilées et permettent d’économiser une place pré-cieuse dans les magasins des centres d’usinage. Le corps desforets pour perçage en paquet est semblable à celui des autresforets à plaquettes indexables, à l’exception des plaquettes et deleurs logements. La plaquette centrale est positionnée de manièreà entamer la coupe par sa pointe centrale. Elle est en outre placéelégèrement en avant de la plaquette périphérique, pour permettrede commencer l’usinage au centre et de le poursuivre vers la péri-phérie. Il était précédemment impossible de percer des piècesempilées séparées par des vides. Le disque produit lorsque le foretdébouchait à travers la première pièce empêchait en effet de pour-suivre le perçage et provoquait la rupture des plaquettes. L’utilisa-tion de plaquettes triangulaires dans le cartouche intérieur éliminetoute formation de carotte et le petit disque résultant du perçaged’un trou débouchant peut être facilement évacué le long d’unedes goujures de grandes dimensions du foret (figure 37).

Figure 34 – Foret hélicoïdal réaffûtable

a b

Figure 36 – Perçage avec foret Hard-Cut

Figure 37 – Perçage en paquet

a taraud cassé c perçageb amorçage d'un trou central

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

■ Réaffûtage des forets Delta-S

Si le degré d’usure le permet, les forets doivent être réaffûtés detelle sorte que la géométrie Delta, dépourvue d’arête d’âme, soitconservée. Les deux arêtes de coupe principales doivent être

1 arête d'âme 2 bec de l'arête d'âme 3 âme 4 angle d'arête d'âme 5 longueur d'arête d'âme 6 diamètre d'âme 7 lèvre 8 dépouille

+

+

+

+

++ 1715

819

10 11 11

7

4

(4)

3 2 1

612

18

17

23

15

2122

2

21

514

713

16

20

9

Figure 39 – Réaffûtage des forets Delta-S(nomenclature Sandvik-Coromant)

A

A

A

α

2κr

κr = angle d'attaque2κr = angle de pointe

κr

a b c


3.6 Réaffûtage des forets modernes

Nous donnons dans ce paragraphe des instructions de réaf-fûtage pour forets hélicoïdaux modernes. Il ne s’agit pas là defournir un manuel complet mais de donner un aperçu de l’évo-lution des géométries lors du réaffûtage.

Il existe un grand nombre de géométries d’arêtes (figure 38)spécialement adaptées à l’usinage de différents types de matièressur les machines modernes. La plupart de ces géométries offrentune possibilité de réaffûtage, mais il est alors essentiel de suivre àla lettre les instructions du fabricant afin de conserver la géométriede pointe d’origine et du même fait les performances initialementprévues. Lors du choix d’un foret, il faut avoir présent à l’esprit quecelui-ci doit être facile à réaffûter. De plus, pour faciliter encore leréaffûtage, il convient de limiter le nombre de géométries de poin-tes en stock dans le magasin d’outillage de l’atelier.

Les forets à géométrie Delta peuvent être réaffûtés, mais le revê-tement TiN disparaissant alors, la durée de vie de l’outil se trouveraccourcie de 20 %. Une condition pour que le réaffûtage soitpossible est que le rayon initial de l’arête de coupe ne soit pasendommagé.

Le réaffûtage peut s’effectuer sur une machine-outil normale, leforet étant fixé dans un mandrin. Le dispositif de fixation doitpermettre l’indexage et le faux-rond total au niveau du diamètre duforet ne doit pas dépasser 0,02 mm.

réaffûtées de manière à réduire l’angle de pointe ϕ (= 2κr)(figure 39a ). L’ampleur de la modification subie par les anglesdépend de l’usure du foret, mais doit en tout cas être limitée austrict minimum. Lors du réaffûtage, il convient de veiller à mainte-nir un angle de dépouille de 7o (figure 39b ).

Si la pointe du foret Delta-S est endommagée, il est possible deréaffûter selon les mêmes méthodes que pour les forets hélicoï-daux traditionnels. La pointe doit être amincie (figure 39c, point A)et comme on obtient ainsi une géométrie avec arête d’âme,l’avance doit être réduite de 25 %. La vitesse de coupe doit êtreégalement réduite, comme lors du réaffûtage à la géométrie Delta,d’environ 20 %.

■ Réaffûtage des forets Hard-Cut

Pour le réaffûtage des forets Hard-Cut, une meule diamant à liantmétallique ou une meule en carbure de silicium est recommandée,complétée par un support d’affûtage simple spécialement déve-loppé pour ce type de foret. Un bloc de montage spécifique estégalement nécessaire pour positionner correctement le foret.

Le foret est fixé de telle sorte que ses angles soient dansl’alignement des angles correspondants du support d’affûtage. Lecalibre d’angle ainsi que le bloc de montage sont placés sur unesurface plane et le foret est aligné sur le bloc de montage(figure 40a ). Le foret peut alors être solidement serré par la vis deserrage située au sommet du support d’affûtage.

Les deux arêtes principales sont réaffûtées en premier(figure 40b ), le support étant tourné à 30o, après quoi les deuxsurfaces sont meulées à leur tour sous un angle de 60o

(figure 40c ). Le support est ensuite couché sur le côté et tourné à30o. Après réaffûtage, il convient de vérifier que le centrage de lapointe du foret demeure.

■ Réaffûtage des forets Delta-C

La géométrie des forets Delta-C diffère de celle des forets Delta-Set Coromant Delta. Ces forets ont toutefois en commun un anglede coupe positif jusqu’au centre. Lors du réaffûtage des foretsDelta-C, l’angle de dépouille primaire doit être meulé à 7o, l’anglede coupe à 36o et l’angle de dépouille secondaire à 20o, commesuit :

— monter le foret approximativement dans le plan horizontal àl’aide des points de référence A et B (figure 41a ). Pour obtenir despoints de référence précis, meuler la dépouille principale jusqu’à ladisparition des signes d’usure et parties endommagées ;

Figure 38 – Géométrie des forets hélicoïdaux : nomenclature

Le flanc peut se diviser enfacettes et âme amincie : 9 première facette10 deuxième facette11 troisième facette/âme amincie/correction de lèvre12 arrondi extérieur13 longueur de lèvre14 diamètre de foret15 listel16 talon17 dépouille

18 profondeur de dépouille19 face de coupe20 angle de dégagement de lèvre21 angle d'hélice22 angle de pointe23 goujure

++première facette

deuxième facette

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

a alignement du foret sur le bloc de montage

b réaffûtage des deux arêtes principales

60°

60°

30° 30°

a

b

B

B

A

7°140°+2° 0'--


— vérifier que les becs, point B, sur la dépouille primaire soientvifs. Positionner le foret dans le plan horizontal à l’aide des pointsde référence A et B. Tourner le foret d’environ 10o et rectifier l’anglede dépouille primaire 7o (figure 41b ). Tourner le foret de 180o etrenouveler l’opération ;

— tourner le foret de 40o dans le sens inverse des aiguilles d’unemontre depuis la position de départ donnée (figure 41c ). Meulerl’angle d’attaque à 36o. Veiller à ne pas modifier la position et lesdimensions de l’arête d’âme b (cf. figure 41d ). Tourner le foret de180o et répéter l’opération ;

— tourner le foret de 30o dans le sens des aiguilles d’une montreet meuler le chanfrein marqué f de façon à obtenir un angle de 30o.Tourner le foret de 180o et répéter l’opération (figure 41d ). Il estimportant de conserver cet angle de 30o de part et d’autre de l’arêted’âme. La longueur de l’arête d’âme b varie en fonction du diamètredu foret D comme suit :

D (mm) b (mm)3,00 à 8,00 0,15 +/– 0,108,01 à 12,00 0,20 +/– 0,10

12,01 à 12,70 0,25 +/– 0,12

— tourner le foret dans le plan horizontal comme indiquéfigure 41b. Meuler l’angle de dépouille secondaire (E) à 20o

(figure 41e ) ;— si le foret Delta-C est pierré après réaffûtage, le chanfrein néga-

tif (F) devra être compris entre 0,15 et 0,25 mm (figure 41f ).

■ Réaffûtage des forets Coromant Delta

Comme dans le cas des forets Delta-S, le réaffûtage modifiel’angle d’attaque. L’angle de dépouille doit être de 8o et une valeurde départ de 21o est recommandée pour l’angle d’attaque. Aprèsréaffûtage des deux arêtes de coupe principales, il convient depierrer le chanfrein négatif. La largeur de ce chanfrein (w ) doit êtreidentique des deux côtés (figure 42a ).

3.7 Alignement de l’outil

Pour garantir le respect des tolérances fixées, il est importantque le centrage de la pièce et du foret soit conforme auxinstructions.

■ En ce qui concerne les forets Delta-S, le faux-rond total entrel’outil et la pièce ne doit pas dépasser 0,02 mm lorsque le foret estnon rotatif. Cela afin d’obtenir une tolérance IT10.

Figure 40 – Réaffûtage des forets Hard-Cut(nomenclature Sandvik-Coromant)

c meulage des deux surfaces

30° 30°

Figure 41 – Réaffûtage des forets Delta-C(nomenclature Sandvik-Coromant)

c

d

e f

36°

30°

b

0,10 AA

0,08 A

140°+2° 0'-- 20°F

F

f

____________________________________________________________________________________________________________________________ PERÇAGE

a

κr = angle d'attaque 2 κr = angle de pointe

2 κrκr

ϕ

α

w

R

Figure 43 – Perçage de plaque


■ Les mêmes recommandations s’appliquent aux forets Coro-mant Delta pour l’obtention d’une tolérance IT9.

■ Pour les forets Delta-C, le faux-rond total ne doit pas dépasser0,03 mm lorsqu’une tolérance IT10 doit être respectée, que le foretsoit rotatif ou non.

■ Dans le cas des forets Coromant U, l’écart d’alignement entrel’outil et la pièce ne doit pas dépasser 0,03 mm au centre dans lesapplications où le foret est non rotatif si l’on désire obtenir unetolérance de +/– 0,2 mm sur les cotes du trou. Lorsqu’un foretCoromant U avec cartouches est utilisé, le faux-rond total autorisén’est que de 0,02 mm. Avec les forets à plaquettes indexables encartouches, un écart d’alignement de 0,2 mm au centre est toléréentre l’outil et la pièce. Pour ce qui est des forets trépans, la pla-quette périphérique doit être réglée à 0,1-0,2 mm en retrait par rap-port à la plaquette centrale. Ce réglage s’effectue avec la vis deréglage axial du cartouche.

4. Conclusion :choix de l’outil

Le tableau 1 peut être utilisé pour faciliter le choix de l’outilapproprié pour différentes applications dont certaines sont illus-trées (figures 43, 44 et 45).

On pourra, en complément, consulter la référence [2].

Figure 42 – Réaffûtage des forets Coromant Delta(nomenclature Sandvik-Coromant)

b

Figure 44 – Perçage de composants automobiles

PERÇAGE _____________________________________________________________________________________________________________________________

(0)

Tableau 1 – Guide de choix des outils de perçage

OutilÉtat

de surfaceRa

(µm)

Tolérance [1] Faible capacité machine

Conditions particulières

• Trous prépercés• Face d’attaque irrégulière• Trous sécants• Faible coût/pièce

Type de foret

Diamètre D(mm) Longueur

(nomenclature Sandvik-Coromant)

2,50 à 12,00 3 IT 10 Utilisationpossible Coromant Delta-S

3,00 à 12,70 3 IT 10 Coromant Delta-C

9,50 à 30,001 à 2 IT 9

Coromant Delta2 à 4 IT 10

17,50 à 58,006 à 10 +/– 0,2 mm Utilisation possible Foret monobloc

T-Max U60,00 à 80,00

< 5 D

< 5 D

< 3,5 D

< 5 D

< 2,5 D

60,00 à 110,00 6 à 10Possibilité réglage maximal de 1 mm sur le diamètre

Utilisationpossible Trépan T-Max U< 2,5 D


Figure 45 – Trépanage d’un axe d’hélice de grand diamètre dont la forme cylindrique engendre des surfaces d’entrée et de sortie de forme concave et convexe

a c

b d

Références bibliographiques

Dans les Techniques de l’Ingénieur[1] BOULANGER (J.). – Tolérances et écarts

dimensionnels, géométriques et d’états de

surface. B 7 010. Traité Génie mécanique,vol. BT1 (1991).

[2] BAGUR (F.). – Matériaux pour outils de coupe.Données numériques. Form. BM 7 080. TraitéGénie mécanique, vol BT1 (1999).

bm7088.pdf

Documents