Affûtage et finition du foret hélicoïdal

Les forets hélicoïdaux, outils de perçage parmi les plus courants et les plus utilisés, dépendent non seulement du matériau et de la précision de fabrication, mais aussi, et surtout, de la qualité de leur affûtage. Au sein du système d'affûtage, la maîtrise et l'affûtage du tranchant sont des facteurs clés pour une performance de perçage optimale.

Le biseau désigne le court tranchant situé au centre de la pointe du foret, dépourvu de capacité de coupe. Les deux tranchants principaux du foret ne pouvant former une géométrie de coupe efficace au centre, une structure semblable à un « trait d'extrusion » se forme dans la zone centrale du foret : le biseau. Géométriquement, contrairement aux tranchants principaux, il ne présente pas d'angle de coupe positif, mais généralement un angle de coupe négatif important. Sa fonction s'apparente davantage à une extrusion de matière qu'à une véritable coupe. Par conséquent, lors du perçage, le biseau présente non seulement une faible efficacité de coupe, mais génère également une force axiale significative, constituant l'une des principales sources de résistance au perçage.

Le tranchant du foret, de par sa nature d'extrusion plutôt que de coupe, a une incidence significative sur la performance de perçage, notamment en raison de sa longueur et de son angle. Un tranchant trop long entraîne une augmentation de la zone de coupe inefficace au centre du foret, ce qui exige une force d'avance plus importante et peut engendrer des problèmes tels que le glissement du foret, des difficultés de centrage et un mauvais alignement du trou. Parallèlement, la formation et l'évacuation des copeaux sont difficiles, ce qui provoque une élévation de température et une usure accélérée de l'outil. Par conséquent, en pratique, réduire la longueur du tranchant et améliorer son angle de coupe par un réaffûtage approprié constituent des moyens importants d'optimiser la performance de perçage.

Les principaux objectifs du réaffûtage du tranchant d'un burin peuvent se résumer en trois points : premièrement, raccourcir le tranchant pour réduire la résistance axiale ; deuxièmement, améliorer l'angle de coupe, en le faisant passer d'un angle négatif à un angle proche de zéro, voire légèrement positif, afin d'optimiser la coupe plutôt que l'extrusion ; et troisièmement, optimiser l'état de coupe au centre du foret, améliorant ainsi le centrage et la précision d'usinage. Grâce à ces ajustements, la pénétration du foret dans le matériau est nettement améliorée, ce qui permet une coupe plus nette et une meilleure évacuation des copeaux.

En pratique, l'affûtage du tranchant du burin n'est généralement pas effectué isolément, mais simultanément à l'affûtage de la face de dépouille principale. Les méthodes courantes d'affûtage du tranchant comprennent l'affûtage croisé, l'affûtage des goujures et l'amincissement du noyau. Parmi celles-ci, l'amincissement du noyau est la méthode la plus simple et la plus répandue. Elle consiste essentiellement à enlever une partie du matériau au centre du foret, raccourcissant et amincissant ainsi le tranchant. Cette méthode est relativement simple à mettre en œuvre, mais exige un haut niveau de compétence et d'expérience de la part de l'opérateur. Un affûtage incorrect peut facilement perturber la symétrie des deux arêtes de coupe principales, entraînant un désalignement du foret ou des vibrations.

Outre le tranchant du foret lui-même, la géométrie générale d'un foret hélicoïdal standard est tout aussi cruciale. Par exemple, l'angle de pointe est généralement contrôlé autour de 118° (avec une marge d'erreur de ±2°), une plage couramment utilisée qui offre un bon compromis entre efficacité de coupe et robustesse de l'outil ; l'angle de dépouille se situe généralement entre 10° et 14° ; un angle trop important entraîne un tranchant excessivement fin et des vibrations accrues, tandis qu'un angle trop faible augmente le frottement et provoque un échauffement important ; l'angle de biseau du tranchant est généralement compris entre 50° et 55°, et influe directement sur le contact entre le tranchant et la pièce à usiner. Ces paramètres sont interdépendants ; tout écart, quel qu'il soit, peut affecter les performances de coupe globales.

Cependant, les paramètres théoriques ne constituent que le fondement ; ce qui détermine véritablement le résultat, c’est l’habileté pratique lors de l’affûtage. Nombre de débutants, lorsqu’ils apprennent à affûter des forets, sont souvent impatients de commencer, négligeant l’importance de l’observation et de la compréhension, ce qui conduit à un affûtage de plus en plus chaotique. En réalité, l’aspect le plus crucial de l’affûtage d’un foret n’est pas l’action elle-même, mais la compréhension des relations spatiales et de la géométrie. Les affûteurs expérimentés insistent souvent sur le fait qu’il vaut mieux « affûter moins, observer plus », ce qui revient à se forger une bonne représentation spatiale avant de commencer.

Pour certaines opérations, quelques règles classiques sont extrêmement utiles aux débutants. Premièrement, « aligner le tranchant avec la surface de la meule », c'est-à-dire que le tranchant principal doit rester en contact horizontal avec la surface de la meule ; c'est une condition essentielle pour un affûtage uniforme. Deuxièmement, « incliner l'axe du foret pour former un angle aigu », c'est-à-dire que l'axe du foret forme un angle d'environ 60° avec la surface de la meule, créant ainsi l'angle au sommet correct. Troisièmement, « affûter du tranchant vers la face arrière », ce qui implique une transition fluide entre le tranchant et la face arrière, garantissant ainsi la bonne séquence d'affûtage et facilitant la dissipation de la chaleur. Enfin, « éviter de soulever la queue de l'outil lors du mouvement de va-et-vient », c'est l'action la plus critique ; elle doit créer un angle de dépouille sans altérer la forme du tranchant.

Le mouvement d'oscillation verticale est souvent le plus difficile à maîtriser pour les débutants. Si l'oscillation se transforme en rotation, elle endommagera l'autre tranchant ; si la queue de l'outil se soulève, elle émoussera le tranchant. Le mouvement correct consiste donc en une légère oscillation initiée par l'avant de l'outil, tandis que l'arrière reste stable. Ce mouvement détermine directement la qualité de l'angle de dépouille et influe sur le tranchant du foret.

Après l'affûtage des deux arêtes de coupe principales, il est nécessaire de vérifier leur symétrie. Leur longueur doit être identique et leur angle avec l'axe constant ; dans le cas contraire, un jeu se produira lors du perçage, entraînant un diamètre de trou trop important ou une forme irrégulière. Les opérateurs expérimentés observent généralement la pointe du foret à contre-jour, jugeant la symétrie des deux arêtes de coupe grâce au jeu d'ombre et de lumière. Cette méthode, simple mais très efficace, est couramment utilisée en pratique.

Pour les forets de grand diamètre, la pointe doit également être réaffûtée. Comme une petite surface se forme souvent à l'intersection des deux arêtes de coupe, ce qui nuit au centrage du foret, un léger chanfrein doit être réalisé à la base de l'arête de coupe afin de réduire cette surface. Il est essentiel de veiller à ne pas endommager l'arête de coupe principale lors de cette opération, sous peine de modifier l'angle de coupe et d'affecter les performances de coupe.

Pour en revenir à l'affûtage du burin, son effet bénéfique est manifeste lors de l'usinage. Le raccourcissement du burin réduit considérablement l'effort axial nécessaire au perçage, un point crucial pour les outils à faible avance, comme les perceuses manuelles. Par ailleurs, grâce à l'angle de coupe optimisé, la matière est pénétrée plus facilement, ce qui améliore la précision de coupe et facilite l'évacuation des copeaux. Enfin, la précision de positionnement et la qualité de surface du trou sont également accrues.

Dans certains cas particuliers, le foret peut être réaffûté de manière non parfaitement symétrique, selon les besoins. Par exemple, lorsque la précision du diamètre du trou n'est pas cruciale, les deux arêtes de coupe peuvent présenter une légère différence de hauteur, ce qui crée un diamètre légèrement plus grand. Cela réduit le frottement entre l'arête de coupe et la paroi du trou, et donc la résistance à la coupe. Bien que cette méthode ne soit pas un réaffûtage standard, elle s'avère utile dans certaines conditions de travail.

De plus, le réglage de l'angle de pointe permet de s'adapter aux différentes conditions d'usinage. Par exemple, lors de l'usinage avec une perceuse électrique portative, la force d'avance étant relativement faible, l'angle de pointe peut être réduit afin d'augmenter la pression de l'arête de coupe sur le matériau, facilitant ainsi l'entrée du foret. Cependant, un angle de pointe trop faible affectera l'angle de dépouille et réduira la résistance de l'outil ; il est donc nécessaire de trouver un compromis.