Gestion de l'usure des tarauds pour éviter les trous trop grands dans les opérations d'usinage

Un Guide sur les Principaux Types d'Usure des Tarros et Analyse Quantitative

Quatre Types Typiques d'Usure des Tarros

Usure du Flanc

• Mécanisme : La friction continue entre le flanc du tarro et la paroi du trou usiné provoque la perte de matériau dans la zone de la terre.
• Caractéristiques : Bande d'usure uniforme le long du tranchant ; la plus courante sur les tarros en HSS (Acier à Haute Vitesse).
• Critères Quantitatifs :
  • Usure Légère : Largeur de la bande d'usure < 0,05 mm (surveiller l'état)
  • Usure Modérée : 0,05–0,15 mm (ajuster les paramètres d'usinage)
  • Usure Sévère : > 0,15 mm (remplacer immédiatement)

Usure en Cratère (sur la Face de Rake)

• Mécanisme : Les copeaux à haute température frottent contre la face de rake pendant la coupe, formant un cratère en forme de croissant.
• Conditions Typiques : Courante lors de l'usinage de matériaux collants tels que l'acier inoxydable ou les alliages à haute température.
• Méthodes de Quantification :
  • Mesure de la Profondeur : Utiliser un profilomètre pour mesurer la profondeur du cratère (seuil : 0,02 mm)
  • Ratio de Surface : Si la surface du cratère > 30% de la face de rake, le tarro doit être mis au rebut

Écaillage du Tranchant

• Mécanisme : La coupe intermittente ou des inclusions dures dans la pièce provoquent une fracture localisée au niveau du tranchant.
• Niveaux de Risque :
  • Micro-Écaillage (< 0,1 mm) : Utilisable avec surveillance
  • Macro-Écaillage (> 0,3 mm) : Arrêter l'usinage et remplacer immédiatement
• Outil d'Inspection : Loupe 20x ou microscope portable

Usure par Adhésion

• Mécanisme : Le matériau de la pièce se soude au tarro sous haute température et pression, puis se déchire, endommageant la surface.
• Matériaux Courants : Métaux à faible point de fusion tels que les alliages d'aluminium ou le cuivre pur.
• Indicateurs Quantitatifs :
  • Surface d'Adhésion : >5% de la surface (mesurée sous microscope métallographique)
  • Rugosité de Surface : Ra > 1,6 μm dans les régions adhésives indique une perte de précision

Méthodes d'Analyse Quantitative de l'Usure

Méthode de Mesure Directe

• Outils : Micromètre numérique, microscope optique (50–200x)
• Procédure :
  • Nettoyer le tarro et le fixer sur la plateforme de mesure
  • Se concentrer sur la région la plus usée du flanc
  • Mesurer la largeur de la bande d'usure à l'aide d'une échelle (précision ±0,002 mm)
• Application : Construire une courbe de progression de l'usure (Figure 1) pour prédire la durée de vie restante de l'outil

Méthodes de Surveillance Indirecte

• Analyse du Couple :
  • Installer un capteur de couple sans fil pour enregistrer les fluctuations de couple pendant le taraudage
  • Une usure de 0,1 mm correspond généralement à une augmentation du couple de 15–20 % (Figure 2)
• Analyse du Spectre de Vibration :
  • Les tarros usés montrent une augmentation de 3 à 5 fois de l'amplitude des vibrations dans la bande de 500–800 Hz

Analyse de la Morphologie Microscopique

• SEM (Microscope Électronique à Balayage) :
  • Observer la propagation des micro-fissures sur le tranchant (les fissures > 50 μm indiquent un danger)
• EDS (Spectroscopie de Dispersions d'Énergie) :
  • Analyser le matériau soudé sur la face de rake pour déterminer l'étendue du transfert de matériau

Corrélation entre les Types d'Usure et les Défauts d'Usinage

Stratégie de Gestion Quantitative de l'Usure des Tarros pour l'Utilisation en Usine

Système d'Alerte Par Niveaux

• Statut Vert : Usure < 50 % du seuil, utilisation normale
• Alerte Jaune : Usure 50–80 %, réduire l'intervalle d'inspection à tous les 50 trous
• Alerte Rouge : Usure > 80 %, remplacement obligatoire de l'outil et analyse de la cause

Enregistrement Numérique des Outils

• Créer un code QR pour chaque tarro, documentant :
  • Nombre total de trous usinés
  • Couple maximal historique
  • Dernière mesure de l'usure
• Utiliser l'analyse des mégadonnées pour optimiser la stratégie de remplacement des outils

Modèle d'Équilibre Économique

• Formule pour l'Usure Maximale Autorisée (Lmax) : Lmax = Ct / (Cp × Nf + Cd) Où :
  • Ct : Coût du tarro
  • Cp : Profit par trou
  • Nf : Nombre de trous avant défaillance
  • Cd : Coût de reprise pour pièces hors tolérance

Étude de Cas

Scénario : Taraudage de l'acier GCr15 (HRC58–62) chez un fabricant de roulements

• Problème : Le tarro M6×1 ne dure que 15 trous, le trou est hors tolérance +0,1 mm
• Constatations :
  • Usure du flanc : 0,12 mm (dépassée de 60 %)
  • Profondeur du cratère : 0,03 mm
  • Trois bords écaillés, taille maximale de 0,25 mm
• Améliorations :
  • Passage à un tarro en carbure (grade K20)
  • Augmentation de la vitesse de broche à 350 tr/min (réduit la force de coupe)
  • Refroidissement par azote liquide (-50°C)
• Résultats :
  • Durée de vie du tarro étendue à 120 trous
  • Fluctuation de la tolérance du trou dans les ±0,02 mm

Conclusion

La gestion scientifique de l'usure des tarros nécessite à la fois une reconnaissance des types et une analyse quantitative. En surveillant régulièrement des paramètres clés tels que la largeur de l'usure du flanc et la profondeur du cratère, plus de 70 % des problèmes de dépassement de tolérance peuvent être prédits à l'avance. Il est recommandé aux entreprises de mettre en place un système d'inspection en trois niveaux (visuel opérateur → instrument de contrôle qualité → analyse micrographique en laboratoire) et d'utiliser des modèles de corrélation couple-usure pour optimiser les stratégies de remplacement des outils. Cette approche peut réduire les coûts d'usinage de plus de 20 % et stabiliser le taux de passage dimensionnel au-dessus de 95 %.