Ébavurage

Les définitions données ci-après ne servent en aucun cas de base à une étude scientifique. De même, nous ne nous permettons pas d’affirmer que toutes les facettes de l’ébavurage, de la bavure et de tous les autres points abordés sont traitées d’une façon approfondie et complète. Ce que nous souhaitons, c’est donner à nos Clients et à toute entreprise intéressée un aperçu sommaire pour leur permettre de comprendre pourquoi nous construisons des installations.

Qu’est-ce que l’ébavurage?

Pour pouvoir répondre à cette question, commençons par voir ce qu’il faut d’ordinaire entendre par « Bavure ».

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Une bavure est une formation de matière qui peut être générée par différentes méthodes de fabrication et / ou d’usinage. La bavure adhère au composant lui-même sans pour autant, conformément au plan du composant, en faire réellement partie intégrante.

En moulage, par exemple, l’excès de matière repoussé entre les deux moitiés de moule est appelé Bavure de séparation.

Lors de l’ébavurage d’une surface, un centre d’usinage génère, au niveau de l’arête de sortie de l’outil, ce que l’on appelle une Bavure de sortie.

Le perçage, le découpage ou le tournage peuvent, eux aussi, donner lieu à des bavures.

Le spectre de bavures s’étend, ainsi, de la petite bavure microscopique à la bavure de plusieurs millimètres d’épaisseur. L’aspect des bavures dépend de divers facteurs. Lors du processus de moulage, leur aspect est par exemple influencé par l’âge et le matériau constituant le moule, mais également par les propriétés de la matière à mouler elle-même.

Lors d’un usinage mécanique, la bavure peut être plus ou moins prononcée, en fonction des paramètres du processus d’usinage, de la durée de vie de l’outil et des propriétés de la matière constituant la pièce.

Présentant généralement des arêtes vives, les bavures sont indésirables lors des processus subséquents, parmi lesquels les étapes de production subséquentes, ou les montages, et il faut donc les éliminer.

Le processus « d’ébavurage » décrit l’élimination de la bavure en faisant appel à diverses méthodes pouvant être sommairement classifiées en méthodes d’ébavurage mécaniques, chimiques et thermiques. À cet égard, ni les tailles d’entrée, ni les tailles de sortie, ne sont spécifiées plus en détail.

Il appartient à chaque utilisateur d’applications d’ébavurage de définir lui-même ce qu’il s’agit d’obtenir. En règle générale, des spécifications d’ébavurage sont établies à ces fins. Ces spécifications permettent de définir de façon claire, pour la zone intérieure et pour la zone extérieure des pièces, quelles sont les valeurs cibles admissibles, avec les plages de tolérances correspondantes. Des indications dimensionnelles correspondantes sont par ailleurs apportées sur les plans.

Pour déterminer le processus d’ébavurage qui convient, afin de pouvoir obtenir le résultat souhaité, il faut dans un premier temps déterminer le type de bavure.

Toutes les bavures ne se ressemblent pas

Si un composant présente une bavure qu’il s’agit d’enlever, il faut commencer par déterminer le type de bavure. On examine à ces fins aussi bien les propriétés de la matière que le processus de génération de la bavure.

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Les conditions à la base de la génération d’une bavure sont les suivantes:

  • L’utilisation d’une matière plastiquement déformable
  • L’action d’une force s’exerçant sur la matière, la plupart du temps sous la forme d’un effort de coupe (usinage par enlèvement de copeaux) ou d’avance, dans le cadre d’une méthode de production générant des bavures

Les méthodes de production générant des bavures sont les suivantes:

  • Mise en forme de matériaux (moulage, pressage, frittage)
  • Déformation (laminage, formage, emboutissage)
  • Tronçonnage, découpage (tournage, fraisage, coupe, sciage, brochage, …)
  • Assemblage (soudage, moulage, …)

Si l’on examine ces différentes méthodes, on constate qu’elles conduisent à la formation de différentes formes de bavures. Cette formation repose sur les différents efforts qui, en fonction du processus de production, agissent sur le composant.

Examinons de plus près la formation de bavures, en prenant l’exemple d’un perçage. Lors du perçage, 2 bavures différentes se forment, d’une part dans la zone de l’entrée du perçage et, d’autre part, dans la zone de la sortie du perçage.

La bavure qui se forme à l’entrée du perçage repose sur le mode d’attaque du foret. Au début de la génération du trou de perçage, celui-ci s’enfonce dans la pièce et repousse ainsi la matière à la surface de la pièce.

Pour les perçages, on utilise très fréquemment des forets hélicoïdaux dont la vitesse de coupe, au centre de l’outil, est pratiquement égale à 0. Par suite, le foret repousse la matière devant lui, dans la zone du centre du trou de perçage, plus qu’il ne la coupe et la retire du matériau plein. En amont de la sortie du trou de perçage, la matière en excès commence par se bomber à l’intérieur du composant, sur le fond du perçage. Lorsque le foret traverse le fond, la matière restante se replie au-delà du bord et reste sous la forme de bavure du côté extérieur du trou de perçage.

Outre l’effort appliqué par le processus de production, la matière elle-même exerce une influence sur la formation de bavures. Pour assurer une meilleure compréhension, donnons d’abord quelques définition de différentes notions:

Réseau / cristal:
Si l’on considère un matériau métallique au niveau de l’atome, on constate que les atomes sont régulièrement disposés dans l’espace. Entre ces atomes dominent de grandes forces de liaison. Concernant cette association d’atomes, on parle également de cristaux. En fonction de la compacité et du nombre d’atomes au sein d’une cellule élémentaire, on parle de types de réseaux différents. Globalement, il existe 7 types de réseaux principaux différents (voir tableau 1), la plupart des métaux cristallisant selon une structure cubique ou hexagonale. Certains métaux peuvent par ailleurs former différents types de réseaux dans différentes plages de températures.

Type de réseauConfiguration de la cellule élémentaire (à titre d’exemple)
TricliniqueBrique oblique selon toutes ses faces
MonocliniqueBrique oblique selon une direction
OrthorhombiqueBrique normale
TétragonalCube étiré selon une direction
RhomboédriqueCube oblique selon toutes ses faces
HexagonalUn morceau de matériau hexagonal coupé droit
CubiqueCube

Cellule élémentaire:
Le terme Cellule élémentaire désigne la plus petite unité de volume d’un réseau cristallin, dans lequel sont représentées toutes les caractéristiques de symétrie d’un système cristallin. La constitution d’un réseau cristallin peut être simulée par déplacement périodique des bords.

Avec les définitions précitées, on décrit un cristal idéal. Outre le fait que les atomes ne sont pas de forme sphérique dans la réalité et qu’ils ne se trouvent pas en position de repos, le cristal réel prend également en compte:

  • La limitation infinie (c’est-à-dire la surface du métal)
  • L’existence de zones perturbées (espaces vides, atomes étrangers, dislocations)

Dislocations:
Les dislocations sont des défauts linéaires qui se présentent selon une grande densité dans le réseau. Elles influencent les propriétés des matériaux dans une large mesure et elles sont caractérisées par les propriétés suivantes:

  • Elles ont une direction de ligne, c’est-à-dire qu’elles s’attirent ou se repoussent.
  • Elles peuvent se déplacer, c’est-à-dire qu’elles provoquent une déformation du matériau par migration en masse au sein du réseau
  • Elles constituent la cause des contraintes résiduelles et des écrouissages

Déformation plastique::
Lorsque l’on parle de déformation plastique, on parle également de « fluage » de la matière. Une force de taille définie, appliquée de l’extérieur, a pour effet un dépassement de la contrainte limite dans la matière, ce qui provoque une migration des dislocations et, par là même, une déformation de la matière concernée. En fonction de la géométrie du réseau, ceci se produit à des niveaux et dans des directions privilégiés.

Les propriétés physiques et techniques d’une matière sont, par suite, influencées aussi bien par le réseau de base du cristal, que par le type, le nombre et la disposition des défauts du réseau et des modules étrangers au réseau.

À chaque bavure, la méthode qui convient

De même qu’il existe différents types de bavures, de même les méthodes les plus différentes peuvent être utilisées pour éliminer ces bavures. Les plus courantes de ces méthodes sont expliquées succinctement ci-après. Nous ne prétendons pas que leur liste soit exhaustive et nous vous prions par conséquent de bien vouloir nous excuser, au cas où l’une ou l’autre de ces méthodes ne serait pas citée.

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Tribofinition / Trovalisation:
La tribofinition est l’une des méthodes d’ébavurage les plus courantes. Comme ils l’ont fait pour bien d’autres choses, les hommes ont emprunté la méthode à la nature, lorsque le sable et l’eau polissent des roches brutes pour en faire des graviers lisses.

En technique de production moderne, une bonne combinaison entre machine, abrasif, (poudre de) compound et eau permet d’usiner pratiquement toutes les surfaces. Les pièces sont immergées en vrac dans une cuve, conjointement avec l’abrasif (médium abrasif). Par rotation et oscillation de la cuve, on génère entre pièce et abrasif un mouvement relatif conduisant à l’enlèvement de matière.

En fonction des exigences imposées aux pièces, celles-ci peuvent de cette façon être ébavurées, poncées, décalaminées, nettoyées, lissées, ou bien leurs arêtes peuvent être arrondies.

+ Avantages

  • Les composants peuvent être livrés en vrac
  • Encombrement (place nécessaire) moins important que dans le cas d’autres méthodes
  • Ne nécessite aucun dispositif
  • Rendement élevé
  • Arrondi des arêtes

– Inconvénients

  • Les géométries de composants complexes ou les creux ne peuvent pas être entièrement traités
  • Des bavures peuvent pénétrer dans les perçages
  • Ne convient pas pour les composants sensibles aux chocs ou hautement polis.
  • Pas d’enlèvement de matière défini possible
  • Ne convient pas pour être intégré à une ligne de production pour pièces individuelles
  • Ne convient pas pour les composants de grande taille

Ébavurage électrochimique:
Le procédé « d’usinage électrochimique des métaux », ou ECM, permet d’ébavurer sans contact tous les matériaux conducteurs, sans influences thermiques, chimiques ou mécaniques. La pièce est polarisée en tant qu’anode (plus), tandis que l’outil est la cathode. Un fluide électriquement conducteur (solution d’électrolyte) ferme le circuit électrique.

Expliqué de façon simplifiée, un ébavurage ECM se déroule de la façon suivante:
La pièce est bridée dans un dispositif et chargée positivement à l’aide d’un générateur. L’électrode-outil / la cathode est alors rapprochée de la pièce, à une distance de 0,5 – 2 mm de l’emplacement à ébavurer. Entre la pièce et l’outil se forme ce que l’on appelle un espace d’action ou espace de travail. La solution d’électrolyte est injectée dans cette fente. Si l’on applique alors une tension continue à la pièce et à l’électrode, un courant électrique traverse la fente de travail et donne lieu à un échange de charges et à un processus de dissolution. Avec ce procédé, l’intensité de l’action d’ébavurage, de la même façon que le temps, peuvent par suite être contrôlés par l’intermédiaire de la tension d’usinage.

+ Avantages

  • Possibilité de réaliser un ébavurage ciblé d’emplacements sélectionnés
  • Les propriétés mécaniques n’ont pas d’influence sur l’usinabilité
  • Procédé sans contact
  • De par la technique du procédé, l’outil est sans usure
  • Le composant n’est soumis à aucune sollicitation thermique
  • Pas de bavure secondaire
  • Temps d’ébavurage parfois courts

– Inconvénients

  • Les composants doivent être métalliques
  • Les matériaux et les principes de construction conventionnels ne peuvent pas être utilisés
  • Les composants doivent être exempts de copeaux et de graisse
  • Après l’ébavurage ECM, les composants doivent être nettoyés à l’eau claire
  • Les composants doivent, le cas échéant, être munis d’un agent de préservation
  • En fonction de la géométrie du composant, des contours supplémentaires ne peuvent pas être mis en œuvre sans problèmes

Ébavurage thermique:
L’ébavurage thermique ou, plus officiellement, l’ébavurage thermochimique, fait partie des procédés d’usinage à action non ciblée. Seul l’enlèvement de la bavure est garanti. Pratiquement toutes les matières oxydantes peuvent être ébavurées.

Lors de l’ébavurage thermique, la pièce se trouve dans une chambre d’ébavurage. Cette chambre est remplie d’un mélange d’oxygène et de gaz combustible qui est mis à feu par une étincelle d’allumage ou une section incandescente. En fonction du mélange et de la quantité de gaz, on atteint une température pouvant aller jusqu’à 3 000°C. En revanche, la pièce elle-même ne se réchauffe que faiblement (env. 100 – 190°C, en fonction de sa capacité thermique).

La brusque montée de température a pour effet de surchauffer toutes les zones de la pièce dont les surfaces par rapport à leur volume sont très grandes. En règle générale, les bavures sont des bavures qui sont d’abord mises à feu puis brûlées, en raison de l’accumulation de chaleur qui se forme lors de ce processus.

+ Avantages

  • Élimination des bavures dans les endroits inaccessibles
  • Absence totale de bavures
  • Procédé universel, sans attachement des pièces
  • Temps de cycle très court

– Inconvénients

  • Pas d’arrondi défini des arêtes
  • Convient seulement pour les matières oxydantes
  • Ne convient pas pour les composants trempés
  • Les pièces d’un assez grand volume ne peuvent être ébavurées que sous certaines conditions
  • Les pièces doivent être exemptes de copeaux éparses et de graisses
  • Le cas échéant, une immersion dans un mélange d’acide fortement dilué est indispensable, à titre de post-traitement

Ébavurage par jet à haute pression:
Avec l’ébavurage par jet à haute pression, les bavures sont cassées en leur emplacement le plus mince à disposition. On ajoute fréquemment un fluide abrasif à l’eau, afin d’améliorer l’action d’enlèvement des bavures. Ce procédé d’ébavurage convient particulièrement bien pour les pièces en alliage léger. Une lance dirige le jet d’eau sur l’endroit à ébavurer. Par l’intermédiaire de buses, le jet d’eau est alors appliqué à la pièce. L’eau est en général à une pression comprise entre 600 et 1 000 bar. Avantage : élimination ciblée des bavures, procédé convenant pour les grandes séries, ébavurage, élimination des copeaux et nettoyage en une seule et même passe. Inconvénient : important travail de programmation de la machine à commande numérique, temps de passage longs, important travail de manipulation, seuls les endroits programmés sont ébavurés.

+ Avantages

  • Même les pièces complexes peuvent être usinées
  • Élimination ciblée des bavures
  • Convient très bien pour les grandes séries
  • Ébavurage, élimination des copeaux et nettoyage en une seule et même passe

– Inconvénients

  • Important travail de programmation de la machine à commande numérique
  • Temps de passage relativement longs
  • Important travail de manipulation
  • Ébavurage uniquement aux endroits programmés
  • Le fluide abrasif modifie la structure de la surface

Ébavurage mécanique (par robot):
Font partie de l’ébavurage mécanique tout enlèvement de matière et tout usinage par enlèvement de copeaux, qui sont réalisés à l’aide d’outils entraînés et qui ont pour objectif l’élimination des bavures du composant. En font également partie les opérations d’ébavurage manuelles. L’enlèvement de matière s’effectue à l’aide d’un tranchant qui peut être géométriquement déterminé (p. ex. fraise, lime) ou non déterminé (bande abrasive, brosse).

Alors que l’ébavurage était presque exclusivement réalisé, dans le temps, à des postes d’ébavurage manuel, des robots assurent de plus en plus souvent, aujourd’hui, la tâche d’ébavurage mécanique. Il en résulte en particulier les exigences suivantes, imposées au composant et au processus de production d’une industrie moderne:

  • Le résultat d’ébavurage est indépendant des soins et des capacités du collaborateur chargé de l’ébavurage
  • Sécurité du processus
  • Diminution des coûts de production, par rationalisation
  • Pour l’ouvrier, diminution des inconvénients résultant des souillures, des bruits, des poids lourds à manipuler, etc.
  • Augmentation de la productivité
  • Diminution de la place nécessaire

L’ébavurage mécanique par robot convient pour une multitude de tâches d’ébavurage différentes et il s’intègre bien aux lignes de production existantes, en tant que solution d’automatisation. De même, le rattachement direct à un centre d’usinage, pour le chargement et le déchargement complémentaires, est de pratique courante.

Pour l’ébavurage assisté par robot, il existe deux variantes différentes. Dans le cas de la variante 1, le composant est approché des différents outils d’usinage par robot. Cette variante convient pour les petits à moyens poids et dimensions de composants.

WMS Werkstückgeführte Entgratung

Photo : ébavurage guidé par la pièce

La variante 2 est souvent utilisée pour les poids de pièces importants. La pièce est alors fixée dans une position définie et le robot guide les outils le long des contours à ébavurer.

 

WMS Werkzeuggeführte Entgratung

Photo : Ébavurage guidé par l’outil

Dans les deux cas, une phase définie peut être générée en tenant compte de la géométrie des tranchants, de l’angle d’attaque, de la vitesse d’avance, de la durée de séjour et des propriétés du matériau, pour une multitude de contours.

+ Avantages

  • Usinage flexible
  • Différents outils utilisables
  • Extensible à des processus de préparation ou des processus subséquents (décapage de pièces de fonderie, polissage, …)
  • Élimination des accumulations de bavures importantes
  • Convient bien pour les pièces en grandes séries
  • Peut être utilisé pour différents poids et dimensions de composants
  • Tous les contours à ébavurer, et qui peuvent être atteints, sont traités
  • Peut, sans ajouts, être directement relié à un centre d’usinage

– Inconvénients

  • Important travail de programmation
  • Frais d’investissement parfois importants
  • Dans les taillages d’alésages, une bavure à la racine demeure
  • Pour des raisons d’accessibilité, les contours ne peuvent pas tous être usinés sans restrictions

 

Le violon d’Ingres de WMS

Depuis 1986, nous nous occupons de l’ébavurage mécanique de précision de différents composants. Après avoir développé une application pour un produit en propre, dans le cadre de notre appartenance à la Société SIG Suisse (Société industrielle suisse), nous avons ensuite très rapidement livré des applications d’ébavurage robotisées à des Clients extérieurs au Groupe.

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L’année 1994 vit la création d’une entreprise en propre, en reprenant les Clients, la technologie et les brevets de la Société SIG. Depuis lors, la Société WMS-engineering Werkzeuge – Maschinen – Systeme GmbH conçoit, construit et programme des applications d’ébavurage fiables caractérisées par la sécurité du processus, dans le domaine de l’ébavurage mécanique piloté par robot.