Calcul de la vitesse de coupe pour une opération de filetage ou de taraudage

Calculez les vitesses de coupe, de rotation, d'avance, le taux d'enlèvement de matière (spécifique filetage) et le nombre de passes conseillé (avec profondeur moyenne) pour vos opérations de filetage ou de taraudage.

Paramètres prudents pour des filets ISO (métriques, UNC/UNF) propres, limiter l’usure, et réduire le risque de casse (surtout des tarauds).

Pour les autres opérations, consultez leur page correspondante : tournage, perçage, fraisage, alésage.

Vitesse de coupe — Filetage

Explications

Le filetage est une opération d’usinage permettant de créer des filets (vis, boulons, écrous) sur ou dans une pièce mécanique, généralement en métal (acier, aluminium) ou en plastique (PA6, PMMA). Il peut être réalisé par tournage (filets externes ou internes avec un outil à fileter), fraisage (filets internes/externes avec une fraise à fileter), ou taraudage (filets internes avec un taraud, manuellement ou sur machine). Cette opération exige une précision élevée pour garantir la conformité des filets aux normes (métrique ISO, UNC, UNF) et éviter des défauts comme des filets irréguliers ou un bris d’outil. Les paramètres clés incluent la vitesse de coupe (Vc), la vitesse de rotation (n), l’avance (par tour ou par dent), le taux d’enlèvement de matière (MRR), les besoins en puissance, et le nombre de passes, qui dépendent du pas de vis, du matériau, et de la méthode utilisée.

Vitesse de coupe (Vc)

La vitesse de coupe (Vc, en mètres par minute, m/min) est la vitesse linéaire à la périphérie de l’outil (outil de tournage, fraise à fileter, ou taraud) en contact avec la pièce. Elle est généralement 20-30 % inférieure à celle des opérations classiques (tournage, fraisage) en raison des contraintes géométriques et thermiques du filetage. Une Vc adaptée réduit l’usure de l’outil, limite les vibrations, et améliore la qualité du filet.

La formule pour calculer la vitesse de coupe est :

Vc = ( π × D × n ) / 1000

• Vc : Vitesse de coupe en m/min
• D : Diamètre nominal du filet (tournage/taraudage) ou de la fraise (fraisage), en mm
• n : Vitesse de rotation en tours par minute (tr/min)
• π : 3,14159...

Pour choisir une valeur de vitesse de coupe adaptée, référez-vous aux gammes typiques de vitesses selon la matière usinée.

Vitesse de rotation (n)

La vitesse de rotation (n, en tr/min) est la fréquence de rotation de l’outil ou de la pièce (en tournage). Elle est calculée à partir de la vitesse de coupe et du diamètre de l’outil :

n = ( 1000 × Vc ) / ( π × D )

• n : Vitesse de rotation en tr/min
• Vc : Vitesse de coupe en m/min
• D : Diamètre nominal ou de la fraise, en mm

Une vitesse de rotation bien ajustée est cruciale pour éviter les vibrations (surtout en taraudage) et réduire l’échauffement, prolongeant ainsi la durée de vie de l’outil.

Arêtes de coupe actives

On parle en général des portions de l’outil qui engagent et enlèvent la matière pour former le profil du filet. Selon le contexte, ça peut désigner soit une seule arête/pointe, soit un groupe d’arêtes qui travaillent ensemble :

- Pour un taraud ou une filière à main multidentée : on traite souvent chaque groupe d’arêtes (ou dents) qui coupent à la même passe comme une « arête active » collective. Par exemple sur une filière à main à 3 groupes, chaque groupe de pointes forme une zone active qui partage l’effort de coupe.
- Pour un outil monobloc (taraud machine à fileter, outil de tournage à profil unique) : on entend plutôt l’arête/pointe individuelle qui coupe le profil du filet.
- Pour des outils à plusieurs dents identiques travaillant simultanément (filières machine, fraises à fileter) : on peut parler d’« arêtes actives » au pluriel pour désigner toutes les arêtes engagées dans la coupe à l’instant donné.

Facteurs déterminants : configuration de l’outil (monobloc vs multi-dents), la géométrie de dégagement, et la stratégie d’usinage (nombre de passes, position d’engagement). Si vous rédigez ou normalisez un texte technique, précisez « arête (ou groupe d’arêtes) active » ou « groupe de pointes actif » pour lever l’ambiguïté.

Avance (par tour ou par dent) et vitesse d’avance (Vf)

L’avance diffère selon l’opération de filetage :

• Tournage et taraudage : L’avance par tour (en mm/tour) est égale au pas de vis (distance entre deux filets). Par exemple, pour un filet M10 avec un pas de 1,5 mm, l’avance par tour est de 1,5 mm.
• Fraisage : L’avance par dent (fz, en mm/dent) représente le déplacement par dent de la fraise à fileter. Elle est typiquement faible (0,06-0,15 mm/dent) pour assurer une coupe précise.

La vitesse d’avance (Vf, en mm/min) est calculée comme suit :

• Tournage et taraudage :

Vf = n × pas

• Fraisage :

Vf = n × fz × z

• Vf : Vitesse d’avance en mm/min
• n : Vitesse de rotation en tr/min
• pas : Pas de vis en mm (tournage/taraudage)
• fz : Avance par dent en mm/dent (fraisage)
• z : Nombre de dents de la fraise (généralement 4 pour le fraisage de filets)

Une avance correcte garantit la précision du filet et réduit les risques de bris, notamment pour les tarauds, qui sont particulièrement vulnérables.

Taux d’enlèvement de matière (MRR)

Le taux d’enlèvement de matière (MRR, en cm³/min) correspond au volume de métal retiré par unité de temps. En filetage, le calcul exact est complexe à cause de la géométrie hélicoïdale et de la section du copeau, triangulaire pour la première passe, puis sous forme de chevron pour les passes suivantes. Mais une approximation pratique consiste à utiliser la vitesse de coupe moyenne et la section du filet :

MRR = ( A × Vc_moy ) ÷ ( 1000 × nb passes )

• MRR : Taux d’enlèvement de matière en cm³/min
• A : Section totale du filet en mm² (≈ ½ × P × (α × P), avec α ≈ 0,5)
• Vc_moy : Vitesse de coupe moyenne en mm/min
• nb passes : Nombre de passes effectives

Le produit A × Vc_moy donne un volume en mm³/min. La division par 1000 le convertit en cm³/min, puis la division par le nombre de passes ramène à un ordre de grandeur par passe. Cette approche fournit une estimation réaliste et suffisamment proche de la pratique pour comparer différentes conditions de filetage.

Exemple : pour un filetage M10×1,5, on obtient typiquement un MRR par passe de l’ordre de 1,2 cm³/min, ce qui correspond bien aux observations d’atelier.

Besoins en puissance

Les besoins en puissance (en kW) sont estimés en multipliant le MRR par un coefficient spécifique au matériau (par exemple, 0,15 kW/cm³/min pour l’acier, 0,1 kW/cm³/min pour l’aluminium). En filetage, la puissance est généralement faible en raison du faible MRR, mais elle augmente pour les matériaux durs ou les filets profonds.

Nombre de passes

Le nombre de passes dépend de la profondeur totale du filet (h, en mm), qui est liée au pas de vis selon la norme ISO (h ≈ 0,6495 × pas pour filets métriques). La profondeur de passe (ap, en mm) est choisie pour chaque passage (par exemple, 0,1-0,2 mm pour l’acier). Le nombre de passes est calculé comme :

Nombre de passes = ceil( h / ap )

• h : Profondeur totale du filet en mm
• ap : Profondeur de passe en mm

Un nombre de passes plus élevé (avec ap faible) améliore la précision et réduit les efforts sur l’outil, mais augmente le temps d’usinage.

Matière de la pièce à usiner

Le choix du matériau de la pièce influence la vitesse de coupe et l’avance. Les matériaux tendres (aluminium, plastiques comme le PEHD) permettent des Vc élevées (jusqu’à 250 m/min avec carbure), tandis que les matériaux durs (acier dur, inox) nécessitent des Vc plus faibles (6-15 m/min avec ARS) pour éviter l’usure rapide de l’outil. La calculatrice prend en compte une large gamme de matériaux : aciers (doux, mi-dur, dur, inoxydable), fonte, alliages d’aluminium, cuivre, bronze, laiton, et plastiques (PA6, PEHD, PETP, PP, PTFE, PVC, PC, PMMA).

Matière de l’outil de coupe

La matière de l’outil est essentielle pour la performance du filetage. Elle conditionne la vitesse de coupe possible, la durée de vie de l’outil et la qualité des filets produits :

• Acier rapide supérieur (ARS) : Convient pour les matériaux tendres (aluminium, laiton, aciers doux) et pour les machines légères. Limité à des vitesses modestes (6 à 80 m/min selon le matériau). Souvent utilisé pour les tarauds manuels ou machines conventionnelles.
• Carbure : Adapté aux métaux durs et aux productions intensives, avec des vitesses plus élevées (30 à 350 m/min). Les plaquettes carbure revêtues (TiN, TiCN, TiAlN, AlCrN) améliorent la résistance à l’usure, limitent l’échauffement et facilitent l’évacuation des copeaux.
• Céramiques et cermets : Performants sur les fontes et les alliages durs, ils autorisent des vitesses très élevées mais nécessitent une machine rigide et une coupe stable. Moins courants pour le filetage, car fragiles en cas de chocs.
• PCBN (nitrure de bore cubique polycristallin) : Réservé aux usinages de haute précision et aux matériaux très durs (aciers trempés > 55 HRC). Très coûteux, donc utilisé surtout en production série.
• Diamant polycristallin (PCD) : Idéal pour l’aluminium, les alliages non ferreux et les composites abrasifs (chargés en Si). Permet des vitesses extrêmes avec une finition excellente, mais inutilisable sur les aciers (réaction chimique avec le fer).

Pour le taraudage, on privilégie généralement les tarauds en ARS revêtus (TiN, TiAlN) pour les aciers tendres et mi-durs, et les tarauds carbure pour les aciers durs et les productions en série. Le choix de l’outil doit aussi tenir compte du type de trou (borgne ou débouchant) et de l’évacuation des copeaux.

Gammes typiques de vitesses de coupe selon la matière de l’outil

Ces valeurs sont indicatives et doivent être adaptées selon la nuance du matériau à usiner, le type de filetage, la rigidité de la machine et la lubrification.

Vitesses de coupe typiques selon la matière usinée

Ce tableau croisé élargit la comparaison à cinq grandes familles d’outils. Les valeurs sont indicatives et issues de l’abaque interne du calculateur (ARS et carbure), complétées par des plages réalistes pour les céramiques, PCBN et PCD. Le tiret (–) signifie que l’association n’est pas pertinente ou peu usitée en filetage.

Type de machine

Le type de machine (légère, intermédiaire, lourde) impacte les paramètres de filetage :

• Légère : Tour d’établi ou fraiseuse légère, nécessite des Vc et avances réduites pour limiter les vibrations et éviter le bris (par exemple, tarauds).
• Intermédiaire : Tour conventionnel ou CNC (250 kg à 2 tonnes), adapté à la plupart des opérations de filetage.
• Lourde : Centre d’usinage CNC (>2 tonnes), permet des paramètres plus agressifs pour une productivité accrue.

Pour le taraudage manuel, privilégiez des machines légères avec un contrôle précis de la vitesse.

Profondeur de passe et pas de vis

La profondeur de passe (ap, en mm) est la profondeur de coupe par passage, généralement faible (0,1-0,3 mm) pour éviter une surcharge de l’outil. Le pas de vis (en mm) détermine l’avance par tour en tournage/taraudage et influence la profondeur totale du filet (h ≈ 0,6495 × pas pour filets métriques). Une profondeur de passe réduite améliore la précision et réduit les risques de bris, surtout pour les tarauds.

Pas de vis standards

Les filets métriques ISO sont les plus courants. Voici les pas standards pour des diamètres nominaux courants :

Les pas et diamètres de perçage pour petites et moyennes tailles (M1–M48) suivent ISO 261/ISO 965 recommandations usuelles. Pour grandes tailles (> M48) il existe plusieurs pas normalisés possibles et des pratiques industrielles variables ; les diamètres de perçage indiqués correspondent aux valeurs usuelles recommandées pour une tolérance de filetage interne 6H.

Pour les filets UNC/UNF, consultez les normes ASME B1.1 (par exemple, 1/4-20 UNC : 20 filets par pouce, soit un pas de 1,27 mm). Adaptez la profondeur de passe en fonction du matériau et de l’outil.

Recommandations générales

• Tournage : Utilisez ap = 0,1-0,3 mm par passe pour l’acier (0,3-0,5 mm pour l’aluminium) et un outil à fileter avec une géométrie adaptée (angle de 60° pour filets métriques). Effectuez plusieurs passes pour atteindre la profondeur totale.
• Fraisage : Privilégiez ap = 0,1-0,2 mm et fz = 0,06-0,15 mm/dent pour une coupe précise. Utilisez une fraise à fileter avec 4 dents ou plus pour une meilleure productivité.
• Taraudage : Réduisez ap à 0,05-0,2 mm par passe pour les matériaux durs. Utilisez un taraud avec brise-copeaux et lubrification abondante pour éviter le bris.
• Machines légères : Réduisez Vc et ap de 20 % pour limiter les vibrations et le risque de bris (surtout pour les tarauds).
• Machines lourdes : Augmentez Vc et ap de 10-20 % pour une productivité accrue, mais testez d’abord sur une passe d’essai.

Profondeur de passe selon le matériau

Voici des plages recommandées pour la profondeur de passe (ap) en fonction du matériau et de l’opération :

Ces valeurs sont indicatives pour des machines intermédiaires avec lubrification (pour les métaux). Réduisez ap de 20-30 % sur machines légères ou en usinage à sec.

Recommandations par type d’opération

Filetage par tournage

Le filetage par tournage utilise un outil à fileter (simple plaquette) pour créer des filets externes ou internes. Les recommandations incluent :

• Outil : Utilisez une plaquette avec un angle de 60° (filets métriques) ou 55° (Whitworth). Les plaquettes carbure avec revêtement (TiN) sont idéales pour les métaux durs.
• Passe : Effectuez plusieurs passes (par exemple, 5-8 passes pour un filet M10 avec pas de 1,5 mm) avec ap = 0,1-0,3 mm pour l’acier.
• Lubrification : Utilisez une huile de coupe abondante pour réduire la friction et évacuer les copeaux.
• Conseil : Vérifiez l’alignement de l’outil pour éviter des filets asymétriques. Utilisez un gabarit de contrôle (jauge à filets) pour valider le profil.

Filetage par fraisage

Le fraisage de filets utilise une fraise à fileter pour des filets internes ou externes, souvent sur des machines CNC. Avantages : rapidité et flexibilité pour filets non standards.

• Fraise : Choisissez une fraise à fileter avec 4 dents ou plus pour une meilleure productivité. Les fraises carbure avec revêtement (TiAlN) sont recommandées pour les métaux durs.
• Avance : Utilisez fz = 0,06-0,15 mm/dent pour une coupe précise et ap = 0,1-0,25 mm par passe.
• Trajectoire : Programmez une trajectoire hélicoïdale (CNC) pour un filetage fluide. Assurez-vous que la fraise couvre tout le pas du filet.
• Conseil : Testez la fraise sur une pièce d’essai pour ajuster Vc et fz, surtout pour les filets profonds ou les matériaux durs.

Filetage par taraudage

Le taraudage crée des filets internes à l’aide d’un taraud (manuel ou machine). Il est délicat en raison du risque de bris du taraud.

• Taraud : Utilisez un taraud en ARS pour les matériaux tendres ou en carbure pour les aciers durs. Les tarauds avec brise-copeaux réduisent l’accumulation de copeaux.
• Perçage préalable : Percez un trou de diamètre approprié (par exemple, 8,5 mm pour M10 avec pas de 1,5 mm, selon norme ISO).
• Lubrification : Appliquez une huile de coupe abondante (ou pâte à tarauder pour le manuel). Pour les plastiques, préférez l’air comprimé ou l’eau.
• Conseil : Tournez de 1 à 2 tours, puis effectuez un quart de tour en arrière pour casser les copeaux (taraudage manuel). Sur CNC, utilisez des cycles de taraudage avec dégagement.

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