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L'usinage par brochage consiste à tirer ou pousser à travers la pièce un outil long, la broche, dont les dents sont légèrement plus hautes les unes que les autres. Chaque dent enlève une fine couche : en une seule passe, la broche taille complètement une rainure de clavette, des cannelures, un six pans ou un profil quelconque dans un alésage, ou une surface extérieure. Le procédé est très rapide, précis et répétable, mais la broche est un outil spécifique et coûteux. On le choisit pour les séries et pour les rainures de clavette standard ; à l'unité ou sur pièce trempée, le mortaisage et l'électroérosion prennent le relais.
Comment fonctionne une broche
Imaginez un outil droit, long de quelques dizaines de centimètres à plus d'un mètre, garni de dizaines de dents. Les premières dents ébauchent, les suivantes semi-finissent, les dernières calibrent et finissent. La différence de hauteur d'une dent à la suivante, la surélévation par dent, est faible : chaque dent enlève un copeau mince, qui se loge dans l'espace entre les dents jusqu'à la sortie de la pièce.
La forme finale est donc entièrement contenue dans l'outil. La machine, une brocheuse, n'apporte que le mouvement rectiligne et la force. Cette simplicité explique la régularité du procédé : la millième pièce sort comme la première, tant que la broche n'est pas usée.
On distingue :
- le brochage intérieur, dans un trou préalablement percé ou alésé et débouchant : rainures de clavette, cannelures, profils polygonaux, dentures intérieures ;
- le brochage extérieur, sur des surfaces planes ou profilées : faces de pièces de moteurs, logements en pied de sapin des disques de turbine, encoches diverses ;
- le brochage rotatif, variante réalisée sur tour ou centre d'usinage, qui forme un six pans ou un profil creux peu profond, y compris dans un trou borgne.
Les pièces types
Le brochage se retrouve partout où une forme intérieure non circulaire doit être produite en nombre :
- moyeux de poulies, pignons et accouplements avec rainure de clavette ;
- moyeux cannelés de boîtes de vitesses et de transmissions ;
- douilles et clés à six pans ou à profil spécifique ;
- pièces d'armement, d'outillage et de serrurerie avec profils intérieurs précis ;
- disques de turbines dont les logements d'aubes sont brochés en extérieur.
Les rainures de clavette de dimensions normalisées sont le cas le plus courant en atelier. Des broches standard existent pour chaque largeur, utilisées avec une douille de guidage sur une simple presse. C'est pourquoi beaucoup d'ateliers d'usinage proposent le brochage de clavettes même en petite quantité.
Avantages et limites
Les avantages sont nets en série : temps de cycle très court, précision de forme et de position, bon état de surface, peu de savoir-faire opérateur une fois l'outil au point.
Les limites tiennent surtout à l'outil :
- une broche spécifique coûte cher et demande un délai de fabrication. Elle ne se justifie qu'en série ;
- le brochage intérieur exige un trou débouchant et une pièce assez rigide pour encaisser l'effort ;
- la longueur brochable est limitée par la course de la machine et la longueur de la broche ;
- le procédé s'applique avant traitement thermique, sur des matériaux usinables.
Les alternatives
| Procédé | Principe | Quand le préférer |
|---|---|---|
| Brochage | Outil multi-dents, une passe | Série, ou clavettes normalisées avec broche standard |
| Mortaisage | Outil à une arête, allers-retours successifs | Pièce unique, petite série, profil spécial sans broche, trou non débouchant avec dégagement |
| Électroérosion à fil | Fil électrode qui découpe par étincelage | Profil traversant précis, pièce déjà trempée, matériau difficile |
| Électroérosion par enfonçage | Électrode de forme qui s'enfonce | Profil au fond d'un trou borgne, matériaux durs |
| Fraisage | Fraise en rotation | Rainures et profils extérieurs, ou intérieurs accessibles |
Le mortaisage est l'alternative la plus directe. Une mortaiseuse, ou un centre d'usinage équipé d'une tête de mortaisage, fait aller et venir un outil à une seule arête. C'est lent, mais l'outil est simple et bon marché.
L'électroérosion permet de réaliser des profils impossibles autrement, dans des aciers trempés, avec une grande précision. Elle est plus lente et plus coûteuse à la pièce, mais n'a besoin d'aucun outil de forme pour le fil. La page électroérosion à fil et par enfonçage détaille le procédé.
Préparer la pièce pour le brochage
La qualité d'un brochage dépend beaucoup de la préparation. Le trou de départ doit avoir un diamètre précis, car la broche se guide dessus ; un perçage trop grand ou mal positionné décale le profil. La face d'entrée doit être plane et perpendiculaire à l'axe, pour que la pièce soit bien en appui pendant l'effort.
La matière compte aussi. Les aciers de décolletage et les aciers à l'état recuit ou normalisé se brochent facilement. Les inox austénitiques, plus collants, demandent des broches et des lubrifiants adaptés. Les alliages d'aluminium se brochent bien, à condition d'éviter le collage des copeaux sur les dents.
Enfin, pensez à la sortie. La broche laisse une légère bavure à la sortie du profil, qu'il faut prévoir d'ébavurer, et elle a besoin d'un espace libre derrière la pièce pour passer.
Ce qu'il faut préciser dans une demande
Pour qu'un atelier puisse choisir entre brochage, mortaisage ou électroérosion, donnez :
- la forme et les dimensions du profil, avec ses tolérances (par exemple une rainure de clavette selon une norme précise) ;
- la longueur à tailler et le caractère débouchant ou non ;
- la matière et son état, avant ou après traitement thermique ;
- la quantité, par lot et par an.
Le brochage s'inscrit dans une gamme d'usinage plus large ; la différence entre les opérations de base est expliquée dans l'article fraisage ou tournage. Pour trouver un atelier, parcourez les ateliers d'usinage mécanique référencés ou envoyez votre plan pour des devis.
Photos : Jason Nelson, cottonbro studio sur Pexels.
