Quel Foret Est : définition et fonction principale
Un foret est un outil de coupe monté dans une perceuse ou une perceuse à main qui enlève de la matière pour créer des trous cylindriques. Le foret tourne à grande vitesse tout en étant pressé axialement dans la pièce à usiner ; les arêtes de coupe à la pointe cisaillent le matériau, qui est simultanément évacué à travers des cannelures hélicoïdales le long du corps du foret. Le foret est distinct de la perceuse elle-même — la perceuse est la source d'énergie et le mécanisme de mouvement, tandis que le foret est l'élément de coupe interchangeable qui entre en contact et enlève la matière.
La géométrie fondamentale d'un foret implique trois caractéristiques essentielles : l'angle de la pointe à la pointe (qui détermine la façon dont le foret se centre et initie la coupe), l'angle d'hélice des cannelures (qui régit l'efficacité de l'évacuation des copeaux et l'agressivité de la coupe) et la géométrie de l'arête de coupe (qui définit la manière dont le matériau est cisaillé plutôt que déchiré). Ces trois paramètres, équilibrés différemment selon les types de forets, représentent la grande variété de conceptions de forets disponibles pour différents matériaux et applications.
Origines anciennes : le perçage avant les outils métalliques
L’acte de forer est antérieur de plusieurs dizaines de milliers d’années à l’histoire. Des preuves archéologiques montrent que les premiers humains utilisaient des pierres pointues, des éclats de silex et des os d'animaux pour percer des trous dans les coquillages, les bois de cervidés et les roches tendres dès Il y a 35 000 à 40 000 ans , principalement pour fabriquer des perles et des ornements. Il s'agissait d'outils rotatifs à la main : l'opérateur appuyait la pointe contre la surface et la faisait tourner entre ses paumes, en s'appuyant entièrement sur l'effort humain et l'action abrasive.
La perceuse à archet représenta la première avancée mécanique significative, apparaissant en Mésopotamie et en Égypte vers Il y a 6 000 à 7 000 ans . Une corde d'arc était enroulée autour d'un axe vertical ; tirer l'arc d'avant en arrière faisait tourner la broche rapidement dans des directions alternées, enfonçant une pointe de pierre ou de bois dur dans la pièce en dessous. Les perceuses à archet permettaient la construction de joints en bois, le perçage de perles de pierre pour les bijoux et, surtout, la production de feu par friction – le même outil servait à la fois à des fins de construction et de survie.
Les artisans égyptiens utilisaient dès le début des forets tubulaires en cuivre avec du sable abrasif. 3 000 avant notre ère au granit creux et au basalte pour les récipients et les éléments architecturaux. Les Égyptiens comprenaient que l'action de coupe provenait de l'abrasif et non du matériau de forage lui-même : le tube de cuivre appliquait simplement une pression et une rotation pendant que le sable humide broyait la pierre, un principe encore utilisé dans le carottage moderne avec un abrasif diamanté.
Développements médiévaux et premiers industriels
La perceuse à attelle — un outil à manivelle doté d'un cadre en forme de U qui permettait une rotation unidirectionnelle continue — est apparue dans le nord de l'Europe autour du 15ème siècle et représentait le premier outil capable d'effectuer un forage en rotation soutenu sans le mouvement de va-et-vient de la perceuse à archet. Les appareils orthodontiques utilisaient des embouts de cuillère interchangeables, puis des embouts à torsion, et sont restés des outils de travail du bois standard jusqu'au 20e siècle.
La révolution industrielle a transformé le forage d’une technique artisanale en un processus de fabrication de précision. L'introduction de machines-outils en fonte et en acier à la fin du XVIIIe siècle, il était possible de percer des trous à des diamètres et des profondeurs constants, condition préalable à la fabrication de pièces interchangeables qui sous-tenaient la production industrielle de masse. James Nasmyth et d'autres ingénieurs du XIXe siècle ont développé des perceuses à colonne avec avance mécanisée et contrôle de la vitesse, soulageant l'opérateur de la charge physique et permettant des résultats reproductibles.
La géométrie standard du foret hélicoïdal utilisée aujourd'hui dans pratiquement tous les forages de métaux a été brevetée par Ambrose Swasey et développée commercialement par Stephen Morse aux États-Unis. Les États-Unis dans les années 1860 . La conception à goujure hélicoïdale de Morse - toujours la géométrie dominante du foret 160 ans plus tard - offrait une évacuation des copeaux bien supérieure par rapport aux forets à cuillère et plats qui l'ont précédé, permettant des trous plus profonds à des vitesses d'avance plus élevées sans bourrage ni bourrage.
20e siècle : acier rapide, carbure et perceuses électriques
Le développement de acier rapide (HSS) au tournant du 20e siècle, c'est l'avancée la plus importante dans le domaine des forets depuis l'adoption de l'acier trempé. Le HSS – un alliage de fer, de tungstène, de chrome et de vanadium – conserve sa dureté à des températures allant jusqu'à environ 600 °C, contre environ 200 °C pour l'acier au carbone ordinaire. Cela a permis de percer à des vitesses de coupe deux à trois fois plus rapides qu'auparavant, augmentant ainsi considérablement la productivité de l'usinage dans les usines du début du XXe siècle.
Le carbure de tungstène cémenté, développé en Allemagne dans les années 1920 par Krupp, a introduit un matériau dont la dureté se rapproche de celle du diamant. Les forets à pointe de carbure et en carbure monobloc pouvaient usiner des aciers trempés, de la fonte et des composites abrasifs qui détruisaient rapidement les outils HSS. Dans les années 1950, les plaquettes indexables en carbure et les forets à pointe brasée étaient la norme dans l'usinage de haute production. Aujourd'hui, microforets en carbure monobloc d'un diamètre aussi petit que 0,1 mm sont monnaie courante dans la fabrication de PCB et la production de dispositifs médicaux de précision.
L'introduction de la perceuse électrique portative - lancée par Wilhelm Fein d'Allemagne en 1895 et rendu largement accessible par le modèle grand public de Black & Decker en 1916, a fait sortir la capacité de forage de l'atelier d'usinage, sur les chantiers de construction et dans les maisons. La perceuse sans fil, commercialisée à partir des années 1960 et transformée par la technologie des batteries lithium-ion dans les années 2000, a achevé la démocratisation du perçage, rendant la réalisation de trous de qualité professionnelle accessible à tout utilisateur.
Technologie moderne des forets et orientations actuelles
Le développement contemporain des forets se concentre sur les revêtements, l’optimisation de la géométrie et les matériaux spécialisés plutôt que sur les modifications fondamentales de la conception. Les revêtements de nitrure de titane (TiN), de nitrure de titane et d'aluminium (TiAlN) et de carbone de type diamant (DLC) appliqués par dépôt physique en phase vapeur (PVD) réduisent la friction, augmentent la dureté de la surface et prolongent la durée de vie de l'outil par des facteurs de 3× à 10× par rapport aux équivalents non revêtus dans des applications exigeantes.
Les forets en diamant polycristallin (PCD) représentent le plafond de performance actuel pour l'usinage des métaux non ferreux, utilisés dans l'usinage de l'aluminium aérospatial, des composites de fibre de carbone et du silicium où les exigences en matière de finition de surface et de durée de vie de l'outil dépassent ce que le carbure peut offrir. Pour la construction et la maçonnerie, la technologie du diamant polycristallin compact (PDC), développée à l'origine pour le forage rotatif pétrolier et gazier, a migré vers les forets à percussion pour le béton et la pierre, offrant une durée de vie considérablement plus longue que les inserts conventionnels en carbure de tungstène.
Enquête
