Le seul guide sur les tiges de forage dont vous aurez jamais besoin

La tige de forage est un terme courant dans les secteurs de la mécanique et de la fabrication. Les tiges de forage servent à fabriquer divers outils tels que des fraises, des outils pour travail à chaud, des pièces de machines, des poinçons, des limes et bien plus encore. Mais savons-nous comment choisir la bonne tige de forage pour nos besoins ?

Les tiges de forage se distinguent par leur ténacité, leur durabilité, leur résistance à la température et leurs applications. Face à une telle variété de nuances et de types de matériaux, comment s'assurer de choisir la bonne tige de forage ?

C'est là que nous intervenons : voici le seul guide dont vous aurez jamais besoin sur les tiges de forage, leurs usages et leurs applications. Ce guide convient aussi bien aux grands débutants qu'aux professionnels du secteur.

Voyons quelques-unes des questions les plus fréquentes sur le sujet des tiges de forage !

Qu'est-ce qu'une tige de forage ?

En termes simples, une tige de forage est une pièce d'acier allongée, en acier à outils facile à mouler, que vous pouvez usiner pour produire différents outils et pièces.

En règle générale, les tiges de forage sont rondes. Il en existe toutefois de carrées, comme les kellys carrés présentés ci-dessous. Les tiges de forage sont généralement assez tendres pour être usinées jusqu'à leur forme finale.

Les tiges de forage doivent présenter une surface propre et lisse. Pour les fabriquer ainsi, nous recourons habituellement à la rectification de précision.

À quoi sert une tige de forage ?

Les tiges de forage ont de nombreuses applications. Les producteurs les utilisent généralement pour fabriquer des forets, des arbres, des goupilles cylindriques, des alésoirs, des poinçons, des tarauds, des marteaux, des limes, des outils de coupe, des outils pour travail à chaud, etc.

Différentes nuances de tiges de forage conviennent mieux à des usages spécifiques. Par exemple :

• W1 convient aux outils pour travail à froid, aux outils à main, aux outils de coupe, aux poinçons, aux matrices, etc. ;
• la nuance O1 est idéale pour les poinçons, les matrices et les calibres ;
• A2 et D2 peuvent convenir aux fraises-mères, aux cylindres, aux molettes de moletage, aux matrices de frappe, aux poinçons, aux matrices, etc. ;
• la nuance S7 est parfaite pour les broches d'éjection, les chasses-clous, les estampilles, les préhenseurs, les outils de voie, les jeux de rivière, les mandrins, les coupe-tubes circulaires et bien plus encore ;
• H13 (ou V44) convient aux outils pour travail à chaud, aux moules plastiques, aux outils de fonderie sous pression, aux broches de noyau, aux éjecteurs et bien plus encore ;

Types de tiges de forage selon le procédé de fabrication

Selon le procédé de fabrication qu'elles subissent, il existe trois types de tiges de forage : à trempe à l'air, à trempe à l'eau et à trempe à l'huile. Chacune de ces tiges de forage a des usages et des applications variés. Expliquons brièvement chacun de ces procédés de fabrication et des tiges de forage correspondantes.

Trempe à l'air

Nous commençons par la catégorie la plus résistante d'acier à outils : la tige de forage à trempe à l'air. L'acier à trempe à l'air contient plus d'éléments d'alliage, ce qui le rend si dur et si résistant. Après traitement thermique, vous pouvez laisser les tiges de forage à trempe à l'air durcir à l'air calme.

Les tiges de forage à trempe à l'air offrent une usinabilité et une résistance à l'usure supérieures à celles des tiges à trempe à l'huile ou à l'eau. De plus, la trempe à l'air est plus sûre que la trempe à l'eau ou à l'huile en matière de déformation et de stabilité dimensionnelle.

Trempe à l'huile

Les tiges de forage à trempe à l'huile arrivent en deuxième position pour ce qui est de la dureté et de la durabilité. Bien que les tiges à trempe à l'huile contiennent moins d'éléments d'alliage que les tiges à trempe à l'air, elles en restent suffisamment riches pour supporter le soudage. En outre, l'acier à trempe à l'huile se prête bien à l'usinage.

Si vous ne savez pas ce que signifie le terme « trempe à l'huile », il désigne le fait de chauffer la tige jusqu'à ce qu'elle soit rouge incandescent, puis de la plonger dans un bain d'huile chaude. L'acier devient alors dur et prêt à être usiné ou soudé.

Trempe à l'eau

Et enfin, nous avons les tiges de forage à trempe à l'eau, qui présentent la plus faible teneur en éléments d'alliage mais sont excellentes pour l'usinage. Cependant, leur faible teneur en alliage signifie qu'elles ne conviennent pas structurellement au soudage.

Pour durcir une tige de forage à l'eau, on chauffe d'abord l'acier jusqu'à ce qu'il soit rouge incandescent, puis on le plonge dans un bain d'eau pour le refroidir. Une fois le métal durci, il peut être facilement usiné mais pas soudé. Les tiges de forage à trempe à l'eau servent généralement à fabriquer des limes ou des marteaux.

Types de tiges de forage selon les différents filetages

Nous pouvons classer les tiges de forage en trois types différents selon les filetages : les tiges de forage ordinaires, les tiges carrées d'entraînement et les tiges de forage lourdes.

La tige de forage ordinaire

La tige de forage ordinaire est facile à reconnaître, car elle constitue la partie centrale ou de base du train de tiges. En haut, la tige de forage ordinaire se raccorde à la tige carrée d'entraînement (décrite ci-dessous) et, en bas, elle est fixée à la masse-tige.

Lors du forage d'un trou, la tige de forage ordinaire sert à approfondir le trou, à transmettre le couple et à déplacer le foret de haut en bas.

La tige carrée d'entraînement

Comme indiqué ci-dessus, la tige carrée d'entraînement se situe à la partie supérieure du foret, où elle transmet le couple et supporte une partie du poids du foret. Le terme « tige carrée » vient du fait que ces pièces ont généralement une forme carrée.

• La partie d'entraînement – généralement carrée, mais pouvant être hexagonale ;
• Le raccord supérieur – filetage à gauche ;
• Le raccord inférieur – filetage à droite ;

La tige de forage lourde

Nous avons mentionné ci-dessus que la tige de forage de base se fixe à une masse-tige en bas. Entre ces deux pièces se trouve la tige de forage lourde. La tige de forage lourde (ou HWDP en abrégé) est la pièce de transition entre la tige de forage ordinaire et la masse-tige située en bas.

Le rôle de la tige de forage lourde est d'assurer le support et la stabilité du train de tiges et d'accroître sa résistance à l'usure.

En quoi sont fabriquées les tiges de forage ?

Une tige de forage peut être fabriquée à partir de différentes nuances et types d'acier à outils recuit. Le terme acier à outils englobe divers types d'aciers au carbone et alliés adaptés à la fabrication d'outils.

Nous produisons des tiges de forage en acier à outils en raison de leur dureté et de leur résistance aux chocs thermiques, à la déformation et à l'abrasion. De manière générale, ces aciers à outils sont très résistants à l'usure.

De nombreuses nuances d'acier à outils peuvent être utilisées pour fabriquer des tiges de forage : W1, O1, A2, D2, S7, M2 et V44. Chacune de ces nuances possède des caractéristiques et des propriétés distinctives qui la rendent supérieure pour une application spécifique. Selon le type, certains aciers à outils sont inoxydables, tandis que d'autres sont semi-inoxydables.

Quelle est la dureté d'une tige de forage ?

La dureté d'une tige de forage dépend de l'acier à outils utilisé pour sa fabrication. La dureté d'un matériau peut être déterminée et communiquée à l'aide de deux échelles différentes : l'échelle de dureté Brinell et l'échelle de dureté Rockwell.

Selon l'échelle de dureté Brinell, les aciers à outils doivent présenter une dureté comprise entre 207 et 341. Selon les mesures Rockwell, ces mêmes matériaux doivent se situer dans une plage comprise entre 96 et 110 Rb.

L'usinabilité d'une tige de forage est étroitement liée à sa dureté. Les différentes nuances d'acier à outils ont des aptitudes à l'usinage variables.

Par rapport à un acier à 1,0 % de carbone, voici l'aptitude à l'usinage des différentes nuances d'acier à outils :

Nuance d'acier à outils	Pourcentage d'usinabilité
W1	100 %
O1	95 %
A2	65 %
D2	50 %
S7	95 %
M2	65 %
H13	75 %

Procédés de fabrication des tiges de forage

De manière générale, il existe deux principaux types de fabrication de tiges de forage : la trempe à l'eau et la trempe à l'huile.

Pour fabriquer une tige de forage, l'acier à outils est d'abord chauffé jusqu'à devenir rouge incandescent. Une fois rouge, il doit être refroidi afin de durcir et de conserver sa forme. Ce refroidissement peut se faire en trempant la tige de forage dans l'eau ou dans de l'huile chaude. Voyons les différences entre ces deux procédés.

Fabrication de tiges de forage trempées à l'eau

Les tiges de forage trempées à l'eau sont exactement ce que leur nom indique : des tiges de forage durcies par immersion dans l'eau. D'abord, l'acier à outils est chauffé jusqu'à devenir rouge incandescent. Ensuite, il est plongé dans un bassin d'eau pour refroidir et durcir.

Une tige de forage trempée à l'eau est pauvre en éléments d'alliage, ce qui la rend idéale pour l'usinage, mais pas assez résistante pour le soudage. Les tiges de forage trempées à l'eau conviennent parfaitement à ceux qui recherchent des pièces et des outils bon marché et hautement usinables.

Fabrication de tiges de forage trempées à l'huile

Un procédé de fabrication par trempe à l'huile implique un acier ayant subi un traitement thermique, puis plongé dans de l'huile chaude pour refroidir.

Les tiges de perçage trempées à l'huile sont plus riches en alliages, ce qui les rend adaptées aussi bien à l'usinage qu'au soudage. En ce qui concerne leur dureté, les tiges trempées à l'huile se situent bien plus haut sur l'échelle. Grâce à leur ténacité, elles sont plus durables et résistantes aux températures extrêmes.

Quelle est la longueur d'une tige de perçage ?

La longueur moyenne d'une tige de perçage est de 3 pieds (36″) ou de 12 pieds (144″). Certains fabricants de tiges de perçage acceptent de couper les tiges de 12 pieds en deux tiges de 6 pieds, plus faciles à travailler et à manipuler.

Dans le système métrique, une tige de 36″ équivaut à 91,44 cm, et 144″ à 3,6 mètres.

Quelle est la rectitude d'une tige de perçage ?

En ce qui concerne la tolérance de rectitude d'une tige de perçage, on rencontre deux valeurs différentes : l'une en pouces, l'autre en millimètres.

Pour l'acier à outils recuit de 36, 72 ou 144 pouces de long, la tolérance est de +0/+0,125″, et la rectitude doit être de ±0,005″ max T.I.R. par 12″.

Les mesures en millimètres sont les suivantes :

• Une tolérance de -0,60/+2,60 mm ;
• Une rectitude de ±0,13 mm max T.I.R. par 300 mm ;

Une tige de perçage peut-elle être soudée ?

La réponse courte est oui : vous pouvez souder des tiges de perçage. Toutefois, gardez à l'esprit que le traitement thermique issu du processus de soudage va revenir sur l'acier à outils et le durcir. De ce fait, le matériau devient plus difficile à travailler et à manipuler.

Ainsi, lorsque vous soudez des tiges de perçage, appliquez toujours les meilleures pratiques de soudage afin d'éviter d'obtenir un matériau trop dur à manipuler.

De plus, la plupart des tiges de perçage trempées à l'huile et à l'air sont adaptées au soudage, contrairement à l'acier trempé à l'eau. Gardez cela à l'esprit lors de la préparation du processus de fabrication.

Quelle nuance d'acier est utilisée pour une tige de perçage ?

Plusieurs nuances d'acier à outils différentes peuvent être utilisées pour la fabrication de tiges de perçage : W1, O1, A2, D2, S7, M2 et V44. Voyons à quoi chacune convient le mieux.

Acier à outils W1

Nous avons choisi de parler d'abord de l'acier à outils W1 en raison de l'usage très répandu et du faible coût de ces tiges de perçage. Cependant, le prix bas s'accompagne d'une ténacité réduite de ce matériau. L'acier W1 contient moins d'alliages que l'acier trempé à l'air ou à l'huile. Moins d'alliages signifie que ce matériau est parfait pour l'usinage, mais pas assez dur pour le soudage.

Compte tenu de tout cela, nous recommandons les tiges de perçage W1 trempées à l'eau pour les applications qui n'exigent ni résistance ni dureté supplémentaires.

Acier à outils O1

L'acier à outils O1 présente une ténacité remarquable au regard de son prix modeste. Les fabricants utilisent souvent les tiges O1 comme remplacement supérieur des tiges W1 dans les applications exigeant davantage de ténacité et de résistance à l'usure.

Avec toutes leurs propriétés remarquables, ces tiges O1 offrent un excellent rapport qualité-prix. La teneur plus élevée en alliages de l'acier trempé à l'huile en fait une bien meilleure alternative à un acier à outils trempé à l'eau comme le W1.

Acier à outils A2

Les tiges A2 sont trempées à l'air, ce qui leur confère de bonnes aptitudes à l'usinage et au soudage. Les aciers à outils trempés à l'air acquièrent leur dureté par simple refroidissement à l'air calme. Comme il s'agit d'un acier allié au chrome de qualité supérieure, l'acier à outils A2 présente une trempe profonde, une résistance à la compression élevée et une stabilité exceptionnelle après trempe.

Comparé à l'O1, l'A2 peut servir de remplacement plus sophistiqué offrant davantage de résistance, de résistance à l'usure et de stabilité structurelle.

Acier à outils D2

L'acier à outils D2 est un matériau unique à forte teneur en carbone et en chrome. Les niveaux de chrome et de carbone sont plus élevés que dans l'acier A2, ce qui le rend plus durable et plus résistant à l'usure.

Sans surprise, les tiges D2 figurent généralement parmi les plus chères que l'on puisse trouver. Grâce à leur grande résistance et à leur longévité, vous pouvez utiliser les tiges D2 pour les lignes d'étirage et de forgeage.

Acier à outils S7

La tige S7 a une teneur en carbone inférieure à celle des autres types d'acier, ce qui la rend incroyablement résistante aux chocs. C'est pourquoi les tiges S7 sont aussi appelées tiges de perçage super résistantes aux chocs.

Lorsqu'on la traite thermiquement, la S7 atteint un niveau de dureté élevé. Nous utilisons généralement les tiges S7 pour les pièces devant résister à des chocs à très basse et à très haute température.

Acier à outils M2

La tige M2 est la nuance la plus largement utilisée pour la fabrication d'outils de coupe et d'autres forets. À ce titre, le M2 constitue en quelque sorte la référence pour l'acier à outils rapide.

Le M2 offre une excellente dureté et une grande résistance à l'usure. Par le passé, nous utilisions souvent le T1 pour les applications à grande vitesse. Cependant, grâce à ses caractéristiques et propriétés supérieures, le M2 a remplacé le T1 à grande échelle.

Acier à outils V44 (H13)

Le Viscount 44 est un acier entièrement préchauffé acier à outils H13. Le processus de pré-trempe du V44 le rend particulièrement adapté aux matrices de travail à chaud. En utilisant le V44, nous pouvons réduire le risque de déformation ou de variation dimensionnelle lors des traitements thermiques.

Les utilisations et applications les plus courantes du V44 comprennent les outils d'extrusion, les matrices de forgeage, les moules plastiques et de nombreux outils de travail à chaud différents.

Quelle est la dureté Rockwell d'une tige de forage ?

La dureté Rockwell est une échelle basée sur la dureté à la pénétration de différents matériaux. Différentes valeurs ont des codes lettre/chiffre variables selon leur niveau de dureté.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, nous fabriquons des tiges de forage en acier à outils recuit, dont la dureté Rockwell varie de 96Rb à 110Rb.

Type de matériau	Diamètre de précision	Dureté Brinell	Dureté Rockwell
Acier à outils	0,000″ – 0,124″	341	110Rb
Acier à outils	0,125″ – 0,249″	275	104Rb
Acier à outils	0,250″ – 0,875″	241	101Rb
Acier à outils	0,876″ +	207	96Rb

En résumé

Enfin et surtout, nous souhaitons revenir sur l'importance pour les tiges de forage de présenter des finitions de surface lisses, exemptes de toute erreur ou imperfection. Veillez également à utiliser un acier à outils de haute qualité. Vous pouvez y parvenir en collaborant avec un fabricant d'usinage de qualité et en communiquant vos exigences.

En somme, nous espérons sincèrement avoir réussi à vous expliquer ce qu'est une tige de forage, comment nous la produisons et ses différentes utilisations. Choisir la bonne nuance d'acier à outils selon l'application de la tige de forage est une compétence à cultiver. Avec ce guide de fabrication des tiges de forage, vous pouvez prendre une décision éclairée.