État de surface : la ligne la moins chère à écrire et la plus chère à tenir
Ra 0,8 µm s’écrit en quelques caractères sur un plan et peut augmenter de moitié le prix d’une pièce en alliage de nickel. C’est le surcoût évitable le plus fréquent sur les plans que nous voyons, devant la tolérance et loin devant le choix de la matière.
Ce que coûte chaque état de surface
En ordre de grandeur, toutes choses égales par ailleurs, sur du titane ou un superalliage de nickel :
| Ra | Comment l’obtenir | Coût relatif |
|---|---|---|
| 6,3 µm | Brut de fraisage, passe d’ébauche seule | 0,8× |
| 3,2 µm | Passe de finition normale | 1,0× référence |
| 1,6 µm | Finition soignée, outils affûtés | 1,1–1,3× |
| 0,8 µm | Passe de finition fine, usure d’outil maîtrisée | 1,4–1,8× |
| 0,4 µm | Passes très légères, ou rectification | 2–3× |
| 0,2 µm | Rectification | 3–5× |
| 0,05 µm | Rodage ou polissage | 5–10× |
Les paliers ne sont pas linéaires, et le passage de 0,8 à 0,4 est généralement le moment où il faut changer de procédé, et pas seulement ralentir.
Sur les alliages qui s’écrouissent, il existe une seconde pénalité. Obtenir une finition fine suppose des passes légères, et des passes légères dans un alliage de nickel risquent de brunir la surface au lieu de la couper, ce qui la durcit et dégrade l’état de surface : voir l’écrouissage des superalliages. Une finition fine sur de l’Inconel n’est donc pas seulement plus lente ; elle est techniquement plus difficile à obtenir de manière régulière, et cette incertitude se paie.
Ce que chaque procédé permet d’atteindre
| Procédé | Plage de Ra réaliste |
|---|---|
| Fraisage, ébauche | 3,2–12,5 µm |
| Fraisage, finition | 0,8–3,2 µm |
| Tournage, finition | 0,4–1,6 µm |
| Tournage dur, CBN | 0,2–0,8 µm |
| Alésage à l’alésoir | 0,8–1,6 µm |
| Rectification cylindrique | 0,1–0,8 µm |
| Rectification plane | 0,2–1,6 µm |
| Pierrage | 0,05–0,4 µm |
| Rodage / polissage | 0,012–0,1 µm |
| Électroérosion à fil | 0,8–3,2 µm |
À effort égal, le tournage atteint des états de surface plus fins que le fraisage, car l’outil reste en contact continu au lieu de laisser des crêtes à chaque passage. Si un élément peut être tourné plutôt que fraisé, son état de surface coûte moins cher.
L’erreur : une indication générale
Un cartouche qui indique « toutes surfaces Ra 0,8 µm sauf indication contraire » impose une finition fine sur chaque face de la pièce, y compris l’arrière, les côtés, les surfaces de bridage et les éléments que personne ne touchera jamais.
Sur un boîtier prismatique en titane de vingt faces, cela peut représenter une douzaine de passes de finition inutiles. La pièce fonctionne exactement de la même façon avec Ra 3,2 µm sur dix-huit d’entre elles.
Écrivez-le dans l’autre sens : une indication générale grossière, et des finitions fines marquées sur les faces qui en ont besoin. La valeur par défaut doit être ce qui est bon marché, l’exception ce qui est cher.
Là où une finition fine justifie son coût
Surfaces d’étanchéité. Les gorges de joints toriques et les faces de joints plats ont de vraies exigences d’état de surface, généralement définies dans une norme publiée par le fabricant du joint. Utilisez cette valeur, pas une estimation.
Surfaces de glissement et de palier. Là où un arbre tourne dans un alésage ou une face frotte contre une autre.
Surfaces critiques en fatigue. La rugosité concentre les contraintes. Sur une pièce en titane soumise à des charges cycliques, c’est une véritable exigence d’ingénierie, pas une exigence esthétique, et c’est aussi là que l’intégrité de surface compte, pas seulement la rugosité.
Surfaces critiques pour la corrosion. Une surface rugueuse sur une pièce en duplex ou en alliage de nickel retient les dépôts et amorce la corrosion par piqûres.
Tout ce qui reçoit un revêtement. La plupart des revêtements spécifient un état de surface du substrat.
Surfaces esthétiques visibles, si la pièce est vue ; mais écrivez « esthétique » pour que l’atelier sache que le résultat peut être obtenu par finition plutôt que par usinage.
Ce qu’il faut spécifier au-delà du Ra
Le Ra est une moyenne, et deux surfaces de même Ra peuvent se comporter très différemment. Pour les surfaces critiques, envisagez :
Rz : la hauteur moyenne pic-creux. Il détecte mieux que le Ra les rayures profondes isolées, qui sont généralement la cause des fuites d’un joint.
L’orientation des stries. Des stries circonférentielles ou axiales comptent pour l’étanchéité et pour la fatigue. Spécifiez-les là où elles comptent.
L’intégrité de surface. Sur des pièces en superalliage tournées dur ou fortement usinées, l’état sous la surface peut compter davantage que la rugosité. Si une couche blanche ou des contraintes résiduelles de traction posent problème, dites-le, et précisez comment ce sera vérifié. Tournage dur ou rectification traite du risque de couche blanche.
Une rédaction de plan pratique
État de surface général : Ra 3,2 µm. Alésage Ø40 H7 et face A : Ra 0,8 µm, stries circonférentielles. Gorge de joint torique selon plan du fournisseur du joint, Ra 0,4 µm, Rz 3,2 µm max. Autres surfaces : brutes d’usinage.
Quatre lignes, et la pièce coûte ce qu’elle doit coûter. Comparez avec un Ra 0,8 µm général unique, qui coûte plus cher et communique moins.
Référence : rugosité de surface (en anglais).
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