Comment choisir entre un mandrin à pinces et un mandrin à 3 mors pour le tournage de barres ?

Le travail sur barre échoue lorsque le mandrin et la matière ne correspondent pas. Les pièces glissent ou deviennent excentriques. La méthode de serrage détermine le résultat.

Un mandrin à pinces est le meilleur choix pour les barres étirées rondes dans une plage de diamètre restreinte. Un mandrin à 3 mors est préférable pour les billettes coupées à la scie et une large gamme de dimensions. Le type de contact, la concentricité, la capacité et la longueur de serrage déterminent le choix.

La distinction commence par la manière dont le mandrin entre en contact avec la barre. La zone de contact définit la façon dont la force de serrage est transmise à la pièce. Une prise sur tout le cercle et trois patins distincts ne chargent pas une barre de la même manière ; cette différence est donc primordiale.

Quelles sont les différences de contact de serrage entre un mandrin à pinces et un mandrin à 3 mors ?

Le contact de serrage semble être un détail mineur. Un mauvais contact marque les parois fines et désaxe la barre. Le type de contact est le premier point de distinction.

Une pince élastique saisit la barre sur tout son cercle. Un mandrin à 3 mors saisit en trois points distincts ou petits patins. Le contact sur tout le cercle répartit la charge. Le contact en trois points concentre la charge.

Contact circulaire complet

Une pince élastique est logée dans un siège conique. La force de traction tire la pince dans le cône. Le cône referme l'alésage sur la barre. L'alésage établit alors un contact circulaire complet avec le diamètre extérieur. La force de serrage est répartie sur la circonférence. Le chargement reste symétrique. L'écrasement local sur les parois fines reste faible. Le positionnement et le serrage sont effectués simultanément.

Contact des mors en trois points

Un mandrin à 3 mors déplace trois mors sur une trajectoire radiale. Chaque mors rencontre la barre en un point ou sur un petit patin. Les mors s'auto-centrent toujours. La force ne forme pas un anneau fermé. Les matériaux tendres et les tubes à paroi mince peuvent se déformer au niveau des trois patins. Un atelier qui a besoin d'usiner des barres carrées ou irrégulières a toujours besoin d'un mandrin à mors. Le guide sur les mandrins à 3 ou 4 mors couvre ce choix du nombre de mors. Le type de contact est le sujet ici.

Ce que le type de contact modifie sur la machine

Le contact circulaire complet favorise le centrage. Le contact en trois points permet une large gamme de diamètres. Un changement de pince peut prendre 15 à 20 secondes. Un changement de mors sur un mandrin standard à 3 mors peut prendre 15 à 20 minutes. Un jeu de pinces est également plus léger. Une vitesse de broche élevée a donc moins d'impact sur la prise. Un mandrin à 3 mors lourd accélère plus lentement. La force centrifuge peut relâcher les mors et affaiblir la force de serrage.

Objet	Pince élastique	Mandrin à 3 mors
Contact	Surface circulaire complète	Trois points ou petits patins
Force répartie	Uniforme autour du diamètre	Concentré sur trois patins
Risque de paroi mince	Écrasement local plus faible	Bosselage local plus élevé
Changement de configuration	Environ 15 à 20 secondes	Environ 15 à 20 minutes pour les mors
Prise à haut régime	Plus stable	Les mors peuvent s'évaser vers l'extérieur

Pourquoi un mandrin à pinces est-il généralement plus concentrique sur les barres étirées ?

La barre étirée peut encore présenter un faux-rond. La matière et le mandrin doivent tous deux être ronds. La concentricité provient de cette correspondance.

Un mandrin à pince fonctionne généralement de manière plus concentrique sur une barre étirée à froid car la barre est ronde et droite, et la pince se centre sur le diamètre complet. La précision de répétabilité peut atteindre 0,0005 pouce TIR ou mieux.

Pourquoi la barre étirée est suffisamment ronde pour une pince

L'étirage à froid tire la barre à travers des filières à température ambiante. La tolérance de diamètre peut être maintenue dans une plage h7. L'état de surface est plus propre que celui d'une barre laminée à chaud. La rectitude est également meilleure. La barre est déjà ronde, donc le centre de rotation est stable après le serrage. Cette qualité de matière constitue la première moitié de la concentricité.

Pourquoi la pince ajoute un centrage

Une pince à ressort est un dispositif autocentreur. Le cône se contracte de manière uniforme. La force s'exerce sur toute la circonférence. Le positionnement et le serrage s'effectuent simultanément. Un mandrin à 3 mors applique une force sur trois patins. La précision de répétabilité pour une pince à ressort peut atteindre 0,0005 pouce TIR ou mieux. Un mandrin à 3 mors avec des mors doux se situe souvent dans la plage de 0,0006 à 0,0012 pouce TIR. Le type d'actionnement est un choix distinct. Le guide des mandrins pneumatiques par rapport aux mandrins hydrauliques couvre la puissance de serrage, pas cet anneau de contact.

Quand la correspondance échoue

L'alésage de la pince est de taille fixe. Le diamètre de la barre doit se situer dans cette plage. Une barre pliée ou une variation importante de diamètre peut se coincer ou se serrer d'un seul côté. Une barre laminée à chaud avec du calaminage et de l'ovalisation contrarie la pince. Une barre étirée combinée à une pince à cercle complet est le duo qui maintient la concentricité.

Facteur	Barre étirée à froid + pince	Barre ovale ou laminée à chaud + 3 mors
Consistance du diamètre	Souvent classe h7	Plus grand balancement
Rectitude	Meilleur à l'état étiré	Pire si plié
Géométrie de serrage	Alésage plein cercle	Trois patins
Faux-rond total (TIR) typique de répétabilité	0,0005 po ou mieux	Environ 0,0006–0,0012 po avec mors doux
Risque	Blocage si la taille est incorrecte	Bossage et faux-rond local

Comment la capacité de la pince limite-t-elle la plage de diamètre de la barre par rapport à un mandrin à 3 mors ?

Une pince de serrage couvre une plage de taille étroite. Un changement de diamètre nécessite souvent une nouvelle pince. La capacité est la limite cachée.

Un mandrin à 3 mors couvre une large plage de diamètres. Une pince de serrage élastique couvre une bande étroite, souvent inférieure à 3 pouces (76 mm). Les pinces ER courantes plafonnent vers 36 mm. Les barres de grand diamètre privilégient un mandrin à 3 mors.

Pourquoi chaque pince a une plage étroite

Un mandrin à 3 mors déplace les mors sur un colimaçon ou des coins. Un seul mandrin couvre les tiges fines et les ébauches plus grandes. Une pince élastique utilise une fermeture par élasticité. Chaque pince correspond à un diamètre étroit. Une nouvelle taille de barre nécessite souvent une nouvelle pince. Le travail de barre de petit diamètre, à haut volume et haute précision, correspond à ce modèle. Les diamètres mixtes s'y opposent.

Limites de diamètre typiques

Les pinces élastiques conviennent aux pièces de petite à moyenne taille, souvent inférieures à 3 pouces (environ 76 mm). La prise diminue en dehors de cette plage. Les pinces ER courantes vont d'environ 1 mm à 36 mm. Un jeu ER25 s'arrête souvent à 16 mm. Un jeu ER50 peut atteindre 36 mm. Selon les normes JB/T 5556, les pinces Q1, Q2 et Q3 couvrent respectivement 3–10 mm, 6–20 mm et 10–25 mm. Un mandrin hydraulique à 3 mors sur roulements à rouleaux peut déjà rencontrer des difficultés au-delà de 45 mm. Les barres de grande dimension sont donc une tâche pour un mandrin, et non pour une pince.

Espace axial et pièces longues

Un mandrin à pince occupe également de l'espace axial. La course de l'axe Z peut être réduite. Les pièces longues peuvent être plus faciles à usiner dans un mandrin à 3 mors. La face du mors et le type de mors restent importants sur ce mandrin. Le guide sur les mors durs versus mors doux traite de l'ébauche lors de la première opération par rapport aux diamètres finis.

Bridage de la pièce	Plage de barre typique	Changement de taille	Note sur les pièces longues
Pince ER25	Jusqu'à environ 16 mm	Nouvelle pince	Encombrement axial supplémentaire
Pince de serrage ER50	Jusqu'à environ 36 mm	Nouvelle pince	Encombrement axial supplémentaire
Q1 / Q2 / Q3 (JB/T 5556)	3–10 / 6–20 / 10–25 mm	Nouvelle pince	Encombrement axial supplémentaire
Gamme de pinces de serrage à ressort standard	Souvent en dessous de 76 mm	Nouvelle pince	Peut réduire la course de l'axe Z
Mandrin à 3 mors	De la tige fine aux ébauches plus grandes	Course de mors	Empilement axial réduit

Que se passe-t-il au niveau de la force de poussée de la barre lorsque la longueur de serrage de la pince est trop courte ?

Une prise courte semble convenir lors du réglage. La force de coupe axiale pousse alors la barre. Un glissement ruine la dimension et peut endommager l'outil.

La capacité de force de poussée diminue lorsque la longueur de serrage de la pince est trop courte, car la surface de contact et la friction diminuent. La barre peut glisser ou être extraite. Visez une longueur de serrage de 1,5 à 2 fois le diamètre de la barre.

Pourquoi une prise courte perd en maintien axial

La limite de la force de poussée est environ égale à la force de serrage multipliée par le coefficient de friction et la surface de contact effective. La longueur de serrage diminue, donc la surface de contact diminue, et la limite de friction chute. La poussée de coupe ou l'avance de la barre peut alors dépasser cette limite. La barre glisse, se rétracte ou est extraite. La dimension et la sécurité sont toutes deux compromises.

Rigidité lors de la coupe

Une prise courte réduit également la rigidité du support dans la zone de coupe. La barre agit comme un outil avec un porte-à-faux supplémentaire. Le recul de l'outil, les vibrations et les erreurs dimensionnelles augmentent. La concentricité de la pince nécessite toujours une insertion suffisante. L'huile ou l'usure de l'alésage réduisent encore davantage la friction. Travailler avec une prise courte sur une pince sale ou usée est une mauvaise combinaison.

Règles pratiques de serrage

La longueur de serrage doit être de 1,5 à 2 fois le diamètre de la barre, car cette plage maintient la surface de contact dans une zone sûre. Le manuel de la machine peut indiquer une autre valeur. Une barre mince peut également nécessiter une lunette. Un serrage court imposé signifie une profondeur de coupe et une avance plus faibles, ainsi qu'un réglage de serrage plus élevé. Les alésages de pince sales ou usés ne devraient pas être utilisés pour des travaux nécessitant une prise courte.

Condition	Ce qui diminue	Action d'atelier
Prise plus courte qu'environ 1,5–2 × le diamètre	Surface de contact et limite de friction	Augmenter l'engagement
Huile ou usure dans l'alésage	Coefficient de friction	Nettoyer ou remplacer la pince de serrage
Barre élancée dans la coupe	Rigidité du support	Ajouter une lunette et réduire la profondeur de coupe
Prise courte forcée	Push-out resistance	Lower depth of cut and feed, raise clamp

Conclusion

Use a collet for round drawn bar in a tight size band. Use a 3-jaw chuck for wide diameters and saw-cut stock. Keep grip length long enough to resist push-out.