L’usinage de mors doux en place sur mandrin de tour conditionne directement la précision, la répétabilité et la productivité d’une cellule de tournage CNC. Un jeu de mors mal préparé peut dégrader la concentricité de plus de 5/100 mm, alors qu’un usinage optimisé descend régulièrement sous les 5 µm sur mandrin de qualité. Pour vous, programmeur CN, régleur ou responsable d’atelier, la maîtrise de cette opération devient un levier concret pour réduire les rebuts, sécuriser les reprises et exploiter pleinement le potentiel des broches à haute vitesse.
Les demandes de serrage complexes augmentent avec la montée en puissance des pièces minces, des tubes et des brides exigeant un centrage répété et non déformant. Dans ce contexte, les mors doux deviennent un consommable stratégique au même titre que les plaquettes ou les outils de perçage. Bien choisis, bien usinés et bien entretenus, ils transforment un montage instable en un process robuste et reproductible, même sur de longues séries. La différence se mesure immédiatement sur vos temps de réglage, vos indices Cp/Cpk et la stabilité des cotes de reprise.
Définition des mors doux et différences avec mors durs en tournage CNC
Les mors doux sont des mors de serrage en acier non traité ou faiblement allié, destinés à être usinés à la demande pour épouser la forme des pièces à reprendre. Ils se montent sur des semelles intermédiaires standardisées et se surfacent directement sur le tour, sous la même condition de serrage que la production. À l’inverse, les mors durs sont trempés, rectifiés, non usinables et limités à des profils standard, souvent en dents ou V. Cette capacité de personnalisation fait du mors doux un véritable « outil de serrage », ajusté à chaque série.
Dans un montage en l’air, le mors doux permet de créer une portée circulaire ou spécifique qui assure un appui continu, ce qui diminue fortement les marquages et les déformations. Sur des pièces fines, un mordache de grande largeur, enveloppant, remplace avantageusement un serrage ponctuel trop agressif. Les fabricants de mandrins comme SMW Autoblok, Kitagawa ou Forkardt intègrent d’ailleurs cette logique dans leurs systèmes, avec des gammes complètes de semelles et accessoires dédiés aux mors doux. Pour un atelier qui vise la précision, la question n’est donc pas « mors durs ou mors doux ? », mais plutôt « à quel moment basculer sur du mors doux pour sécuriser la reprise ? »
Dans plus de 70 % des cas de reprises concentriques exigeantes, le recours à des mors doux usinés en place permet de diviser par deux les dispersions de diamètre mesurées sur les pièces finies.
Cette différence vient essentiellement de la suppression des cumuls d’erreurs : jeu de mandrin, tolérances de mors, défauts de nez de broche. Le mors doux usiné en condition de serrage réelle compense naturellement ces écarts et recentre la zone de prise sur l’axe cinématique réel de la machine. Cette approche explique pourquoi la quasi-totalité des ateliers de production en grande série, en automobile ou en aéronautique, structurent des process systématiques d’usinage de mors doux pour chaque référence critique.
Choix de la matière pour l’usinage des mors doux (C45, 42CrMo4, acier de cémentation)
Le choix du matériau conditionne directement la durée de vie de vos mors doux et la qualité du serrage. Les nuances les plus fréquentes restent le C45 (ou 1.0503), le 42CrMo4 (1.7225) et différents aciers de cémentation comme le 16MnCr5. Le C45 convient parfaitement pour des mors doux génériques, non trempés, destinés à des séries moyennes et à des efforts de serrage modérés. Il s’usine facilement, tient bien la cote et offre un bon compromis entre rigidité et coût. Sur des cadences élevées ou des matières abrasives, sa résistance à l’usure peut cependant devenir limitée.
Pour des applications plus sévères, le 42CrMo4 apporte une meilleure résistance mécanique et une usure plus lente des portées de serrage, même sans traitement thermique. Sur des séries très longues, un traitement de revenu ou de trempe superficielle permet d’augmenter sensiblement la durée de vie, tout en conservant la possibilité d’une légère ré-optimisation d’usinage. Les aciers de cémentation s’imposent quant à eux lorsque vous recherchez une couche dure en surface avec un cœur tenace, par exemple pour des mors crénelés destinés à de fortes tractions axiales.
Un point souvent sous-estimé concerne l’utilisation de rondelles ou d’inserts en bronze ou en aluminium, comme décrit dans les méthodes traditionnelles d’usinage de mors doux circulaires. Pour des pièces délicates, ces inserts sacrifiables évitent le marquage tout en restant économiques et rapidement remplaçables. Une analogie simple : considérez le mors doux comme une chaussure de sécurité, et l’insert comme une semelle interne adaptée à chaque terrain. Dans les deux cas, l’objectif reste un appui ferme, confortable et répétable, sans abîmer ce que vous protégez.
Préparation du mandrin de tour pour l’usinage en place des mors doux
Contrôle du mandrin (SMW autoblok, kitagawa, forkardt) avant montage des mors doux
Avant toute opération d’usinage en place des mors doux, le contrôle mécanique du mandrin constitue une étape clé. Sur un mandrin hydraulique SMW Autoblok, Kitagawa ou Forkardt, un contrôle annuel de la force de serrage et de l’état des coulisses est aujourd’hui recommandé par la plupart des constructeurs. Une mesure de la force effective de serrage, par exemple avec un dynamomètre de mors, permet de comparer la valeur mesurée aux spécifications constructeur ; un écart de plus de 20 % signale souvent une usure ou un défaut de lubrification interne.
Un palpage simple des coulisses à la main, machine arrêtée, permet de sentir d’éventuels points durs ou jeux excessifs. Sur des lignes de production exigeantes, certains ateliers vont plus loin en réalisant un contrôle périodique de la répétabilité de serrage : une bague étalon est serrée et desserrée une centaine de fois, puis le faux-rond est mesuré au comparateur. Une dérive au-delà de 10 µm après ce test accéléré doit alerter sur l’état du mandrin. Pourquoi usiner des mors doux de précision sur un support mécaniquement instable ?
Nettoyage, repérage et orientation des mors doux sur mandrin 3 mors ou 6 mors
La préparation des semelles et des mors doux commence par un nettoyage méticuleux des rainures et des dentures. Les copeaux compactés dans les coulisses provoquent des défauts de position, parfois invisibles à l’œil nu mais mesurables au micromètre. Un soufflage à l’air comprimé, complété par un nettoyage au pinceau et chiffon non pelucheux, limite ces risques. Sur mandrin à 3 mors, le repérage de la position 1 est crucial, surtout pour les mandrins à spirale, afin de garantir une remontabilité identique lors des futurs changements de mors.
Pour les mors doux eux-mêmes, un marquage clair (par gravure ou marquage poinçon) indiquant le numéro de mors, la référence pièce et éventuellement la plage de diamètres serrables facilite la traçabilité en atelier. Sur un mandrin 6 mors, l’orientation des couples de mors opposés doit rester cohérente : inverser une paire peut dégrader la concentricité de reprise. Un simple schéma de montage affiché sur la machine ou dans le dossier numérique de réglage réduit fortement ce type d’erreur humaine, très courant dans les ateliers à forte rotation de séries.
Réglage du piston de serrage hydraulique ou pneumatique avant usinage
Le réglage de la pression hydraulique ou pneumatique avant l’usinage des mors doux influence directement la géométrie obtenue. L’objectif consiste à reproduire la pression de serrage effective de la production, voire à l’augmenter légèrement pour compenser les déformations sous effort de coupe. Une bonne pratique consiste à documenter, pour chaque référence, la pression de serrage nominale et la course de piston utilisées, puis de reproduire ces paramètres pour l’usinage en place des mors.
Sur des machines récentes, des fonctions de contrôle de pression et de course intégrées à la CN (Fanuc, Siemens, Heidenhain) permettent de paramétrer des valeurs spécifiques pour les phases « usinage mors doux » et « production ». En pratique, la plupart des ateliers constatent une amélioration de 30 à 40 % de la répétabilité de concentricité lorsqu’ils alignent précisément la pression d’usinage des mors sur la pression de production, au lieu d’utiliser une valeur arbitraire ou trop faible par sécurité.
Vérification du voile et du faux-rond du nez de broche (DIN 55026, ASA)
La précision de l’usinage des mors doux reste limitée par les défauts du nez de broche et de l’interface mandrin. Un contrôle périodique du voile axial et du faux-rond radial, selon les normes DIN 55026 ou ASA, permet de s’assurer que la broche reste dans les tolérances du constructeur. Sur une machine en bon état, un faux-rond de nez de broche inférieur à 2 µm et un voile axial inférieur à 3 µm constituent des valeurs courantes sur broches de précision.
La méthode la plus simple consiste à monter une pastille étalon sur l’interface mandrin ou directement sur le nez de broche, puis à balayer la surface au comparateur à cadran. Si les valeurs sortent des tolérances, la correction ne passe pas par l’usinage de mors doux mais par une intervention de maintenance : resserrage de mandrin, nettoyage des surfaces de contact, voire réusinage ou remplacement de l’interface. Usiner des mors doux sur une broche « malade », c’est un peu comme régler un instrument de mesure sur une table bancale : quel que soit le soin apporté, la base reste fausse.
Méthode d’usinage en place des mors doux pour reprise concentrique
Sur-serrage avec bague ou rond de précontrainte pour simulation de charge
L’usinage des mors doux impose de simuler au mieux la condition réelle de serrage des pièces. L’utilisation d’une bague de précontrainte ou d’un rond étalon légèrement plus grand que le diamètre cible permet de créer un sur-serrage contrôlé. Cette technique tient compte de l’élasticité du mandrin, des mors et parfois de la pièce elle-même. Par exemple, pour une reprise cible à Ø 80 mm, certains régleurs utilisent une bague de Ø 80,2 à 80,5 mm afin de générer un effort radial équivalent ou légèrement supérieur à celui de la série.
Cette précontrainte a deux avantages principaux : elle stabilise la position des mors pendant l’usinage et elle préfigure la déformation qu’ils subiront en production. La bague peut être réalisée en acier, en fonte ou même en aluminium pour limiter le coût, l’essentiel étant sa concentricité et sa stabilité dimensionnelle. Un marquage du diamètre réel de la bague, vérifié au palmer, évite les interprétations approximatives et assure une cohérence d’un régleur à l’autre, même sur plusieurs équipes.
Choix des paramètres de coupe (vc, f, ap) pour l’usinage des mors doux en acier
Les paramètres de coupe pour l’usinage de mors doux restent proches de ceux utilisés pour un usinage d’acier faiblement allié. Toutefois, le montage instable et le serrage indirect imposent de privilégier la sécurité et la stabilité à la productivité pure. Une vitesse de coupe Vc comprise entre 120 et 180 m/min, une avance f entre 0,08 et 0,18 mm/tr et une profondeur de passe ap de 0,5 à 1,5 mm constituent une base fiable pour la plupart des configurations.
Sur des mors très enveloppants ou des portes-à-faux importants, une réduction de 20 à 30 % de la Vc diminue les vibrations et améliore l’état de surface. L’utilisation d’outils carbure à géométrie positive, avec brise-copeaux adapté aux faibles profondeurs de passe, limite le risque de copeaux longs pouvant s’enrouler autour des mors et altérer la géométrie. Certains ateliers adoptent même une approche en deux temps : une première passe de dégrossissage, puis une finition à faible avance (0,05 mm/tr) pour garantir une circularité optimale de la portée.
Usinage du diamètre de prise en mors doux pour pièces de reprise (arbre, bague)
L’usinage proprement dit du diamètre de prise vise à créer une portée parfaitement concentrique au mouvement de broche réel, sous la pression de serrage de production. Pour une pièce de type arbre, la prise se fait généralement sur un diamètre plein, avec une longueur de portée de 1 à 1,5 fois le diamètre serré. Cette règle empirique assure un compromis satisfaisant entre rigidité et limitation du risque de coincement lors du chargement automatisé, notamment avec des robots ou des chargeurs barres.
Pour des bagues ou des pièces à alésage, la logique s’inverse : les mors doux sont usinés en forme de bossages intérieurs ou d’épaulements, qui viennent plaquer la face de la pièce tout en centrant par l’alésage. Les méthodes traditionnelles décrivant l’usinage d’étoiles à trois points restent encore très utilisées, notamment en petite série, car elles permettent d’obtenir rapidement des portées internes répétables. La clé reste toujours l’alignement de la condition de serrage entre phase d’usinage des mors et phase de production.
Contrôle dimensionnel au palmer et comparateur après usinage des portées
Une fois l’usinage des portées de mors doux terminé, le contrôle dimensionnel immédiat évite des dérives coûteuses sur la série. Un micromètre extérieur ou un palmer 3 touches permet de vérifier le diamètre obtenu sur une bague test. Pour un diamètre nominal de 50 mm, une tolérance interne de mors de ±0,01 mm est généralement suffisante pour des pièces de tolérance IT7 à IT9. Pour des pièces de classe IT6 et mieux, la plage d’écart de diamètre de mors ne devrait pas dépasser ±0,005 mm.
Le contrôle au comparateur, en rotation lente de broche, donne la mesure du faux-rond global de l’ensemble nez de broche + mandrin + mors doux. Un faux-rond inférieur à 10 µm est courant sur des machines de qualité avec mandrin en bon état ; les cellules très exigeantes visent souvent moins de 5 µm. Si le défaut dépasse les objectifs, la recherche de cause doit suivre une logique : propreté des surfaces, position des mors, pression de serrage, puis seulement remise en cause de l’usinage lui-même.
Optimisation de la géométrie de contact (portée pleine, trois points, V) selon la pièce
La forme de la portée de mors doux influence autant la qualité de serrage que le diamètre lui-même. Pour des pièces courtes et rigides, une portée pleine sur 120° par mors assure un bon maintien et une excellente coaxialité. Sur des pièces longues ou légèrement cintrées, une portée à trois points limite les surcontraintes et tolère mieux de légers défauts de rectitude. La géométrie en V s’impose souvent sur des pièces hexagonales ou pour centrer des arbres avec méplats.
Une analogie simple aide à trancher : la portée pleine s’apparente à une chaussure de randonnée bien serrée, qui maintient le pied sur toute sa surface, alors que la portée en trois points ressemble davantage à un trépied photo, très stable mais avec des points de contact localisés. Dans les deux cas, la stabilité vient de la forme autant que du serrage. Pour chaque nouvelle référence, une réflexion rapide sur la géométrie optimale de contact réduit souvent les non-conformités liées à la déformation ou au glissement de la pièce sous effort de coupe.
Méthodes spécifiques d’usinage des mors doux pour pièces fines, tubes et brides
Usinage de mors doux enveloppants pour tubes minces et pièces à paroi fine
Les pièces à paroi mince constituent l’un des plus grands défis du serrage en tournage CNC. Un tube serré en mors durs classiques se déforme, créant un effet de « trilobage » du diamètre, parfois supérieur à 0,05 mm sur des épaisseurs faibles. L’usinage de mors doux enveloppants, couvrant une grande partie de la circonférence, répartit l’effort de serrage et réduit les ovalisations. Plus la surface de contact est grande, plus la pression ponctuelle diminue, ce qui permet de travailler à pression modérée tout en conservant un bon maintien.
Dans la pratique, des ateliers spécialisés dans les pièces minces rapportent une réduction des déformations de plus de 60 % en passant d’un serrage classique à trois bandes à un serrage enveloppant usiné sur mesure. L’utilisation de rondelles en aluminium ou en bronze, décrite dans les méthodes traditionnelles de rondelles interchangeables, renforce encore cette protection pour les surfaces sensibles. Pour des tubes très minces, le serrage externe peut même être remplacé par un serrage interne par expansion, combiné à des mors de soutien externes usinés dans les mors doux.
Réalisation de mors doux étagés pour séries de diamètres différents
Pour des séries de diamètres proches, les mors doux étagés offrent une solution très efficace. Au lieu de dédier un jeu complet de mors à chaque diamètre, un même jeu reçoit plusieurs portées usinées à des diamètres croissants : Ø 40, Ø 50, Ø 60, par exemple. Chaque portée couvre une plage réduite (±0,2 mm) mais permet de regrouper plusieurs références de pièces. Ce concept améliore fortement la flexibilité en atelier et réduit le temps passé à monter/démonter des mors.
Le principal point de vigilance concerne la rigidité résiduelle du mors : multiplier les étages réduit localement la section et donc la capacité à encaisser de fortes forces de serrage. Un design raisonnable se limite souvent à 2 ou 3 diamètres par jeu de mors doux, au-delà le compromis rigidité / polyvalence devient défavorable. Un contrôle régulier de la géométrie des étages, notamment après plusieurs centaines de pièces, permet de décider objectivement du moment où il devient pertinent de recharger ou de réusiner les mors.
Création de mors doux crénelés ou moletés pour fortes tractions axiales
Les pièces soumises à de fortes tractions axiales (filetages profonds, perçages de grand diamètre, brochage) exigent des mors doux capables de transmettre des efforts importants sans glisser. L’usinage de surfaces crénelées ou moletées sur les portées de mors augmente sensiblement le coefficient de friction. Des essais réalisés dans l’industrie montrent des gains de capacité de traction de l’ordre de 30 à 50 % par rapport à une surface lisse, à pression de serrage équivalente.
Cette stratégie doit toutefois rester maîtrisée : les mors crénelés marquent fortement les surfaces et imposent souvent une surépaisseur d’usinage pour éliminer ces empreintes lors d’une opération ultérieure. Sur des pièces déjà à dimension finale, un compromis consiste à alterner zones crénelées et zones lisses, ou à utiliser des mors en acier de cémentation avec une profondeur de denture réduite. Dans tous les cas, le choix de cette solution doit s’appuyer sur une analyse claire des efforts en jeu et des exigences esthétiques ou fonctionnelles de la surface serrée.
Usinage de mors doux pour bridage de brides, flasques et pièces excentrées
Le bridage de brides, flasques et pièces excentrées impose de penser le mors doux comme un outil de bridage spécifique plutôt que comme un simple élément de mandrin. Pour des brides, la combinaison d’une prise par le diamètre extérieur avec un appui franc sur la face avant limite les voiles lors de l’usinage des portées d’étanchéité. Les mors doux sont alors usinés avec des épaulements précis, parfois complétés par des inserts en bronze pour préserver les surfaces de joint.
Pour des pièces excentrées ou des usinages hors-axe, les mors doux reçoivent souvent des logements fraisés ou tournés à l’offset, de manière à positionner la zone à usiner dans l’axe de la broche tout en conservant un serrage sûr. L’équilibrage dynamique devient alors crucial, surtout à haute vitesse. Un contrôle de balourd simple, réalisé en comparant les masses enlevées ou en pratiquant des perçages d’équilibrage, réduit les vibrations et sécurise l’usinage. Ce type de configuration illustre parfaitement le rôle du mors doux comme interface sur mesure entre la machine et la pièce.
Stratégies de programmation CN pour l’usinage des mors doux (fanuc, siemens, heidenhain)
Sur le plan de la programmation CN, l’usinage des mors doux gagne à être structuré dans des sous-programmes dédiés, réutilisables et sécurisés. Sur commande numérique Fanuc, une structure en sous- programme O9000 protégé, appelé avec quelques paramètres (diamètre, longueur de portée) permet une standardisation efficace. Sur Siemens ou Heidenhain, les cycles de tournage paramétrés facilitent également cet automatisme. L’objectif reste d’éviter la ressaisie manuelle intempestive d’usinages de mors, source d’erreurs de programmation et parfois de collisions.
Une bonne pratique consiste à intégrer dans ces programmes des phases explicites : approche sécurisée, usinage de dégrossissage, usinage de finition, contrôle dimensionnel suggéré. L’utilisation de commentaires clairs dans le programme renforce la sécurité des régleurs, surtout lorsque plusieurs personnes interviennent sur la même machine. Des ateliers de production rapportent une réduction de 20 à 30 % des temps de changement de série lorsqu’ils disposent de bibliothèques de sous-programmes d’usinage de mors doux standardisés pour leurs diamètres usuels.
Contrôles de concentricité et répétabilité après usinage des mors doux
Après mise au point de l’usinage de mors doux, la validation passe par des contrôles de concentricité et de répétabilité. Une méthode simple consiste à serrer une bague étalon ou une pièce représentative, à mesurer le faux-rond au comparateur, puis à répéter l’opération au moins dix fois en desserrant et resserrant à chaque cycle. La dispersion obtenue reflète la répétabilité réelle du serrage. Sur un ensemble broche/mandrin en bon état, une répétabilité inférieure à 5 µm reste courante, mais dépend naturellement du diamètre et de la longueur de prise.
Pour des productions à haute valeur ajoutée, une approche statistique (calcul des indices Cp et Cpk sur les diamètres critiques) permet d’objectiver l’impact des mors doux sur la capabilité globale du process. Certaines entreprises constatent des améliorations de Cpk de 0,8 à 1,3 simplement en optimisant la méthode d’usinage de mors et en alignant la pression de serrage sur la condition réelle. Ce type de démarche met rapidement en évidence les mandrins ou jeux de mors devenus trop usés pour garantir la qualité visée, ce qui aide à planifier les remplacements et investissements au bon moment.
Bonnes pratiques d’entretien, réutilisation et traçabilité des mors doux en atelier
Une gestion rigoureuse des mors doux prolonge leur durée de vie et fiabilise l’atelier. Un carnet numérique ou une base de données référençant chaque jeu de mors (machine, mandrin, référence pièce, plage de diamètres, date de premier usinage) facilite la réutilisation sur des séries récurrentes. À chaque remontage, vous gagnez un temps précieux en évitant un nouvel usinage complet, sous réserve que les contrôles de concentricité restent conformes. Sur des ateliers organisés, cette simple traçabilité réduit de 10 à 20 % le temps cumulé consacré aux changements de séries complexes.
L’entretien courant passe par un nettoyage systématique après chaque campagne de production, un léger huilage des surfaces fonctionnelles et un stockage à l’abri de l’humidité. Les mors présentant des chocs, criques ou déformations visibles doivent être immédiatement mis au rebut, car ils représentent un risque de rupture en rotation, particulièrement à vitesse élevée. La réutilisation partielle (réusinage léger des portées, création d’un nouvel étage) reste possible tant que la section du mors et ses vis de fixation conservent des marges de sécurité suffisantes. Une vérification visuelle attentive, complétée par un contrôle dimensionnel sommaire, constitue la meilleure défense contre les incidents liés aux mors doux fatigués.