L'objectif de notre travail consiste à identifier les paramètres pertinents de l'opération de fraisage axial ou tréflage et montrer sa performance dans la gamme d'usinage de moule et matrice. Dans ce cadre nous définissons la trajectoire d'usinage et les différentes stratégies adaptées à l'opération de tréflage. Ensuite, nous déterminons le temps d'usinage et la qualité de surface (hauteur de crête) pour les différentes stratégies proposées. Une comparaison technico-économique entre les différentes stratégies utilisées ainsi que la détermination des temps d'usinage et de hauteur de crête sont présentées

AL AHMAD, Mohamad

D'ACUNTO, Alain

MARTIN, Patrick

I-Revues

18ème Congrès Français de Mécanique Grenoble, 27-31 août 2007 
1 
Influence de différentes stratégies de tréflage sur la qualité de surface et la 
productivité 
 
Mohamad Al-Ahmad, Alain D’Acunto, Patrick Martin 
 
CER ENSAM de Metz 
Laboratoire de Génie Industriel et Production Mécanique (LGIPM - EA 3096) 
4, rue Augustin Fresnel – 57078Metz Cedex 3 
mohamad.al-ahmad@metz.ensam.fr 
 
 
 
 
Résumé : 
 
L'objectif de notre travail consiste à identifier les paramètres pertinents de l’opération de fraisage axial 
ou tréflage et montrer sa performance dans la gamme d’usinage de moule et matrice. Dans ce cadre nous 
définissons la trajectoire d’usinage et les différentes stratégies adaptées à l’opération de tréflage. 
Ensuite, nous déterminons le temps d’usinage et la qualité de surface (hauteur de crête) pour les 
différentes stratégies proposées. Une comparaison technico-économique entre les différentes stratégies 
utilisées ainsi que la détermination des temps d’usinage et de hauteur de crête sont présentées. 
 
Abstract : 
 
The objective of our work consists of identifying the relevant parameters of plunge milling operation and 
to show its performance for the realization of mould and dies. In this framework, we have defined the 
trajectory of machining and the various strategies adapted to the plunge milling operation. Then, we have 
determined the machining time and the surface quality (scallop height) for the various strategies 
suggested. A technical-economical comparison between the various strategies and the determination of 
machining times and scallop height are also presented. 
 
Mots-clefs :  
 
Tréflage ; Trajectoire d’usinage ; Stratégies d’usinage ; Hauteur de crête. 
 
1 Introduction 
 
L’évolution des moyens de production et la concurrence internationale imposent une 
rentabilité de plus en plus élevée. C’est dans ce cadre que nous voulons identifier l’opération de 
tréflage et ses problèmes associés. L’opération de fraisage axial ou tréflage est de plus en plus 
utilisée pour réaliser de moules et matrices en ébauche. Les moules et matrices sont 
généralement composés de matériaux à hautes résistance mécanique et exigent l’emploi des 
outils de coupe de haute performance et de coût élevé. L’intérêt de rechercher à optimiser leurs 
temps d’utilisation et en conséquence leur coût final est une obligation économique. La 
recherche de l’optimum technico-économique de l’usinage en tréflage, doit se faire par la 
recherche d’une bonne génération de la trajectoire de l’outil et d’une bonne stratégie d’usinage 
qui produit la meilleure qualité de surface (Tolouei-Rad et al. 1997). Le but de ce travail est de 
présenter des différentes stratégies d’usinage, et à partir de celles-ci, nous établirons une 
comparaison technico-économique au niveau de la qualité de surface (hauteur de crête) et des 
temps d’usinage. Cette comparaison montre la stratégie la plus efficace pour une opération de 
tréflage. 
 
 
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2. Trajectoire d’usinage 
 
Une bonne génération de la trajectoire de l’outil permet de minimiser son usure et par 
conséquent d’améliorer sa durée de vie. La trajectoire d’une dent dans la matière en tréflage suit 
une courbe spirale définie par le mouvement d’un point fixe sur l’arête de coupe (Al-Ahmad(1) et 
al. 2006). De manière générale, un trajet d’usinage suit une actinomie de type « Approcher-
Usiner-Dégager ». Les actions d’approcher et de dégager correspondent à des trajectoires hors 
matière classiques, linéaires ou non. L’action d’usiner comporte une garde d’engagement, la 
coupe proprement dite et une garde de dégagement (Fig. 1). 
 
 
FIG. 1 - Trajectoire d’usinage. 
 
3. Stratégies d’usinage 
 
Toute stratégie d’usinage se fonde sur la génération automatique des trajectoires 
successives de l’outil. Les principaux objectifs qu’une stratégie d’usinage efficace doit remplir : 
le respect la qualité et la productivité (débit et minimisation du temps d’usinage). Le choix des 
hauteurs de crête (H) et du pas radial (P) dépend en fait d’un grand nombre de facteurs (entre 
autre la machine utilisée, l’outillage à réaliser, le matériau et les techniques de polissage). Le 
pas radial représente la distance entre deux plongées successives de l’outil dans la pièce. Le 
changement de ce pas produit un changement de la géométrie de copeau et de la hauteur de 
crête. Il est évident aussi que l’utilisation d’un pas radial important diminue la longueur totale 
de coupe. Dans ce travail, nous proposons trois types de stratégie d’usinage en tréflage (Al-
Ahmad(2)  et al. 2006), zigzag-engagement partiel, serpent-engagement partiel, serpent-
engagement complet (Fig. 2). Ses trois stratégies sont basées sur l’évaluation des paramètres de 
coupe les plus important en tréflage (pas radial P et engagement radial ae). 
 
 
FIG. 2 - Stratégies d’usinage, (a) zigzag-engagement partiel, (b) serpent-engagement partiel, (c) 
serpent-engagement complet. 
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3. Qualité de surface 
 
La stratégie d’usinage joue un rôle très important sur la qualité de la surface usinée. Pour 
différentes stratégies, il est possible de déterminer un critère tel que la hauteur de crête (macro-
géométrie). Cette hauteur correspond à l’épaisseur résiduelle laissée par l’outil sur la pièce après 
usinage. Le choix de la hauteur de crête et du pas radial dépende en fait d’un grande nombre de 
facteurs, et en particulier : de la machine outil utilisée, du niveau de la complexité de forme de 
la pièce usinée, du matériau retenu, du prix et de la durée de vie de l’outil de coupe retenu, du 
coût et des délais de production à respecter. Pour les différentes stratégies proposées, la hauteur 
de crête correspond à la trace laissée par la fraise lors de chaque pénétration verticale de l’outil 
(Fig. 3). Les paramètres permettant de déterminer cette hauteur correspondent au diamètre 
nominal de l’outil (R) et du pas radial (P). Nous avons déterminés cette hauteur pour les trois 
stratégies proposées. Pour les stratégies de types serpent-engagement partiel et complet (Fig. 3-
b), l’hauteur (H) est donnée par l’équation (1). 
4
P
RRH
2
2
−−=   (1) 
En cas de stratégie de types zigzag (Fig. 3-a), l’hauteur de crête se détermine différemment 
par l’équation (2). 
22 PRRH )cos( α−−=   (2) 
 
α
α
 
FIG. 3 - Hauteur de crête. 
 
4. Temps d’usinage 
 
Le cycle de tréflage consiste de la plongée elle-même, du dégagement d’outil selon l’axe Z 
et du déplacement de l’outil hors matière pour joindre le deuxième point de tréflage. Le temps 
de cycle est déterminé par la relation suivante : Tc = Σ (Temps manuels, de changement d’outil, 
de déplacements en vitesse rapide) + Σ (Temps approche, usinage, dégagement) + Σ (Temps 
répartis de remplacement des outils). Dans cette étude, nous intéressons exclusivement à 
déterminer le temps d’usinage pour les différents stratégies proposées en vue de calculer le coût 
d’usinage (Feng et al. 2000) et (Bouaziz et al. 2004). Fig. 4 montre les procédures pour 
déterminer le temps d’usinage en cas de tréflage. En tréflage (ébauche), nous pouvons résumer 
le temps d’usinage par le temps de coupe ( ct ) et le temps de mouvement d’outil hors matière 
( ht ). Le temps de coupe pour ébaucher une cavité est calculé à partir de la longueur de coupe 
(L) et la vitesse d’avance (Vf) par l’équation (3), où (n) est le nombre de plongée, (l) est la 
longueur de coupe lors de chaque plongée. 
lnL
Vf
L
tc .; ==   (3) 
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Le temps de mouvement d’outil hors matière ( ht ) (Fig. 1) est calculé à partir de la 
longueur de trajet de l’outil hors matière ( 'L ) et la vitesse rapide ( 'Vf ) par l’équation (4). 
).(; '
'
'
22
h BPBlnL
Vf
L
t +++==   (4) 
 
FIG.4 - Procédures de calcul du temps d’usinage. 
 
5. Comparaison technico-économique entre différents stratégies 
 
Pour effectuer une comparaison équitable entre les différents stratégies d’usinage, nous 
avons choisi un outil à plaquettes amovibles de diamètre 30 mm avec 3 dents (Mitsubishi, PMR 
405003A22R) et un matériau faiblement allié (40CrMnMo8) de la forme d’un cube (90*90*90) 
(Fig. 1). La vitesse de rotation de la broche corresponde à 1500 tr/min, l’avance par dent est 0,3 
mm/dent et le mode de travail est en opposition. Nous avons varié l’engagement et le pas radial 
qui sont les paramètres les plus importants en tréflage. 
Nous avons calculé le temps de coupe ( ct ) et le temps de mouvement hors matière ( ht ) 
pour usiner notre pièce par les trois stratégies proposées, équation (3, 4). A partir de ces deux 
temps ( ct , ht ), nous déterminons le temps d’usinage (T). 
Fig. 5-a montre le temps d’usinage, le temps de coupe et le temps de mouvement hors 
matière pour chaque stratégie proposée. Fig. 5-b présente les valeurs de hauteur de crête 
théorique pour les différentes stratégies proposées, équation (1, 2). Comme les conditions de 
coupe (pas radial, et engagement radial) ne sont pas les mêmes pour les trois stratégies, nous 
avons pris les conditions de coupe produisant le même temps d’usinage lors de chaque stratégie. 
Ensuite, nous comparons la hauteur de crête pour chacune des trois stratégies d’usinage. Le 
paramètre le plus important en tréflage est donc le pas radial. En conséquence, son influence sur 
le temps d’usinage et la hauteur de crête pour les trois stratégies a été évaluée. Nous observons 
que l’augmentation du pas réduit le temps d’usinage et accroit la hauteur de crête (Fig. 6). 
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(a) Temps d’usinage théorique  (b) Hauteur de crête théorique 
Fig. 5. Temps d’usinage et hauteur de crête en fonction des stratégies d’usinage. 
 
 
(a) Temps d’usinage  (b) Hauteur de crête 
Fig. 6. Evaluation des temps d’usinage et des hauteurs de crête en fonction du pas radial. 
 
6. Conclusion  
 
Ce travail a permis d’identifier et caractériser deux paramètres essentiels de l’opération de 
tréflage en fonction du type de trajectoires et de stratégies d’usinage. Ces paramètres sont la 
hauteur de crête (qualité des surfaces obtenues) et le temps d’usinage (productivité). Une 
comparaison des trois stratégies d’usinage permet d’énoncer trois commentaires. 
• Le pas radial est une des conditions opératoires importante pour évaluer la qualité des 
surfaces usinées ainsi que la productivité. Nous proposons la règle métier suivante : 
l’augmentation du pas radial diminue le temps d’usinage et augmente la hauteur de crête. 
• L’usinage par tréflage utilisant la stratégie de type serpent-engagement complet donne un 
temps d’usinage le plus faible et produit une surface de bonne qualité (faible hauteur de 
crête). Par contre la section de copeau est plus importante d’où des efforts de coupe en 
augmentation. Ce dernier raisonnement demande des vérifications expérimentales. 
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• Les mouvements de l’outil hors matière en tréflage consomment une partie non négligeable 
du temps d’usinage. Néanmoins, cette contrainte est fortement conditionner par les 
performances en vitesse de rapide de la machine outil. 
 
Références 
 
Tolouei-Rad, M., Bidhendi, I.M. 1997, On the optimization of machining parameters for milling 
operations. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 37, 1-16. 
 
Al-Ahmad(1), M., D’Acunto, A., Martin, P. 2006, Prediction of cutting forces system in plunge 
milling operations. Fifth International Conference High Speed Machining, March, 14-16, 
Metz, France. 
 
Al-Ahmad(2), M., D’Acunto, A., Martin, P. 2006, Tréflage: un nouveau processus dans la gamme 
d’usinage. 1er Congrès International CIFMA. Mai 2-4, Alep, Syrie. 
 
Feng, H.Y., Su, N. (2000). Integrated tool path and feed rate optimization for the finishing 
machining of 3D plane surfaces. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 40, 
1557-1572. 
 
Bouaziz, Z., Ben Younes, J., Zghal, A. 2004, Methodology of machining costs evaluation for 
die and mould manufacturing. Journal of Materials Processing Technology. 152, 237-245. 


Influence de différentes stratégies de treflage sur la qualité de surface et la productivité

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.International audienceL'objectif de notre travail consiste à identifier les paramètres pertinents de l'opération de fraisage axial ou tréflage et montrer sa performance dans la gamme d'usinage de moule et matrice. Dans ce cadre nous définissons la trajectoire d'usinage et les différentes stratégies adaptées à l'opération de tréflage. Ensuite, nous déterminons le temps d'usinage et la qualité de surface (hauteur de crête) pour les différentes stratégies proposées. Une comparaison technico-économique entre les différentes stratégies utilisées ainsi que la détermination des temps d'usinage et de hauteur de crête sont présentées

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