Outillage Solution sur mesure pour géométrie complexe

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Fondée en 1984 à Delémont, Delmet SA est spécialisée dans l'usinage CNC de haute précision et les constructions métalliques complexes. L'entreprise dispose de capacités lui permettant de réaliser des pièces de moyennes à grandes dimensions, jusqu'à 10 m et pour un poids pouvant atteindre 20 tonnes.

Pour répondre à un projet d'usinage particulièrement complexe dans le secteur ferroviaire, l'entreprise a engagé une étroite collaboration avec Iscar Suisse, spécialiste des outils coupants et du développement de solutions d'usinage spéciales.

Début décembre 2025, Delmet SA est sollicitée par un client pour la réalisation d'une série de rails de 5,5 mètres permettant le transbordement de wagons circulant sur une voie normale vers des chariots roulant sur une voie métrique. Produites à intervalles d'environ cinq ans, ces pièces présentent une géométrie particulièrement complexe et des exigences élevées en matière d'état de surface. L'entreprise à l'origine de la première série ayant décliné cette nouvelle commande, Delmet reprend le projet et sollicite son client afin d'obtenir les informations complémentaires nécessaires à l'établissement d'une offre aussi réaliste que possible.

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Des premiers tronçons de rails, usinés par balayage dans un acier standard (S235 et S355) à l'aide d'une fraise de 80 mm de diamètre équipée de plaquettes rondes, sont soumis au client afin de valider l'état de surface ainsi que d'autres paramètres critiques. Toutefois, les délais particulièrement courts impartis à la réalisation de la commande et les exigences en matière de rugosité rendent rapidement cette méthode très chronophage.

« La principale contrainte était le délai de seulement deux mois entre la commande ferme et la livraison. L'usinage par balayage aurait nécessité plus de 650 heures, l'utilisation simultanée de deux machines disposant de 10 mètres de course et le travail de nos collaborateurs en équipes de 2 × 8 heures, voire 3 × 8 heures », explique Thierry Galvanetto, CEO de Delmet SA.

« Un de nos collaborateurs, qui avait travaillé en France, nous a parlé d'un projet similaire pour lequel Iscar France avait développé un outil spécifique. C'est ainsi que nous avons pris contact avec Iscar Suisse afin d'étudier les solutions envisageables », précise Thierry Galvanetto.

De nombreuses contraintes à prendre en compte

Philippe Sidler, technico-commercial chez Iscar pour la Suisse romande, a pris en charge ce dossier complexe. Plusieurs problématiques nécessitaient une solution adaptée, à commencer par le débitage des rails bruts. En effet, le matériau utilisé, un acier avec numéro de matière 1.8974 à haute limite élastique thermomécanique, n'est pas disponible dans les dimensions requises. Il a donc fallu débiter les rails à partir d'une tôle forte de 6000 × 2000 × 70 mm.

« Comme nous disposons d'un atelier de serrurerie équipé d'une découpeuse plasma, nous avons logiquement envisagé de débiter les rails de cette façon. Mais avec une épaisseur aussi importante, la déviation de la coupe ne permettait pas de respecter les tolérances de perpendicularité et de parallélisme exigées pour ce projet. Nos collaborateurs du bureau des méthodes ont alors suggéré d'utiliser une fraise circulaire », précise Thierry Galvanetto.

Cette approche par fraisage présente un avantage important puisque les deux flancs du rail peuvent être terminés avec le même outil et en un seul serrage. Mais tronçonner une épaisseur de 70 mm dans un tel matériau génère de nouvelles contraintes qu'il faut impérativement prendre en compte.

Pour réaliser cette opération dans de bonnes conditions, il fallait donc trouver un outil parfaitement adapté. Là aussi, Iscar a apporté une solution clé en main.

Prendre la bonne décision sans marge de sécurité

« Quand nous nous sommes lancés dans ce projet, nous partions dans l'inconnu avec une part de risque non négligeable. Nous avions usiné des échantillons de rails par balayage qui avaient été validés par notre client. Mais nous n'avions aucune garantie d'obtenir, avec une fraise de forme, la rugosité requise, qui plus est dans un matériau que nous ne connaissions pas », explique Thierry Galvanetto.

Le dilemme pour Delmet consistait à choisir entre investir plusieurs dizaines de milliers de francs dans des outils de coupe spéciaux, avec à la clé des temps d'usinage divisés par trois, ou mobiliser deux machines, mettre en place des équipes dédiées et prendre le risque de retarder les autres commandes en cours.

« Cette décision a été difficile à prendre. Nous étions pressés par les délais et, en matière de coûts, les deux solutions étaient équivalentes », détaille Thierry Galvanetto. La perspective d'une nouvelle commande environ tous les cinq ans a finalement fait pencher la balance en faveur de la fraise de forme. Une fois la stratégie d'usinage arrêtée, Iscar a mobilisé les moyens nécessaires pour développer et fabriquer les outils dans des délais particulièrement courts.

« Pour Iscar, ce type d'outils spéciaux, que ce soit en termes de forme ou de dimensions, n'est pas nouveau. Nous avons une bonne expérience dans ce domaine. Le principal défi était le délai. Notre directeur, Luc Hattenberger, s'est beaucoup investi pour que les délais de fabrication de ces fraises soient respectés », précise Philippe Sidler.

Premier défi : le débitage des rails

Devoir travailler à partir d'une tôle forte de 2000 × 6000 mm constituait la première contrainte liée à ce projet. Iscar dispose dans son catalogue d'une fraise 3 tailles de 425 mm de diamètre pour 4 mm d'épaisseur, sous la référence SGSF 425-4M-50K-38Z. Cette fraise comporte 38 dents équipées de plaquettes amovibles. « Nous ne vendons pas ce type de fraises tous les jours, mais nous disposions justement d'un exemplaire en stock », explique Philippe Sidler.

Dans ce projet, c'est cette opération de tronçonnage qui a généré le plus de stress et d'inquiétude pour les collaborateurs de Delmet. Tous ceux qui ont déjà pratiqué ce type d'usinage savent à quel point il peut être risqué. La lame peut serrer dans la matière, l'évacuation des copeaux est délicate, la maîtrise des vibrations complexe et une casse peut survenir à tout moment à la moindre seconde d'inattention. « Nous savions qu'en cas de casse, nous ne pourrions pas recevoir une nouvelle fraise dans les délais impartis », précise Thierry Galvanetto.

En attendant la livraison des deux fraises de forme, les mécaniciens de Delmet, sous la supervision de Frédéric Soehnlen, technicien méthodes usinage, ont commencé le débitage des rails et l'optimisation des paramètres de coupe en étroite collaboration avec Iscar Suisse. Cette opération a été effectuée sur un centre d'usinage Mandelli OVER-U disposant de 10 200 mm de course en X et d'une tête rotative pouvant travailler en configuration verticale comme horizontale.

La stratégie d'usinage mise en place par les collaborateurs de Delmet consistait, dans un premier temps, à découper au plasma des bandes de 600 mm de large sur toute la longueur de la tôle. Des barres transversales étaient ensuite soudées sur celle-ci afin de maintenir les rails en place pendant l'opération de tronçonnage.

Une fois la pièce bridée sur la table de la fraiseuse, la tête en position verticale, une première opération de surfaçage était réalisée sur le dessus de la tôle avec une fraise à plaquettes. La fraise circulaire était ensuite chargée dans la broche et la tête positionnée à l'horizontale pour procéder au sciage du rail. L'opération était répétée successivement jusqu'au débitage complet du morceau de tôle.

Voilà pour la théorie. Dans la pratique, il a fallu gérer l'évacuation des copeaux, les vibrations, la largeur de la rainure, le bruit et les efforts de coupe. Pour garantir un usinage dans des conditions optimales, Delmet a commencé par fabriquer deux flasques en acier destinés au serrage de la fraise circulaire sur le tasseau. Ainsi prise en sandwich, avec uniquement la hauteur de coupe nécessaire dépassant des flasques, la rigidité du corps de fraise a été considérablement augmentée.

Mais ce n'était là que le début d'une série d'essais menés en étroite collaboration avec Iscar. Les premiers ont été réalisés avec des plaquettes GSFN 4 IC908. Dans cette configuration, la découpe s'effectuait en deux passes d'environ 30 mm.

« Avec cette géométrie de plaquette, les résultats obtenus n'étaient pas optimaux. Les efforts de coupe étaient élevés, tandis que le bruit d'usinage et les vibrations étaient importants. La largeur de la rainure atteignait 4,2 à 4,4 mm avec une plaquette d'une largeur nominale de 4,04 mm », précise Philippe Sidler.

Michele Lamelza, ingénieur d'application Iscar, proposa alors d'utiliser une plaquette dotée d'une coupe plus positive, référencée GSFN 4J IC908. Malgré un substrat (IC908) et un revêtement (TiAlN) identiques, les quelques degrés supplémentaires ont totalement changé les résultats. La version J présente une largeur à peine inférieure à celle de la version standard (4,02 mm) et conserve le même rayon de bec de 0,3 mm, mais sa géométrie plus positive a fortement réduit les efforts de coupe, les vibrations et le bruit.

« Dans la pratique, cela s'est traduit par une largeur de rainure de 4 mm, ce qui correspond parfaitement à la largeur nominale de la plaquette », conclut Philippe Sidler.

La conséquence la plus marquante de cette optimisation du choix des plaquettes de coupe a été la possibilité de tronçonner les rails en une seule passe de plus de 60 mm de profondeur. Dans ces conditions, la qualité de l'état de surface, la rectitude, la perpendicularité et le parallélisme étaient parfaitement conformes aux exigences du plan.

Le travail réalisé par Iscar illustre le niveau de détail apporté à l'accompagnement de ce projet. Le rapport de test de plusieurs pages intègre tous les aspects du projet, de la technique pure au coût d'usinage, en passant par le retour sur investissement. Cet exemple montre à quel point une collaboration étroite entre l'utilisateur final et le fabricant est non seulement pertinente, mais surtout essentielle pour obtenir rapidement des résultats optimaux.

« Sur les dizaines de rails débités, seuls trois ont nécessité un redressage. Cela n'avait rien à voir avec le processus d'usinage, mais avec le matériau. Nous avions pas mal d'appréhension concernant cette opération, mais finalement, tout s'est parfaitement déroulé », conclut Thierry Galvanetto.

Un gain de temps précieux

Si le débitage des rails à partir d'une tôle brute a été essentiel au succès de ce projet, c'est bien le développement de la fraise de forme par Iscar qui a représenté le principal défi technique.

La géométrie de cet outil devait reproduire avec précision le bombé supérieur du rail, constitué de plusieurs rayons différents. Cette opération a été réalisée sur une fraiseuse Correa L30-104 dotée d'une course en X de 10 450 mm, d'une tête basculante H/V et d'une broche de 30 kW à cône ISO 50.

Si le profil à usiner était connu dès le départ, la définition des rails bruts n'était en revanche pas encore arrêtée au début du projet. « Nous aurions pu proposer une fraise de forme unique capable d'usiner les côtés et le dessus. Mais après validation du procédé de tronçonnage des rails, cette option n'était plus d'actualité. Nous nous sommes donc concentrés sur la géométrie rayonnée du dessus du rail », précise Philippe Sidler.

Le point le plus important à définir concernait la conception de la fraise de forme, corps d'outil avec différentes plaquettes disposées sur la hauteur qui permet de réaliser le profil complet ou en deux parties. Sur le papier, cette solution a tout pour séduire puisqu'elle permet de réaliser l'usinage en une seule passe, avec à la clé un gain de temps important. Un avantage loin d'être négligeable lorsque l'on sait que chaque passe s'effectue sur une longueur de 5500 mm.

« Nous avons effectué des calculs en fonction de la puissance de la broche et des efforts de coupe générés par la fraise. Une fraise qui permettait de réaliser la forme totale en une seule fois pourrait théoriquement être utilisée, mais les marges de sécurité devenaient faibles et les risques trop élevés », explique Philippe Sidler.

Le poids de l'outil aurait dépassé 50 kg, générant une flexion accrue du bélier, tandis que les efforts de coupe élevés auraient fortement sollicité la broche. L'objectif n'était évidemment pas de devoir réviser entièrement cette dernière une fois la série de rails terminée. C'est pourquoi Iscar proposa une solution plus sûre reposant sur deux fraises de forme de 250 mm de diamètre. La première est destinée au rayon du premier coté et la seconde au rayon usiné sur le côté opposé. Cette configuration permet de réduire considérablement le poids des outils ainsi que les efforts de coupe.

Les deux corps de fraises ont été fabriqués à la maison mère d'Iscar à Tefen, en Israël, seule entité capable de réaliser ces pièces dans les délais impartis. Le premier demi-corps, le plus massif, est constitué de trois étages de plaquettes et usine le rayon côté broche. Le second, doté de deux étages de plaquettes, prend en charge le rayon sur le côté opposé. Pour respecter les délais, Iscar a rectifié des plaquettes standard afin de leur donner les rayons nécessaires à l'usinage de la géométrie complexe du dessus du rail.

Les plaquettes sélectionnées sont issues de la série SNHX 1608… pour le premier étage et SNHT 1608… pour le deuxième. La nuance de carbure IC5400 est la même pour l'ensemble des étages. Ces plaquettes massives, avec une longueur d'arête de 16 mm et une épaisseur de 8 mm, assurent une excellente stabilité du processus d'usinage.

« Les différents rayons ont été rectifiés sur des plaquettes standard avant revêtement. Cette solution est bien plus rapide et économique que de fritter des plaquettes à la géométrie désirée. C'est cette approche qui nous a permis de tenir les délais et de fournir suffisamment de plaquettes à Delmet pour la fabrication de toutes les séries de rails », précise Philippe Sidler.

En attendant la livraison des deux fraises de forme, les collaborateurs de Delmet ont fabriqué les moyens de serrage nécessaires à l'usinage des rails sur la Correa. Cette opération a mobilisé tout le savoir-faire des mécaniciens et techniciens de l'entreprise. Il fallait non seulement assurer un serrage suffisant, mais également garantir un alignement correct du rail.

En mécanique lourde, les contraintes ne sont pas les mêmes qu'en mécanique générale ou en micromécanique. Lorsque les pièces sont longues et lourdes, leur propre poids entraîne des déformations. Elles travaillent toujours légèrement, en flexion et/ou en torsion. Ces déformations ne doivent pas être contraintes par le serrage, car une fois libérées, les pièces tendent à reprendre leur forme initiale. Tout le savoir-faire consiste alors à placer judicieusement des bandes de clinquant afin de compenser les petites erreurs géométriques.

« Avec des outils spéciaux coûteux et des délais très courts, nous nous devions d'assurer un usinage correct dès le départ. C'est pourquoi nous avons décidé de faire une ébauche du rayon avec une fraise ravageuse monobloc », conclut Thierry Galvanetto. Pour cela, deux pans inclinés ont été fraisés en roulant pour enlever le maximum de matière avant l'usinage final avec les fraises de forme. Par la suite, cette opération s'est révélée inutile, mais elle a eu le mérite de garantir la fiabilité du processus d'usinage.

Le fraisage des rayons s'est déroulé sans difficulté majeure. Le travail en avalant générait trop de chocs et sollicitait inutilement les roulements de la broche. Le fraisage en opposition s'est avéré beaucoup plus doux et c'est cette stratégie qui a finalement été retenue. Les rayons ont été usinés en deux passes, une d'ébauche et une de finition, soit quatre passes au total par rail avec un seul changement d'outil.

Le résultat final est remarquable. Malgré un usinage à sec, la surface est brillante et exempte de marques de broutage, avec une légère facettisation tout à fait normale pour ce type d'outil. L'état de surface obtenu est particulièrement réussi et toutes les spécifications du client ont été scrupuleusement respectées.

Une collaboration réussie

La collaboration initiée entre Iscar et Delmet s'est avérée être un franc succès. « Nous sommes très satisfaits du travail effectué par Iscar Suisse. Malgré les contraintes techniques et les délais très courts, Iscar a respecté tous ses engagements et nous a soutenus tout au long de ce projet », conclut Thierry Galvanetto.

L'investissement consenti dans ces outils spéciaux s'inscrit également dans la durée. Les rails étant produits périodiquement, les fraises de forme pourront être réutilisées lors des prochaines séries, donnant ainsi tout son sens au choix effectué par Delmet.

Au-delà du résultat obtenu, ce projet montre qu'une problématique d'usinage complexe ne trouve pas toujours sa réponse dans une solution standard. L'expérience des équipes de Delmet, associée aux compétences d'Iscar dans le développement d'outils spéciaux, a permis de surmonter les nombreuses contraintes rencontrées tout au long du projet.

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