Privilégier les mors durs dentés (HRC 58-62) pour les premières opérations sur barreau brut, où une empreinte typique de 0.05-0.15 mm reste acceptable. Passer aux mors doux alésés en place (AISI 1018, HRC 15-25) pour les secondes opérations, lorsque la pièce dispose d'une surface de référence usinée et que la concentricité doit rester inférieure à 0.025 mm. Les mors étagés étendent la prise sur les tôles minces de 6-12 mm d'épaisseur ; les mors en aluminium 6061-T6 protègent les surfaces anodisées ou polies, au prix d'une force de serrage fiable inférieure de 30-50 % à celle de mors en acier de taille équivalente.
Pour un panorama plus large des dispositifs de serrage de pièces — étaux, mandrins de tour et pointes tournantes — se reporter au guide de sélection du serrage de pièces. Le présent article se concentre un cran plus bas, sur les mors eux-mêmes.
Les quatre familles de mors et le problème que chacune résout
Un corps d'étau CNC modulaire (type GT, largeur de mors 100-300 mm, force de serrage 16-40 kN) ne représente que la moitié du système de serrage. Les mors boulonnés sur le corps déterminent la force de prise, le risque de marquage, la précision en seconde opération et la plus petite pièce que l'étau peut maintenir en sécurité — quatre problèmes distincts auxquels répondent généralement quatre types de mors différents.
| Famille de mors | Matériau (typique) | Dureté | Fonction principale |
|---|---|---|---|
| Mors durs dentés | AISI 4140 cémenté ou 20CrMnTi | HRC 58-62 | Prise maximale sur barreau brut scié |
| Mors doux (alésés en place) | AISI 1018 ou 12L14 | HRC 15-25 | Serrage concentrique pour secondes opérations |
| Mors étagés / à épaulement | 4140 trempé | HRC 50-58 | Maintien des pièces fines ou épaulées |
| Mors aluminium | 6061-T6 | ~HB 95 | Surfaces finies sensibles au marquage |
La plupart des ateliers CNC conservent trois à quatre jeux par étau : un jeu denté trempé pour les premières opérations, un ou deux jeux de mors doux adaptés aux familles de pièces récurrentes, et un jeu à profil bas ou étagé pour les pièces fines ou les montages 5 axes. L'erreur coûteuse consiste à imposer un seul type de mors à toutes les opérations — les mors durs marquent l'aluminium fini, les mors doux perdent leur prise sur les barreaux sciés, et les mors aluminium fluent sous les charges d'ébauche lourde.
Les matériaux de corps suivent la même logique un cran plus haut. Le 20CrMnTi est l'alliage standard pour les corps d'étaux cémentés et les mors durs : sa surface cémentée tient HRC 58-62 face au contact des mors et des pièces, tandis que l'âme tenace absorbe les chocs de serrage. Selon DIN 1875 (spécification allemande des étaux de précision), les surfaces de travail d'un étau de précision — y compris l'assise des mors — doivent maintenir un parallélisme de 0.005 mm par 100 mm et une verticalité de 0.005 mm.
Mors durs : quand la prise prime sur l'état de surface
Les mors durs constituent le choix par défaut pour toute première opération sur matière brute. L'acier chrome-molybdène AISI 4140 est privilégié pour les mors durs d'étau : son état trempé à cœur HRC 58-62 conjugue une résistance à l'usure face aux barreaux sciés et une ténacité suffisante pour encaisser les cycles de serrage interrompus. La même spécification matériau apparaît sous la forme du 20CrMnTi dans les corps d'étaux cémentés — les deux livrent des surfaces de travail à HRC 58-62.
Deux traitements de surface dominent :
- 20CrMnTi cémenté : profondeur de cémentation 0.5-1.5 mm, âme conservée à ~HRC 30-35 de ténacité. Adapté à l'ébauche avec chocs, lorsque la face du mors encaisse la mise en place de la pièce au maillet.
- 4140 trempé à cœur : pleine section à HRC 58-62. Meilleure tenue des dentures à l'usure, mais plus fragile en cas de chute ou de choc décentré sur la face.
La géométrie de la denture détermine la force de prise. Les motifs courants sont : denture fine au pas de 1.5 mm pour les barres sous 50 mm, denture grossière au pas de 3.0 mm pour les barres 50-150 mm, et denture pyramidale en gaufre (typiquement 3 mm × 3 mm) pour les pièces de fonderie irrégulières. Un mors denté pénètre 0.05-0.15 mm dans une pièce 4140 sous une force de serrage de 25-30 kN, ce qui reste acceptable sur barre brute mais disqualifie la denture pour toute opération de finition.
| Motif | Pas | Domaine d'emploi | Profondeur de marque visible |
|---|---|---|---|
| Horizontal fin | 1.5 mm | Barres, petites pièces de fonderie | 0.03-0.06 mm |
| Horizontal grossier | 3.0 mm | Tôles, grosses pièces de fonderie | 0.08-0.15 mm |
| Pyramidal / gaufre | 3 mm × 3 mm | Pièces rondes et de forme irrégulière | 0.10-0.15 mm |
| Lisse (dur) | — | Faces de référence pré-usinées | 0 (risque de glissement au-dessus de 15 kN) |
Bonne pratique mors durs
Bloquer le bord inférieur de la pièce contre l'embase à l'aide d'une cale parallèle avant le serrage final — les mors dentés peuvent soulever la pièce de 0.05-0.10 mm pendant le serrage si elle n'est pas soutenue. Pour la plupart des montages à mors dentés, asseoir la pièce sur des cales parallèles avant le couple final permet d'éviter le soulèvement induit par les faces dentées ; pour les barreaux dépassant ~3× la hauteur du mors, une butée arrière ou un bloc d'épaulement constitue généralement un meilleur appui.
Mors doux : alésés en place pour la concentricité
Les mors doux apportent la réponse lorsque la pièce dispose déjà d'une surface de référence usinée et que les marques de denture entraîneraient son rebut. L'acier doux AISI 1018 est le substrat standard de mors doux (HRC 15-25) car il peut être surfacé ou alésé sur la machine même qui usinera la pièce, transférant directement l'alignement de la broche dans la géométrie du mors. L'acier au plomb 12L14 constitue une alternative à usinage plus rapide lorsque les alésages des mors doux sont reprofilés fréquemment.
Le déroulé de l'alésage en place :
- Monter des mors doux bruts (1018, 4140 recuit ou aluminium) sur le corps de l'étau
- Serrer entre eux une bague étalon sacrificielle ou une cale parallèle de précision, à la hauteur exacte d'assise prévue pour la pièce
- Plonger une barre d'alésage ou une fraise dans les faces des mors pour usiner le profil exact de la pièce
- Libérer la bague étalon ; la cavité ainsi obtenue épouse la pièce à la précision du faux-rond de la broche
Des mors doux alésés en place peuvent maintenir une concentricité inférieure à 0.025 mm car la cavité est usinée par la machine et la broche qui usineront la pièce — le faux-rond du système de serrage se ramène au faux-rond du système de coupe. Les mors doux « universels » pré-rectifiés ne peuvent rivaliser, étant usinés hors machine et héritant des erreurs de montage.
Erreur fréquente sur mors doux
Aléser des mors doux en serrant sur une bague étalon trop fine (sous 5 mm de hauteur) génère une cavité conique — le mors non soutenu fléchit vers l'extérieur en partie haute sous la pression de coupe. Utiliser une bague étalon d'au moins 75 % de la hauteur de serrage prévue lors de l'alésage des mors doux permet d'éviter une cavité usinée en cône.
Mors étagés et mors profil bas : pièces fines et 5 axes
Les mors étagés présentent un épaulement usiné qui prolonge la face du mors standard vers le bas, saisissant ainsi des tôles minces qui resteraient autrement trop basses pour entrer en contact pleine hauteur avec le mors. Un mors étagé doté d'un épaulement typique de 5-10 mm peut maintenir fermement des tôles de 6-12 mm d'épaisseur, qui glisseraient hors d'un mors standard de 30-50 mm de hauteur, car l'épaulement restitue la surface de contact effective.
Les mors profil bas (hauteur 15-25 mm contre 30-50 mm en standard) répondent à un autre objectif : le dégagement d'outil en 5 axes. En 3+2 ou en simultané 5 axes, un mors haut bloque la trajectoire de l'outil dès que la broche bascule vers la pièce. Les mors profil bas préservent 10-30 mm de dégagement Z supplémentaire sous une broche inclinée, ce qui fait souvent la différence entre un montage 5 axes faisable et une pièce qui devra être reprise sur un autre montage. C'est la raison pour laquelle tout atelier équipé en 5 axes tend à conserver au moins un jeu de mors profil bas par étau — voir le guide d'adoption de l'usinage 5 axes pour le compromis plus large entre rigidité et dégagement.
| Variante | Hauteur (au-dessus de l'embase) | Domaine d'emploi | Compromis |
|---|---|---|---|
| Mors dur standard | 30-50 mm | Premières opérations, fraisage général | Peut gêner les trajectoires 5 axes sous broche inclinée |
| Mors profil bas | 15-25 mm | Montages 5 axes 3+2 | Surface de prise réduite, force max. ~70-80 % |
| Mors étagé (simple) | 30-50 mm + épaulement 5-10 mm | Tôle mince < 12 mm | L'épaulement s'use avec les montages répétés |
| Type queue d'aronde | Variable | Pièces pré-bridées sur fixation | Nécessite une préparation queue d'aronde sur la pièce |
Mors aluminium : quand le marquage devient le vrai coût
Les mors aluminium répondent à un seul problème : les pièces finies, anodisées ou polies, où la moindre marque de mors acier provoque le rebut. Les mors en aluminium 6061-T6 (HB ~95) ne laissent aucune marque de denture mesurable sur une pièce finie en aluminium ou en acier, car leur dureté reste inférieure à celle de la surface de la pièce ; en revanche, ils ne tiennent de manière fiable que 30-50 % de la force de serrage d'un mors en acier de même taille avant déformation.
| Facteur | Mors aluminium 6061-T6 | Mors dur AISI 4140 |
|---|---|---|
| Dureté | HB ~95 | HRC 58-62 (≈ HB 600+) |
| Risque de marquage sur pièce alu | Aucun mesurable | Empreintes de denture visibles |
| Force de serrage max. fiable | 8-15 kN avant fluage (expérience d'atelier typique pour mors de 100-150 mm de largeur) | 25-40 kN |
| Durée de vie (cycles de serrage) | ~500-1,500 avant resurfaçage (pratique d'atelier ; varie selon les arêtes des pièces) | 10,000+ |
| Resurfaçage en place | Aisé (fraise à surfacer) | Peu praticable (HRC 58-62) |
Les utilisateurs de mors aluminium les resurfacent typiquement tous les 500-1,500 cycles pour récupérer la planéité — une passe de surfaçage de 2-3 minutes sur la machine où l'étau est monté. Le 6061-T6 est l'alliage standard de mors aluminium car son revenu T6 conjugue une limite d'élasticité (~276 MPa) suffisante pour maintenir les pièces sous charges de finition et la surface tendre nécessaire à la préservation des aluminiums polis, du laiton et des pièces anodisées.
✦ Mors durs en acier : domaine d'emploi
- Serrage en première opération sur barreau scié
- Ébauche lourde à 25-40 kN de force de serrage
- Pièces en fonte, acier et inox
- Longues séries de production sans contrainte de marquage de surface
✦ Mors aluminium : domaine d'emploi
- Pièces finies anodisées, polies ou plaquées
- Secondes opérations sur boîtiers aluminium à parois minces
- Composants en laiton et en cuivre
- Maintien pour contrôle où les marques d'outil sont inacceptables
Cadre de décision pratique
La sélection se fait mors par opération, et non mors par étau :
- Identifier le type d'opération : première opération sur matière brute, seconde opération sur surface usinée, finition sur surface sensible, ou pièce mince / 5 axes
- Accorder la dureté du mors à l'état de la pièce : mors durs pour le brut, mors doux pour les références usinées, mors aluminium pour les surfaces finies
- Accorder la géométrie à la forme de la pièce : mors étagés sous 12 mm d'épaisseur, profil bas en 5 axes, queue d'aronde pour les inserts pré-bridés sur fixation
- Vérifier le budget de force de serrage : la force de coupe attendue × un facteur de sécurité 2 doit rester inférieure à la force nominale du mors (≈ 30-50 % de déclassement pour l'aluminium, aucun pour l'acier dur)
Les mors doux devraient devenir le choix de maintien par défaut dès qu'une pièce dispose d'une face de référence usinée — ils convertissent directement la précision de la broche en concentricité de la pièce et éliminent le risque de marquage qui rebute les pièces finies. Les mors durs reprennent la main lorsque l'opération suivante introduit une nouvelle face brute. Les mors aluminium restent réservés à la minorité d'opérations de finition où la moindre marque équivaut à un défaut.
Tableau de sélection rapide
| Scénario | Type de mors | Matériau | Face / motif | Pourquoi |
|---|---|---|---|---|
| Première opération, barre acier sciée 40-100 mm | Mors durs dentés (pas 3 mm) | AISI 4140 / 20CrMnTi | Denture horizontale grossière | Empreinte de 0.10-0.15 mm assurant une prise pleine de 25-40 kN sur brut |
| Première opération, pièce de fonderie irrégulière | Mors durs dentés (gaufre) | AISI 4140 trempé | Pyramide 3×3 mm | Prise multidirectionnelle résistant au déplacement sur faces irrégulières |
| Seconde opération, pièce acier usinée à serrage concentrique | Mors doux alésés | Acier doux AISI 1018 | Profil alésé sur la pièce | Cavité usinée en machine ramenant la concentricité sous 0.025 mm |
| Tôle mince 6-12 mm, seconde opération | Mors étagés | AISI 4140 trempé | Épaulement étagé 5-10 mm | L'épaulement restitue la surface de prise perdue sur tôle mince |
| Montage 5 axes 3+2, corps en fonte aluminium | Mors profil bas doux | AISI 1018 ou 6061-T6 | Alésé ou lisse | Ajoute 10-30 mm de dégagement Z sous broche inclinée |
| Boîtier aluminium fini, seconde opération | Mors aluminium | 6061-T6 | Lisse ou légèrement surfacé | Surface HB 95 ne laissant aucune marque sur pièce anodisée |
| Composants en laiton anodisé / pièces polies | Mors aluminium lisses | 6061-T6 | Lisse (sans denture) | Maintien finition sans marquage |
| Pièces aluminium de série répétant une géométrie | Mors aluminium alésés | 6061-T6 | Profil alésé | Conjugue protection anti-marquage et prise concentrique |
Adapter le type de mors à l'opération, et non à l'étau.
Les mors durs dentés (AISI 4140 / 20CrMnTi à HRC 58-62) délivrent typiquement une prise maximale en première opération sur brut, au prix d'un marquage de 0.05-0.15 mm. Les mors doux (AISI 1018 à HRC 15-25) alésés en place ramènent la concentricité sous 0.025 mm en seconde opération en héritant directement de la précision de la broche. Les mors étagés étendent la prise sous 12 mm d'épaisseur, et les mors profil bas ajoutent 10-30 mm de dégagement Z pour les montages 5 axes. Les mors aluminium 6061-T6 sacrifient 50-70 % de la force de serrage pour protéger les surfaces finies. La plupart des étaux CNC de production font tourner trois à quatre jeux de mors plutôt que de s'appuyer sur un type universel unique.
Quelle est la différence entre les mors durs et les mors doux d'étau ?
Les mors durs d'étau sont traités thermiquement à HRC 58-62 (typiquement AISI 4140 ou 20CrMnTi) et serrent le brut en pénétrant 0.05-0.15 mm dans la pièce via leur denture. Les mors doux sont en acier doux AISI 1018 à HRC 15-25, conçus pour être alésés ou fraisés en place sur la machine même qui usinera la pièce — cela ramène la concentricité sous 0.025 mm en héritant directement de la précision de la broche.
Quand faut-il utiliser des mors d'étau dentés sur une machine CNC ?
Utiliser des mors dentés pour le serrage en première opération sur du brut scié, cisaillé ou de fonderie, dès lors que la passe d'usinage suivante éliminera les empreintes. La profondeur de denture typique de 0.05-0.15 mm reste acceptable sur faces brutes mais ne devrait pas entrer en contact avec une surface qui restera visible sur la pièce finie. Le pas de denture s'accorde à la taille du brut : pas fin de 1.5 mm sous 50 mm, pas grossier de 3 mm pour 50-150 mm.
Quelle force de serrage les mors aluminium 6061-T6 peuvent-ils encaisser ?
Les mors en aluminium 6061-T6 (HB ~95) tiennent de manière fiable 8-15 kN de force de serrage avant déformation de la face, contre 25-40 kN pour un mors acier AISI 4140 équivalent à HRC 58-62. Ce déclassement de 30-50 % de la force achète une protection complète contre le marquage sur les pièces anodisées, polies ou finies, où toute marque visible entraînerait le rebut.
Comment aléser des mors doux pour qu'ils épousent un diamètre de pièce donné ?
Monter des mors doux 1018 bruts sur le corps de l'étau, serrer entre eux une bague étalon de précision (dimensionnée au diamètre de serrage prévu, hauteur ≥75 % de la hauteur de serrage), puis plonger une barre d'alésage ou une fraise sur la machine même qui usinera la pièce afin d'usiner la cavité. Libérer la bague ; le profil alésé épouse alors la pièce à la précision du faux-rond propre à la broche.
Faut-il des mors différents pour l'usinage 5 axes ?
Les montages 5 axes 3+2 et simultanés exigent typiquement des mors profil bas (15-25 mm de hauteur contre 30-50 mm en standard) afin de dégager l'outil lorsque la broche bascule vers la pièce. Les mors profil bas préservent 10-30 mm de dégagement Z supplémentaire, mais ramènent la force de serrage fiable à environ 70-80 % de leurs équivalents pleine hauteur, du fait de la surface de prise réduite.
