Serrage de pièces : étaux, mandrins et pointes tournantes

Les étaux modulaires développent une force de serrage de 16-40 kN avec un parallélisme de 0.005 mm pour le fraisage CNC. Les mandrins à trois mors concentriques accueillent les barres rondes jusqu'à 3,000 RPM en tournage. Les pointes tournantes usage intensif supportent des charges atteignant 4,500 kg avec une précision de 0.003 mm grâce à des jeux NSK à 5 roulements pour le tournage entre pointes. Ce guide couvre les étaux, mandrins de tour et pointes tournantes, avec des spécifications issues de gammes réelles afin d'adapter le serrage à chaque opération.

Pour un aperçu complet des systèmes de porte-outil et de serrage de pièces — cônes, pinces et mandrins inclus — se reporter au guide complet du porte-outil.

Comprendre les trois catégories de serrage de pièces

Les dispositifs de serrage de pièces se répartissent en trois grandes catégories selon le type d'opération d'usinage qu'ils prennent en charge. Les étaux maintiennent des pièces fixes sur les fraiseuses, les rectifieuses planes et les machines à électroérosion. Les mandrins de tour saisissent les pièces en rotation sur les tours et centres de tournage. Les pointes tournantes soutiennent l'extrémité libre des pièces longues pendant le tournage ; elles tournent avec la pièce afin d'éliminer frottement et échauffement.

Chaque catégorie comporte ses propres subdivisions. Les étaux modulaires offrent une force de serrage élevée pour les centres d'usinage (16-40 kN), tandis que les étaux d'outilleur et les étaux sinus privilégient la précision pour les travaux de rectification et de contrôle. Les mandrins à trois mors assurent un centrage automatique rapide des barres rondes, alors que les mandrins à quatre mors apportent une stabilité de préhension supérieure pour les pièces lourdes ou de forme irrégulière. Les pointes tournantes vont des modèles haute vitesse tenant 6,000 RPM aux unités usage intensif supportant jusqu'à 4,500 kg de charge radiale.

Aperçu des catégories de serrage de pièces

Force de serrage étau modulaire 16-40 kN (série GT, largeurs de mors 100-300 mm)

Parallélisme étau d'outilleur/sinus 0.005 mm par 100 mm

Plage de diamètres mandrin à trois mors 80-630 mm

Plage de diamètres mandrin à quatre mors 80-630 mm

Précision pointe tournante 0.003 mm de faux-rond (modèles à roulements NSK)

Vitesse maximale pointe tournante 1,000-6,000 RPM selon la taille du cône

Sélection d'étau : modulaire, d'outilleur ou sinus

Les étaux de précision remplissent des rôles différents selon l'opération. Bien saisir ces distinctions permet d'éviter autant la dépense superflue pour des fonctionnalités inutiles que le sous-équipement face aux exigences de précision du travail à effectuer.

Les étaux modulaires (type GT) reposent sur un corps en acier allié cémenté à une dureté de HRC 58-62. Leur conception modulaire permet de séparer et de reconfigurer la base, le mors fixe et le mors mobile. Les largeurs de mors s'étendent de 100-300 mm, avec des ouvertures de serrage de 100-800 mm, pour une force de serrage de 16-40 kN. Ils constituent le choix de serrage principal pour les centres d'usinage et les fraiseuses CNC.

Les étaux d'outilleur (type QGG) présentent un corps monobloc avec des mors à gorge en V pour maintenir les barres rondes. Toutes les surfaces sont rectifiées avec précision à un parallélisme de 0.005 mm/100 mm et une verticalité de 0.005 mm. Les largeurs de mors s'étendent de 50-150 mm. Le corps monolithique garantit une rigidité maximale pour la rectification et le fraisage de petites pièces.

Les étaux sinus (type QKG) partagent les mêmes spécifications de précision que les étaux d'outilleur, mais sont optimisés pour les montages inclinés sur rectifieuses planes et machines à électroérosion. Les largeurs de mors de 25-150 mm couvrent aussi bien les travaux de détail fins que les composants de taille moyenne.

Facteur	Étau modulaire (GT)	Étau d'outilleur (QGG)	Étau sinus (QKG)
Plage de largeur de mors	100-300 mm	50-150 mm	25-150 mm
Ouverture de serrage max.	100-800 mm	65-210 mm	22-300 mm
Force de serrage	16-40 kN	S.O. (type à vis)	S.O. (type à vis)
Dureté de surface	HRC 58-62	HRC 58-62	HRC 58-62
Parallélisme	0.005 mm/100 mm	0.005 mm/100 mm	0.005 mm/100 mm
Application principale	Fraisage CNC	Rectification, fraisage	Rectification, électroérosion

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Règle de sélection d'étau

Choisir un étau modulaire lorsque la force de serrage et l'ouverture des mors constituent les exigences prioritaires. Opter pour un étau d'outilleur ou sinus lorsque la précision positionnelle dans plusieurs orientations est critique — les deux types se laissent brider à l'horizontale, à la verticale ou à plat avec une précision équivalente.

Sélection du mandrin de tour : trois mors ou quatre mors

Les mandrins de tour se classent selon le nombre de mors et leur construction. Le choix entre mandrins à trois mors et à quatre mors concentriques influe sur la précision de centrage, la plage de préhension et la vitesse de rotation maximale.

Les mandrins à trois mors concentriques (série K11) reposent sur un mécanisme à spirale qui déplace simultanément les trois mors, ce qui centre automatiquement les barres rondes ou hexagonales. Disponibles de 80-630 mm de diamètre, ils encaissent des couples de 40 Nm (80 mm) à 800 Nm (630 mm), à des vitesses de 600-4,800 RPM. Les modèles standard comportent deux jeux de mors monoblocs — internes et externes — tandis que les modèles conformes à ISO 3442 (série K11A) utilisent des mors en deux parties ajustables dans l'une ou l'autre direction de serrage.

Les mandrins à quatre mors concentriques (séries K12/K12A) répartissent la force de serrage sur quatre points de contact plutôt que trois, ce qui produit une distribution plus uniforme des contraintes radiales et résiste mieux aux déplacements de pièce sous l'effet de charges de coupe asymétriques. La gamme K12 couvre 80-630 mm de diamètre, avec des couples de 40-800 Nm. Les vitesses maximales restent légèrement inférieures à celles des mandrins à trois mors équivalents en raison de la masse supplémentaire — par exemple, un quatre mors de 200 mm tourne à 2,000 RPM contre 3,000 RPM pour un trois mors de même taille.

Facteur	Mandrin 3 mors (K11)	3 mors ISO 3442 (K11A)	Mandrin 4 mors (K12)	4 mors ISO 3442 (K12A)
Plage de diamètres	80-500 mm	160-630 mm	80-630 mm	160-630 mm
Vitesse max. (200 mm)	3,000 RPM	3,000 RPM	2,000 RPM	2,000 RPM
Couple max. (200 mm)	250 Nm	320 Nm	250 Nm	250 Nm
Type de mors	Monoblocs (2 jeux)	Deux parties (base + sommet)	Monoblocs (2 jeux)	Deux parties (base + sommet)
Mors doux disponibles	Oui	Oui	Oui	Oui
Montage par boulons traversants	Non	Non	Disponible sur demande	Disponible sur demande

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Erreur fréquente de sélection de mandrin

Un mandrin à quatre mors n'offre pas systématiquement une meilleure précision qu'un trois mors. La précision de centrage dépend de la qualité du mécanisme à spirale, et non du nombre de mors. Pour une précision de centrage maximale, demander des mors doux pouvant être alésés en place sur le tour — cette opération donne une concentricité plus serrée qu'un jeu de mors pré-rectifiés, quelle que soit la configuration à trois ou quatre mors.

Sélection de pointe tournante : vitesse ou capacité de charge

Les pointes tournantes soutiennent l'extrémité côté contre-pointe des pièces pendant le tournage. Le compromis essentiel oppose la vitesse de rotation maximale et la capacité de charge radiale — les roulements haute vitesse autorisent un tournage plus rapide mais supportent moins de poids, tandis que les roulements usage intensif encaissent des pièces massives à des vitesses moindres.

Les pointes tournantes haute vitesse associent trois jeux de roulements NSK (double rangée, butée et aiguilles IKO) à une broche en Cr12MoV traitée thermiquement à HRC 60 plus/minus 2 degrés. Elles atteignent une précision de 0.003 mm à des vitesses allant jusqu'à 6,000 RPM (MT2), avec des capacités de charge de 150-2,800 kg selon la taille du cône Morse. Le double système d'étanchéité à joints à squelette allemand protège les roulements contre l'infiltration de liquide de refroidissement.

Les pointes tournantes usage intensif utilisent cinq jeux de roulements NSK pour une capacité de charge radiale maximale — jusqu'à 4,500 kg sur un cône MT6. Leur conception antivibratoire à jeu de roulements réglable les rend idéales pour l'ébauche de pièces lourdes. Les vitesses maximales restent plus basses (1,000-3,500 RPM) en raison de la taille accrue des ensembles de roulements.

Les pointes tournantes Versa-Turn adoptent une conception à rotation externe avec une tête de plus petit diamètre, ce qui évite toute interférence avec l'outil dans les montages de tournage exigus. Elles supportent des charges de 100-1,300 kg à des vitesses allant jusqu'à 4,000 RPM, avec une précision de 0.003 mm.

Les pointes tournantes à pointes interchangeables permettent de changer rapidement la pointe sans retirer l'ensemble de la contre-pointe. Elles atteignent une précision de 0.005 mm à des vitesses allant jusqu'à 5,000 RPM.

Comparatif des pointes tournantes (cône MT4)

Haute vitesse 5,000 RPM / charge max. 800 kg / précision 0.003 mm

Usage intensif 2,600 RPM / charge max. 650 kg / précision 0.003 mm

Versa-Turn 3,000 RPM / charge max. 700 kg / précision 0.003 mm

Pointes interchangeables 3,800 RPM / charge max. 250 kg / précision 0.005 mm

Tous les modèles roulements NSK, broche Cr12MoV, traitement thermique à HRC 60 plus/minus 2 degrés

Remarque la précision MT6 en version haute vitesse est de 0.005 mm (et non 0.003 mm comme sur les tailles inférieures)

Option à pointe carbure pointes en carbure de tungstène YG8 à HRC 90 plus/minus 5 degrés

Quand choisir chaque type de serrage

✦ Les étaux conviennent le mieux pour

Fraisage CNC et centres d'usinage (étaux modulaires GT, 16-40 kN)
Rectification plane et électroérosion (étaux sinus QKG, 0.005 mm/100 mm)
Travaux d'outillage sur petites pièces prismatiques (étaux d'outilleur QGG)
Montages multi-axes nécessitant une réorientation (étaux entièrement rectifiés)

✦ Les mandrins de tour conviennent le mieux pour

Tournage de barres rondes avec montage rapide (mandrins à trois mors K11)
Ébauche lourde sur pièces de grand diamètre (mandrins à quatre mors K12, 80-630 mm)
Séries de production exigeant la souplesse des mors ISO 3442 (séries K11A/K12A)
Pièces nécessitant des mors doux alésés au diamètre exact

✦ Les pointes tournantes haute vitesse conviennent le mieux pour

Finition sur tour CNC à haute vitesse de broche (jusqu'à 6,000 RPM)
Pièces légères à moyennes nécessitant une précision de 0.003 mm
Environnements riches en liquide de refroidissement (double étanchéité allemande à squelette)

✦ Les pointes tournantes usage intensif conviennent le mieux pour

Tournage d'arbres de grande dimension sous fortes charges radiales (jusqu'à 4,500 kg)
Opérations d'ébauche où les performances antivibratoires sont déterminantes
Applications en contre-pointe MT5 et MT6 sur gros tours

Cadre de décision pratique

Commencer par le type de machine. Les fraiseuses et rectifieuses appellent un étau. Les tours et centres de tournage appellent un mandrin côté poupée fixe et une pointe tournante côté contre-pointe.

Pour les étaux, adapter la largeur des mors à la taille typique des pièces. Au-delà de 150 mm, un étau modulaire GT développant une force de serrage de 16-40 kN s'impose. Pour la rectification de précision ou les pièces d'électroérosion inférieures à 100 mm, un étau d'outilleur ou sinus apporte la précision positionnelle requise sans dépense superflue.

Pour les mandrins de tour, opter pour un trois mors sur les barres rondes et les montages rapides en production. Envisager un quatre mors lorsque le poids, le porte-à-faux ou la géométrie asymétrique de la pièce génèrent des charges déséquilibrées, ou lorsque la surface de préhension accrue améliore l'état de surface lors d'une ébauche lourde. Demander des mors en deux parties conformes à ISO 3442 (K11A ou K12A) en cas d'alternance fréquente entre serrage intérieur et extérieur sur le même mandrin.

Pour les pointes tournantes, commencer par accorder le cône Morse à la contre-pointe, puis arbitrer entre vitesse et charge. Les opérations de finition à haute vitesse réclament une pointe haute vitesse. L'ébauche d'arbres lourds exige une pointe usage intensif à cinq jeux de roulements. Un dégagement serré entre l'outil et la pièce justifie le recours à une pointe Versa-Turn avec sa tête de plus petit diamètre.

Summary

Adapter le serrage à l'opération, et pas seulement à la machine.

Privilégier les étaux modulaires (16-40 kN) pour le fraisage CNC, les étaux d'outilleur ou sinus (précision de 0.005 mm/100 mm) pour la rectification et l'électroérosion, les mandrins à trois mors pour un centrage rapide des barres rondes, les mandrins à quatre mors pour une stabilité de préhension usage intensif, et les pointes tournantes selon le compromis vitesse/charge — modèles haute vitesse 6,000 RPM pour la finition, ou modèles usage intensif à 5 roulements supportant jusqu'à 4,500 kg pour l'ébauche. Vérifier systématiquement la compatibilité du cône Morse et envisager des mors doux pour une précision de centrage maximale du mandrin.

Quelle est la différence entre un mandrin à trois mors et un mandrin à quatre mors concentriques ?

Un mandrin à trois mors utilise trois mors se déplaçant simultanément via un mécanisme à spirale pour centrer rapidement les barres rondes ou hexagonales. Un mandrin à quatre mors concentriques répartit la force de serrage sur quatre points de contact, ce qui offre une distribution plus uniforme des contraintes radiales et résiste mieux aux déplacements de pièce sous l'effet de charges de coupe asymétriques. Les mandrins à trois mors autorisent des vitesses de rotation plus élevées (par exemple 3,000 RPM à 200 mm contre 2,000 RPM pour un quatre mors), tandis que les quatre mors encaissent des couples plus importants de manière plus équilibrée.

Comment choisir entre une pointe tournante haute vitesse et une pointe usage intensif ?

Opter pour une pointe tournante haute vitesse (jusqu'à 6,000 RPM, 3 jeux de roulements NSK) pour les opérations de finition à haute vitesse de broche sur des pièces légères à moyennes. Opter pour une pointe tournante usage intensif (5 jeux de roulements NSK, capacité de charge jusqu'à 4,500 kg) pour l'ébauche d'arbres lourds, dès lors que les performances antivibratoires et la capacité de charge radiale priment sur la vitesse.

Quelle précision peut-on attendre d'un étau de précision ?

Les étaux de précision de qualité — qu'il s'agisse du type d'outilleur (QGG) ou du type sinus (QKG) — atteignent un parallélisme de 0.005 mm par 100 mm et une verticalité de 0.005 mm pour une dureté de surface de HRC 58-62. Toutes les surfaces sont rectifiées avec précision, ce qui autorise une utilisation à l'horizontale, à la verticale ou à plat avec une précision constante.

Quand faut-il recourir à des mors doux sur un mandrin de tour ?

Les mors doux s'imposent dès que les exigences de concentricité dépassent la précision standard des mors trempés. Ils sont alésés ou rectifiés en place sur le tour pour épouser exactement le diamètre de la pièce, ce qui permet un centrage plus serré qu'avec n'importe quelle configuration de mors pré-rectifiés. Leur intérêt est particulièrement marqué pour les opérations de tournage de finition, où le faux-rond conditionne directement la qualité de surface.

Que signifie ISO 3442 pour les mors de mandrin de tour ?

ISO 3442 définit le standard des mors de mandrin en deux parties, composés d'un mors de base et d'un mors supérieur. Cette conception permet de repositionner le mors supérieur sur le mors de base pour un serrage intérieur ou extérieur, sans changer de jeu de mors. Les mandrins équipés de mors conformes à ISO 3442 (séries K11A, K12A) offrent ainsi une plus grande souplesse que les conceptions à mors monoblocs, qui exigent des jeux distincts pour le serrage intérieur et extérieur.