Perceuse

Une perceuse tient un foret dans une broche, le fait tourner et l'enfonce droit dans la pièce, si bien que le trou est percé d'équerre avec une avance régulière. Le plus ancien dessin connu d'une machine de cette famille mue par une force extérieure, une foreuse à eau pour les tuyaux de bois, figure dans un manuscrit allemand des années 1420 à 1440 ; la première image imprimée d'une machine à aléser les canons coulés a paru à Venise en 1540. Des perceuses à colonne à engrenages coniques et volant d'avance travaillaient dans les ateliers britanniques dès la première moitié du XIXe siècle, avant le foret hélicoïdal de 1863 et la perceuse électrique portative de 1895.

Ce que c’est

Une perceuse fait des trous ronds. Elle tient un outil coupant, le foret, dans une broche, le fait tourner et l’enfonce dans la pièce suivant son propre axe. Un outil tenu à la main dévie et penche ; le bâti de la machine garde le foret d’équerre avec la pièce et le fait avancer régulièrement, si bien qu’une rangée de trous sort droite, à la même profondeur et dans la même direction.

La forme la plus courante est la perceuse à colonne : une broche verticale au-dessus d’une table sur laquelle on bride la pièce. Les perceuses radiales portent la broche sur un bras qui pivote au-dessus des grandes pièces, et les perceuses portatives mettent un petit moteur et le mandrin dans la main. Les forets plus anciens tournaient dans un sens puis dans l’autre, entraînés par un archet, comme à Mehrgarh pour les dents et les perles, ou pour allumer un feu. Un tour peut aussi percer, en faisant tourner la pièce contre un foret fixe.

Comment ça marche

Sur une perceuse à colonne d’atelier du XIXe siècle, la force venait d’une courroie descendant d’un arbre de transmission suspendu. La courroie passait sur une poulie à plusieurs gradins de diamètres différents ; en la changeant de gradin, on changeait la vitesse de la broche, car un gros foret doit tourner lentement et un petit vite. Une paire d’engrenages coniques, un petit pignon sur l’arbre horizontal engrenant avec une roue posée à plat, renvoyait le mouvement à angle droit vers la broche verticale.

Les deux arêtes de la pointe enlèvent le métal, et les rainures en hélice font remonter les copeaux hors du trou.

C’est le foret qui coupe. Un foret hélicoïdal porte deux arêtes tranchantes sur sa pointe conique, qui arrachent le métal au fond du trou en tournant, et deux rainures en hélice, les goujures, qui font remonter les copeaux. Le brevet de Stephen Morse, en 1863, le dit : son foret coupe le métal et évacue ses copeaux sans bourrer, alors que le foret plat courant à son époque raclait.

La broche doit à la fois tourner et descendre. Elle traverse le moyeu de la roue conique, qui l’entraîne par une clavette longue logée dans une rainure de la broche : elle tourne avec la roue et peut pourtant coulisser à travers elle. Plus bas, elle tourne dans une douille qui, elle, ne tourne pas. Le volant d’avance, par un pignon et une crémaillère taillée sur cette douille, pousse la douille, la broche et le foret vers la pièce ; l’avance automatique que Joseph Whitworth fit breveter en 1837 le faisait toute seule. Sur la perceuse à colonne de Whitworth construite vers 1860, une vis placée sous la table la déplace sur le côté, pour amener le centre tracé du trou sous la pointe.

Il faut brider la pièce. Quand les arêtes mordent, le foret entraîne la pièce avec lui, et une tôle libre tourne comme une lame. On la serre dans un étau ou on la boulonne sur la table, sur une cale de bois ou de métal de rebut, pour que le foret puisse déboucher sans entamer la table.

Comment faire

Cet exercice se fait avec une chignole, la perceuse à main à manivelle et roue dentée, qui fonctionne comme la tête d’une perceuse à colonne en petit : la roue porte une denture conique qui fait tourner un pignon sur l’axe du mandrin. Il faut aussi quelques forets hélicoïdaux, une planche de bois tendre d’environ 2 cm d’épaisseur, une bande de tôle d’aluminium d’environ 1,5 mm, une planche martyre, deux serre-joints, un pointeau ou un clou, un marteau, une équerre et un foret plus gros ou une fraise à chanfreiner.

Bridez la planche martyre sur l’établi et la planche de bois tendre par-dessus. Marquez le centre de chaque trou par deux traits de crayon croisés. Montez un foret de 5 mm dans le mandrin et serrez-le à la main jusqu’à ce qu’il soit bien au centre ; tournez lentement la manivelle et vérifiez que la pointe ne fait pas de faux-rond.

La chignole : la roue à manivelle entraîne le mandrin par une denture conique, comme dans la tête d’une perceuse à colonne.

Posez la pointe sur la marque, placez l’équerre à côté de la chignole pour vérifier qu’elle est verticale, et tournez la manivelle à vitesse égale en appuyant légèrement sur la poignée du haut. Ressortez le foret de temps en temps pour dégager les copeaux. Quand la pointe débouche dans la planche martyre, le trou est fini ; sans elle, l’arrière du trou éclaterait. Comparez les copeaux de bois enroulés avec ceux qui sortent du métal.

Pour l’aluminium, bridez la bande à plat sur la planche martyre, près de l’endroit à percer. Frappez un petit creux sur la marque avec le pointeau, pour que la pointe ne glisse pas. Percez d’abord à 3 mm, puis agrandissez à 6 mm. Les copeaux sortent alors en longues spirales. Ôtez la bavure coupante autour du trou, des deux côtés, en y tournant à la main un foret plus gros ou une fraise à chanfreiner.

Histoire et évolution

Pendant des millénaires, on a fait tourner les forets à la main ou à l’archet, dans un sens puis dans l’autre. Le plus ancien dessin connu d’une machine à forer mue par une autre force se trouve dans un recueil allemand d’images de technique militaire, fait dans la région du Rhin supérieur vers 1420–1440 et conservé à la Zentralbibliothek de Zurich. L’eau qui tombe d’une goulotte frappe une petite roue hydraulique horizontale dont l’arbre vertical porte une tarière, et celle-ci perce par en dessous un tronc tenu debout dans un bâti, pour en faire un tuyau d’eau. La plus ancienne image imprimée d’une machine à aléser le métal a paru à Venise en 1540, dans la Pirotechnia de Vannoccio Biringuccio, un manuel de métallurgie et de fonte des canons. Sa gravure sur bois montre une machine horizontale à aléser les canons coulés. L’historien Andrea Bernardoni y voit la première image d’une aléseuse horizontale et en suit les versions ultérieures jusqu’à la fin du XVIIIe siècle.

Les perceuses destinées à la mécanique générale se répandent dans les ateliers britanniques au début du XIXe siècle. Richard Roberts ouvre un petit atelier à Manchester en 1816 et construit en quelques années un tour à fileter et toute une série de perceuses. Le Science Museum de Londres conserve une machine d’environ 1840 venue de la filature de Strutt et Arkwright à Milford, qui servait à construire des machines textiles : une perceuse et une mortaiseuse y sont adossées sur une même colonne de fonte, la broche de perçage porte une roue conique et une poulie à cinq gradins, l’avance se fait par un volant et trois roues dentées, et le tout est entraîné par courroies depuis l’arbre de transmission. L’entreprise de Whitworth construit sa première perceuse mécanique en 1847, puis des perceuses radiales à bras pivotant.

Le foret plat en fer de lance et le foret hélicoïdal qui l’a remplacé.

Les premiers forets de machine étaient des lames plates taillées en fer de lance ; la perceuse à colonne de Whitworth construite vers 1860 en porte encore un. Le 7 avril 1863, Stephen A. Morse, d’East Bridgewater dans le Massachusetts, obtient le brevet américain 38 119 pour un foret hélicoïdal, et l’entreprise qu’il fonde l’année suivante fabrique encore des outils coupants. C’est pour tailler les goujures en spirale de ces forets que Brown & Sharpe construit en 1862 sa fraiseuse universelle.

En 1895, des mécaniciens de C. & E. Fein, à Stuttgart, relient un petit moteur électrique à un mandrin et obtiennent la première perceuse électrique portative, que l’entreprise fabrique ensuite en série.