Le problème : choisir par habitude, pas par analyse
Les rainures de clavette selon DIN 6885 font partie des profils internes les plus courants en mécanique de transmission : engrenages, poulies, accouplements, moyeux. Pourtant, dans de nombreux ateliers, le choix entre brochage et mortaisage se fait par inertie — on utilise la machine disponible, pas celle qu’il faut.
La conséquence est un compromis silencieux : coûts d’outillage gonflés, temps de cycle non optimisés, ou tolérances aux limites. Cet article compare les deux technologies avec des données mesurées, pour donner aux décideurs en production un outil concret.
Comment ça fonctionne : deux philosophies d’usinage opposées
La broche est un outil multi-tranchants dont les dents sont disposées en séquence, chacune légèrement plus grande que la précédente. Le profil est réalisé en 1 à 3 passes : chaque dent enlève un incrément défini (RPT – Rise Per Tooth, typiquement 0,02–0,15 mm). L’opération comprend l’ébauche, la semi-finition et la finition en une seule course [1].
Selon la classification DIN 8589-5, le mouvement de coupe est linéaire et unidirectionnel, l’avance étant déterminée par la géométrie de l’outil et non par la machine. Le résultat est une haute répétabilité dimensionnelle : les applications industrielles atteignent IT6/IT7 avec une rugosité Ra ≤ 0,8 µm [1].
Le mortaisage utilise un outil à tranchant unique travaillant en mouvement alternatif vertical. Le matériau est enlevé lors de la course descendante ; la course de retour est passive. La profondeur de coupe est augmentée à chaque passe sur l’axe X (typiquement 0,02–0,05 mm/passe) [2][3].
Il peut être réalisé sur des mortaiseuses dédiées, des tours CNC (avec broche bloquée et outil à mortaiser monté sur la tourelle), ou des centres d’usinage multitâches. L’insert à tranchant unique est en acier rapide (HSS-PM) ou en carbure, disponible en largeurs standard de 2 à 25 mm avec les tolérances H7, JS9, P9, D10 et C11 [2][3].
Comparaison technique directe
| Paramètre | Brochage traditionnel | Mortaisage (tranchant unique) |
| Principe de coupe | Multi-tranchants, 1 à 3 passes | Tranchant unique, passes multiples |
| Précision obtainable | IT6–IT7 [1] | IT7–IT9 [2][3] |
| Rugosité superficielle (Ra) | ≤ 0,8 µm [1] | 1,6–3,2 µm (selon matériau et configuration) [2][3] |
| Rainures borgnes (blind keyway) | Non (passage complet requis) | Oui (avantage principal) [2][4] |
| Coût d’outillage | Élevé (broche dédiée par profil) | Faible (insert interchangeable) [2][3] |
| Temps de cycle par rainure (acier C45) | 5–15 s par rainure [1] | 60–300 s par rainure (selon profondeur) [2] |
| Machine requise | Brocheuse dédiée | Mortaiseuse, tour CNC, centre multitâches [2][3] |
| Flexibilité des profils | Faible (1 broche = 1 profil) | Élevée (changement d’insert pour différentes largeurs) [2] |
| Lot économique minimum | Moyen-élevé (> 500–1 000 pcs) | Même pièces unitaires [2][3] |
Tab. 1 – Comparaison technique brochage vs mortaisage. Sources : [1] Arrazola et al., CIRP Annals 2020 ; [2] Gisstec, 2025 ; [3] HPProc, 2018.
Ce qui se passe en atelier : les problèmes réels
Brochage : rapide mais rigide
La broche traditionnelle est imbattable sur les grandes séries de rainures débouchantes. Le problème réside entièrement dans le coût initial et la rigidité : toute variation de largeur, de tolérance ou de profil exige une broche différente. Sur les productions mixtes ou les prototypes, le coût de l’outillage pèse plus lourd que le coût machine.
L’évacuation des copeaux dans les rainures internes profondes est un point critique documenté : Fabre et al. ont montré qu’avec un RPT élevé et des vitesses de coupe faibles, la rugosité se dégrade sensiblement par colmatage des logements à copeaux [5]. De plus, la broche ne peut être utilisée que pour des rainures débouchantes : elle ne peut pas usiner des alésages borgnes [4].
Mortaisage : flexible mais lent
Le mortaisage sur tour CNC élimine le repositionnement de la pièce : la rainure est réalisée dans la même phase de tournage, perçage et alésage. C’est son principal avantage concurrentiel sur les petites et moyennes séries. Il peut usiner des rainures borgnes (avec dégagement de fond adapté) et s’adapte à des profils non standard.
La limite est le temps de cycle : avec des profondeurs de passe typiques de 0,02–0,05 mm, une rainure de 4 mm de profondeur dans un acier C45 nécessite 80 à 200 courses. La déflexion de l’outil dans les rainures profondes et étroites est le problème le plus insidieux : plus le porte-insert est long, plus il fléchit sous les efforts de coupe, générant des rainures “en trompette” (plus larges au fond) [6].
Matériau de l’insert : HSS-PM ou carbure ?
En mortaisage sur tour CNC, le choix du matériau de l’insert est contre-intuitif. Le carbure semble le choix évident, mais ce n’est pas le cas pour ce procédé. Gisstec, l’un des principaux fabricants de systèmes de mortaisage, documente clairement le problème : le carbure n’est pas adapté au mortaisage car sa faible résistance à la rupture ne garantit pas la fiabilité du procédé [2].
En pratique : un insert en carbure peut fonctionner pendant 100 rainures, mais les arêtes risquent d’éclater après quelques usinages. Les alliages HSS obtenus par métallurgie des poudres (HSS-PM), avec revêtement TiN, offrent une meilleure résistance à la compression et une durée de vie plus constante. En brochage traditionnel, le HSS reste le matériau dominant pour les mêmes raisons, même si pour les applications aéronautiques sur superalliages, des outils en carbure avec surveillance de procédé sont utilisés [1][7].
Paramètres de coupe : références opérationnelles
Le tableau suivant présente des paramètres indicatifs pour le mortaisage sur tour CNC avec insert unique, basés sur les données des fabricants d’outils. Les valeurs doivent être adaptées à la machine, à la rigidité du montage et au matériau spécifique.
| Matériau pièce | Vitesse de course (m/min) | Profondeur de passe (mm) | Matériau insert | Refroidissement |
| Acier C45 / 8620 | 5–6 | 0,02–0,04 | HSS-PM + TiN | Émulsion 10–15 % |
| Acier 4140 traité thermiquement | 4–5 | 0,015–0,03 | HSS-PM + TiN | Émulsion 10–15 % |
| Aluminium (6061 / 7075) | 8–14 | 0,03–0,06 | HSS-PM ou carbure | Émulsion ou air |
| Fonte (GJL-250) | 4–6 | 0,02–0,04 | HSS-PM + TiN | À sec ou MQL |
| Inox austénitique (304/316) | 3–5 | 0,015–0,03 | HSS-PM + TiAlN | Émulsion abondante |
Tab. 2 – Paramètres indicatifs mortaisage sur tour CNC avec insert unique. Sources : [2] Gisstec, 2025 ; [7] CNC Broach Tools, 2025.
Pour le brochage traditionnel, Fabre et al. rapportent que la rugosité s’améliore sensiblement avec l’augmentation de la vitesse de coupe jusqu’à 50 m/min, même à sec : les valeurs de Ra obtenues à 50 m/min sont systématiquement inférieures à celles obtenues à faible vitesse [5]. Ce résultat est contre-intuitif mais confirmé expérimentalement sur acier inoxydable X12Cr13.
Quand choisir quoi : arbre de décision
| Scénario de production | Choix recommandé | Justification |
| Lot > 1 000 pcs, rainure débouchante, profil standard DIN 6885 | Brochage traditionnel | Temps de cycle minimum, coût/pièce le plus bas |
| Lot < 200 pcs, profils variables, pièce déjà sur le tour | Mortaisage sur tour CNC | Zéro repositionnement, coût d’outillage faible, flexibilité maximale |
| Rainure borgne (blind keyway) | Mortaisage (seule option directe) | La broche nécessite un passage complet [4] |
| Tolérance largeur H7 ou P9, Ra < 1 µm | Brochage traditionnel | Précision et finition supérieures [1] |
| Profils spéciaux (hexagonaux, cannelés, splines) | Mortaisage avec insert dédié | Une broche spéciale coûte bien plus qu’un insert spécial [2] |
| Série > 5 000 pcs/mois, rainure débouchante | Brochage à grande vitesse (têtes motorisées) | Temps de cycle compétitif sans brocheuse dédiée [2] |
| Prototype ou pièce unitaire | Mortaisage sur tour CNC | Aucun coût d’outillage dédié |
Tab. 3 – Arbre de décision brochage vs mortaisage. Élaboration basée sur les sources [1][2][3][4].
Checklist : avant de démarrer l’usinage
| Si vous choisissez le brochage | Si vous choisissez le mortaisage |
| Vérifiez que la rainure est débouchante (non borgne) | Prévoyez un dégagement de fond si la rainure est borgne |
| Vérifiez que la broche correspond exactement au profil et à la tolérance requise | Indiquez et vérifiez l’équerrage du porte-insert par rapport à la pièce |
| Vérifiez l’état des tranchants (RPT altéré = rainure hors tolérance) | Utilisez un porte-insert hydraulique ou une pince ER pour une rigidité maximale [8] |
| Assurez une lubrification abondante (huile entière pour brochage traditionnel) [5] | Refroidissement avec émulsion à 10–15 % et deux buses internes [3][8] |
| Planifiez le réaffûtage : une broche avec tranchants usés compromet la pièce [1] | Changez le tranchant de l’insert avant qu’il ne s’émousse : un insert émoussé ne coupe pas, il dévie [8] |
| Contrôlez l’évacuation des copeaux dans les logements entre les dents | Programmez le retour avec un soulèvement complet de l’axe X pour éviter les rayures [3][8] |
Tab. 4 – Checklist opérationnelle pré-usinage. Sources : [1][2][3][5][8].
Diagnostic rapide : symptôme, cause, action
| Symptôme | Cause probable | Action corrective |
| Rainure plus large au fond qu’en haut | Déflexion du porte-insert en mortaisage [6] | Réduire la longueur en porte-à-faux ; utiliser un porte-insert plus rigide ; réduire la profondeur de passe |
| Rugosité élevée sur la surface de la rainure | RPT trop élevé et/ou vitesse trop faible (brochage) [5] ; insert usé (mortaisage) [8] | Augmenter la vitesse de coupe ; réduire le RPT ; remplacer l’insert ou réaffûter la broche |
| Rayures sur la surface au retour | L’insert ne se soulève pas complètement lors de la course de retour [3] | Programmer le soulèvement complet en X pendant la course passive |
| Rupture de l’insert après quelques passes | Insert en carbure sur mortaisage à faible vitesse [2] | Passer à un insert HSS-PM + TiN ; vérifier l’alignement |
| Largeur rainure hors tolérance (±) | Désalignement axe Y ; usure asymétrique du tranchant | Utiliser une douille excentrique pour correction axe Y [2][3] ; vérifier l’état de l’insert |
| Colmatage des copeaux dans la broche | Logements à copeaux insuffisants pour la profondeur de coupe [5] | Réduire le RPT ; améliorer la lubrification ; vérifier la conception des logements |
Tab. 5 – Tableau diagnostic symptôme/cause/action. Sources : [1][2][3][5][6][8].
Conclusions opérationnelles
Le brochage reste la technologie la plus productive pour les rainures débouchantes en grandes séries : rien ne le bat en termes de temps de cycle lorsque le profil est défini et que les volumes justifient l’investissement en outillage dédié.
Le mortaisage sur tour CNC avec insert unique est le choix rationnel pour les petites et moyennes séries, les rainures borgnes, les profils spéciaux et toutes les situations où la flexibilité vaut plus que la vitesse pure. Il permet de terminer la pièce en un seul montage, éliminant les temps morts et les risques de repositionnement.
MadTools conçoit et fabrique aussi bien des broches en HSS et HSS-E (y compris pour des profils non standard) que des inserts de mortaisage pour rainures de clavette, ainsi que des appareils de brochage avec et sans lubrification interne. Le bureau d’études de 5 ingénieurs peut analyser le procédé spécifique et
Sources et références
[1] Arrazola P.J., Rech J., M’Saoubi R., Axinte D. – “Broaching: Cutting tools and machine tools for manufacturing high quality features in components”, CIRP Annals, Vol. 69, No. 2, 2020, pp. 554–577.
[2] Gisstec – “Top 7 Internal Keyway Cutting Methods: How To Choose the Right One” et “Ultimate Guide to Keyway Broaching on CNC Lathes”, gisstec.com, 2025.
[3] HPProc – “5 Keyway Cutting and Broaching Options”, hpproc.com, 2018.
[4] Fabre D. et al. – “Optimization of surface roughness in broaching”, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Vol. 18, 2017, pp. 115–127.
[5] IGS Gear – “What Is a Slotting Machine? A Comprehensive Guide”, igsgear.com, 2026.
[6] Kishawy H.A. et al. – “An energy based analysis of broaching operation: Cutting forces and resultant surface integrity”, CIRP Annals, Vol. 61, No. 1, 2012, pp. 107–110.
[7] CNC Broach Tools – “Keyway Cutters Speed / Feed” et “Keyway Broach Tools”, cncbroachtools.com, 2025.
[8] DIN 6885-1 – “Drive type fastenings without taper action; parallel keys, keyways, deep pattern”.
[9] DIN 8589-5 – “Manufacturing processes chip removal – Part 5: Broaching; classification, subdivision, terms and definitions”.
