Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Henri PARIS : Professeur à l'université Joseph Fourier – Grenoble 1
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Joël RECH : Maître de conférences à l'ENISE
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Lire l’articleINTRODUCTION
La réalisation de perçages profonds sur des pièces mécaniques reste aujourd'hui une opération délicate. En effet, l'opération de perçage est une opération confinée qui conduit à une grande concentration de chaleur en pointe d'outils, ainsi qu'à une grande difficulté d'évacuation des copeaux hors du trou. Pour fractionner le copeau et ainsi faciliter son évacuation, plusieurs techniques, comme l'utilisation de cycles de débourrage ou de lubrification haute pression, sont utilisées dans le monde industriel. Ces solutions sont avant tout des stratégies qui permettent d'éviter des arrêts intempestifs de production, mais elles ne permettent pas de gains de productivité.
La technique innovante de perçage vibratoire autoentretenu permet de fractionner le copeau à l'aide du phénomène de broutement axial du foret. Les vibrations axiales, générées par ce phénomène, induisent une coupe interrompue qui permet de fractionner le copeau plusieurs fois par révolution du foret. Les copeaux étant de petites tailles, ils s'évacuent naturellement le long de la goujure par un phénomène de trémies vibrantes. Pour cela, des porte-outils innovants utilisables sur toutes machines d'usinage (centre d'usinage, tour, tour à décolleter, etc.) ont été conçus. Les résultats obtenus montrent que la qualité des trous est proche de la qualité obtenue à l'aide d'un foret 3/4. De plus, la durée de vie du foret reste très importante car le foret ne travaille que pendant une partie du temps du fait de la coupe qui devient interrompue, ce qui permet à l'outil de se refroidir entre chaque phase de coupe.
Grâce à cette technique, il est par exemple possible de réaliser un perçage de diamètre 5 d'une profondeur de 20 fois le diamètre dans de l'acier avec un gain de productivité de 500 % par rapport à une réalisation au foret 3/4. De plus, cette opération est réalisable sans aucune lubrification ce qui permet de réduire considérablement l'impact environnemental de la fabrication, tout en permettant une économie d'investissement en évitant l'achat de centrale de lubrification à haute pression.
Enfin, grâce aux propriétés du perçage vibratoire, il est possible de réaliser des trous de petites ou de très grandes profondeurs, dans une très large gamme de matériaux (aciers recuits, aciers traités, fontes, etc.) avec un unique outil et un unique porte-outil, ce qui facilite énormément l'industrialisation d'une grande variété de pièces avec une variété minimum d'outils.
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Présentation
Productivité et impact environnemental3. Conception d'un porte-outil innovant
3.1 Objectifs
Nous avons vu l'intérêt de maîtriser le broutement axial pour obtenir un copeau fragmenté. Il s'agit maintenant de concevoir un porte-outil innovant pour des opérations de perçage permettant d'obtenir un copeau fragmenté en utilisant des conditions de coupe compatibles avec une bonne productivité et une durée de vie du foret, tout en garantissant une bonne qualité de trou (diamètre, rectitude, rugosité).
HAUT DE PAGE3.2 Principe
Le principe retenu est d'intercaler un ressort entre la broche et le foret pour obtenir une raideur compatible avec le phénomène de broutement conduisant à la fragmentation du copeau. Une liaison glissière entre la broche et le foret est aussi nécessaire pour, d'une part, conserver la bonne coaxialité entre l'axe de la broche et l'axe du foret et, d'autre part, permettre le mouvement axial issu des vibrations.
Le porte-outil, breveté (WO9902291A1), est alors constitué de trois parties (figure 12) :
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un corps qui se monte sur la broche à l'aide d'un attachement standard (cône SA, HSK...) ;
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un porte-foret qui est guidé axialement sur le corps à l'aide d'une douille à bille et qui est entraîné en rotation par deux goupilles ;
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un ressort, assuré par un empilement de rondelles Belleville sur la version présentée sur la figure 12, qui se situe entre le corps et le porte-foret.
Les domaines d'instabilité de l'usinage sont essentiellement fonction de la raideur du système usinant (le ressort dans notre cas) et de la fréquence propre du système (fréquence propre du porte-outil dans notre cas). Comme la fréquence propre est reliée à la masse et à la raideur [équation (1)], il est important de pouvoir ajuster la masse du porte-foret et la raideur du ressort. Ces réglages sont possibles :
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en empilant des rondelles Belleville de différentes épaisseurs et en les positionnant soit en concordance soit en opposition pour ajuster la raideur ;
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en ajoutant un cylindre...
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Conception d'un porte-outil innovant
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KAMNEV (E.) - Contribution à la modélisation et à l'industrialisation du perçage vibratoire. - Thèse de doctorat, INPG, France (2003).
-
(2) - GUIBERT (N.) - Étude et modélisation de l'influence des phénomènes de coupe sur les performances du forage vibratoire. - Thèse de doctorat, Université Joseph Fourier, France (2008).
-
(3) - PARIS (H.), TICHKIEWITCH (S.), PEIGNÉ (G.) - Modelling the vibratory drilling process to foresee cutting parameters. - Annals of the CIRP, vol. 54, p. 367-370 (2005).
-
(4) - ALTINTAS (Y.) - Manufacturing automation. - Cambridge University Press (2000).
-
(5) - TANGUY (J.-C.) - Perçage au foret hélicoïdal. - Lavoisier (1993).
-
(6) - GUIBERT (N.), PARIS (H.), RECH (J.) - Influence of the chisel edge geometry on the vibratory...
NORMES
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Domaine de fonctionnement des outils coupants. Couple outil-machine (8 parties) - NF E 66-520 - 97-2000
ANNEXES
FR2765505A1-WO9902291A1 : Tête de perçage vibratoire, brevet déposé par l'INPG
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire G-SCOP – Grenoble http://www.G-SCOP.fr
Laboratoire LTDS – St-Étienne http://www.LTDS.fr
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