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
Perçage vibratoire1. Problématique associée au perçage profond
1.1 Définition du processus de perçage
Le perçage est une opération d'usinage permettant d'obtenir un trou dans une pièce massive à l'aide d'un foret hélicoïdal monobloc, à embout rapporté ou à plaquette rapportée (figure 1). Cette opération est délicate car la coupe est confinée : l'arête de coupe est encastrée dans la matière.
Les copeaux formés sont naturellement longs et ininterrompus, du fait des mécanismes de formation des copeaux dans les matériaux ductiles. Le copeau ainsi formé, ayant l'allure d'un ruban, tente ensuite de remonter dans la goujure. La conception géométrique du foret, notamment l'orientation de la pointe du foret et de l'hélice de la goujure, est sensée soit évacuer directement le copeau-ruban, soit le contraindre à subir une deuxième déformation par enroulement sur lui-même ce qui peut le conduire à se briser (figure 2).
Cependant, dans l'état de l'art actuel des connaissances sur la mécanique des matériaux, la direction d'évacuation des copeaux et leur fragmentation dans la goujure ne sont pas prédictibles par aucune équation simple ni même par modélisation par éléments finis (même si de grands progrès sont en marche). Ainsi, à chaque conception d'un nouveau foret, il est nécessaire de passer par une grande quantité d'essais afin de constater dans quelles conditions de coupe les copeaux arrivent à sortir du trou sous forme de rubans ou sous forme de copeaux cassés par la goujure. La démarche, dite du couple outil-matière (NF E66-520), est aujourd'hui la méthode de référence pour quantifier ce domaine de fonctionnement. Il est dès lors clair que cette constatation ne vaut que pour des trous d'une profondeur donnée et en tout état cause que pour un matériau donné.
Dès lors que l'utilisateur cherche à accroître la profondeur des trous ou change de matériau de pièces, il doit requalifier le domaine de fonctionnement de son foret en sachant bien que le frottement intense des copeaux dans la goujure et sur les parois du trou (figure 3) conduira inévitablement à un phénomène de bourrage à partir d'une certaine profondeur puis à une destruction du foret. Il est donc extrêmement difficile de trouver des conditions productives de perçage avec un foret. De là, on comprend facilement qu'il existe autant de...
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Problématique associée au perçage profond
BIBLIOGRAPHIE
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(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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