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
Outil et qualité du trou4. Productivité et impact environnemental
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Gain de productivité
Nous allons maintenant comparer la productivité entre les trois techniques d'obtention de trous profonds : un perçage long avec lubrification haute pression, un forage avec un foret 3/4 et une lubrification haute pression, et le perçage vibratoire sans lubrification. Les conditions opératoires sont différentes entre un perçage conventionnel et un perçage vibratoire. En effet, la température au niveau de l'arête de coupe est plus faible en perçage vibratoire ce qui permet d'augmenter la vitesse de coupe. Par contre, l'épaisseur maximale du copeau doit rester compatible avec les caractéristiques mécaniques du foret. Comme nous avons une épaisseur de copeau variable en perçage vibratoire et un taux de coupe proche de 50 %, il n'est pas possible de prendre de grosses avances. Une avance de 0,15 mm/tr en perçage vibratoire conduit à une épaisseur maximale de copeau correspondant à une avance de 0,3 mm/tr en perçage conventionnel. Pour pouvoir comparer les deux techniques, nous avons tracé sur la figure 18 les courbes d'isoproductivité.
Nota :le perçage traditionnel ne peut se faire que sous lubrification externe dans le cas d'un foret HSS, alors que le perçage vibratoire se fait sans lubrification.
Vis-à-vis d'une opération de forage réalisée avec un foret 3/4, les gains de productivité peuvent aller jusqu"à un facteur supérieur à 3 en prenant uniquement le temps comme critère. En effet, les opérations de forage se déroulent avec une faible vitesse d'avance et une lubrification haute pression pour fractionner le copeau. L'étude menée sur une application de perçage de trous de lubrification sur un vilebrequin, en acier 35MV7 (270 HB) avec des trous de 5 mm de diamètre et 100 mm de profondeur, conduit à un temps de perçage de 12 s en perçage vibratoire et de 54 s en forage (figure 19).
Nous pouvons remarquer que la plupart des points de fonctionnement du perçage vibratoire sont au-dessus des courbes d'isoproductivité correspondant au perçage conventionnel, ce qui montre que le perçage vibratoire peut nettement réduire le temps de perçage.
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Possibilité d'usiner à sec et impact environnemental
Le perçage vibratoire est compatible avec un perçage à sec. Cette nouvelle technique permet d'étendre l'usinage...
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Productivité et impact environnemental
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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