Brevet FR2480644A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne un procédé de perçage de trous de diamètre prédéterminé dans un ensemble de feuilles superposées comprenant au moins une feuille d'un matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone, une feuille d'acier et une feuille de titane. On utilise des feuilles composites de ce type dans la construction aéronautique pour former des structures ayant une résistance mécanique très élevée et un poids très faible. De façon à relier rigidement les trois feuilles de l'ensemble et/ou de relier les divers éléments d'une structure, les feuilles sont reliées au moyen d'organes insérés dans des trous correspondants pratiqués dans celles-ci. La présente invention a pour objet un procédé de perçage de tels trous dans des feuilles composites du type indiqué ci-dessus. On perce généralement des trous de cette nature avec une perçeuse à commande manuelle ou au moyen d'une ma- chine de perçage appropriée munie d'une têtemobile suivant une vitesse d'avance prédéterminée sur des guides; dans les deux cas, l'outil utilisé est un forêt tournant en carbure de tunastène. Des trous percés en utilisant la méthode indiquée ci-dessus présentent des inconvénients sérieux qui les ren- dent peu propres à la construction aéronautique dans laquelle 2. il faut que les éléments soient entièrement exempts de dé- fauts. En effet, les trous obtenus de la manière indiquée ci-dessus présentent en général de nombreux défauts, car leur forme et leurs dimensions ne correspondent pas aux for- mes et aux dimensions attendues et par dessus tout, parce que la surface des trous et les zones situées dans le voisi- nage immédiat sont endommagées, ce qui compromet la résistan- ce mécanique des liaisons obtenues, liaisons qui doivent ré- sister, comme cela est bien connu, à des tensions de travail très élevées. Dans de tels trous, on rencontre parfois de petits fendillements et des morceaux de fibres brisées près du bord du trou formé dans la feuille en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone, ou bien des avaries à la sur- face dues aux copeaux de perçage en acier; la rugosité des surfaces des trous ainsi obtenus est toujours très grande. En outre, on ne peut obtenir que des tolérances très grandes sur le diamètre des trous, et les trous présentent assez fré- quemment une ovalisation ou une conicité indésirables. Enfin, les outils subissent une usure importante, celle-ci étant due avant tout à l'action produite sur les bords coupants par les fibres de carbone; les outils doivent par conséquent être remplacés très souvent. L'objet de la présente invention est de prévoir un- procédé du type indiqué ci-dessus qui permette d'éliminer les inconvénients énumérés ci-dessus de façon'que des trous sans défauts puissent être formés d'une façon économique avec des formes et des dimensions correspondant aux formes et aux dimensions attendues, avec des tolérances très strictes et un fini élevé des surfaces concernées. Selon la présente invention, on prévoit un procédé de perçage de trous d'un diamètre final prédéterminé dans un ensemble de feuilles superposées comprenant au moins une feuille en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone, une feuille en acier et une feuille en titane, l'épaisseur des feuilles étant comprise respectivement entre 3. 2 et 10 mm, entre 0 et 1,5 mm et entre 2 et 5 mm,caractérisé en ce que, pour chaque trou, on exécute une première opéra- tion de perçage avec une perçeuse à commande manuelle équipée d'un forêt tournant ayant un premier diamètre inférieur au diamètre final prédéterminé de façon à obtenir, à l'issue de la première opération, un trou ayant un diamètre sensible- ment égal au premier diamètre; une seconde opération d'élar- gissement du trou obtenu à l'issue de la première opération exécutée avec une perçeuse automatique équipée d'un forêt tournant comportant deux parties ayant des diamètres diffé- rents, une partie supérieure d'un diamètre égal au diamètre final prédéterminé diminué de 0,8 mm, et une partie inférieu- re d'un diamètre égal à celui de la partie supérieure réduit de 0,8 mm de façon à obtenir à l'issue de l'opération un trou ayant un diamètre sensiblement égal à celui du diamètre final réduit de 0,8 mm; une troisième opération d'alésage du trou obtenu à l'issue de la seconde opération effectuée avec une perçeuse automatique portable comportant un outil d'alésage constitué de deux parties ayant des diamètres dif- férents, une partie supérieure d'un diamètre égal au diamètre final et une partie inférieure d'un diamètre égal au diamètre obtenu à l'issue de la seconde opération, de façon à guider l'outil d'alésage au moyen de la partie inférieure de l'ou- til lui-même pendant la phase d'alésage. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: Les figures 1 et 2 représentent schématiquement 1 l'ensemble de feuilles au début et à la fin, respectivement, d'une première opération; Les figures 3 et 4 représentent schématiquement l'ensemble de feuilles, respectivement, au début et à la fin d'une seconde opération; et Les figures 5 et 6 représentent schématiquement l'ensemble de feuilles, respectivement, au début et à la fin d'une troisième opération qui termine le procédé. Le procédé de la présente invention est utilisé 4. pour le perçage d'un ensemble de feuilles superposées, tel que l'ensemble représenté en figure 1, constitué d'au moins une première feuille 1 en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone, d'une seconde feuile 2 en acier, d'une troisième feuille 3 en titane; la feuille 2 est cons- tituée d'un acier d'un type pouvant être roulé, c'est-à-dire apte à atteindre une épaisseur permettant son positionnement entre les deux autres feuilles. Des feuilles composites de ce type sont largement utilisées dans la construction aéro- nautique pour constituer des éléments de structure ayant une très grande résistance mécanique et un poids très faible; la liaison entre les feuilles de l'ensemble ou entre les diffé- rents éléments de structure est obtenue au moyen d'organes de liaison insérés dans des trous qui peuvent être formés en suivant le procédé de la présente invention. Les meilleurs résultats du procédé sont obtenus lorsque l'épaisseur des feuilles 1, 2, 3 est comprise, res- pectivement, entre 2 et 10 mm, entre 0 et 1,5 mm et entre 2 et 5 mm. Le diamètre des trous est commodément compris entre 2,5 et 9 mm. Pour obtenir chacun des trous, on effectue une première opération de perçage au moyen d'une perçeuse à com- mande manuelle (non représentée) équipée d'un forêt tournant en carbure de tungstène 4; la position relative du forêt par rapport à la feuille composite à percer, au début de la première opération, est représentée en figure 1. Le forêt est un forêt normal à droite du type uti- lisé dans des opérations normales de perçage, par exemple avec une rainure hélicoïdale formant un angle de 30 par rap- port à son axe; l'angle de la pointe,représenté en a dans la figure 1, doit être de 1350. Le diamètre da du forêt est com- pris entre 1/2 et 2/3 du diamètre final prédéterminé du trou que l'on souhaite former, alors que la vitesse de rotation du forêt lui-même, laquelle est constante pendant la durée de la première opération, doit être comprise entre 450 et 550 tours par minute. L'opération est exécutée par insertion du forêt 4 dans une bague de guidage 5, qui est supportée convenablement, par exemple au moyen d'uneplaque 6pet ayant une hauteur h comprise entre 25 et 30 mm, d'une façon telle que le forêt lui-même est solidement guidé pendant sa pénétration dans la feuille composite 1, 2, 3. A cet effet, un petit jeu diamé- tral est laissé entre le forêt et la surface du trou de la ba- gue, jeu qui peut être de l'ordre de 0,01 mm. Pour exécuter cette opération, l'opérateur, après avoir positionné la bague 5 de façon que son axe coïncide avec l'axe du trou à former, introduit le forêt dans la ba- gue, appliquant à celui-ci une force manuelle suffisante pour en provoquer l'avance. Pendant cette opération, l'âme centrale du trou à percer est sensiblement enlevée, ce qui permet d'obtenir avec une vitesse notable, comme on peut le voir en figure 2, un trou ayant un diamètre sensiblement égal à d même s'il n'est pas très régulier tant en ce qui concerne les dimensions que le fini de surface. Si le diamètre du trou final doit être très petit, la première opération décrite ci-dessus peut être omise. La seconde opération du procédé consiste à agrandir le trou ainsi obtenu: en figure 3 on a représenté schémati- quement l'outil constitué alors par un forêt tournant 7, po- sitionné par rapport à l'ensemble de plaques 1, 2, 3 au début de l'opération. Le forêt 7 comprend deux parties, une partie infé- rieure 9 et une partie supérieure 8, ayant des diamètres dif- férents; le diamètre de la partie supérieure, représenté en dC de la figure 3, est lié au diamètre final prédéterminé df du trou devant être obtenu (figure 6) par la relation suivan- te: dc = df - 0,8 mm, (1) le diamètre de la partie inférieure, représenté en dd, est lié au diamètre dc (et par conséquent sur la base de l'équation (1) au diamètre df) par la relation suivante: dd = dC - 0,8 mm = df - 1,6 mm (2) En dehors de la présence de deux parties de diamè- tre différent, le forêt 7 est un forêt normal à droite en 24 O644 6. carbure de tungstène comportant, par exemple, des rainures hélicoïdales inclinées de 30 par rapport à son axe. L'angle P3 de la pointe (figure 3) qui est le même que l'angle de la zone de liaison entre la partie supérieure 9 et la partie inférieure 8 est de 1350. Le forêt 7 est monté sur la tête mobile d'une per- çeuse d'un type portatif comportant une avance automatique (non représentée). La vitesse de rotation du forêt 7 doit être choi- sie entre 250 et 350 tours par minute, alors que l'avance doit être de 2/10 mm par rotation. Pendant le perçage effectué dans cette opération, le forêt 7 est guidé par une bague 10 supportée de manière appropriée, par exemple au moyen d'une plaque 11; dans ce cas, également, un jeu diamétral de 0,01 mm est laissé entre le forêt et la surface intérieure de la bague, et la hauteur h de la bague est comprise entre 25 et 30 mm. Pendant l'opération,le trou de diamètre da obte- nu à l'issue de l'opération précédente est agrandi, d'abord à laipartie inférieure, puis à la partie supérieure 8 du fo- rêt, ce qui permet d'obtenir à l'issue de l'opération,comme on peut le voir en figure 4, un trou de diamètre d qui sur la c base de la relation (1) est légèrement inférieur au diamètre final df que l'on désire obtenir. Dans la troisième opération du procédé de la pré- sente invention, le trou ainsi obtenu est alésé de façon à l'amener au diamètre final désiré et à coopérer à la surface un fini de très haute qualité. L'outil d'alésage 15 utilisé pendant cette opéra- tion est représenté en figure 5, dans la position relative qu'il occupe par rapport à l'ensemble de plaques 1, 2, 3 au début de l'opération d'alésage. Cet outil qui est un outil d'alésage de trou normal en carbure de tungstène, comprend deux parties ayant des diamè- tres différents, une partie inférieure 16 et une partie supé- rieure 17, ayant des diamètres d et df. L'angle de liaison y et l'angle de la pointe a (figure 5) sont respectivement de 1350 et 900. Cet outil est monté comme dans l'opération précé- 7. dente sur une perçeuse ou une aléseuse avec un porte-outil ayant une avance automatique et pendant l'opération, est gui- dé par une bague 18 d'une hauteur h. de 25-30 mm; entre l'ou- til et la surface du trou de la bague il y a un jeu diamé- tral de 0,01 mm. La vitesse de rotation de l'outil d'alésage doit être comprise entre 250 et 350 tours par minute et l'avance doit être égale à 2/10 mm par rotation. Pendant la troisième opération, la partie inférieu- re 16 de l'outil 15 est insérée dans le trou dont le diamè- tre est égal à celui de la partie elle-même, de sorte que la partie extérieure 18 est guidée d'une manière très stric- te par l'accouplement, et par conséquent pendant son avance est apte à exécuter un alésage parfait du trou de diamètre dc l'amenant au diamètre final df (figure 6). Les trous obtenus avec le procédé de la présente invention sont parfaitement cylindriques et la tolérance du diamètre par rapport au diamètre nominal est de l'ordre de 0,05 mm; le fini de surface est également meilleur et est presque spéculaire; la rugosité moyenne obtenue avec le pro- cédé de la présente invention est égale ou inférieure à 80 RHR. Il n'y a pas aucun endommagement du bord des trous de la feuille supérieure 1 et de la feuille inférieure 3, et ces bords sont exempts de délaminages ou autres défauts. Si des trous doivent être formés avec les mêmes caractéristiques que décrit ci-dessus, avec des tolérances plus grandes du diamètre, mais en restant entre les valeurs indiquées en premier (c'est-à-dire 0,05 mm et 0, 076 mm), la vitesse de rotation du forêt dans la seconde opération et de l'outil d'alésage dans la troisième opération doivent être augmentées par rapport aux valeurs indiquées en premier, ce qui présente l'avantage de réduire le temps nécessaire à la formation des trous. Si la tolérance du diamètre des trous est comprise dans la plage indiquée ci-dessus, la vitesse doit être comprise entre 450 et 550 tours par minute. Ces opérations peuvent, dans ces conditions, être exécutées avec une perçeuse à commande manuelle. 8. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles pro- viennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Procédé de perçage de trous d'un diamètre fi- nal prédéterminé dans un ensemble de feuilles superposées comprenant au moins une feuille en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone, en feuille en acier et une feuille en titane, l'épaisseur des trois feuilles étant res- pectivement comprise entre 2 et 10 mm, entre 0 et 1,5 mm et entre 2 et 5 mm, caractérisé en ce que pour chaque trou on exécute une première opération de perçage au moyen d'une perceuse à commande manuelle comportant un forêt tournant ayant un premier diamètre inférieur au diamètre final prédé- terminé de façon à obtenir à l'issue de la première opération un trou ayant un diamètre sensiblement égal au premier diamè- tre, une seconde opération d'agrandissement du trou obtenu à l'issue de la première opération exécutée avec une perçeu- se automatique ayant un forêt tournant comportant deux par- ties ayant des diamètres différents, une partie supérieure ayant un diamètre égal au diamètre final prédéterminé réduit de 0,8 mm, et une partie inférieure ayant un diamètre égal à celui de la partie supérieure réduit de 0,8 mm, de façon à ob- tenir, à l'issue de l'opération,un trou ayant un diamètre sensiblement égal à celui du diamètre final réduit de 0,8 mm; une troisième opération d'alésage du trou obtenu à l'issue de la seconde opération, exécutée avec une perçeuse automatique portable munie d'un outil d'alésage comportant deux parties ayant des diamètres différents, une partie supérieure ayant un diamètre égal au diamètre final et une partie inférieure ayant un diamètre égal au diamètre obtenu à l'issue de la se- conde opération, de façon à guider l'outil d'alésage au moyen de la partie inférieure de l'outil d'alésage pendant la pha- se d'alésage. 2 - Procédé selon-la revendication 1, caractérisé en ce que pendant les opérations,les' forêts tournants et l'outil d'alésage sont guidés au moyen d'une bague de guidage dans laquelle les outils sont insérés avec un jeu diamétral minimum de l'ordre de 0,01 mm, la longueur axiale de la ba- gue étant comprise entre 25 et 30 mm. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, 10. caractérisé en ce que dans la première opération la vitesse de rotation du forêt tournant est choisie entre 450 et 550 tours par minute et dans la seconde et la troisième opération la vitesse de rotation du forêt tournant et de l'outil d'alé- sage est choisie entre 250 et 350 tours par minute, lorsqu'on souhaite obtenir une première tolérance du diamètre final prédéterminé du trou égale ou inférieure à 0,05 mm. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'avance du forêt tournant et de l'outil d'alésage. 1D dans les seconde et troisième opérations, respectivement, est choisie à 0,2 mm par tour. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans les opérations, la vitesse de rota- tion du forêt tournant et de l'outil d'alésage est comprise entre 450 et 550 tours par minute lorsqu'on souhaite obte- nir une seconde tolérance du diamètre final prédéterminé du trou supérieure à la première tolérance et inférieure à 0,075 mm, les opérations étant exécutées au moyen d'une per- çeuse à commande manuelle. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'angle de la pointe du forêt tournant utilisé dans la premièrecpération est de 1350. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'angle de la liaison entre les parties inférieure et supérieure de l'outil d'alésage est de 135 .