Brevet FR2480643A1 — publié le 19811023

1. La présente invention concerne un procédé de per- çage de trous d'un diamètre prédéterminé dans un ensemble de feuilles superposées, comprenant au moins une feuille en ma- tériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone et une feuille d'aluminium. 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 extrêmement faible.La jonction des deux feuilles pour constituer un ensem- ble rigide et/ou la liaison des divers éléments d'une structu- re,sont effectuées en reliant les feuilles au moyen d'organes qui sont insérés dans des trous correspondants pratiqués dans les feuilles. La présente invention a pour objet un procédé de perçage de tels trous dans des feuiles composites du type indiqué ci-dessus. Des trous de cette nature sont généralement formés au moyen d'un forêt à commande manuelle ou au moyen d'une machine de perçage comportant une tête porte-outil mobile suivant une avance prédéterminée sur des guides appropriés; dans les deux cas, l'outil utilisé est un forêt tournant en carbure de tungstène. Les trous obtenus avec l'une des méthodes précéden- tes présentent des inconvénients tels qu'ils sont mal adaptés 2. à la construction aéronautique o l'on doit disposer d'élé- ments de construction entièrement exempts de défauts. En effet, les trous obtenus de cette façon présen- tent généralement de nombreux défauts non seulement parce qu'ils n'ont pas la forme ou les dimensions correspondant à la forme et aux dimensions recherchées, mais surtout parce que les surfaces des trous et des zones situées dans leur voisinage immédiat sont endommagées, ce qui compromet la résistance mécanique des joints qui seront formés, lesquels doivent, comme cela est bien connu, résister à des contrain- tes de travail très élevées. Parfois on rencontre de petits fendillements et -des morceaux de fibres brisées dans la zone proche du bord des trous formés dans la feuille en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carboneou bien des endommagements de la surface dus aux copeaux d'aluminium de l'outil de per- çage; en outre, la surface des trous ainsi formés est très rugueuse.De plus, les tolérances de diamètre des trous ne peuvent être que très larges et les trous sont souvent vic- times d'ovalisation ou de conicité. Enfin, l'usure des outils est importante, cette usure étant due par dessus tout à l'action des fibres de car- bone sur les bords coupants des outils; les outils doivent par conséquent être remplacés très souvent. L'objet de la présente invention est de prévoir un procédé du type indiqué qui permette d'éliminer les incon- vénients cités ci-dessus, de sorte que des trous exempts de défauts puissent être obtenus d'une manière économique et dont la forme et les dimensions correspondent à la forme et aux dimensions recherchées et cela avec des tolérances très stric- tes et un excellent fini des surfaces intéressées. Selon la présente invention on prévoit un procédé de formation de trous d'un diamètre prédéterminé dans un en- semble de feuilles superposées comprenant au moins une feuil- le en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone et une feuille en aluminium, l'épaisseur des feuilles étant comprise entre 2 et 10 mm et entre 2 et 8 mm, respectivement, procédé caractérisé en ce que pour chaque trou, on exécute une 2/ %643 3. première opération de perçage avec une perçeuse à commande ma- nuelle qui comporte un forêt tournant ayant un premier diamè- tre inférieur à celui du diamètre final prédéterminé de fa- çon à obtenir, à l'issue de la première opération, un trou ayant un diamètre sensiblement égal à ce premier diamètre; une seconde opération pour l'élargissement du trou obtenu à l'issue de la première opération exécutée au moyen d'une per- çeuse à commande manuelle ayant un forêt tournant avec deux parties de diamètres différents, une partie supérieure d'un diamètre égal au diamètre final prédéterminé réduit de 0,8 mm et une partie inférieure d'un diamètre égal à celui de la partie supérieure réduit de 0,8 mm, de façon à obtenir à l'issue de cette opération un trou ayant le diamètre final ré- duit de 0,8 mm; une troisième phase d'alésage du trou obte- nu à l'issue de la seconde opération, exécutée avec une per- çeuse à commande manuelle comportant un outil d'alésage ayant deux parties de diamètres différents, 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 que l'outil d'alésage soit guidé au moyen de la partie inférieure de l'outil 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 un ensemble de deux feuilles, respectivement, au début et à la fin d'une première opération; Les figures 3 et 4 représentent schématiquement l'en- semble des deux feuilles, respectivement, au début et à la fin d'une seconde opération; Les figures 5 et 6 représentent schématiquement l'ensemble des deux feuilles, respectivement, au début et à la fin d'une troisième opération qui complète le procédé de la présente invention; et Les figures 7 et 8 représentent la feuille composi- te, respectivement, au début et à la fin d'une opération qui constitue une variante de l'opération de la figure 1. 2/0A0643 4. Le procédé de la présente invention sert à percer un ensemble de feuilles superposées, tel que l'ensemble de la figure 1 constitué d'au moins une première feuille en ma- tériau 1 armé de fibres de verre ou de fibres de carbone et d'une seconde feuille en aluminium. On utilise de grandes quantités de feuilles composites de ce type dans la cons- truction aéronautique pour obtenir des éléments de structu- re ayant une résistance mécanique très élevée et un poids extrêmement faible; la liaison entre les feuilles de l'ensemble ou entre des éléments différents de structure est obtenue au moyen d'organes insérés dans des trous qui peuvent être percés avec le procédé de la présente invention. Les résultats les meilleurs que permet le procé- dé de la présente invention sont obtenus lorsque l'épaisseur des deux feuilles 1 et 2 est comprise, respectivement, entre 2 et 10 mm et entre 2 et 8 mm. Commodément le diamètre des trous est compris entre 4 et 6,5 mm. Pour obtenir chacun de ces trous, on exécute une première opération de perçage avec une perçeuse à commande manuelle (non représentée) équipée d'un forêt tournant en carbure de tungstène 4; la position rélative du forêt par rapport à la feuille corposite à percer au début de cette première opération est représentée en figure 1. Le forêt est un forêt normal à droite du type utilisé dans lescpérations usuelles de perçage, par exemple, un forêt ayant des cannelures hélicoïdales qui forment un angle de 300 par rapport à l'axe du forêt; l'angle de la poin- te du forêt représenté en a dans la figure 1 doit être égal - à 135 . Le diamètre da du forêt est compris entre 1/2 et 2/3 du diamètre final prédéterminé du trou que l'on désire obtenir, alors que la vitesse de rotation de la perçeuse el- le-même,qui doit être constante pendant toute la première opération, doit être comprise entre 2800 et 9000 tours par minute. L'opération est exécutée en insérant le forêt 4 dans une bague de guidage 5 supportée convenablement,par 2'"v. I643 5. exemple par une plaque 6, dont l'axe coïncide avec celui du trou à former, de sorte que le forêt se trouve rigoureuse- ment guidé pendant qu'il pénètre l'ensemble de plaques 1 et 2. Dans ce but, on laisse un jeu diamétral entre le forêt et la surface du trou de la bague, et ce jeu doit être de l'ordre de 0,01 mm; la hauteur h de la bague est comprise entre 25 et 30 mm. Pour exécuter cette opération, l'opérateur, après avoir placé la bague 5 de façon que son axe coïncide avec ce- lui du trou à former, introduit manuellement le forêt dans la bague en appliquant à la perçeuse une force suffisante pour déterminer son avance. Au cours de l'opération, l'âme centrale du trou est effectivement enlevée, ce qui permet d'obtenir avec une vitesse importante, comme on peut le voir en figure 2, un trou ayant un diamètre sensiblement égal à da qui peut ne pas être très régulier tant dimensionnellement que sur le plan du fini de surface. Si le diamètre du trou final devant être obtenu est très petit, cette première opération pourrait être omise. La seconde opération du procédé de la présente invention consiste à agrandir le trou ainsi formé; la figure 3 représente schématiquement l'outil utilisé dans cette opéra- tion, lequel comprend de nouveau un forêt tournant 7 qui est placé au début de cette opération par rapport à l'ensemble de plaques 1 et 2 comme indiqué dans la figure. Le forêt 7 comprend deux parties, une partie inférieure 9 et une partie supérieure 8, qui ont des diamè- tres différents; le diamètre de la partie supérieure, indiqué en dc dans la figure 3, est lié au diamètre final prédétermi- né df du trou que l'on désire obtenir (figure 6) par la rela- tion suivante dc = df - 0,8 mm (1) le diamètre de la partie inférieure, représenté en dd, est lié au diamètre d (et par conséquent selon la relation (1) au c diamètre df) par la relation suivante dd = dc 0,8 mm = df - 1,6 mm (2) carbure de tungstène avec, par exemple, des rainures hélicol- dales inclinées de 300 par rapport à l'axe de la perçeuse. Les angles f3 (figure 3) de la pointe et de la zone de liaison entre la partie inférieure 9 et la partie supérieure 8 sont égaux à 135 . a Dans cette opération aussi le forêt tournant 7 est monté dans une perçeuse commandée manuellement (non repré- sentée). La vitesse de rotation du forêt 7 doit être com- prise entre 2800 et 9000 tours par minute. Pendant cette opération de perçage, le forêt 7 est guidé par une bague 10 convenablement supportée, par exemple par une plaque 11; comme dans le cas précédent, il y a un jeu diamétral de 0,01 mm entre le forêt et la surface in- térieure de la bague; la hauteur h de la bague est comprise entre 25 et 30 mm. Pendant l'opération, le trou de diamètre d ob- -a tenu à l'issue de l'opération précédente est agrandi, tout d'abord par la partie inférieure 9, puis par la partie supé- rieure 8 du forêt, ce qui permet d'obtenir, comme on peut le voir en figure 4, à l'issue de l'opération un trou d'un diamè- tre dc qui selon l'équation (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 obtenu est alésé de façon à l'amener au diamètre final désiré, et à conférer à sa surface un ex- cellent fini. L'outil d'alésage 15 utilisé pendant cette opé- ration est représenté en figure 5 dans la positionrelative qu'il occupe par rapport à l'ensemble des Dlaques 1 et 2, au début de l'opération. Cet outil, qui est un outil normal d'alésage de trou en carbure de tungstène, comprend deux parties ayant des diamètres différents, une partie inférieure 16 et une partie supérieure 17 ayant respectivement des diamètres dc et df. 2he" 643 7. L'angle d'accouplement y et l'angle de la pointe 6 (figu- re 5) sont respectivement de 1350 et 90 . L'outil est monté comme dans les opérations précédentes dans une perçeuse à commande manuelle, et en ce qui concerne la présente opéra- tion est guidé par une bague 18; entre l'outil et la surface du trou de la bague il y a un diamètre latéral de 0,01 mm.La vitesse de rotation de l'outil d'alésage doit être comprise entre 2300 et 2800 tours par minute. - Pendant cette troisième opération, la partie in- férieure 16 de l'outil 15 est insérée dans le trou, dont le diamètre est égal à celui de cette partie elle-même, et par conséquent la partie supérieure 17 est rigoureusement guidée par l'accouplement; pendant son mouvement d'avance, l'outil peut exécuter un alésage parfait du trou de diamètre dc de façon à lui faire prendre le diamètre final df (figure 6). Les trous obtenus dans 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; de plus, le fini de surface est excellent et presque spéculaire; la rugosité moyenne obtenue avec le procédé de l'invention est égale ou inférieure à 80 RHR. Aucun endomma- gement des bords des trous des feuilles 1 et 2 ne se produit; ces bords sont exempts des délaminages ou autres défauts. Si l'on souhaite former des trous ayant les caracté- ristiques décrites ci-dessus, mais avec des tolérances de diamètre plus grandes, situées entre 0,05 mm et 0,076 mm, le guidage de l'outil (forêt et alésoir) peut être simplifié dans les trois opérations; au lieu d'être guidé par des ba- gues telles que les bagues 5, 10 et 18, le guidage peut être plus simple et d'une manière moins précise, être effectué par des gabarits de perçage normaux tels que celui qui est représenté par exemple en figure 7. Celui-ci comprend, commo- dément, une plaque 20 sur laquelle sont formés des trous 21, dont les axes coïncident avec ceux des trous à obtenir, et une bague 22 qui peut être insérée dans l'un des trous et à laquelle est fixée une rondelle 23, dans le trou de laquelle le forêt ou l'outil d'alésage peut être introduit. C." 1 e b 4 3 8. L'appréciation indiquées ci-dessus doit viennent de la conversion métriques. de certaines des valeurs de mesures tenir compte du fait qu'elles pro- d'unités anglo-saxonnes en unités La présente invention. n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con- traire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. r %643 9. REVENDICATIONS 1 - Procédé de perçage de trous d'un diamètre pré- déterminé dans un ensemble de feuilles superposées comprenant au moins une feuille en matériau armé de fibres de verre ou de fibres de carbone et une feuille d'aluminium, l'épaisseur des feuilles étant comprise entre 2 et 10 mm et entre 2 et 8 mm, respectivement, caractérisé en ce que pour obtenir chaque trou, on exécute une première opération de perçage au moyen d'une perçeuse à commande manuelle comportant un forêt tour- nant d'un premier diamètre, inférieur à celui du diamètre final prédéterminé, de façon à obtenir, à l'issue de cette première opération, un trou ayant un diamètre sensiblement égal à celui du premier diamètre, une seconde opération d'élargissement du trou obtenu à l'issue de la première opé- ration exécutée au myen d'une perçeuse à commande manuelle comportant un forêt tournant ayant deux parties de diamètres différents, une partie supérieure d'un diamètre égal au dia- mètre final prédéterminé diminué de 0,8 mm et une partie in- férieure d'un diamètre égal à celui de la partie supérieure diminuée de 0,8 mm, de façon à obtenir à l'issue de l'opéra- tion un trou ayant un diamètre sensiblement égal à celui du diamètre final lui-même réduit de 0,8 mm; une troisième opé- ration d'alésage du trou obtenu à l'issue de la seconde opé- ration, exécutée avec uneperçeuse à commande manuelle compor- tant un outil d'alésage ayant deux parties de diamètres dif- férents, une partie supérieure d'un diamètre égal au diamè- tre final et une partie inférieure d'un diamètre égal au dia- mètre obtenu à l'issue de la seconde opération, d'une manière telle que l'outil d'alésage est guidé au moyen de la partie inférieure de l'outil lui-même pendant l'opérationd'alésage. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans les première et seconde opérations, la vites- se de rotation de la perçeuse est comprise entre 2800 et 9000 tours par minute, et dans la troisième opération, la vi- tesse de rotation de l'outil d'alésage est comprise entre 2300 et 2800 tours par minute. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, - 64 3 10. caractérisé en ce que lorsqu'on souhaite obtenir une première tolérance inférieure ou égale à 0,05 mm sur le diamètre final prédéterminé des trous, le forêt tournant ou l'outil d'alésa- ge est guidé au cours de chacune des trois opérations au moyen d'une bague de guidage dont la longueur est comprise entre 25 et 30 mm, bague dans laquelle l'outil est inséré avec un jeu diamétral minimum de l'ordre de 0,01 mm. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsqu'on souhaite obtenir une secon- de tolérance sur le diamètre final prédéterminé du trou éga- le ou supérieure à 0,08 mm, le forêt tournant ou l'outil d'alésage est guidé pendant chacune des trois opérations par un dispositif comprenant une plaque qui peut être superposée à la feuille composite à percer et être munie d'uneplurali- té de trous, et au moins une bague insérable dans chacun des trous de la plaque et comportant un trou de guidage du forêt ou de l'outil d'alésage. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle de la pointe du forêt tournant utilisé dans la première opération est de 1350. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'angle de la pointe de l'outil d'alésa- ge est de 450 et l'angle de la liaison entre la partie infé- rieure et la partie supérieure de l'outil d'alésage est de 1350.