Brevet FR2533859A1 — publié le 19840406

La présente invention concerne un dispositif et un accessoire pour le perçage de matières stratifiées. On sait que les matières stratifiées sont constituées par la superposition d'une pluralité de plis dont chacun d'eux est formé de fibres résistantes (carbone, verre, KEVLAR, bore etc...) enrobées de résine polymérisable, les différents plis étant liés les uns aux autres par une résine également polymérisable. Après polymérisation de la ou des résines, on obtient ainsi un ensemble rigide et stratifié de plis solidaires les uns des autres. De telles matières stratifiées, å cause de leurs caractéristiques mécaniques avantageuses et de leur faible masse, tendent de plus en plus à remplacer les métaux, notamment en aéronautique. Cependant, le perçage des matières stratifiées au moyen d'un outil de perçage, tel qu'un foret, s'avère très délicat, car il provoque le délaminage des premier et dernier plis en correspondance avec l'entrée et la sortie du trou percé, par suite de la rupture du film de résine entre les plis, provoquée par la pression de perçage à la pénétration du foret et par la traction exercée lors de la sortie dudit foret hors du trou. De plus, les parois du trou percé ne sont pas lisses, car les fibres résistantes ne sont pas coupées nettes, mais plutôt arrachées. En général, on essaie de pallier ces inconvénients en adoptant une avance de pénétration du foret très réduite, ce qui oblige à utiliser des machines munies d'avance automatique très pénalisante pour le rendement, car elles fonctionnent avec des performances minimales. Une autre méthode utilisée consiste à régler manuellement l'avance du foret en prenant la précaution préliminaire de mettre en pression une cale du côté sortie de l'outil, voire dans certains cas du côté de l'entrée et du côté de la sortie de l'outil, lesdites cales étant percées en même temps que le stratifié. Ces cales sont maintenues au contact du stratifié au moyen de serre-joints dont l'écartement conditionne la qualité du perçage, mais de toute façon leur emploi nuit à la rentabilité, car il s'agit d'opérations supplémentaires. Quelle que soit la méthode retenue, un bon résultat n'est pas garanti car les risques de dé laminage subsistent indépendam ment de l'accroissement considérablement du coût dans des fabrications en série. Aussi, pour éviter ces inconvénients dus à la mise en oeuvre d'un outil de perçage, on a déjà pensé à percer des matières stratifiées par d'autres moyens tels que rayon laser ou outil de grignotage (voir à ce sujet le document US-A-3 861 037). Toutefois, le perçage de trous à l'aide de forets est particulièrement simple et ne nécessite qu'un matériel usuel bien connu. Aussi, le but principal de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités des outils de perçage en éliminant les risques de délaminage et en permettant l'obtention d'un travail soigné, compatible notamment avec les normes aéronautiques. Un autre but de l'invention est d'aboutir à l'industrialisation du perçage des stratifiés pour répondre aux besoins d'une fabrication en série dans de bonnes conditions de cycles et de coûts. Un autre objet est encore d'aboutir à un ensemble compact adaptable en fonction du type de travail à réaliser soit sur des petites machines portatives, soit sur des grosses machines automatiques. A ces fins, selon l'invention, le dispositif pour le perçage d'un trou dans une matière stratifiée au moyen d'un outil de perçage guidé dans un canon pourvu d'un orifice, qui entoure ledit outil de perçage avec un faible jeu et qui est délimité en regard de ladite matière stratifiée par une surface annulaire parallèle à cette dernière, est remarquable en ce qu'il comporte d'une part un manchon coaxial audit canon, disposé du côté opposé à celui-ci par rapport à la matière stratifiée à percer, pourvu d'un orifice dans lequel ledit outil de perçage est susceptible de pénétrer avec un faible jeu et qui est délimité en regard de ladite matière stratifiée par une surface annulaire parallèle à cette dernière et, d'autre part, des moyens de pression agissant pour que la surface annulaire du canon et la surface annulaire du manchon pressent entre elles la matière stratifiée pendant le perçage dudit trou et l'extraction subséquente de l'outil de perçage hors dudit trou. Ainsi, pendant le processus complèt de perçage et l'extraction de l'outil hors du trou percé, les périphéries d'entrée et de sortie de celui-ci sont maintenues sous pression de sorte qu'aucun délaminage n'est possible. Par ailleurs,-le diamètre des orifices du canon et du manchon n'étant que très légèrement plus grand que le diamètre de l'outil de perçage, le délaminage même partiel aux bords du trou est empêché et la coupe des fibres de la matière stratifiée est franche. Quelle que soit la forme de réalisation du dispositif selon l'invention, il est avantageux de prévoir un bâti comportant deux branches parallèles, sur l'une desquelles sont montés l'outil de perçage et le canon et sur l'autre desquelles est monté le manchon. Un tel bâti peut présenter la forme au moins approximative d'un C-. Lorsque l'invention est appliquée à une grosse machine, un tel bâti peut comporter de plus un pied pour son appui au sol. Pour des machines de plus petite taille, ledit bâti peut être fixé soit à un support fixe indépendant de la machine actionnant l'outil de perçage, soit directement sur ladite machine. De préférence, dans le dispositif selon l'invention, l'avance de l'outil de perçage est choisie automatique. La pression exercée par le canon et le manchon sur la matière stratifiée à percer peut provenir soit du fait qu'au moins le manchon est rendu mobile le long de l'axe commun du canon et du manchon sous l'action de moyens de déplacement, le bâti pouvant alors être fixe, soit du fait que l'on déplace le bâti dans son ensemble, par rapport au reste du dispositif, le canon étant alors lié fixement à la machine, tandis que le manchon peut être fixe par rapport audit bâti. Dans un mode de réalisation avantageux comportant cette dernière caractéristique et dans lequel l'outil de perçage est monté dans la broche d'une perceuse comportant un élément susceptible de se déplacer le long d'un axe parallèle à l'axe commun du canon et du manchon, ledit canon est rendu solidaire du nez de la broche de ladite perceuse, ledit manchon est solidaire de l'une des branches d'un C, l'autre branche dudit C comporte un palier glissant susceptible de coulisser sur ledit nez de broche de la perceuse, et des moyens de liaison sont prévus entre ledit C et ledit élément mobile. On peut alors selon l'invention réaliser un accessoire destiné à être associé à une perceuse portative de type connu, pourvue d'un système d'avance automatique de foret et comportant un élément susceptible de se déplacer le long d'un axe parallèle à l'axe dudit outil de perçage. Un tel accessoire peut comporter, d'une part, un canon de guidage rendu solidaire du nez de broche et traversé avec un faible jeu par ledit outil de perçage, et, d'autre part, un bâti en forme de C dont l'une des branches porte un manchon susceptible d'être amené en position coaxiale audit canon disposé du côté opposé à celui-ci par rapport à la matière stratifiée à percer et pourvu d'un orifice dans lequel ledit outil de perçage est susceptible de pénétrer avec un faible jeu, l'autre branche dudit C comportant un palier glissant susceptible de venir s'adapter et de coulisser sur ledit nez de broche de la perceuse et des moyens de liaison étant prévus entre ledit C et ledit élément mobile de la perceuse. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre schématiquement le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention. La figure 2 montre en vue de côté un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 3 montre en vue de côté un dispositif portatif selon l'invention. La figure 4 est une vue agrandi#e, partiellement en coupe#, d'une partie du dispositif de la figure 3. La figure 5 est une vue selon la ligne V-V de la figure 4. La figure 6 est une vue de côté d'une autre variante de réalisation du dispositif selon llinvention. La figure 7 est une vue de face du dispositif de la figure 6. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Sur la figure 1, on a représenté une feuille de matière stratifiée 1, composée d'une pluralité de plis 2 constitués de fibres et de résine synthétique et liés les uns aux autres par des couches intermédiaires de résine synthétique. Après polymérisation de la résine, la feuille 1 est rigide. Dans cette feuille, on désire percer un trou 12 au moyen d'un foret rotatif 3. Celui-ci est guidé en translation, transversalement à la feuille 1 (flèche F) par un canon 4, dans lequel est prévu un orifice 5 entourant le foret 3 avec un très faible jeu. En regard de la feuille 1, l'orifice 5 est délimité par une surface annulaire 6, susceptible de venir s'appliquer à plat sur une face 7 de la feuille 1. Par ailleurs, du côté de la feuille 1 opposé au foret 3 et au canon 4, on prévoit un manchon 8 disposé coaxialement audit canon 4 et pourvu d'un orifice 9 dans lequel le foret 3 est susceptible de pénétrer avec un faible jeu. En regard de la feuille 1, l'orifice 9 est délimité par une surface annulaire 10, susceptible de venir s'appliquer plat sur la face 11 de la feuille 1, opposée à la face 7 de celleci. De façon non représentée sur la figure 1, le canon 4 et le manchon 8 (ou seulement l'un d'entre eux) peuvent être animés d'un mouvement relatif parallèlement à leur axe commun X-X, soit pour être écartés l'un de l'autre de façon à pouvoir mettre en place ou retirer la feuille 1, soit pour pouvoir être dirigés l'un vers l'autre jusqu'à presser entre eux , par leurs surfaces annulaires 6 et 10, ladite feuille 1 (voir les flèches f1 et f2). Ainsi, pendant l'opération de perçage à l'aide du foret rotatif 3, les fibres des plis et les plis 2 eux-mêmes sont maintenus en pression, sur la face d'attaque 7 et sur la face de sortie 11 du foret, cette pression étant tangentielle à l'orifice d'entrée et à l'orifice de sortie du trou 12 usiné. Par suite, les fibres sont coupées net et les plis supérieur 2s et inférieur 2i ne peuvent se décoller du reste dé la feuille, la pression exercée par le canon 4 et le manchon 8 étant maintenue jusqu a ce que le foret soit extrait (en sens inverse de la flèche F) du trou 12 qu'il vient de percer. Dans le mode de réalisation du dispositif selon l'invention, montré par la figure 2, on a prévu un bâti 13 fixe, reposant sur le sol 14. Ce bâti comporte un pied 15 vertical et deux branches 16 et 17 horizontales. Une tête de perçage 18, d'axe X-X et pourvue d'un système d'avance automatique (connu et non représenté), est montée à l'extrémité libre de la branche supérieure 16. A la tête de perçage 18 est associé le canon 4 qui est rigidement fixé à la branche 16 et est donc fixe (de sorte qu'il peut servir de dispositif de centrage, comme on le verra ciaprès). A l'extrémité libre de la branche inférieure 17 est monté le manchon 8, solidaire d'un ensemble hydrau#lique 19 du type piston à double action. Bien entendu, le canon 4 et le manchon 8 sont centrés sur l'axe X-X et sont dirigés l'un vers l'autre de la façon décrite en regard de la figure 1. La feuille 1 est associée, à l'aide de pinces 20, à un gabarit de perçage 21 pourvu d'un ensemble de trous 22, en correspondance desquelles doivent être percés des trous 12 dans la feuille stratifiée 1. Pour mettre en oeuvre le dispositif de la figure 2, on commence par abaisser le manchon 8 par commande du dispositif hydraulique 19, par exemple au moyen d'une pédale non représentée à la disposition d'un opérateur, qui maintient v l'ensemble de la feuille stratifiée 1 recouverte de son gabarit 21. Ainsi, cet opérateur peut introduire ledit ensemble entre le canon 4 et le manchon 8 et le mettre en place de façon que ledit canon 4 pénètre dans l'un des trous 22 du gabarit 21. A cet effet, pour faciliter l'introduct du canon 4 dans le gabarit 21, le bord libre dudit canon 4 peut être arrondi ou chanfreiné. Ensuite, l'opérateur commande le dispositif hydraulique 19 pour faire monter le manchon 8, jusqu a ce que la feuille 1 soit pressée entre celui-ci et le canon 4.La tête de perçage 18 peut alors faire descendre le foret 3 pour percer le trou 12, puis le remonter pour le sortir de celui-ci. Après extraction du foret 3 du trou 12, le dispositif 19 est commandé pour faire descendre le manchon 8 et un nouveau cycle peut recommencer. Le mode de réalisation du dispositif selon l'invention, montré par les figures 3 à 5, met en oeuvre une perceuse pneumatique portative 23 que l'on peut se procurer facilement dans le commerce. Une telle perceuse portative 23 comporte deux axes dont l'un est l'axe de broche X-X et l'autre Y-Y, qui lui est parallèle, permet l'accrochage et l'immobilisation d'accessoires tels que C, agrafes etc... dans le but d'aboutir à l'accostage de la perceuse sur une pièce à percer. Pour-pouvoir mettre en oeuvre l'invention, on prévoit un C 24 susceptible de coulisser par rapport à l'axe de broche X-X, par l'intermédiaire d'une pièce d'usure 25 qui assure la liaison entre le nez de broche 26 et un palier de glissement 24b prévu dans le C 24. L'élément de la perceuse 27, d'axe Y-Y, se meut en translation le long dudit axe et entraîne dans son déplacement le C 24 par l'intermédiaire d'une fourche 32 qui est elle-même rendue solidaire d'un fourreau 28 au moyen d'un circlips 29. Le fourreau 28 est immobilisé en translation sur l'élément 27 de la perceuse par un circlips 30. Dans l'alignement de la broche d'axe X-X, le canon 4 vient se fixer sur le nez de broche 26 de la perceuse 23. Le manchon 8 se fixe par l'intermédiaire d'une pièce 31 sur la branche libre 24a du C, en vis à vis et dans l'alignement de l'axe X-X . Le foret de perçage 3 peut coulisser dans le canon 4 le long de l'axe X-X. Lorsqu'on appuie sur la gâchette 33 de la perceuse 13, il s'ensuit la mise en rotation et le déclenchement de l'avance du foret 3 simultanément combinés avec le déplacement le long de l'axe Y-Y de l'élément 27 de la perceuse 23, ce qui attire le C 24 vers la perceuse et provoque le serrage de la feuille a percer 1 entre le canon 4 et le- manchon 8. Le canon 4 et le manchon 8 restent en pression sur la feuille 1 durant toute la durée de la course de travail du foret. Lorsque le foret est arrivé en bout de course aller, un déclenchement automatique de la perceuse provoque le retrait du foret suivi du retour du C 24 à sa position initiale pour laquelle le canon 4 et le manchon 8 sont écartés. Onrelâche alors la gâchette 33 et on peut procéder au perçage du trou suivant. Le mode de réalisation de l'invention, montré par les figures 6 et 7 comporte un C 34 fixé verticalement sur un support fixe 35 (table, établi, bâti etc...) au moyen de boulons 36. Sur la branche supérieure du C, on monte une perceuse 37 à avance automatique et à un seul axe de broche, sur le nez 38 de laquelle on fixe le canon 4 au moyen d'un embout 39. Sur la branche inférieure du C 34 est immobilisé un fourreau 40 dans lequel coulisse le manchon 8 pouvant être animé d'un mouvement de translation le long de son axe X-X grâce à l'action d'un vérin pneumatique (ou hydraulique) 41 solidaire du C par l'intermédiaire d'une pièce 42. Lorsqu'on appuie sur la gâchette de la perceuse 37, il y a déclenchement simultané, d'une part de l'action dudit vérin 41 qui provoque le déplacement du manchon afin qu'il vienne presser la feuille percer 1 contre le canon 4 et d'autre part de l'opération de perçage proprement dite. On remarquera que, afin que la combinaison canon 4-manchon 8 remplisse bien sa fonction et qu'il ne se produise pas de délaminage des plis 2, il est important que le jeu compris entre le diamètre du foret 3 et le diamètre des alésages du canon 4 et du manchon 8 soit minimum. En outre, il convient d'apporter un soin particulier à ce que les faces d'appui 6 et 10 du canon et du manchon en contact avec la pièce à percer 1 soient bien parallèles entre elles. Il est à noter que dans le cas particulier où les surfaces des pièces à percer ont une pente ou une forme quelconque, lesdites faces 6 et 10 doivent épouser cette pente ou ces formes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le perçage d'un trou (12) dans une matière stratifiée (1) au moyen d'un outil de perçage (3) guidé dans un canon (4) pourvu d'un orifice (5), qui entoure ledit outil de perçage (3) avec un faible jeu et qui est délimité en regard de ladite matière stratifiée (i) par unesurface annulaire (6) parallèle à cette dernière, caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part, un manchon (8) coaxial audit canon (4), disposé du côté opposé à celui--ci par rapport à la matière stratifiée à percer, pourvu d'un orifice (9) dans lequel ledit outil de perçage (3) est susceptible de pénétrer avec un faible jeu et qui est délimité en regard de ladite matière stratifiée (1) par une surface annulaire (10) parallèle à cette dernière, et d'autre part, des moyens de pression agissant pour que la surface annulaire (6) du canon (4) et la surface annulaire (10) du manchon (8) pressent entre elles la matière stratifiée (1) pendant le perçage du#dit trou (12) et l'extraction subséquente de l'outil de perçage (3) hors dudit trou (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un bâti (13,34) comportant deux branches parallèles (16 et 17), sur l'une desquelles (16) sont montés l'outil de perçage 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bâti (13) comporte de plus un pied (15) pour son appui sur le sol (14). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bâti présente la forme au moins approximative d'un C. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que au moins ledit manchon (8) est rendu mobile le long de l'axe commun (X-X) du canon et du manchon sous l'action de moyens de déplacement (19,41). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caracté: en ce que le bâti (34) en forme de C est destiné à être fixé à un support (35). 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bâti est-mobile par rapport au reste du dispositif 8. Dispositif selon la revendication 1, comportant une perceuse (23) à avance d'outil automatique dans la broche de laquelle est nonté ledit outil de perçage (3) et qui canparte un él#nent susceptible de se déplacer le long d'un axe (Y-Y) parallèle à'axe commun (X-X) du canon (4) et du manchon (8), caraco81 en ce que ledit canon (4) est rendu solidaire du nez de broche (26) de ladite perceuse (23), en ce que ledit manchon (8) est solidaire de l'une des branches (24a) d'un C 24, en ce que l'autre branche dudit C(24) comporte un palier glissant (24b) susceptible de coulisser sur ledit nez de broche (26) de la perceuse (23) et en ce que des moyens de liaison (29,30,32) sont prévus entre ledit C(24) et ledit élément mobile (27). 9. Dispositif pour le perçage d'un trou (12) dans une matière stratifiée (1) au moyen d'un outil de perçage (3) monté dans la broche d'une perceuse (23) à avance automatique comportant un élément (27) susceptible de se déplacer le long d'un axe (Y-Y) parallèle a l'axe (X-X) dudit outil de perçage (3), caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part, un canon de guidage (4) rendu solidaire du nez de broche (26) de la perceuse (23) et traversé avec un faible jeu par ledit outil de perçage (3),et, d'autre part un bâti (24) en forme de C dont l'une des branches (24a) porte un manchon (8) susceptible d'être amené en position coaxiale audit canon (4) disposé du côté opposé a celui-ci par rapport à la matière stratifiée a percer (I) et pourvu d'un orifice (9) dans lequel ledit outil de perçage (3) est susceptible de pénétrer avec un faible jeu, en ce que l'autre branche dudit C (24) comporte un palier glissant (24b) susceptible de venir s'adapter et de coulisser sur ledit nez de broche (26) de la perceuse (23) et en ce que des moyens de liaisons (29,30,32) sont prévus entre ledit C(24) et ledit élément mobile (27) de la perceuse (23). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce d'usure (25) destinez a être disposée entre le palier glissant (24b) et le nez de broche (26).