Brevet FR2904446A1 — publié le 20080201

L'invention concerne le domaine de l'usinage des matériaux métalliques par un outil coupant en rotation autour de son axe ; il vise en particulier le perçage de trous au moyen d'un foret tel qu'en carbure cémenté. Pour réaliser le perçage de trous dans une pièce, cette dernière est disposée entre les mâchoires d'un étau, lui-même fixé sur une table de mesure d'efforts. Ensuite, un foret au diamètre approprié est approché de la surface de la pièce, et est mis en rotation tout en étant entraîné axialement pour permettre son avance dans le matériau. Le foret 10 dont un exemple est montré sur la figure 1 comprend une tête 11 en forme de pointe tronconique avec une ou plusieurs arêtes de coupe 12, dont l'usure Vb est mesurée en dépouille. Le foret est doté de goujures hélicoïdales 13 servant à l'évacuation des copeaux. Le bord extérieur des goujures forme le listel 14. Le foret 10 est maintenu dans un porte-outil 2 amovible qui est lui-même monté dans une broche, convenablement guidée. Le dispositif d'entraînement du foret comprend un premier moteur entraînant la broche en rotation autour de son axe et un autre permettant le déplacement axial de la broche. Cela est illustré sur la figure 2. Ce dispositif d'usinage est également doté d'un système de lubrification externe 3 ou interne par le foret. La pièce 4 est elle-même serrée dans un étau 5. En l'absence d'anomalie, le trou est constitué d'un cylindre de diamètre défini par celui du foret et ses flancs présentent des stries d'usinage régulières, perpendiculaires à l'axe du trou. Cependant, dans certaines conditions de coupe, de géométrie du trou et d'usure d'outil, le trou est susceptible de présenter un certain nombre d'anomalies formées de dépôts de matière provenant d'une mauvaise évacuation des copeaux ou bien d'une modification locale de la structure métallurgique due au couplage d'un effet mécanique et thermique. On peut définir trois grands types d'anomalies : Une première anomalie dite de Collage de Copeaux Isolés, que l'on désigne par la suite CCI, peut être observée sur la paroi interne du trou. Il s'agit de copeaux fractionnés, soudés sur la surface du trou et orientés dans la direction perpendiculaire à l'axe du trou. Une deuxième anomalie dite d'une Bande de Matière Cisaillée, désignée ultérieurement BMC, résulte d'un fort malaxage de copeaux abondants et de matière à la surface du trou pendant la phase de perçage. Cet ensemble de matière est maté à la surface du trou lors de la coupe, puis lissé par les listels lors de la remontée du foret, laissant une multitude de rayures à la surface du trou. Une troisième anomalie observée est désignée Zone Affectée Thermo-Mécaniquement ou ZATM. Contrairement aux deux anomalies précédentes, l'effet mécanique est couplé à un effet thermique beaucoup plus important, modifiant fortement la microstructure du bord du trou sur une plus grande épaisseur, et sur toute ou partie de la profondeur entre l'entrée et la sortie du trou. 2904446 2 La présente demande de brevet ne se limite pas à ces seules anomalies types, bien d'autres peuvent être concernées. Leur détection et quantification dépendront alors de leur signature PM. 5 Les origines des anomalies de perçage peuvent être multiples. On a relevé les anomalies suivantes qui ne sont pas exhaustives : - Lubrification insuffisante en raison d'un arrêt inopiné de la pompe, d'un jet de lubrifiant mal orienté ou d'une mauvaise proportion huile / eau ... ; - Mauvaise évacuation des copeaux, en particulier pour des trous profonds et/ou 10 obliques pour lesquels le bourrage de matière devient un phénomène fréquent ; - Paramètres de coupe inadaptés ou mal programmés (en particulier emploi d'une survitesse de coupe au-delà d'une vitesse critique et d'une sous avance) ; - Outil usé et/ou mal réaffûté ou encore doté d'un revêtement défectueux ; - Porte-outil mal adapté ; 15 - Broche mal équilibrée ; - Outil incorrectement positionné dans le porte-outil ; -Pièce mal serrée dans l'étau ; - Mauvais choix d'outil : géométrie, type, nature... ; - Pièce ayant subi un traitement thermique inadapté ; 20 -Temporisation trop courte entre chaque trou percé et notamment en perçage SL ; Objet de l'invention 25 Dans le domaine aéronautique en particulier et pour les pièces notamment qui sont critiques en ce qui concerne la sécurité par exemple, la présence d'une ou plusieurs des anomalies présentées ci- dessus n'est pas souhaitable. On cherche donc à détecter leur présence et à les quantifier le plus tôt possible, c'est-à- 30 dire en particulier pendant le perçage d'ébauche afin de rebuter la pièce ou choisir la démarche la plus appropriée pour les supprimer lors des étapes de finition. Par ailleurs la connaissance du type d'anomalie, de sa sévérité et de ses conséquences sur les propriétés mécaniques permettrait un meilleur contrôle/qualité des pièces sans faire 35 appel systématiquement aux Contrôles Non Destructifs, conduisant de ce fait à un gain de temps appréciable. L'invention a donc pour objectif principal la détection d'au moins l'un des types d'anomalies rapportées ci-dessus, ces anomalies étant considérées seules ou en 40 combinaison, à l'occasion du perçage d'un trou et par des moyens non destructifs. L'invention a également pour objectif de quantifier le ou les types d'anomalies. L'invention a également pour objectif, la détection d'au moins une anomalie à partir 45 d'efforts tridimensionnels acquis en fonction du temps pendant l'opération de perçage, l'acquisition de tels paramètres pouvant être effectuée avantageusement à partir d'une table de mesure conventionnelle ne nécessitant pas de capteurs sophistiqués. 2904446 Résumé de l'invention Conformément à l'invention, on atteint ces objectifs avec un procédé de détection et 5 éventuellement de quantification d'anomalies de perçage dans une pièce métallique, le perçage étant réalisé par un foret, caractérisé par le fait qu'il consiste d'une part à déterminer un ensemble de valeurs d'au moins l'un des deux paramètres suivants, en fonction du temps à savoir l'effort axial de pénétration du foret dans le matériau métallique Fz(t) et le couple C(t), engendrés pendant au moins une partie de l'opération 10 de perçage, puis d'en isoler les valeurs Fzpaiier et Cpalier correspondant à un palier et représentatives de l'absence d'anomalie, les valeurs Fzmax et Cmax correspondant aux valeurs maximales et représentatives de la présence d'une anomalie, et d'en déterminer ensuite les rapports Fzmax/Fzpaiier et/ou Cmax/Cpai,er, et/ou éventuellement le rapport des aires AireFzmax/AireFzpalier et/ou Airecmax/Airecpaiier qui sont les aires sous les courbes Fz(t) 15 ou C(t) ayant pour borne inférieure Fzpaher ou Cpaher et pour borne supérieure Fzmax ou Cmax rapportées aux aires sous les courbes Fz(t) ou C(t) ayant pour borne supérieure Fzpaher ou Cpaher , de manière à rendre compte du type d'anomalies et éventuellement de sa sévérité, et d'autre part à déterminer un ensemble de valeurs liées à l'usure en dépouille Vb du foret tel que Nber;t. correspondant au nombre critique de trous percés 20 pour un Vberit.=0,3mm (réforme du foret), ainsi que Vb* et Nb* correspondant à la première apparition de l'anomalie considérée, et également à isoler les valeurs Fzmoy(Nb) et Cmoy(Nb) en fonction du nombre de trous percés et correspondant aux valeurs moyennes des signaux à l'entrée des arêtes de coupe dans la matière, et en déterminer les rapports Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) et/ou Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb=l), et/ou éventuellement le 25 rapport des aires AireFzmoy(Nb)/AireFzmoy(Nb=l) et/ou Airecmoy(Nb)/Airecmoy(Nb=l), de manière à rendre compte de l'apparition d'une anomalie liée à l'usure. On quantifie les anomalies en définissant des critères de sévérité fonction de ces efforts et/ou de paramètres de coupe et de paramètres géométriques et/ou d'usure en dépouille 30 du foret. En dehors de ces anomalies, toute autre anomalie engendrant un surcroît d'effort ou de couple sans faire apparaître véritablement sur les signaux une valeur palier et/ou une valeur maximale est traitée notamment par l'analyse des aires. La valeur palier est alors déduite d'un essai de perçage avec les mêmes paramètres de coupe sans qu'une anomalie soit engendrée, dans le cas où ce ne sont pas les paramètres de coupe (Vc, f) 35 qui sont à l'origine de l'anomalie. Ainsi le procédé de l'invention porte sur au moins l'une des caractéristiques suivantes : - l'analyse des signaux de l'effort Fz et du couple C déduit des efforts transversaux (Fx et Fy) ; 40 - le calcul des rapports entre une valeur maximale et une valeur minimale (valeur palier) de l'effort de pénétration (Fz) et du couple (C) ; - le calcul des aires sous les courbes des signaux ainsi que celui de leurs rapports ; - le calcul des longueurs de bavure (Lb), des angles d'inclinaison des rayures (13') laissées par les becs ou les listels lors de la remontée du foret ; 45 - le calcul du temps de perçage (tp) et du temps de débourrage (td) comme moyens de contrôle d'une erreur de programmation ; 3 2904446 4 - l'observation des halos de couleurs en entrée et/ou en sortie de trou comme moyen non destructif pour la détection de la morphologie de la ZATM et pour l'évaluation de la profondeur affectée. - l'analyse des conséquences de l'usure en Vb du foret sur l'allure des signaux et 5 leurs paramètres caractéristiques ; L'invention porte également sur un dispositif de mise en oeuvre du procédé comprenant un moyen de représentation et de traitement des efforts transversaux Fx, Fy et axial Fz en fonction du temps entre to et t4, un moyen de stockage des données représentatives des 10 signaux pour la détection et la quantification des anomalies et un moyen de représentation et de traitement de ces données ainsi que de celles liées à l'usure en dépouille du foret. On décrit maintenant le procédé de l'invention plus en détail en regard des dessins 15 annexés sur lesquels : La figure 1 illustre un foret avec une tête en forme de pointe tronconique et deux arêtes de coupe ; La figure 2 est une représentation du dispositif de perçage ; 20 La figure 3 illustre le schéma de la chaîne d'acquisition des efforts Fz et C ; La figure 4 illustre les différentes étapes du perçage et les paramètres géométriques liés au perçage ; La figure 5 est une représentation de la variation dans le temps de l'effort axial Fz pour un trou sans anomalie ; 25 La figure 6 est une représentation de la variation dans le temps du couple C pour un trou sans anomalie ; La figure 7 montre la surface d'un demi trou type sans anomalie avec une photo 7a de la surface sur laquelle sont observées les stries d'usinage et les rayures hélicoïdales ; 30 une photo 7b au MEB des stries d'usinage espacées d'une demi avance et d'une rayure hélicoïdale inclinée d'un angle 13' ; une photo 7c au MO de l'état microstructural au bord d'un trou sans anomalie, sur lequel il est observé une très légère zone écrouie ; La figure 8 se rapporte à un demi-trou type avec CCI, avec 35 une cartographie au MEB 8a illustrant une multitude de copeaux isolés, orientés dans la direction perpendiculaire à l'axe du trou et répartis uniformément de l'entrée à la sortie du trou ; une photo au MO 8b illustrant une mauvaise adhésion d'un copeau isolé à partir d'une coupe longitudinale d'un trou type avec CCI ; 40 une photo au MO 8c illustrant un CI plus ou moins enfoncé avec une bonne adhésion à la surface du trou ; une photo au MO 8d de la bavure en sortie d'un trou type avec CCI ; La figure 9 représente la variation dans le temps de l'effort Fz dans le cas du CCI ; 45 La figure 10 représente la variation dans le temps du couple C dans le cas du CCI ; La figure 11 se rapporte à un demi trou type avec CCI+BMC, avec 2904446 5 une photo 1 l a de la surface sur laquelle est observée une multitude de rayures hélicoïdales à la surface du trou, orientées suivant un angle 13' ; une photo au MO l lb à partir d'une coupe longitudinale : les photos llc, l l d, 1 1 e et 1 1 f sont des vues agrandies en quatre endroits distincts du bord du trou ; 5 la photo au MO 11c illustrant une bande de Matière Cisaillée MC1 avec une bande sous-jacente de Déformation Plastique DP1 pour un trou type avec CCI+BMC ; la photo au MO 11d de la bavure en sortie d'un trou type avec CCI+BMC ; 10 la photo 11e illustre au MO un Copeau Isolé Cl2 enfoncé dans de la Matière Cisaillée MC2, suivie d'une bande de Déformation Plastique DP2 ; la photo l lf illustre au MO un Copeau Isolé CI3 soudé sur de la Matière Cisaillée MC3, suivie d'une bande de Déformation Plastique DP3 ; La figure 12 représente la variation dans le temps de l'effort Fz dans le cas d'un 15 trou type avec une combinaison d'anomalies (CCI+BMC) ; La figure 13 représente la variation dans le temps du couple C dans le cas d'un trou type avec une combinaison d'anomalies (CCI+BMC) ; La figure 14 se rapporte à un trou type avec une combinaison d'anomalies CCI+BMC+ZATM avec 20 une photo 14a d'une coupe longitudinale : les photos 14b, 14c, 14d et 14e, sont des vues agrandies en quatre endroits distincts du bord du trou ; la photo 14b illustre au MO un Copeau Isolé CI4 enfoncé dans de la Matière Cisaillée MC4 suivie d'une zone de Déformation Plastique DP4 ; la photo 14c illustre au MO un Copeau Isolé CI5 soudé sur de la Matière 25 Cisaillée MC5 suivie d'une Zone Recristallisée ZR5 ; la photo 14d illustre au MO un Copeau Isolé CI6 enfoncé dans une ZATM6 ; la photo 14e illustre au MEB une ZATM localisée en sortie d'un trou type CCI+BMC+ZATM ; la photo 14f montre deux photos au MO illustrant la forme de la ZATM à partir 30 de coupes longitudinales : ZATM triangulaire (ZATMt7) et ZATM rectangulaire (ZATMr7) ; la photo 14g montre deux photos illustrant des halos de couleurs, en entrée et en sortie d'un trou type CCI+BMC+ZATMr ; La figure 15 représente la variation dans le temps de l'effort Fz dans le cas d'un 35 trou type avec une combinaison d'anomalies (CCI+BMC+ZATM) ; La Figure 16 représente la variation dans le temps du couple C dans le cas d'un trou type avec une combinaison d'anomalies (CCI+ BMC+ZATM) ; La figure 17 est un graphique représentant le rapport Fzmax/Fzpal1er en fonction du temps de perçage tp dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM; 40 La figure 18 est un graphique représentant E en fonction de Vc en échelle logarithmique dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM; La figure 19 est un graphique représentant la ZATMmax mesurée en fonction du produit Fz .tp dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM ; Fz palier 2904446 6 La figure 20 est un graphique représentant la ZATMmax mesurée en fonction de l'énergie maximale Ecmax dissipée à la coupe déduite du couple max Cmax, de Vc, de D et du temps de perçage tp, dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM; La figure 21 est une courbe représentant l'usure frontale Vb en fonction du 5 nombre de trous percés pour la condition optimale de coupe COM et une autre condition de coupe Hors COM pour laquelle le 1 er trou percé avec un outil neuf ne présente pas d'anomalies ; La figure 22 est une courbe représentant Vb/Vbarit. en fonction de Nb/Nbcrit. pour la condition optimale de coupe COM et une autre condition de coupe Hors COM pour 10 laquelle le l er trou percé avec un outil neuf ne présente pas d'anomalies ; La figure 23 est une courbe maîtresse représentant, pour la condition COM et une condition hors COM, l'usure frontale normalisée Vb*/Vbarit. en fonction du nombre de trous normalisé Nb*/Nbcrit. correspondant à l'apparition de l'anomalie considérée pour l'ensemble Outil/Matière étudié ; 15 La figure 24 est un enregistrement des signaux PM types de l'effort Fz pour la condition COM et une condition Hors COM après un certain nombre Nb de trous percés et une usure frontale Vb du foret pour l'ensemble Outil/Matière étudié ; La figure 25 est un graphique représentant Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) en fonction de Nb pour la condition COM et une condition Hors COM ; 20 La figure 26 est un graphique représentant Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) en fonction de l'usure normalisée Vb/Vber,t., pour la détermination du critère de détection Fz*moy(Nb*) / Fzmoy(Nb=l) de l'anomalie considérée (CCI), indépendant des conditions de coupe et pour l'ensemble outil / matière étudié ; La figure 27 est un exemple d'enregistrement de l'effort et du couple pour un 25 trou type sans anomalie (AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour) ; La figure 28 est un exemple d'enregistrement de l'effort et du couple pour un trou type avec du CCI (SL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour) ; La figure 29 est un exemple d'enregistrement de l'effort et du couple pour un trou type avec du CCI+BMC (SL Vc=20m/min f=0,02mm/tour) ; 30 La figure 30 est un exemple d'enregistrement de l'effort et du couple pour un trou type avec du CCI+BMC+ZATM (SL Vc=55m/min f=0,02mm/tour) ; La figure 31 est un exemple d'un graphique représentant le rapport Fzmax/Fzpaiier en fonction du temps de perçage tp dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM et pour l'ensemble Outil WC-Co revêtu / Matière Inconel 718TR ; 35 La figure 32 est un exemple d'un graphique représentant E en fonction de Vc en échelle logarithmique dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM et pour l'ensemble Outil WC-Co revêtu / Matière Inconel 718TR ; La figure 33 est un exemple d'un graphique représentant les valeurs de la ZATMmax mesurée en fonction du produit Fzrä .tp dans le cas d'un trou type avec Fz palier 40 CCI+BMC+ZATM et pour l'ensemble Outil WC-Co revêtu / Matière Inconel 718TR ; La figure 34 est un exemple d'un graphique représentant les valeurs de la ZATMmax mesurée en fonction de l'énergie maximale Ecmax dissipée à la coupe déduite du couple max Cm., de Vc, de D et du temps de perçage tp, dans le cas d'un trou type avec CCI+BMC+ZATM et pour l'ensemble Outil WC-Co revêtu / Matière Inconel 45 718TR; 2904446 7 La figure 35 est un exemple d'une courbe représentant l'usure frontale Vb en fonction du nombre de trous percés pour la condition optimale de coupe AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour (COM) et une autre condition de coupe AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour (Hors COM) pour laquelle le ter trou percé avec un outil neuf ne 5 présente pas d'anomalies ; La figure 36 est un exemple d'une courbe représentant Vb/Vbcrit. en fonction de Nb/Nbcrit. pour la condition optimale de coupe AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour (COM) et une autre condition de coupe AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour (Hors COM) pour laquelle le l er trou percé avec un outil neuf ne présente pas d'anomalies ; 10 La figure 37 est un exemple d'une courbe maîtresse représentant, pour la condition COM AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour et une condition Hors COM AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour, l'usure frontale normalisée Vb*/Vbcrit. en fonction du nombre de trous normalisé Nb*/Nbcr;t. correspondant à l'apparition de l'anomalie considérée (CCI+BMC) pour l'ensemble Outil/Matière étudié ; 15 La figure 38 est un exemple d'un enregistrement des signaux PM types de l'effort Fz pour la condition COM AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour et une condition Hors COM AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour après un certain nombre Nb de trous percés et une usure frontale Vb du foret pour l'ensemble Outil/Matière étudié ; La figure 39 est un exemple d'un graphique représentant Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) 20 en fonction de Nb pour la condition COM AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour et une condition Hors COM AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour ; La figure 40 est un exemple d'un graphique représentant Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) en fonction de l'usure normalisée Vb/Vbcr;t., pour la détermination du critère de détection Fz*moy(Nb*) / Fzmoy(Nb=l) de l'anomalie considérée (CCI+BMC), 25 indépendant des conditions de coupe et pour l'ensemble outil WC-Co revêtu / matière Inconel 718TR ; La figure 41 est un exemple d'un enregistrement des signaux PM types du couple C pour la condition COM AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour et une condition Hors COM AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour après un certain nombre Nb de trous percés et 30 une usure frontale Vb du foret pour l'ensemble Outil/Matière étudié ; La figure 42 est un exemple d'un graphique représentant Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb=l) en fonction de Nb pour la condition COM AL Vc=8m/min f=0,08mm/tour et une condition Hors COM AL Vc=l5m/min f=0,02mm/tour ; La figure 43 est un exemple d'un graphique représentant Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb=l) 35 en fonction de l'usure normalisée Vb/Vbcr;t., pour la détermination du critère de détection C*moy(Nb*) / Cmoy(Nb=l) de l'anomalie considérée (CCI+BMC), indépendant des conditions de coupe et pour l'ensemble outil WC-Co revêtu / matière Inconel 718TR. 40 Comme on le voit sur la figure 3 pour ce qui concerne la chaîne 50 d'acquisition des signaux Fz et C, les paramètres effort axial de pénétration (Fz) du foret 10 dans le matériau 4 et le couple (C) déduit des efforts transversaux sont enregistrés en fonction du temps au moyen d'une chaîne d'acquisition. Celle-ci est dotée d'une table de mesure 45 d'efforts tridimensionnels 51, équipée de capteurs piézo-électriques, sur laquelle sont fixés l'étau 5 et la pièce 4, ici non représentés. Ces capteurs enregistrent les signaux représentatifs des efforts transversaux (Fx, Fy) et axial (Fz) puis ceux-ci sont amplifiés 2904446 8 en 52. Une fois l'amplification effectuée, les signaux sont échantillonnés par une carte d'acquisition (bornier) 53, reliée à un micro-ordinateur 54. Un logiciel d'acquisition du signal permet ensuite d'effectuer divers traitements pour faciliter l'analyse temporelle des efforts de coupe, comme par exemple le filtrage des signaux Fz et C par un filtre 5 passe bas. Le couple C engendré par le foret 10 sur la pièce est une combinaison linéaire des efforts transversaux Fx et Fy. En un point M de la table de mesure défini par ses coordonnées x et y, le couple est donné par la relation suivante : C = Co + x.Fy û y.Fx où Co est la valeur du couple au point (x=0 et y=0). 10 Sur la figure 4 sont distinguées les différentes étapes d'une opération de perçage dans une plaque métallique 4 d'épaisseur Lp. Le foret 10, de diamètre D avec une pointe tronconique 11 est placé en contact contre la pièce au temps to. Les périodes successives jusqu'au temps t4 qui marque la fin du débourrage sont les suivantes : 15 ti-to : entrée de la pointe 11 du foret, t2-ti : phase de perçage par les becs 12 du foret, t3-t2 : sortie de la pointe 11 du foret, t4-t3 : frottement des listels 14 à la surface du trou juste avant la remontée du foret, t2-to : phase de perçage d'une longueur percée Lp sans débourrage de la pointe 11, 20 t3-to : perçage du trou avec débourrage de la pointe 11, t4-t2 : débourrage du foret sur la longueur Ld juste avant sa remontée. Les paramètres optimaux de coupe, notamment la vitesse périphérique (Vc) et l'avance par tour (f) pour un foret et une matière donnés se situent à l'intérieur d'un domaine 25 étroit défini par la norme du Couple Outil-Matière (norme AFNOR NF E 66-520-8). Ce domaine dit de fonctionnement maximise la durée de vie du foret en minimisant les efforts spécifiques de coupe Kca et Kct. Il correspond systématiquement à l'absence totale d'anomalie. On note que le domaine sans anomalie défini pour un foret neuf par trou est bien plus large que le domaine de fonctionnement du foret (COM). Cependant, 30 un type d'anomalie apparaît systématiquement à partir d'un nombre de trous Nb* bien inférieur à celui correspondant au critère d'usure en dépouille (Vbcrit.=0,3), entraînant la réforme du foret. Aussi, il apparaît que le COM préserve plus le foret que la matière. En effet, le domaine sans anomalie se réduit voire disparaît suivant le degré d'usure en dépouille des arêtes du foret et ce avant que le foret soit réformé. 35 On a établi une matrice d'essais de façon à faire varier dans une large gamme les paramètres de coupe (Vc, f) et les paramètres géométriques du trou (Lp, D). Outre des conditions de coupe AL, fortement éloignées des conditions optimales déduites de la norme AFNOR NF E 66-520-8, on a considéré le perçage SL avec des conditions de 40 coupe tout aussi extrêmes (par exemple jusqu'à 10 fois la vitesse de coupe optimale et 1/5 de l'avance optimale) afin de mettre au mieux en évidence la génération d'anomalies. De ce fait, on a percé chaque trou avec un foret neuf (Vb=O) pour s'assurer d'une bonne reproductibilité des anomalies. 45 Dans le cas d'une opération de perçage effectuée sans anomalie, on a constaté que, pour un foret et un matériau donnés, le couple C engendré par le foret et l'effort axial de pénétration Fz du foret dans le matériau présentaient un régime stationnaire (valeurs 2904446 9 indépendantes du temps) pendant la phase de perçage par les becs du foret, entre les temps tl et t2. Les figures 5 et 6 illustrent la variation de ces paramètres en fonction du temps. 5 Dans le cas d'un trou sans anomalie, une coupe longitudinale démontre que : - Les stries d'usinage sont régulièrement espacées d'une demi-avance (foret à deux becs) ou de l'avance (foret à un bec), et sont inclinées d'un angle voisin de 0 par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe du trou (figure 7a); -Des rayures hélicoïdales peu profondes sont produites par les becs à la 10 remontée du foret (figure 7b) et sont inclinées d'un angle 13' ; L'état métallurgique du trou n'est pas affectée thermiquement (figure 7c); il est observé éventuellement un très léger écrouissage en surface s'accompagnant de contraintes résiduelles ; - Aucune variation de micro-dureté n'est observée au bord du trou ; 15 -La rugosité du trou est normale, c'est-à-dire représentative de la profondeur des stries d'usinage pour l'avance considérée ; - La surface latérale du trou et sa face d'entrée et de sortie ont une couleur inchangée traduisant l'absence d'oxydation et d'une élévation de température importante au bord du trou ; 20 -La bavure, traduisant un refoulement de matière, est quasi inexistante à la sortie comme à l'entrée du trou. On a constaté que l'on pouvait détecter les anomalies engendrées au bord du trou à partir de la forme des courbes de variation de Fz et de C pendant l'opération de perçage. La 25 sévérité de ces anomalies passe par l'évaluation de critères et par leur encadrement entre une limite inférieure et une limite supérieure. Le cas échéant, l'aire sous la courbe des signaux est déterminée pendant l'opération de perçage. Un ensemble de valeurs supplémentaires (tp, td, t*Fz=O et t3*) est relevé sur les signaux afin, d'une part de vérifier l'exactitude de la programmation des paramètres de coupe (Vc, f), et d'autre part de retrouver par le calcul certaines caractéristiques géométriques du trou ((3', Lb). 35 Des examens destructifs, incontournables pour rendre compte de la sévérité des anomalies, consistent en une analyse métallographique de coupes longitudinales de trous types. Les corrélations entre les états microstructuraux, la typologie des signaux Fz et C, les rapports Fzmax/Fzpaiier , Cmax/Cpaher ou le cas échéant les rapports AireFzmax/AireFzpalier, 40 Airecmax/Airecpaiier , et leurs domaines de variation entre une limite inférieure et supérieure ont conduit à classer et à quantifier les anomalies selon trois types. On a constaté que le rapport Cmax/Cpaiier était le plus significatif pour la caractérisation de 45 tout type d'anomalies. Néanmoins, le rapport Fzmax/Fzpaher permet de rendre compte de la dégradation du foret généré pendant un perçage, et ce dans le domaine des sévères anomalies (brûlures). Pour tout type d'anomalies (CCI, BMC et ZATM), le rapport 30 2904446 10 Cmax/Cpalier augmente lorsque Vc croît et f décroît. Seule l'épaisseur maximale de la zone affectée thermo-mécaniquement, ZATMmax, a pu être explicitée en fonction des paramètres de coupe et des paramètres géométriques du trou : ZATM, = B.(A'.Ven-2 Lp2 D2 f-2r Le critère de sévérité défini par l'épaisseur de ZATMmax peut également être exprimée en fonction de l'énergie maximale Ecm. dissipée à la coupe déduite du couple max Cm., de Vc, de D et dutemps de perçage tp : ~103.0 V 103.0 .V ZATM =F• 30.D .tp ùG avec _ Eco ù 30.D tp 15 Description du 1er trou type avec CCI Ce premier trou type est composé d'une anomalie dite de Collage de Copeaux Isolés (CCI). Les observations d'un grand nombre d'échantillons ont permis de définir les caractéristiques de ce type d'anomalie : 20 -Les Copeaux Isolés (CI) sont soudés sur la surface du trou de la pièce 4, et orientés dans la direction perpendiculaire à l'axe du trou (figure 8a) ; - La rugosité est importante ; - Aucune coloration et donc oxydation n'est observée à la surface du trou et sur les faces d'entrée et de sortie, signe d'une élévation modérée de température au bord du 25 trou , -L'adhérence des copeaux isolés est variable (figure 8b) ; - Les copeaux sont plus ou moins enfoncés dans la matière (figure 8c) ; - La métallurgie du trou n'est pas affectée thermiquement ; cependant une faible zone écrouie est présente à la surface du trou, s'accompagnant de contraintes résiduelles ; 30 Aucune variation de micro-dureté dans l'épaisseur du matériau n'est détectée ; - La bavure est de faible ampleur à la sortie du trou (figure 8d) et inexistante à l'entrée du trou. La génération de ce type d'anomalie est difficilement détectable et quantifiable par les 35 signaux Fz et C. Pour certains ensembles outil/matière, et/ou pour une certaine usure d'outil initiale en dépouille, les efforts peuvent plus ou moins mettre en évidence ce type d'anomalie. En général, les variations dans le temps des paramètres Fz et C correspondant au CCI ont les allures montrées sur les figures 9 et 10, et les observations sont les suivantes : 40 - L'effort axial présente un régime stationnaire défini par Fzpalier. Parfois, on constate une légère diminution du paramètre Fz entre tl et t2, qui semble témoigner d'une élévation de température abaissant la limite d'élasticité du matériau usiné ; - Pour le couple, et après qu'un palier s'est établi (Cpaiier), ce dernier présente de 45 légères fluctuations à partir de tc*, peu avant t2, et jusqu'à ce que les arêtes de 5 10 2904446 11 coupe débouchent à t3. Cette légère augmentation du couple à partir de tc* résulte d'une élévation de température suffisante en fin de perçage qui favorise d'une part le frettage entre le foret et le trou, et d'autre part le collage d'une quantité conséquente de copeaux mal évacués. 5 Si l'augmentation du couple s'était produite bien plus tôt entre tl et t2, on aurait très certainement observé la formation d'une BMC, voire même d'une ZATM (ces deux autres types d'anomalies sont présentés ci-après) en plus du CCI. Le collage de copeaux isolés est donc détectable à partir de la plage de variation du 10 rapport [Cmax/Cpaher]cci> 1 et un rapport [Fzmax/Fzpaher]ccI=l. L'abondance du CCI passe par l'évaluation du rapport Cmax/Cpaiier (ou des aires) lequel constitue le critère de sévérité du CCI. Le taux de recouvrement de copeaux à la surface latérale du trou croît lorsque le rapport Cmax/Cpaher augmente. 15 Description du 2ème trou type avec CCI+BMC Ce trou type se caractérise par une Bande de Matière fortement Cisaillée et malaxée, dite 20 BMC, accompagnée parfois de l'anomalie CCI. Cette BMC résulte d'un malaxage entre la matière en surface du trou et une forte concentration de copeaux isolés. Cet ensemble de matière cisaillée est ensuite matée à la surface du trou pendant la coupe puis lissée par les listels lors de la remontée du foret. 25 Les observations sur une coupe longitudinale du trou ont permis de définir les caractéristiques suivantes de ce type d'anomalie : - Une multitude de rayures hélicoïdales à la surface de la BMC, engendrées par les listels lors de la remontée d u f o r e t et inclinées d'un angle l' (figure 1 l a) ; - Un changement de coloration à la surface latérale du trou signe d'une oxydation 30 (figure lla); - Une très faible rugosité due à l'étalement de matière pendant la phase de perçage et de remontée du foret ; - Une hauteur partielle ou totale de la surface latérale du trou est affectée par la formation de cette Bande de Matière Cisaillée (figures 1 la et 1 lb). Cette BMC 35 s'accompagne d'une Bande sous-jacente de Déformation Plastique (BDP) caractérisée par une augmentation de dureté en sous-couche , qui résulte du matage des copeaux par les listels du foret pendant la coupe (figure 11 c) ; - Aucun changement métallurgique en arrière de la BDP n'est observé ; - Une bavure à la sortie du trou de plus grande ampleur que pour le 40 CCI (figure l l d). En pratique, ce type de défaut BMC est le plus souvent associé à une anomalie de type CCI enfoncé (figure 11 e) ou soudé (figure 11f) dans cette BMC (notion de combinaison d'anomalies). 45 2904446 12 Les figures 12 et 13 montrent, dans ce cas, la variation dans le temps des paramètres Fz et C. On observe : -L'établissement d'un régime stationnaire en effort axial entre tI et t2, et parfois une légère diminution de cet effort due à une élévation de température et donc à une 5 diminution de la limite d'élasticité ; - Une forte augmentation graduelle du couple à partir de tc*, peu avant t2 , et jusqu'à un maximum proche de t3 où les arêtes de coupe du foret débouchent ; - Les analyses métallurgiques ont montré que tc* ne correspond pas au début de la BMC dans la profondeur du trou. En effet, le fort cisaillement de la matière se produit 10 essentiellement au droit de la coupe. Selon les conditions sévères de perçage considérées, ce phénomène de cisaillement provoque une élévation plus ou moins rapide de la température. Arrivée à une température seuil à tc*, l'augmentation du couple peut s'expliquer par l'intensification des deux phénomènes concomitants déjà décrits pour le trou type avec CCI : d'une part un frettage plus important entre le foret et le trou, et 15 d'autre par un collage abondant de copeaux à la surface du trou ; - Le lissage de l'ensemble de la matière cisaillée à la surface du trou formant la BMC semble se produire pendant la phase de débourrage du corps du foret entre t3 et t4. Si l'augmentation du couple s'était produite bien plus tôt entre tI et t2, on aurait très certainement observé la formation d'une ZATM (cette anomalie est présentée ci-après) 20 en plus du CCI+BMC. La combinaison d'anomalies CCI+BMC est détectable à partir de la plage de variation du rapport [Cmax/Cpalier]CCI+BMC>[Cmax/Cpalier]CCI>1, et un rapport [FZmax/FZpalier]CCI+BMCù1 Comme pour le collage de copeaux isolés, la quantification de ce type d'anomalie se 25 mesure par le rapport Cmax/Cpalier ou le cas échéant par le rapport des aires. La hauteur de cette Bande de Matière Cisaillée à la surface latérale du trou croît lorsque le rapport Cmax/Cpalier augmente. Description du 3ème trou type avec CCI+BMC+ZATM 30 Ce troisième trou type est affecté par les anomalies CCI, BMC mais également par une troisième anomalie type dite Zone Affectée Thermo-Mécaniquement, ZATM. La figure 14 montre une coupe longitudinale d'un trou percé dans la pièce 4 dans laquelle les trois types d'anomalies sont présents et ont été agrandis en figures 14b, 14c, 35 14d et 14e. Les combinaisons d'anomalies CCI et BMC représentées en figures 14b et 14c sont du même type que celles observées dans les trous types CCI+BMC (figures 11 e et 11f). Il est parfois observé une combinaison d'anomalies CCI + ZATM. La figure 14 d illustre une ZATM dans laquelle est enfoncé un Copeau Isolé. 40 Sur la figure 14e est illustrée une Zone Affectée Thermo-Mécaniquement, ZATM, localisée en sortie de trou. Elle se caractérise par un profil de dureté en V , c'est-à-dire une diminution de la dureté du bord du trou jusqu'à la demi profondeur de la ZATM, suivie d'une augmentation sur la deuxième moitié de la profondeur jusqu'à retrouver la dureté du matériau vierge. 45 Deux formes de ZATM peuvent être distinguées : une forme triangulaire (ZATMt) ou une forme rectangulaire (ZATMr), comme illustrée en figure 14f. Ces formes de ZATM sont influencées par le rapport Lp/D. 2904446 13 Plus généralement, une ZATM est détectée par les phénomènes suivants : - Sur les faces d'entrée et de sortie du trou, des halos de couleurs en forme d'anneaux sont observables pour la ZATMr (figure 14g), et seulement sur la face de 5 sortie pour la ZATMt. Le diamètre de ces halos est égal à D+2.ZATMmax. -Ces halos de couleurs s'accompagnent d'un refoulement important de matière (bavure) à la sortie et parfois même à l'entrée du trou. La bavure à la sortie du trou peut être continue, de faible épaisseur ou discontinue/fragmentée de forte épaisseur (figure 14f). Sa présence est détectable sur le signal Fz et en particulier sa longueur est définie 10 entre t*3 et t*Fz=O correspondant au retour à charge nulle de l'effort. Proche de la sortie du trou, pour des conditions sévères de perçage, le foret extrude plus la matière qu'il ne la coupe en raison d'une forte élévation de la température du matériau (associée à une chute de ses propriétés mécaniques) et d'une dégradation des becs du foret (de type écaillage et fatigue thermique) voire d'une modification de sa géométrie. 15 Toutes ces caractéristiques métallurgiques et géométriques distinguent très nettement cette combinaison d'anomalies de celle mentionnée précédemment, CCI+BMC, qui présente un refoulement limité de matière, sans halo de couleur sur les faces d'entrée et de sortie du trou, et une faible dégradation du foret. 20 Sur les figures 15 et 16, la variation temporelle des paramètres Fz et C est représentée pour le trou type avec la combinaison d'anomalies CCI+BMC+ZATM. On observe : - L'établissement d'un régime stationnaire en effort axial, qui parfois diminue légèrement dû à la baisse de la limite d'élasticité du matériau usiné à la suite de l'élévation de température, et ce jusqu'à t*Fz; 25 -t*Fz ne correspond pas à la position du début de la ZATM dans la profondeur du trou mais rend plutôt compte d'un début d'usure du foret. Au delà de t*Fz, l'effort suit une montée progressive, ou une succession de petits plateaux suivie d'une montée plus franche. Cet ensemble d'événements témoigne d'une très forte dégradation des arêtes de coupe, et donc d'une très grande difficulté qu'a le foret à usiner le matériau ; 30 -Le maximum de l'effort Fzmax se trouve un peu avant t2 soit avant que les arêtes de coupe usées ne débouchent. En effet, plus le foret est proche de la sortie plus il est chaud, et plus la résistance et l'épaisseur de matière sous le foret décroîent, et donc plus l'effort que doit exercer le foret pour déformer la matière diminue (formation de la bavure) ; 35 -Le rapport Fzmax/Fzpaiier rend compte de la dégradation du foret ; - Un contrôle de la dégradation d'outil consiste à comparer le temps t3 théorique, temps à partir duquel les becs du foret débouchent, à celui relevé expérimentalement t*3 sur le signal de l'effort Fz. Il s'avère que dans le cas de fortes brûlures avec une dégradation importante du foret, ce temps théorique t3 est 40 systématiquement inférieur au temps expérimental t*3. En effet, les becs du foret étant fortement dégradés (perte de géométrie), la plus grande section du foret ne se trouve plus au niveau des becs mais au dessus ; - La longueur de la bavure en sortie peut être déterminée en repérant la durée entre t*3 et t*Fz=O ; 45 -Le couple débute par un très court palier jusqu'à tc* puis augmente continuellement jusqu'à atteindre, un peu avant t2, un maximum correspondant au maximum de l'effort ; 2904446 14 - Contrairement aux deux autres trous types CCI et CCI+BMC, ce trou type CCI+BMC+ZATM présente un tc* beaucoup plus tôt entre tI et t2, et les phénomènes mis en jeu sont de même nature, mais beaucoup plus amplifiés. En effet, l'élévation de température semble s'être produite beaucoup plus rapidement, dû aux très mauvaises 5 conditions de coupe. La vitesse de montée du couple jusqu'à C*Fz semble témoigner d'une part d'un frettage beaucoup plus important entre le foret et le trou pour ce trou type que pour les deux autres, et d'autre part d'un très fort malaxage de matière entre la surface du trou et une quantité abondante de copeaux. Parfois, cette augmentation de température est visible par une diminution de l'effort jusqu'à t*Fz (avant que le foret ne 10 se dégrade), dû à une diminution de la limite d'élasticité du matériau usiné ; - A t*Fz, le couple atteint une valeur C*Fz au delà de laquelle la vitesse de montée du couple fluctue due à une mauvaise qualité de coupe ; - Le couple chute moins brutalement entre t3 et t4, pour ce trou type que pour le trou type CCI+BMC. Cela témoigne d'un fort frottement des listels dans le trou et d'un 15 refroidissement plus lent de l'ensemble outil/matière pouvant avoir des conséquences sur le cycle thermique subi par la pièce, et donc sur la ZATM. Contrairement au trou type avec CCI et au trou type avec CCI+BMC, le 3ème trou type avec CCI+BMC+ZATM peut se détecter avec le couple et/ou l'effort axial, à partir de la 20 plage de variation du rapport [Cmax/Cpalier]CCI+BMC+ZATM>[Cmax/Cpalier]CCI+BMC>l, et un rapport [FZmax/FZpalier]CCI+CCC+ZATM>1 Détermination de la ZATMmax à partir de l'analyse de l'effort axial 25 Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on établit un critère de sévérité pour ce 3ème trou type en exprimant la valeur maximale de l'épaisseur de la ZATM en fonction des paramètres géométriques (Lp, D) et des conditions de coupe (Vc, f). Cette épaisseur critique de ZATM est calculée par la formule suivante : 30 ZATM =B.(A'.Vn-2 L2.D2.f-2r Les paramètres A', B, a et n sont des constantes intrinsèques à l'ensemble outil/matière qu'il convient de déterminer. On décrit ci-après une démarche en 4 étapes permettant l'identification de ces 4 35 constantes A', B, a et n associées à l'ensemble outil/matière considéré. Etape 1 : On trace le rapport Fzmax/Fzpalier en fonction du temps de perçage tp mesuré ou calculé par la relation : 40 tp = 60.n .Lp. D Le rapport Fzmax/Fzpalier peut alors se mettre sous la forme suivante (figure 17) : Fz = E.tp (1) 1000.Vc. f FZ palier 45 2904446 15 La pente E de la droite dépend directement de Vc par la relation : E = A.60-n.Ven (2) 5 Etape 2 : On détermine les constantes A et n en traçant E en fonction de Vc en échelle logarithmique (figure 18) : ln E = n.1n Ve + ln(A.60-n Etape 3 : On détermine les constantes B et a en traçant les valeurs expérimentales de la 10 ZATMmax en fonction du produit Fz .tp et en les approximant par une loi puissance Fz palier du type (figure 19) : Fz ZATMrä = B. .tp Fz palier Etape 4 : On combine les relations (1), (2) et (3) afin d'exprimer le critère de sévérité 15 basé sur l'épaisseur de la ZATMmax en fonction des paramètres géométriques (Lp, D) et des paramètres de coupe (Vc, f). ZATM, = B.(A'.Ven 2.Lp2.D2.f avec A'= A.(10-6.602-11. 2) Détermination de la ZATMmax à partir de l'analyse du couple 20 En complément du critère de sévérité construit à partir du signal Fz, on détermine un autre critère à partir du couple. Celui-ci consiste à exprimer l'épaisseur de ZATMmax mesurée en fonction de l'énergie maximale Ecmax dissipée à la coupe déduite du couple max Cmax, de Vc, de D et du temps de perçage tp calculé ou mesuré (figure 20) : 25 ZATMrä = F. 103.0 .V' .tp ûG avec Eco = 10 3.0 .Ve .tp et X, F et G 30.D 30.D étant trois constantes intrinsèques de l'ensemble outil/matière considéré. Analyse des aires 30 Cette analyse consiste à calculer les aires sous les courbes Fz(t) et C(t) prenant ainsi en compte toute l'histoire du perçage d'un même trou ou d'une série de trous percés avec le même outil. Elle s'applique en particulier dans les deux cas suivants : - Lorsque les signaux Fz et C d'une anomalie quelle qu'elle soit sont différents de ceux relatés ci-avant (inobservation d'une valeur palier et/ou d'une valeur maximale) ; - Lorsque les rapports Cmax/Cpalier et/ou Fzmax/Fzpal1er sont les mêmes pour deux mêmes trous types alors que la sévérité de l'anomalie est différente ; (3) 35 2904446 16 - Lorsque les signaux Fz et C présentent une augmentation d'amplitude sur plusieurs trous percés à conditions de perçage constantes ; 5 Ci-après, l'expression des aires à partir du signal Fz, qui est directement transposable au signal C : -L'aire sous la courbe Fz(t) de to à t4 pour un Fz inférieur ou égal à Fzpaiier t4 10 correspond à l'absence d'anomalie, soit AireFzpatter = Jt Fz(t) Fzpatter dt ; - L'aire sous la courbe Fz(t) pour un Fz compris entre Fzmax et Fzpaiier traduit la présence d'anomalie(s), soit Aire t4 J Fz(t)dt û AireFzpatteN Zo 15 - L'aire sous la courbe Fz(t) pour Nb=1 correspond à l'absence d'anomalie et t4 d'usure d'outil, soit AireFzmoy (Nb =1) = FzNb_1(t)dt ; to - L'aire sous la courbe FzNb(t) correspond à une usure d'outil avec présence ou non d'anomalie(s) après un nombre Nb de trous percés, soit 20 AireFzmoy (Nb) = JtFZNb (t)dt . o On calcule ensuite d'une part les rapports d'aires AireFzmax/AireFzpalier et/ou Airecmax/Airecpaiierpour quantifier la sévérité de l'anomalie lors d'un perçage d'un trou et 25 d'autre part les rapports d'aires AireFzmoy(Nb)/AireFzmoy(Nb=l) et/ou Airecmoy(Nb)/Airecmoy(Nb=l) pour quantifier la sévérité de l'anomalie lors d'un perçage d'une série de trous. 30 Effet de l'usure en Vb du foret sur la détection d'une anomalie type A partir du PM on a établi un critère de détection d'une anomalie type, à la suite d'une usure en dépouille du foret et ce à défaut de ne pouvoir la détecter par la forme des signaux. Pour des conditions de coupe (Vc,f) du domaine absence d'anomalie défini pour un outil neuf par trou (Nb=l, Vb,--0), l'influence de l'usure frontale du foret sur l'apparition d'une anomalie type, est prise en compte en suivant la démarche suivante à partir du signal Fz(t), mais qui peut également être appliquée au signal C(t) : Etape 1 : - On trace l'usure en Vb du foret en fonction du nombre de trous percés Nb pour des conditions de coupe AL du domaine absence d'anomalie , en particulier pour la condition COM et une condition Hors COM (figure 21). 35 40 2904446 17 - On déduit, de la courbe précédente, le nombre critique de trous Nbcrit. correspondant au critère de réforme du foret (Vbcrit.=0,3mm), pour chaque condition de coupe (Vc,f) étudiée. La valeur Nbcrit. d'une condition de coupe donnée traduit alors la durée de vie du foret. 5 - On détermine la constante p en traçant les valeurs de Vb/Nbcrit. en fonction de celles de Nb/Nbcrit., et en les approximant suivant une loi puissance du type (figure 22) : Vb 7 Nb v Vbe ber Etape 2 : 10 - On détecte à partir d'examens destructifs l'anomalie type considérée et on en déduit le Vb correspondant noté Vb*. La relation Vb en fonction de Nb, permet d'associer à un nombre de trous percés Nb* une usure d'outil Vb*, correspondant à l'apparition de la toute première anomalie considérée. - On trace pour chacune des conditions de coupe étudiées la courbe maîtresse 15 Vb*/Vbcrit. en fonction de Nb*/Nbcrit. (figure 23). Etape 3 : - On relève après chaque trou percé Fzmoy à l'entrée des arêtes de coupe dans la 20 matière (figure 24), et éventuellement les aires des signaux déduits du PM. L'augmentation de Fzmoy en fonction de Nb rend compte d'une mauvaise qualité de coupe, caractéristique d'une usure frontale croissante du foret. En revanche, la diminution de Fzmoy entre ti et t2 traduit un échauffement conséquent entre le foret et la matière favorable à du collage de copeaux et notamment pour la condition Hors COM. 25 Etape 4 : - On détermine le paramètre q en traçant les valeurs de Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=1) en fonction de Nb pour les différentes conditions de coupe étudiées, et en les approximant par une loi puissance du type (figure 25) : Fz zm~1VU )1) = Nb' . ma), 30 - D'après la relation donnée en étape 1, le nombre de trou Nb peut s'exprimer / -\I/p Vb crtt. ~ donné, Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) en fonction de l'usure normalisée Vb/Vbcrit. s'exprime par Fz (Nb) ( la relation suivante : ma), = Nb. q Fzmoy (Nb =1) Vbcnt. ~ - On reporte, sur les courbes précédentes (figure 26), le Vb*/Vbcrit. correspondant 35 à l'apparition de l'anomalie considérée pour chaque condition de coupe étudiée, et on en détermine Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb=l) qui constitue le critère de détection recherché. Il apparaît que ce critère est indépendant des conditions de coupe, et à ce titre, peut être considéré comme intrinsèque à l'ensemble outil/matière étudié. sous la forme : Nb = Nb,. . Par conséquent, pour un ensemble Outil/Matière 2904446 18 En conséquence, toute signature PM d'un trou percé avec un outil usé en Vb, pour lequel Fzm y(Nb)/Fzm y(Nb=l) > Fz*moy(Nb*)/Fzm y(Nb=l) indique la présence de l'anomalie considérée. Une même démarche peut être entreprise avec l'analyse des aires (voir paragraphe précédent) pour définir un critère de détection d'une anomalie type, à la suite d'une usure en dépouille du foret. Dans ce cas, l'aire de l'anomalie considérée est rapportée à celle correspondant à l'absence d'anomalie définie par le premier trou. 10 000 Exemple d'analyse des signaux Fz et C pour le couple outil WC-Co revêtu / matière 15 Inconel 718 TR La démarche proposée ci-dessus a été suivie pour l'ensemble outil WC-Co revêtu / matière Inconel 718TR, dans le but de définir les critères de sévérité des anomalies engendrées pendant le perçage. 20 Une matrice d'essai et une configuration de perçage ont été définies à savoir : - Trou droit et débouchant avec une descente continue du foret (c'est-à-dire sans cycle de débourrage pendant l'opération de perçage) de l5mm quelque soit la longueur percée , 25 - Perçage avec et sans lubrification ; Lubrification externe par le mandrin (pression 6 bars, débit 221/min). Le lubrifiant est constitué d'un mélange eau/huile soluble à 6% en volume ; Outil monobloc en carbure cémenté WC-Co de chez Sandvik du type [R415.5-0700-50-8C1] comprenant deux arêtes de coupe, deux trous de lubrification interne, un 30 revêtement TiAlN, un angle 8 au sommet du foret de 140 ; - Maintien du foret dans le porte-outil au moyen d'une pince de précision ER47-8; - Matière Inconel 718 TR, avec une taille de grain ASTM 10, un traitement thermique trempé - double revenu 720 C/620 C, et une macrodureté HRC43 ; 35 - Liaison entre porte-outil et la broche assurée par un cône HSK63 de Kennametal-Hertel ; - Une machine outil Huron KX10 équipée d'une table Kistler de mesure d'efforts tridimensionnels (Fx, Fy, Fz) ; - Diamètre du forêt : de 5 à 10mm ; 40 -Longueur percée : de 2,1 à l2mm ; - Vitesse de coupe de 3 à 100m/min ; -Avance par tour de 0,01 à 0, l 5mm/tour ; - Au moins 2 trous sont percés par condition de coupe avec un outil neuf par trou. 45 Les signaux Fz et C (figures 27, 28, 29 et 30) ont été enregistrés grâce à la chaîne d'acquisition présentée au-dessus. Les trois types d'anomalies sont ici rencontrés pour 5 2904446 19 l'ensemble outil/matière considéré. Les signatures PM de chacune de ces anomalies sont en parfait accord avec celles données précédemment. Le trou type sans anomalie 5 Pour l'ensemble outil/matière considéré et un rapport Lp/D=8,5/7 , les conditions optimales de perçage AL déterminées à partir de la norme AFNOR NF E 66-520-8 sont : Vc=8m/min, f=0,08mm/tour. Ces conditions de perçage se caractérisent par (figure 27) : - Un régime stationnaire en Fz (Fzpaher = 1800 N) ; - Un régime stationnaire en C (Cpaiier = 3,6 N.m) ; 10 - Les rapports Cmax/Cpaher et Fzmax/Fzpaher égaux à 1. Le trou type avec l'anomalie CCI figure 28) Contrairement au cas précédent, le perçage s'effectue sans lubrification et se caractérise par une légère diminution de -5% de Fzpaher entre tl et t2. Le rapport Cmax/Cpaher varie de 15 1,2 à 2,5. Le trou type avec une combinaison d'anomalies CCI+BMC figure 29) Il se caractérise par un rapport Cmax/Cpaher compris entre 2,5 et 5, et s'observe aussi bien pour un perçage AL qu'un perçage SL. 20 Le trou type avec une combinaison d'anomalies CCI+BMC+ZATM figure 30) Ce trou type se caractérise par un rapport Cmax/Cpaher>5 pour un perçage SL, et un rapport Fzmax/Fzpaher bien supérieur à 1, contrairement aux deux trous types précédents où 25 Fzmax/Fzpaher était égal à 1. Ce rapport des efforts axiaux rend compte de la dégradation du foret. Pour Lp/D >_1,2 il est observé une ZATM triangulaire et pour Lp/D Revendications 1. Procédé de détection et éventuellement de quantification d'anomalies de perçage dans une pièce métallique (4), le perçage étant réalisé par un foret (10), caractérisé par le fait qu'il consiste à déterminer d'une part un ensemble de valeurs d'au moins l'un des deux paramètres suivants, en fonction du temps à savoir l'effort axial de pénétration du foret (10) dans la pièce métallique (4) Fz(t) et le couple C(t), engendrés pendant au moins une partie de l'opération de perçage, puis d'en isoler les valeurs Fzpalier et Cpalier correspondant à un palier et représentatives de l'absence d'anomalie, les valeurs FZmax et CmaX correspondant aux valeurs maximales et représentatives de la présence d'une anomalie, et d'en déterminer ensuite les rapports Fzmax/Fzpalier et/ou Cmax/Cpalier, et/ou éventuellement le rapport des aires AireFzmax/AireFzpalier et/ou Airecmax/Airecpalier qui sont les aires sous les courbes Fz(t) ou C(t) ayant pour borne inférieure Fzpalier ou Cpalier et pour borne supérieure Fzmax ou Cmax rapportées aux aires sous les courbes Fz(t) ou C(t) ayant pour borne supérieure Fzpalier ou Cpalier , de manière à rendre compte du type d'anomalies et éventuellement de sa sévérité, 2. Procédé selon la revendication 1 consistant également à isoler les valeurs Fzmoy(Nb) et Cmoy(Nb) en fonction du nombre de trous percés et correspondant aux valeurs moyennes des signaux à l'entrée des arêtes de coupe dans la matière, et à déterminer ensuite les rapports Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) et/ou Cmoy(Nb)/Cmoy(Nb=l) et/ou éventuellement le rapport des aires AireFzmoy(Nb)/AireFzmoy(Nb=l), et/ou Airecmoy(Nb)/Airecmoy(Nb=l), et à isoler également un ensemble de valeurs liées à l'usure en dépouille Vb du foret tel que Nbcrit. correspondant au nombre critique de trous percés selon lequel Vb=0,3mm (réforme du foret), Vb* et Nb* correspondant à la première apparition de l'anomalie considérée, de manière à rendre compte de l'apparition d'une anomalie liée à l'usure. 3. Procédé, selon la revendication 1, selon lequel on détermine une anomalie de type CCI à partir de la plage de variation du rapport [CmaX/Cpalier]cci> 1 et un rapport [FZmax/FZpalier]CCI=1 4. Procédé, selon la revendication 1, selon lequel on détermine une anomalie de type combiné CCI et BMC à partir de la plage de variation du rapport [Cmax/Cpalier]CCI+BMC>[Cmax/Cpalier]CCI>1, et un rapport [FZmax/FZpalier]CCI+BMCù1 5. Procédé, selon la revendication 1, selon lequel on détermine une anomalie de type combiné CCI, BMC et ZATM à partir de la plage de variation du rapport [Cmax/Cpalier]CCI+BMC+ZATM>[Cmax/Cpalier]CCI+BMC>1 et un rapport [FZmax/FZpalier]CCI+BMC+ZATM> 1 6. Procédé, selon la revendication 5, selon lequel on trace le rapport Fzmax/Fzpalier en fonction du temps de perçage tp mesuré ou calculé, et dont la pente E se met sous la forme E = A.60-n.V:n 2904446 28 7. Procédé, selon la revendication 6, selon lequel on détermine les constantes A et n en traçant la pente E de la droite précédente Fz' = E.tp en fonction de Vc en Fz palier échelle logarithmique, à savoir ln E = n. ln Ve + ln(A.60-n). 5 8. Procédé, selon la revendication 7, selon lequel on détermine les constantes B et a en traçant les valeurs expérimentales de la ZATMmax en fonction du produit Fzr tp , lesquelles se mettent sous la forme : ZATM = B. Fz .tp max Fz palier Fz palier 9. Procédé, selon les revendications 7 et 8, selon lequel on détermine un critère de 10 sévérité basé sur l'épaisseur de la ZATMmax en fonction des paramètres géométriques (Lp, D) et des paramètres de coupe (Vc, f) lequel se met sous la forme : a. ZATM,,, = B.(A'.Venù2 .L p 2 .D 2 . f -2 b. avec A' = A.(10-6.602-n.7[2) , et les constantes A, a B et n étant 15 intrinsèques à l'ensemble outil/matière. 10. Procédé, selon les revendications 1, et 5 à 8, selon lequel on détermine les quatre constantes A, a, B et n intrinsèques à l'ensemble outil/matière considéré par la démarche en quatre étapes. 20 11. Procédé, selon la revendication 5, selon lequel on détermine un critère de sévérité à partir du couple, qui consiste à exprimer les valeurs expérimentales de la ZATMmax en fonction de l'énergie maximale Ecmax dissipée à la coupe déduite du couple max Cmax, de Vc, de D et du temps de perçage tp calculé ou mesuré, 25 lesquelles se mettent sous la forme : a. ZATM. = F. 103.0 .Ve .tp ùG 30.D 3 b. avec Ec = 10 .0 .Ve .tp , et les constantes X, F et G étant 30 12. Procédé, selon la revendication 1, selon lequel on calcule les aires sous les courbes Fz(t) et C(t), lorsque les signaux Fz et C d'une anomalie quelle qu'elle soit ne présentent pas de valeur palier et/ou de valeur maximale, et lorsque les rapports Cmax/Cpalier et/ou Fzmax/Fzpal1er sont les mêmes pour deux mêmes trous types présentant des sévérités d'anomalies différentes. 35 13. Procédé, selon la revendication 12, selon lequel on calcule les rapports d'aires AireFzmax/AireFzpalier et/ou Airecmax/Airecpaiier pour quantifier la sévérité de l'anomalie. 30.D intrinsèques à l'ensemble outil/matière considéré. 5 10 15 2904446 29 14. Procédé, selon la revendication 2, selon lequel on détecte l'anomalie de type CCI+BMC liée à l'usure en Vb du foret dans le cas du perçage avec lubrification, selon lequel on détermine le paramètre p en traçant les valeurs de Vb/Nbcrit. en fonction des valeurs de Nb/Nbcrit., et en les approximant suivant une loi Vb 7 Nb puissance du type : c 15. Procédé, selon la revendication 14, selon lequel on trace pour chacune des conditions de coupe étudiées la courbe maîtresse Vb*/Vbcrit. en fonction de Nb*/Nbcr,t. 16. Procédé, selon la revendication 2, selon lequel on détermine le paramètre q en traçant les valeurs de Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) en fonction de Nb pour les différentes conditions de coupe étudiées, et en les approximant par une loi puissance du type : Fzm Y O = Nb' Fzmoy (Nb =1) 17. Procédé, selon les revendications 2, 14 et 15, selon lequel on exprime, pour un ensemble Outil/Matière donné, Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=l) en fonction de l'usure par la relation suivante : crtt. bcr normalisée Vb/Vbcr,t. Fz,(Nb) _ Nb ( Vb Fzmo), (Nb = 1) crit. 20 25 30 35 40 18. Procédé, selon les revendications 15 et 17, selon lequel on reporte, sur la courbe Fz (Nb) ( Nb vb d'équation ma), = crut. q pour chaque condition de coupe, Fzmoy (Nb =1) Vbcnt. ~ les valeurs de Vb*/Vbcr;t. correspondant à l'apparition de l'anomalie considérée de type CCI+BMC, et on en détermine Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb=l) qui constitue le critère de détection de l'anomalie de type CCI+BMC, indépendant des conditions de coupe et intrinsèque à l'ensemble outil/matière considéré, et pour lequel Fzmoy(Nb)/Fzmoy(Nb=1) > Fz*moy(Nb*)/Fzmoy(Nb=l) indique la présence de l'anomalie considérée. 19. Procédé, selon la revendication 2, selon lequel on utilise l'analyse des aires pour définir un critère de détection d'une anomalie type, à la suite d'une usure en dépouille du foret, où l'aire de l'anomalie considérée est rapportée à celle correspondant à l'absence d'anomalie définie par le premier trou. 20. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon une ou plusieurs revendications précédentes comprenant un moyen de représentation et de traitement des efforts transversaux Fx, Fy et axial Fz en fonction du temps entre to et t4, un moyen de stockage des données représentatives des signaux pour la détection et la quantification des anomalies et un moyen de représentation et de traitement de ces données ainsi que de celles liées à l'usure en dépouille du foret.