Brevet FR2953438A1 — publié le 20110610

L'invention concerne un dispositif de perçage, du type à foret de perçage rotatif. Un domaine d'application préféré, bien que non limitatif, du dispositif selon l'invention est l'usinage de pièces constituées d'un matériau composite. L'utilisation de plus en plus fréquente des matériaux composites, notamment pour la fabrication de pièces d'aéronefs, a introduit de nouveaux besoins de protection de l'utilisateur et des machines lors des opérations d'usinage de pièces réalisées en matériau composite à base de fibres noyées dans une matrice polymère. En effet, l'usinage de telles pièces génère une quantité importante de résidus sous forme de poussières ou de boues en cas d'arrosage, et notamment, dans le cas du perçage, au moment où l'outil vient déboucher de la pièce, car ces poussières et boues sont alors difficiles à capter. Ces poussières causent des problèmes d'hygiène et de sécurité dans les ateliers dans lesquels sont réalisées ces opérations. En outre, ces poussières se déposant sur le matériel, il est nécessaire de procéder régulièrement à des phases de nettoyage de celui-ci, qui sont coûteuses en temps et en argent. Des dispositifs de perçage aptes à éviter la projection de poussières lors du perçage de telles pièces ont été proposés par l'art antérieur. On peut citer notamment les dispositifs de perçage par jet d'eau haute pression ou par laser. Ces dispositifs sont généralement coûteux, complexes et peu souples d'utilisation, et ils nécessitent des espaces de travail dédiés et cloisonnés. Ils ne permettent en outre pas de réaliser des perçages profonds. Toujours pour réduire la quantité de poussières projetées dans l'environnement lors du perçage, il a par ailleurs été proposé par l'art antérieur d'utiliser des systèmes de récupération passifs, tels que des bacs de récupération, ou actifs, tels que des systèmes d'aspiration extérieure cyclonique, des systèmes antistatiques ou électrostatiques, ou encore des mousses de récupération des résidus appliquées au débouché du trou formé dans la pièce. Là encore, ces systèmes présentent de multiples inconvénients, tels qu'un encombrement important et/ou une complexité de mise en oeuvre. Il subsiste par conséquent un besoin pour un dispositif de perçage propre, c'est-à-dire qui ne provoque pas lors de sa mise en oeuvre la projection de poussières et autres résidus de perçage dans l'espace environnant, tout en étant de constitution simple, peu coûteux à fabriquer, peu encombrant, et facile à utiliser en tous lieux. La présente invention vise à proposer un dispositif de perçage répondant à ces exigences. A cet effet, il est proposé par les présents inventeurs un dispositif de perçage comportant un foret de perçage rotatif de forme globalement cylindrique, et présentant à une extrémité longitudinale dite avant une arête de coupe, définie à l'intersection d'une face de coupe et d'une face en dépouille du foret. Ce foret comporte au moins un canal interne axial débouchant, à une première extrémité, dans la face en dépouille du foret, à l'extrémité avant même du foret, et relié, à une seconde extrémité opposée, à des moyens d'aspiration que comporte le dispositif. Lors du perçage, ce dispositif permet avantageusement à la fois d'aspirer les résidus de perçage par le biais du canal interne du foret et de maintenir le trou en cours de formation dans la pièce en dépression par rapport à l'extérieur, de sorte à y contenir les poussières et les boues jusqu'à leur aspiration. Les poussières et boues sont aspirées au niveau même de la zone de coupe, très tôt après avoir été générées. Selon l'invention, l'aspiration est en effet mise en oeuvre, dans le plan de coupe instantané du foret, en aval de l'arête de coupe par rapport au flux de matière enlevée, dans la direction de rotation du foret. Il en résulte une grande efficacité d'aspiration des poussières et boues lors des opérations de perçage. La quantité de résidus de perçage projetés dans l'espace environnant est fortement réduite par rapport aux dispositifs de perçage traditionnels, et ce y compris lors de la phase dans laquelle le foret débouche sur la face de la pièce à percer opposée à la face d'attaque du perçage. La configuration d'assemblage du foret au sein du dispositif reste en outre avantageusement la même que pour les dispositifs classiques, à l'exception d'une connexion supplémentaire du canal interne du foret à des moyens d'aspiration qui sont par ailleurs classiques en eux-mêmes. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le canal interne du foret présente une surface en section suffisante pour permettre le passage de l'intégralité de résidus de perçage, quelle que soit leur taille, y compris les résidus sous forme de copeaux. De façon générale, la surface en section du canal, et plus généralement sa géométrie, sont choisies, en combinaison avec la puissance d'aspiration à appliquer, de sorte à réduire au maximum la projection à l'extérieur des résidus générés lors du perçage. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le foret comporte, sur une face périphérique externe, au moins une rainure longitudinale s'étendant jusqu'à son extrémité avant. Cette rainure assure avantageusement un apport d'air extérieur jusqu'à la zone de coupe, par l'effet d'aspiration créé au débouché du canal interne dans la face de dépouille, cet effet étant transmis sur toute la longueur de la rainure insérée dans la pièce à percer. Le flux d'air produit par l'aspiration réalisée en extrémité du foret entre dans le trou formé dans la pièce, de sorte qu'il participe à y contenir les poussières et les boues. Ce flux d'air refroidit en outre le foret au niveau de son extrémité de coupe, remédiant ainsi aux problèmes d'échauffement se présentant lors du perçage à l'interface de la pièce et du foret. La géométrie de la rainure est avantageusement choisie, en relation avec la géométrie de l'arête de coupe, de manière à obtenir un écoulement d'air, entre la surface externe du foret et le canal central d'aspiration, en particulier au niveau de la zone de coupe, qui permette de répondre aux spécifications d'usinage de la pièce à percer, en particulier en termes de tolérances géométriques, endommagements, arrachement de fibres, état de surface, délaminage en sortie de trou, etc. De préférence, le dispositif comporte en outre des moyens d'apport externe d'un agent de lubrification au niveau de l'extrémité de coupe du foret, cet apport étant réalisé par exemple par le biais de la rainure longitudinale du foret. Dans une telle configuration, le flux d'air au niveau de la zone de coupe crée avantageusement un nuage composé d'air et d'agent lubrifiant, qui favorise l'effet de lubrification. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le foret comporte de préférence un conduit interne axial, appelé conduit latéral, par opposition au canal central défini ci-avant, qui débouche, à une première extrémité, dans une face périphérique externe du foret en arrière de l'extrémité avant de ce dernier, et qui est relié, à une seconde extrémité opposée, à des moyens d'aspiration du dispositif, ces moyens étant classiques en eux-mêmes. Une telle caractéristique augmente avantageusement l'efficacité d'aspiration des résidus de perçage du dispositif, l'aspiration étant alors réalisée à deux niveaux différents sur la longueur du foret. En particulier, le conduit interne, qui exerce l'effet d'aspiration au niveau de la face périphérique du foret, en arrière de la zone de coupe, permet d'aspirer les copeaux générés lors du perçage qui ne peuvent l'être par le biais du canal central. Ainsi, les éléments sont aspirés dans un premier temps par le canal central axial débouchant à l'extrémité avant du foret, permettant ainsi d'éviter tout effet de projection de résidus de perçage, en particulier lors du débouché du foret hors de la pièce. Le conduit latéral vient quant à lui aspirer le restant des résidus rejetés vers l'arrière. Le canal central et le conduit latéral peuvent se rejoindre à l'intérieur du corps du foret. Dans d'autres modes de réalisation, ils sont distincts sur toute leur longueur, et la puissance d'aspiration qui est appliquée par leur intermédiaire peut alors être équivalente, ou différente. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le conduit interne du foret débouche, à sa première extrémité, dans la rainure longitudinale ménagée sur la face périphérique externe du foret et s'étendant jusqu'à son extrémité avant. Dans une telle configuration, il est avantageusement prévu selon l'invention d'autres moyens d'apport d'air jusqu'à l'extrémité de coupe du foret, notamment sous la forme d'une goujure longitudinale ménagée sur la face périphérique externe du foret et s'étendant jusqu'à l'extrémité avant de ce dernier, et distincte de la rainure dans laquelle s'effectue l'aspiration. Cette goujure est de préférence apte à être mise en communication hydraulique avec des moyens de projection d'un flux d'air, classiques en eux-mêmes. Le dispositif selon l'invention permet avantageusement de réaliser un perçage propre, c'est-à-dire ne provoquant l'éjection d'aucun résidu de perçage dans l'environnement, y compris de particules volatiles. Il en résulte une amélioration des conditions d'hygiène et de sécurité pour les opérateurs, et une diminution du nombre d'opérations de nettoyage spécifiques du matériel nécessaires, d'où un gain en temps et un coût de maintenance réduits. Ce dispositif peut prendre toute forme classique en elle-même mettant en oeuvre un foret de perçage rotatif, notamment d'une perceuse manuelle, semi-automatique, d'une riveteuse automatique ou autre machine automatique dite lourde, d'un robot d'assemblage ou autre dispositif de perçage dit léger, d'un centre d'usinage. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, facilitant avantageusement les procédés de fabrication du foret, celui-ci est formé d'une part d'un corps tubulaire creux comportant, à une extrémité arrière, des moyens d'attache à des moyens d'actionnement du foret en rotation et en déplacement axial, et relié à des moyens d'aspiration en son intérieur, et d'autre part d'un insert de perçage fixé à une extrémité avant du corps, en prolongement de ce dernier. La surface en section de l'insert est inférieure à une surface en section interne creuse du corps. L'insert, qui porte l'arête de coupe du foret, est percé en son intérieur d'un canal interne axial débouchant à une extrémité dans la face en dépouille du foret, et en communication hydraulique avec l'intérieur du corps tubulaire. De préférence, l'insert présente la forme d'un cylindre de diamètre externe sensiblement égal à un diamètre externe du corps, et une rainure longitudinale s'étendant sur toute sa longueur est ménagée sur une face périphérique externe de l'insert. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation préférés, qui n'en sont nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 3, dans lesquelles : - la figure 1 montre en vue en perspective un foret de perçage d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue détaillée d'une extrémité avant du foret de la figure 1 ; - et la figure 3 illustre, en coupe selon un plan A-A, l'extrémité avant du foret de la figure 2 lors du perçage d'une pièce. Le dispositif de perçage selon l'invention comporte un foret de perçage 1, dont un exemple de réalisation est représenté sur la figure 1. Ce foret de perçage 1 présente une forme globalement cylindrique. Il comporte, à proximité d'une extrémité longitudinale dite arrière 2, un organe 3 d'attache sur le dispositif, notamment à des moyens pour son actionnement en rotation autour de son axe et des moyens pour lui transmettre un mouvement d'avance axial, moyens qui ne sont pas représentés sur les figures et qui sont classiques en eux-mêmes. A une extrémité longitudinale opposée 4, dite extrémité avant, le foret 1 comporte une partie active, comprenant une arête de coupe 5, qui est montrée de façon plus détaillée sur la figure 2, et qui est définie, de façon classique, à l'intersection d'une face dite de coupe 6 et d'une face dite en dépouille 7 du foret. Un plan de coupe instantané du foret est ici défini, de façon également classique, comme un plan comprenant les vecteurs de vitesse d'avance et vitesse de coupe instantanées. Le foret 1 est en outre percé d'un canal interne axial 8, qui débouche à une première extrémité 9 dans la face de dépouille 7, à l'extrémité avant 4 du foret. A une seconde extrémité opposée, le canal interne 8 est relié à des moyens d'aspiration que comporte le dispositif. Ces moyens d'aspiration, qui ne sont pas représentés sur les figures, sont classiques en eux-mêmes, de même que les moyens assurant leur connexion hydraulique avec l'intérieur du canal 8. Pour la réalisation du perçage d'une pièce 21, lorsque le foret 1 est actionné en rotation autour de son axe, selon la direction indiquée en 10 sur la figure 2, et en avancement axial, selon la direction 20, la face de dépouille 7 se trouve, de façon classique, en aval de l'arête du coupe 5 par rapport à la direction de déplacement tangentielle instantanée 11 de l'arête, comme illustré de façon schématique sur la figure 3, en vue en coupe selon le plan A-A. Ainsi, lorsqu'une aspiration est exercée dans le canal interne 8, selon la direction 12 indiquée sur les figures 2 et 3, cette aspiration s'effectue dans la zone de coupe même, en aval de l'arête de coupe par rapport au flux d'enlèvement de matière. Lorsque le foret selon l'invention est mis en oeuvre pour réaliser une opération de perçage dans une pièce à percer 21, les poussières et les boues générées durant le perçage sont ainsi efficacement aspirées par l'intermédiaire du canal interne 8, et ce très tôt après leur formation, la dépression relative créée dans le trou en formation les maintenant dans celui-ci jusqu'à leur aspiration. On évite ainsi leur projection dans l'atmosphère, y compris au débouchant de la pièce percée. Le diamètre interne du canal interne 8, ainsi que la puissance d'aspiration, sont fixés en fonction des spécificités du ou des matériaux constituant la pièce à percer, de manière à s'assurer que toutes les poussières et les boues issues du perçage puissent être efficacement aspirées et évacuées par le canal 8. Le foret 1 comporte également, sur une face périphérique externe, au moins une rainure longitudinale 13 qui s'étend jusqu'à l'extrémité avant 4 du foret. Cette rainure peut présenter toute forme. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, elle présente une forme de section transversale en V, comme illustré sur les figures. Lors des opérations de perçage d'une pièce, cette rainure constitue avantageusement un chemin pour le passage d'un flux d'air extérieur, selon la direction 14 indiquée sur la figure 2, jusqu'à la pointe de l'outil insérée dans la pièce, ce flux d'air étant provoqué par l'effet d'aspiration créé à l'extrémité 9 du canal interne 8. Ce flux d'air, dont le débit est fonction de la puissance d'aspiration appliquée et de la taille en section du canal 8, participe notamment avantageusement, par un effet de refroidissement, à diminuer les risques d'échauffement à l'interface de la pièce et de l'outil. Il participe également à maintenir les résidus de perçage à l'intérieur du trou formé dans la pièce jusqu'à leur aspiration. De manière générale, les différents paramètres que sont la géométrie de la rainure longitudinale 13, la géométrie de l'arête de coupe 5, et le débit du flux d'air ainsi créé en direction de la zone de coupe, sont choisis, en relation les uns avec les autres, et en fonction des spécificités de matière de la pièce à percer, de manière à obtenir une résistance mécanique importante du foret lors des opérations de perçage ainsi que le respect des spécifications de perçage de la pièce en vue de son utilisation ultérieure, notamment en termes de tolérance géométrique, d'endommagement, d'état de surface, etc. Le dispositif selon l'invention peut en outre comporter des moyens supplémentaires pour éviter l'échauffement à l'interface pièce / foret, par exemple, mais non limitativement, des moyens de projection d'un flux d'air jusqu'à la zone de coupe à un débit déterminé, et/ou des moyens de lubrification de l'interface pièce / foret, ces moyens étant classiques en eux-mêmes. Dans le cas particulier de pièces formées en matériaux composites multi-matériaux, le perçage peut également générer des copeaux. Pour ces applications, le foret 1 comporte préférentiellement un conduit axial interne, qui débouche à une première extrémité 15 dans une face périphérique externe du foret, en arrière de l'extrémité avant 4 de ce dernier, de préférence dans la rainure longitudinale 13, et qui est relié à une seconde extrémité opposée à des moyens d'aspiration. Ces moyens d'aspiration sont classiques en eux-mêmes, et ils peuvent avantageusement être les mêmes que les moyens utilisés pour réaliser l'aspiration dans le canal central 8. Ces caractéristiques permettent avantageusement de réaliser une aspiration supplémentaire sensiblement tangentielle à la face de coupe 6, selon la direction 16 indiquée sur la figure 2, plus efficace pour l'aspiration des copeaux. Dans le mode de réalisation avantageux de l'invention dans lequel une aspiration est ainsi réalisée au niveau de la rainure 13, afin d'éviter toute perturbation entre cette aspiration et un flux d'air amené en direction de l'arête de coupe du foret dans la rainure comme exposé ci-avant, l'apport d'un flux d'air, et le cas échéant d'un agent lubrifiant, est avantageusement réalisé de façon similaire à ce qui a été décrit précédemment mais par un autre biais, par exemple par l'intermédiaire d'une goujure longitudinale (non représentée sur les figures) ménagée sur la face périphérique externe du foret, et s'étendant jusqu'à son extrémité avant. Le foret 1 selon l'invention, tel que représenté à titre d'exemple sur les figures, peut être formé de différentes manières. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, il est formé de deux éléments constitutifs principaux, à savoir un corps tubulaire 17, formant la partie dite arrière du foret, qui porte notamment les moyens 3 d'attache sur le dispositif et qui est relié aux moyens d'aspiration que comporte le dispositif, et un insert de perçage 18, qui porte l'arête de coupe, et qui est fixé à une extrémité avant 19 du corps 17, de manière à prolonger ce dernier, cette fixation étant notamment réalisée par brasure. L'insert 18 est percé du canal axial interne 8, qui se trouve en communication hydraulique avec l'intérieur du corps 17, de sorte que l'aspiration appliquée dans le corps tubulaire 17 est transmise au canal 4, jusqu'à la zone de coupe du foret. En outre, l'insert 18 porte la rainure longitudinale 13, qui s'étend sur toute sa longueur, et il présente une surface en section inférieure à une surface en section interne du corps 17, si bien qu'il est ménagé, à l'extrémité avant 19 de celui-ci, une ouverture 15 correspondant à la surface en section interne du corps qui n'est pas prolongée par l'insert 18. Dans une telle configuration avantageuse, une unique aspiration, appliquée en bout du corps 17, est opérante tant au niveau de l'extrémité avant 9 du canal central 8 que de l'ouverture 15, sur la face périphérique externe du foret. Un tel mode de réalisation n'est cependant nullement limitatif de l'invention, et toute autre forme du foret entre également dans le cadre de l'invention. A titre illustratif, un foret selon l'invention a été utilisé pour percer une plaque en matériau composite à base de fibres de carbone et de résine thermodure, d'épaisseur 30 mm. Le perçage a été réalisé à sec. L'éjection de poussières a été estimée visuellement. Une quantité supérieure à 90 % des résidus générés lors du perçage a été aspirée à l'intérieur du foret lors de cette opération. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle fournit un dispositif de perçage dont la mise en oeuvre ne s'accompagne pas ou très peu de la projection de résidus de perçage dans l'environnement, ce dispositif étant en outre simple et peu coûteux à fabriquer, peu encombrant, et présentant une grande facilité et flexibilité d'utilisation. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif de perçage comportant un foret de perçage rotatif (1) de forme globalement cylindrique présentant à une extrémité longitudinale avant (4) une arête de coupe (5) définie à l'intersection d'une face de coupe (6) et d'une face en dépouille (7) dudit foret, caractérisé en ce que ledit foret comporte au moins un canal interne axial (8) débouchant à une première extrémité (9) dans ladite face en dépouille, et relié à une seconde extrémité opposée à des moyens d'aspiration que comporte le dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal interne (8) présente une surface en section suffisante pour permettre le 10 passage de l'intégralité de résidus générés durant le perçage. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le foret (1) comporte sur une face périphérique externe une rainure longitudinale (13) s'étendant jusqu'à ladite extrémité avant (4). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 15 caractérisé en ce que le foret (1) comporte un conduit interne axial débouchant à une première extrémité (15) dans une face périphérique externe dudit foret en arrière de ladite extrémité avant (4), et relié à une seconde extrémité opposée à des moyens d'aspiration du dispositif. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le 20 conduit interne du foret (1) débouche à ladite première extrémité (15) dans ladite rainure longitudinale (13). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le foret (1) est formé : - d'un corps tubulaire (17) comportant à une extrémité arrière des 25 moyens d'attache à des moyens d'actionnement du foret en rotation et en déplacement axial, et relié à des moyens d'aspiration en son intérieur, - d'un insert de perçage (18) portant ladite arête de coupe (5), fixé à une extrémité avant (19) dudit corps (17) en prolongement de ce dernier, et de surface en section inférieure à une surface en section interne dudit corps, ledit insert (18) étant percé en son intérieur d'un canal interne axial (8) débouchant à une première extrémité (9) dans ladite face en dépouille (7) dudit foret, et en communication hydraulique avec l'intérieur du corps tubulaire (17). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'insert (18) présente la forme d'un cylindre de diamètre externe sensiblement égal à un diamètre externe du corps (17), et en ce qu'une rainure longitudinale (13) s'étendant sur toute sa longueur est ménagée sur une face périphérique externe dudit insert.