Brevet FR3020293A1 — publié le 20151030

PROCEDE D'USINAGE D'UN TROU TRAVERSANT AU MOINS DEUX PIECES La présente invention se rapporte à un procédé d'usinage d'un trou traversant au moins deux pièces. Ce procédé d'usinage est de préférence utilisé lors de la mise en oeuvre d'un procédé d'assemblage d'au moins deux pièces. Un assemblage d'au moins deux pièces comprend des fixations définitives qui assurent le maintien des pièces à l'état assemblé et qui se logent dans des trous traversant les pièces, et du mastic d'interposition prévu au niveau des interfaces qui correspondent aux zones entre les pièces. Dans le domaine aéronautique, pour que l'assemblage soit conforme aux exigences qualité, il est nécessaire que l'ensemble de la gamme d'assemblage soit réalisé dans un temps inférieur à celui nécessaire pour parvenir à la polymérisation du mastic d'interposition. De plus, l'interface doit être exempte de tout polluant (copeaux, bavures de perçage, lubrifiant de coupe,...). Enfin, les pièces doivent être en contact « métal-métal » sur toute la périphérie de chaque trou logeant une fixation définitive. Selon un premier mode opératoire dit classique, un procédé d'assemblage de pièces comprend les étapes qui consistent à : - a) Positionner les pièces les unes par rapport aux autres, - b) Réaliser des avant-trous qui traversent les pièces, - c) Désassembler les pièces, - d) Ebavurer les bords des avant-trous en particulier au niveau des surfaces de contact des pièces et nettoyer les surfaces des pièces, - e) Enduire les surfaces de contact des pièces avec un mastic d'interposition, - f) Repositionner les pièces de manière à faire coïncider les avant-trous, - g) Mettre en place dans les avant-trous des fixations temporaires, - h) Réaliser les alésages prévus entre les fixations temporaires, - i) Poser les fixations définitives dans les trous réalisés à l'étape précédente, - j) Démonter les fixations temporaires, - k) Aléser les avant-trous à leurs diamètres finaux, - I) Ebavurer et poser les fixations définitives. Le document FR-13.57994 propose un autre mode opératoire qui vise à supprimer l'étape de désassemblage. Selon ce second mode opératoire, les fixations temporaires sous la forme d'épingles sont remplacées par des fixations temporaires sous la forme de vis de préférence auto-taraudeuse qui sont vissées dans des avant-trous et qui sont détruites lors de l'usinage des avant-trous à leurs diamètres finaux préalablement à la pose des fixations définitives. Selon ce second mode opératoire, préalablement à l'assemblage, les pièces sont pré-percées de manière à réaliser les avant-trous destinés aux fixations temporaires. L'assemblage comprend les étapes suivantes qui consistent à : - enduire les surfaces de contact avec un mastic d'interposition, - positionner les pièces les unes par rapport aux autres, - poser les fixations temporaires dans les avant-trous, - réaliser les trous destinés aux fixations définitives entre les fixations temporaires, - poser les fixations définitives entre les fixations temporaires, - détruire les fixations temporaires en usinant les avant-trous à leurs diamètres finaux, - poser les fixations définitives à la place des fixations temporaires. Ce second mode opératoire d'assemblage de pièces améliore fortement la productivité. Quel que soit le mode opératoire, le procédé d'assemblage comprend une étape qui consiste à usiner des trous qui traversent les pièces à assembler soit pour la pose de fixations définitives entre les fixations temporaires, soit pour usiner les avant-trous des fixations temporaires à leurs diamètres finaux. Selon un mode d'usinage, un trou traversant peut être réalisé grâce à la technique de perçage orbital ou hypocycloïdal. Cette technique est décrite notamment dans le document FR-13.51219 qui propose un procédé et un dispositif d'usinage d'un trou traversant. Comme illustré sur la figure 1, pour réaliser un trou 10 traversant deux pièces A et B, on utilise une fraise deux tailles 12 solidarisée à une électro-broche qui assure la rotation de la fraise selon un premier axe de rotation 14. L'électro-broche est solidarisée à une machine-outil qui l'entraine en rotation selon un second axe de rotation 16. Le premier axe de rotation 14 est parallèle et excentré par rapport au second axe de rotation 16. Ainsi, le diamètre du trou débouchant 10 est fonction du diamètre D de la fraise 12 et de l'excentration E entre les deux axes de rotation 14 et 16. Selon ce mode opératoire, l'électro-broche assure la mise en rotation de la fraise 12 à de grandes vitesses de rotation relevant de l'Usinage à Grande Vitesse UGV. La machine-outil assure le mouvement d'avance 18 selon la direction de l'axe du trou 10 et le mouvement orbital du premier axe de rotation 14. Ce mode opératoire pour l'usinage d'un trou traversant permet de ne pas utiliser un outillage de type « serre-flanc » car les efforts axiaux sont réduits. Selon un mode de réalisation, la fraise 12 deux tailles a une forme approximativement cylindrique avec un axe outil longitudinal correspondant à l'axe de rotation 14. Elle comprend des arêtes longitudinales 20 hélicoïdales prévues sur la surface cylindrique de la fraise 12 et des arêtes radiales 22 prévues au niveau de sa face d'extrémité 24. Les arêtes radiales 22 se rejoignent au niveau du centre 26 de la face d'extrémité 24. Le centre 26 est positionné en retrait par rapport aux arêtes radiales 22 afin d'éviter qu'il n'entre en contact avec la matière pendant l'usinage, le centre 26 étant incapable de couper la matière en raison d'une vitesse quasi-nulle. Ainsi, la face d'extrémité 24 a une forme concave approximativement conique. Lors de l'usinage, la fraise 12 deux tailles produit des copeaux d'un premier type extrêmement légers et très fragmentés, ne possédant qu'une très faible inertie mécanique. Ces copeaux du premier type proviennent de la coupe en pleine matière des arêtes radiales 22 et/ou des arêtes longitudinales 20. Lorsque la fraise 12 traverse une interface ou sort des pièces, elle produit un copeau d'un second type qui provient de la forme concave de la face d'extrémité 24 dans laquelle est emprisonnée de la matière qui n'est pas fragmentée comme les copeaux du premier type. Un copeau 30 du second type a généralement une forme conique comme illustré sur les figures 2A et 2B. Un copeau 30 du second type a une masse et un volume nettement supérieurs à ceux d'un copeau du premier type et peut posséder une énergie cinétique importante due à l'entrainement en rotation possible par la fraise. De plus, le copeau 30 comprend une arête périphérique 32 extrêmement mince qui confère au copeau un profil effilé. Quel que soit le mode opératoire pour l'assemblage, préalablement à l'usinage des trous pour les fixations finales, un mastic d'interposition est disposé entre les pièces à assembler. Ce mastic d'interposition permet de combler les éventuels jeux mécaniques entre les pièces. En raison de l'effort de serrage exercé par les fixations temporaires, le mastic d'interposition a tendance à fluer vers les zones de moindre pression entre les fixations temporaires, au niveau desquelles doivent être réalisés les trous pour les fixations définitives. Lors de l'usinage, on constate que les copeaux du premier type ne s'introduisent pas à l'interface des pièces même si en théorie l'espacement entre les pièces en bordure du trou peut être supérieur à la dimension desdits copeaux. En effet, l'énergie cinétique de ces copeaux est insuffisante pour réussir à pénétrer ou repousser le mastic d'interposition. Il n'en va pas de même pour les copeaux du second type qui peuvent s'introduire au moins partiellement entre les pièces en bordure du trou. En effet, un copeau 30 du second type se détachant au niveau d'une interface, son profil effilé et son énergie cinétique favorisent son introduction entre les pièces en bordure du trou. Même si l'espacement entre les pièces est inférieur à la dimension d'un copeau 30 du second type, ce dernier se coince à la manière d'un coin entre les pièces en bordure du trou. La partie du copeau 30 qui reste dans la trajectoire de la fraise 12 est usinée si bien qu'il subsiste en bordure du trou au niveau de l'interface un morceau 34 du copeau 30 du second type qui a une forme de lune comme illustré sur la figure 2C. Ce morceau 34 de copeau empêche tout contact direct des pièces en bordure du trou après la pose et le serrage d'une fixation définitive. La présence de ces morceaux de copeau rend obligatoire le désassemblage des pièces entre la réalisation des trous destinés aux fixations définitives et leurs poses pour nettoyer les surfaces de contact des pièces. Aussi, en pratique, compte tenu du risque élevé de présence de morceaux de copeau en bordure des trous au niveau des interfaces, le second mode opératoire d'assemblage sans désassemblage ne peut pas être mis en oeuvre. Aussi, l'invention vise à remédier aux problèmes de l'art antérieur en proposant un procédé d'usinage qui limite les risques de présence de morceaux de copeaux en bordure des trous au niveau des interfaces. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'usinage d'un trou traversant au moins deux pièces, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il utilise pour usiner le trou un l'outil de coupe qui comprend : - un premier étage à l'extrémité inférieure de l'outil de coupe qui a une paroi latérale cylindrique avec des arêtes longitudinales et une face d'extrémité concave, - au moins un deuxième étage surmontant ledit premier étage qui a un diamètre supérieur au diamètre du premier étage et une paroi latérale cylindrique avec des arêtes longitudinales, le premier étage étant séparé du deuxième étage par un épaulement de forme convexe comprenant des arêtes radiales. Selon d'autres caractéristiques, le deuxième étage a : - un diamètre de l'ordre de 0,7 à 0,8 fois le diamètre du trou à réaliser, et/ou - un diamètre égal au double du diamètre du premier étage. De préférence, l'épaulement est tronconique et forme un angle de l'ordre de 1200 à 160°. Avantageusement, la face d'extrémité du premier étage comprend des arêtes radiales configurées pour que le creux formé par la face d'extrémité ait une profondeur la plus importante possible. L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'au moins deux pièces qui comprend au moins une étape consistant à usiner un trou en mettant en oeuvre le procédé d'usinage de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une vue latérale d'une fraise deux tailles selon l'art antérieur utilisée pour réaliser un trou traversant au moins deux pièces, - La figure 2A est une vue en perspective d'un copeau produit par la fraise deux tailles visible sur la figure 1, - La figure 2B est une coupe du copeau de la figure 2A, - La figure 2C est une vue en perspective d'un morceau du copeau de la figure 2A, - La figure 3 est une vue latérale d'un outil de coupe qui illustre l'invention, - La figure 4 est une vue latérale de l'outil de coupe de la figure 3 utilisé pour réaliser un trou dans au moins deux pièces. Sur les figures 3 et 4, on a représenté un outil de coupe 40 pour réaliser un trou 42 dans au moins deux pièces 44, 44' superposées, destinées à être assemblées. Le trou 42 est cylindrique et a un axe de trou A42. Cet outil de coupe 40 comprend un corps 46 de forme cylindrique avec un axe outil 48. Le corps 46 comprend à une première extrémité des moyens pour le solidariser à un dispositif d'usinage et à une seconde extrémité des parties actives susceptibles de couper la matière. Avantageusement, l'outil de coupe 40 est solidarisé à un dispositif d'usinage tel que décrit dans le document FR-13.57994 pour réaliser un perçage orbital ou hypocycloïdal. Ainsi, l'outil de coupe 40 est solidarisé à une électro-broche qui assure la rotation de l'outil de coupe selon un premier axe de rotation 50 confondu avec l'axe outil 48. L'électro-broche est solidarisée à une machine-outil qui l'entraine en rotation selon un second axe de rotation 52 confondu avec l'axe de trou A42. En plus des mouvements de rotation, l'outil de coupe 40 est animé d'un mouvement d'avance 53 de manière à ce qu'il pénètre dans la matière. Le premier axe de rotation 50 est parallèle et excentré par rapport au second axe de rotation 52. Ainsi, le diamètre du trou 42 est fonction du diamètre de l'outil de coupe 40 et de l'excentration E entre les deux axes de rotation 50 et 52. Le dispositif d'usinage ainsi que les moyens pour solidariser l'outil au dispositif d'usinage ne sont pas plus décrits car ils sont connus de l'homme du métier. Quel que soit le dispositif d'usinage, l'outil de coupe 40 est animé d'au moins un mouvement de rotation selon un axe de rotation parallèle à l'axe outil 48 et d'un mouvement d'avance parallèle à l'axe outil. Selon une caractéristique, l'outil de coupe comprend au moins deux étages coaxiaux à l'axe outil 48, un premier étage 54 surmonté d'au moins un deuxième étage 56. Le deuxième étage 56 est une fraise deux tailles ayant un diamètre D2 de préférence égal au diamètre D d'une fraise deux tailles de l'art antérieur telle qu'illustrée sur la figure 1. Avantageusement, le deuxième étage 56 a un diamètre de l'ordre de 0,7 à 0,8 fois le diamètre du trou à réaliser. Le deuxième étage 56 comprend une paroi latérale 58 cylindrique avec des goujures 60 et un épaulement 62 qui relie la paroi latérale 58 au premier étage 54. Ce deuxième étage 56 comprend des arêtes longitudinales 64 au niveau de la paroi latérale 58, notamment sur l'un des bords de chaque goujure, et des arêtes radiales 66 au niveau de l'épaulement 62. Selon un mode de réalisation, les arêtes longitudinales 64 sont hélicoïdales. Elles peuvent être identiques à celles d'un outil de l'art antérieur. Les arêtes longitudinales 64 servent à calibrer le diamètre du trou 42. Selon un mode de réalisation, les arêtes radiales 66 sont orientées radialement par rapport à l'axe outil 48. Elles peuvent être rectilignes ou courbes. Selon une caractéristique de l'invention, l'épaulement 62 comprenant les arêtes radiales 66 a une forme tronconique convexe, coaxiale à l'axe outil 48. Par convexe, on entend que la zone de jonction entre la paroi latérale 58 et l'épaulement 62 est décalée selon l'axe outil 48 vers les moyens pour solidariser l'outil à un dispositif d'usinage par rapport à la zone de jonction entre l'épaulement 62 et le premier étage 54. L'épaulement 62 est tronconique et forme un angle de l'ordre de 1200 à 160°. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, chaque arête radiale 66 forme avec une direction perpendiculaire à l'axe outil 48 un angle Ode l'ordre de 10 à 30°. L'épaulement 62 ayant une forme convexe, les arêtes radiales 66 produisent des copeaux d'un premier type extrêmement légers et très fragmentés, ne possédant qu'une très faible inertie mécanique, même au niveau d'une interface ou à la sortie des pièces 44, 44'. De préférence, le deuxième étage 56 a une longueur L2 supérieure à l'épaisseur des pièces à assembler pour pouvoir dresser sur toute sa hauteur le trou 42 qui traverse les pièces 44, 44' à assembler. Le premier étage 54 est une fraise deux tailles. Le diamètre D2 du deuxième étage 56 est supérieur au diamètre D1 du premier étage 54. De préférence, le diamètre D2 du deuxième étage est égal approximativement au double du diamètre D1 du premier étage 54. Le premier étage 54 comprend une paroi latérale 68 cylindrique et une face d'extrémité 72. Ce premier étage 54 comprend des arêtes longitudinales 74 disposées au niveau de la paroi latérale 68 et des arêtes radiales 76 au niveau de la face d'extrémité 72. Selon un mode de réalisation, les arêtes longitudinales 74 sont hélicoïdales. Elles peuvent être droites. Les arêtes radiales 76 se rejoignent au niveau du centre 78 de la face d'extrémité 72. Le centre 78 est positionné en retrait par rapport aux arêtes radiales 76 afin d'éviter qu'il n'entre en contact avec la matière pendant l'usinage, le centre 78 étant incapable de couper la matière en raison d'une vitesse quasi-nulle. Ainsi, la face d'extrémité 72 a une forme concave approximativement conique. Avantageusement, les arêtes radiales 76 sont configurées pour que le creux formé par la face d'extrémité 72 ait une profondeur p la plus importante possible. Ainsi, chaque arête radiale 76 forme avec une direction perpendiculaire à l'axe outil 48 un angle il) le plus important possible. Cet angle il) doit être inférieur à une valeur maximale pour ne pas trop fragiliser les arêtes radiales 76. En variante, un outil de coupe conforme à l'invention comprend plus de deux étages, les étages étant séparés par des épaulements 62 de forme convexe comprenant des arêtes radiales. Chaque étage comprend une paroi latérale cylindrique avec des arêtes longitudinales. Les diamètres des étages augmentent depuis l'extrémité inférieure de l'outil de coupe qui pénètre en premier dans les pièces jusqu'à l'extrémité supérieure de l'outil. Le principe de fonctionnement de l'outil de coupe 40 est décrit au regard de la figure 4. Le premier étage 54 crée un avant trou de faible diamètre en produisant des copeaux d'un premier type, extrêmement légers et très fragmentés, ne possédant qu'une très faible inertie mécanique. Par conséquent, ces copeaux du premier type ne pénètrent pas entre les pièces en bordure du trou. Lorsque la face d'extrémité 72 traverse une interface, elle génère un copeau 80 d'un second type conique qui a des dimensions et une masse nettement inférieures à celles des copeaux du second type produits par les outils de coupe de l'art antérieur. De ce fait, l'énergie cinétique de ces copeaux 80 est généralement insuffisante pour qu'ils réussissent à pénétrer ou repousser le mastic d'interposition entre les pièces. Dans tous les cas, si un tel copeau 80 parvient à s'introduire entre les deux pièces, il pénètre entre les pièces sur une faible distance qui reste inférieure au diamètre final du trou. Le deuxième étage 56 usine le trou à son diamètre final et détruit au passage les éventuels copeaux 80 générés par le premier étage 54. Compte tenu de la forme convexe de l'épaulement 62, le deuxième étage 56 ne produit pas de copeau en forme d'anneau. Les arêtes longitudinales 64 et les arêtes radiales 66 du deuxième étage 56 génèrent des copeaux du premier type, extrêmement légers et très fragmentés, ne possédant qu'une très faible inertie mécanique. Par conséquent, ces copeaux du premier type ne pénètrent pas entre les pièces en bordure du trou. Ainsi, l'utilisation d'un outil de coupe 40 conforme à l'invention pour réaliser un trou traversant des pièces empêche la formation de copeaux susceptibles de rester entre les pièces en bordure de trou une fois le trou réalisé. En l'absence de copeaux intercalés entre les pièces en bordure de trou, il est possible d'utiliser le second mode d'assemblage sans désassemblage décrit dans le préambule de la présente demande ou dans le document FR-13.57994. REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage d'un trou traversant au moins deux pièces, ledit procédé utilisant pour usiner le trou un outil de coupe (40) animé d'au moins un mouvement de rotation selon un axe de rotation (50, 52) parallèle à un axe outil (48) et d'un mouvement d'avance (53) parallèle à l'axe outil (48), ledit procédé étant caractérisé en ce que l'outil de coupe (40) comprend : - un premier étage (54) à l'extrémité inférieure de l'outil de coupe (40) qui a une paroi latérale (68) cylindrique avec des arêtes longitudinales (74) et une face d'extrémité (72) concave, - au moins un deuxième étage (56) surmontant ledit premier étage (54) qui a un diamètre (D2) supérieur au diamètre (D1) du premier étage (54) et une paroi latérale (58) cylindrique avec des arêtes longitudinales (64), - le premier étage (54) étant séparé du deuxième étage (56) par un épaulement (62) de forme convexe comprenant des arêtes radiales (66). 2. Procédé d'usinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième étage (56) a un diamètre de l'ordre de 0,7 à 0,8 fois le diamètre du trou à réaliser. 3. Procédé d'usinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième étage (56) a un diamètre égal au double du diamètre du premier étage (54). 4. Procédé d'usinage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaulement (62) est tronconique et forme un angle de l'ordre de 120° à 160°. 5. Procédé d'usinage selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la face d'extrémité (72) du premier étage (54) comprend des arêtes radiales (76) configurées pour que le creux formé par la face d'extrémité (72) ait une profondeur la plus importante possible. 6. Procédé d'assemblage d'au moins deux pièces caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape consistant à usiner un trou en mettant en oeuvre le procédé d'usinage selon l'une des revendications précédentes.