Brevet FR3040322A1 — publié le 20170303

OUTIL DE PERCAGE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention concerne un outil de perçage apte à percer une pièce, ladite pièce étant notamment en matériau composite à matrice organique, un procédé de perçage d'une pièce au moyen d'un tel outil, ainsi qu'une pièce en matériau composite à matrice organique comportant au moins un trou obtenu par un tel procédé de perçage. [0002] Bien que l'invention soit particulièrement adaptée au perçage de pièces en matériau composite à matrice organique (désigné par la suite matériau CMO), la présente invention n'est néanmoins pas limitée à cette application et pourrait tout aussi bien être utilisée pour le perçage de pièces dans d'autres types de matériau, par exemple : matériau métallique, plastique etc... ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0003] Lors du perçage de matériaux CMO au moyen d'un outil de perçage, des poussières nuisibles pour la santé sont généralement dégagées. En outre, l'outil de perçage engendre des forces axiales sur le matériau CMO induisant des contraintes internes et pouvant entrainer des décohésions du matériau et des éclats de matériau en sortie du trou percé. Ce type de phénomène est néfaste à la tenue mécanique de la pièce une fois percée. [0004] Afin de pallier à ces inconvénients, le perçage de matériaux CMO peut se faire au moyen de trépans à diamants électro déposés. Ce type d'outil de perçage a pour inconvénient que la carotte réalisée lors du perçage reste coincée dans l'outil après l'action de perçage d'une pièce ce qui nécessite une opération manuelle d'un opérateur pour retirer la carotte restée coincée dans l'outil. Cette opération manuelle de retrait de la carotte engendre notamment une perte de temps, la carotte ainsi coincée étant difficile à retirer, ce qui nuit à la productivité de l'opération de perçage. On entend par carotte réalisée lors du perçage de la pièce, un échantillon de matériau prélevé de la pièce de façon à former ledit trou dans la pièce. Une carotte est généralement cylindrique. EXPOSE DE L'INVENTION 3040322 2 [0005] L'invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique identifiés ci-dessus, et notamment à proposer des moyens permettant le perçage d'une pièce, notamment en matériau CMO, générant un dégagement de poussière du matériau réduit, sans diminuer la tenue mécanique 5 de la pièce percée, et tout en assurant un retrait facilitée de la carotte de matériau une fois la pièce percée. [0006] Dans ce dessein, un aspect de l'invention se rapporte à un outil de perçage apte à percer une pièce, notamment en matériau composite à matrice organique, par un mouvement rotatif autour d'un axe longitudinal de l'outil, ledit 10 outil comportant un corps cylindrique creux comportant une première extrémité, ladite première extrémité étant recouverte d'un matériau abrasif, ladite première extrémité comportant : - une paroi externe cylindrique présentant un premier axe confondu avec l'axe longitudinal de l'outil ; et 15 - une paroi interne cylindrique présentant un deuxième axe décalé d'une première valeur de décalage par rapport à l'axe longitudinal de l'outil. [0007] L'outil comporte un corps cylindrique creux, ainsi lors du perçage d'une pièce par ledit outil, un évidement est effectué dans ledit outil. Cet évidement entraine la formation d'une portion cylindrique de matière de la pièce qui est 20 retirée de la pièce, en lieu et place du trou. Cette portion cylindrique de matière est généralement dénommée carotte. [0008] L'outil selon l'invention présente la particularité d'avoir un deuxième axe de la paroi interne cylindrique excentré par rapport au premier axe de la paroi externe qui est confondu avec l'axe longitudinal de l'outil. Cet excentrage entre le 25 premier et le deuxième axe se traduit par une première valeur de décalage entre le premier axe, ou axe longitudinal de l'outil, et le deuxième axe. Ainsi la carotte produite lors du perçage de la pièce a un diamètre inférieur à l'alésage interne de l'outil. Ceci a pour avantage de faciliter le retrait de ladite carotte de l'outil de perçage, une fois la pièce percée. La carotte peut ainsi être facilement retirée, soit 30 par gravité, soit par la pression d'un fluide de coupe pouvant circulant à l'intérieur du corps cylindrique creux de l'outil. [0009] L'utilisation d'une première extrémité recouverte d'un matériau abrasif permet de minimiser la quantité de matière à retirer de la pièce pour effectuer un 3040322 3 trou dans la pièce et donc de minimiser la quantité de poussière produite. En effet, la surface usinée est réduite. La première extrémité peut ainsi être recouverte de grains de diamant espacés les uns des autres ou de grains de nitrure de bore cubique par exemple. Ces grains sont appliqués sur la première extrémité du 5 corps de l'outil de perçage par électro déposition et sont liés les uns aux autres et à la première extrémité du corps de l'outil de perçage au moyen d'un liant d'enrobage. Le liant d'enrobage peut, par exemple, être un métal, de la résine ou du nickel électrodéposé. La dimension des grains, conférant à la première extrémité sa propriété abrasive, peut être comprise entre quelques centièmes de 10 millimètres à quelques dixièmes de millimètres. En outre, les efforts axiaux sont moins importants qu'avec un foret de l'art antérieur; la surface usinée étant réduite. [0010] La face externe de la première extrémité peut comporter des rainures d'alimentation en fluide de coupe, rainure pouvant être hélicoïdales ou axiales. 15 [0011] L'outil de perçage peut être monobloc ou comporter plusieurs éléments. Dans ce dernier cas, la première extrémité recouverte d'un matériau abrasif peut être amovible du reste de l'outil de perçage et être, ou non, constituée d'un matériau différent du reste de l'outil de perçage. [0012] Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées 20 dans le paragraphe précédent, l'outil de perçage selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles. [0013] De façon particulièrement avantageuse, la paroi externe cylindrique présente un premier diamètre, la paroi interne cylindrique présente un deuxième 25 diamètre et le deuxième diamètre est inférieur au premier diamètre. Ainsi, le premier diamètre possède un premier centre aligné avec l'axe de rotation de l'outil et le deuxième diamètre possède un deuxième centre non aligné avec l'axe de rotation de l'outil, du fait du décalage entre le premier axe et le deuxième axe. [0014] De façon particulièrement avantageuse, la première extrémité comporte 30 une première zone où la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est maximale ; la première extrémité comporte une deuxième zone où la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est minimale ; et l'outil comporte un moyen d'équilibrage de l'outil de façon à corriger la répartition des masses de 3040322 4 l'outil entre lesdites première et deuxième zones. Du fait du désaxage entre la paroi interne cylindrique et la paroi externe cylindrique de la première extrémité, une épaisseur de paroi entre la paroi interne et la paroi externe est induite. Cette épaisseur de paroi est traduite par la présence de la première zone et de la 5 deuxième zone, pour chacune desquelles la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est soit maximale dans le cas de la première zone, soit minimale dans le cas de la deuxième zone. Cette différence d'épaisseur de paroi induit un potentiel déséquilibrage de l'outil lors de son fonctionnement. Ainsi, la présence d'un moyen d'équilibrage du poids de l'outil permet de palier à ce 10 déséquilibrage. [0015] De façon particulièrement avantageuse, la première zone comporte le moyen d'équilibrage. Dans le cas où la première zone comporte le moyen d'équilibrage du poids de l'outil, il est préférentiel que le moyen d'équilibrage permette de diminuer le poids de la première zone. En effet, la première zone est 15 la zone dans laquelle la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est maximale ce qui induit un poids plus élevé de ce côté de l'outil. Ainsi, afin d'équilibrer le poids, il est préférentiel d'effectuer par exemple un enlèvement de matière dans la première zone de façon à tendre vers un équilibrage du poids de l'outil. 20 [0016] Avantageusement, lorsque la première zone comporte le moyen d'équilibrage, le moyen d'équilibrage comporte au moins un trou traversant agencé depuis la paroi externe cylindrique jusqu'à la paroi interne cylindrique de la première extrémité de l'outil. Le trou traversant s'étend ainsi de la paroi interne cylindrique à la paroi externe cylindrique. Un tel trou traversant outre sa fonction 25 de moyen d'équilibrage du poids de l'outil de perçage permet également la circulation d'un fluide de coupe au travers de l'outil de perçage. [0017] Avantageusement, lorsque la première zone comporte le moyen d'équilibrage, le moyen d'équilibrage comporte un enlèvement de matière non traversant, notamment un méplat ou un trou borgne, pratiqué du côté de la paroi 30 externe cylindrique de la première extrémité de l'outil. [0018] De façon particulièrement avantageuse, la deuxième zone comporte le moyen d'équilibrage. Dans le cas où la deuxième zone comporte le moyen d'équilibrage du poids de l'outil, il est préférentiel que le moyen d'équilibrage 3040322 5 permette d'augmenter le poids de la deuxième zone. En effet, la deuxième zone est une zone dans laquelle la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est minimale ce qui induit un poids plus faible de ce côté de l'outil. [0019] Préférentiellement, le moyen d'équilibrage est une masse comprise 5 entre la paroi interne et la paroi externe, ladite masse ayant une masse volumique supérieure au matériau de l'outil dans la première zone. [0020] De façon particulièrement avantageuse, l'outil comporte un moyen de circulation d'un fluide de coupe et une portion du corps cylindrique creux présente un troisième axe confondu avec l'axe longitudinal de l'outil et un troisième 10 diamètre, ledit troisième diamètre étant supérieur au deuxième diamètre. La portion du corps cylindrique creux peut être ainsi un perçage de l'outil de perçage en son centre afin de faire circuler des fluides de coupe. [0021] De façon particulièrement avantageuse, le troisième diamètre est supérieur ou égal à la somme du deuxième diamètre et de deux fois la première 15 valeur de décalage. La carotte formée peut dans ce cas rentrer dans le troisième diamètre pour les perçages profonds (le diamètre extérieur de l'outil ne possède pas d'épaulement pour pouvoir continuer de s'enfoncer dans la matière). [0022] L'invention se rapporte également à un procédé de perçage d'une pièce, notamment en matériau composite à matrice organique, au moyen d'un 20 outil de perçage selon l'un des modes de réalisation précédemment décrit, ledit procédé comportant : - une première étape consistant à mettre en rotation ledit outil autour de son axe longitudinal ; et - une deuxième étape de perçage par action de la première extrémité de 25 l'outil sur la pièce de façon à percer la pièce au moyen dudit outil de perçage. [0023] L'invention se rapporte également à une pièce en matériau composite à matrice organique comportant au moins un trou obtenu par le procédé précédemment décrit. 30 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : 3040322 6 - la figure 1, une vue schématique, en coupe d'un outil de perçage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2, une vue de face d'une première extrémité de l'outil de perçage de la figure 1 ; 5 - la figure 3, une vue en 3D de la première extrémité de l'outil de perçage de la figure 2 ; - la figure 4, une vue d'une première extrémité d'un outil de perçage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0025] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés 10 par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0026] A la figure 1 est illustré un outil de perçage 1 apte à percer un trou dans une pièce, par un mouvement rotatif autour d'un axe longitudinal de l'outil X1. [0027] II convient à nouveau de remarquer qu'un tel outil de perçage n'est 15 nullement limité au perçage de pièces en CMO. Il peut également être utilisé pour le perçage de pièces formées de tout autre matériau (métal, plastique, etc). [0028] L'outil de perçage comporte un corps 2 cylindrique creux comportant une première extrémité 21 recouverte d'un matériau abrasif, type grains de diamant par exemple. 20 [0029] Le corps 2 cylindrique comporte également une deuxième extrémité 22. La deuxième extrémité 22 de l'outil peut être fixé à une machine-outil pour entrainer l'outil de perçage en rotation afin de percer une pièce. [0030] La première extrémité 21 comporte une paroi externe cylindrique 211 et une paroi interne cylindrique 212. La paroi externe cylindrique 211 présente un 25 premier axe X1 confondu avec l'axe longitudinal X1 de l'outil. La paroi interne cylindrique 212 présente un deuxième axe X2 décalé d'une première valeur de décalage O par rapport à l'axe longitudinal/premier axe de rotation X1 de l'outil. Ce décalage est mieux visible à la figure 2 et y sera à nouveau décrit. La paroi externe cylindrique 211 présente un premier diamètre D1, la paroi interne 30 cylindrique 212 présente un deuxième diamètre D2 inférieur au premier diamètre Dl. 3040322 7 [0031] Afin de percer une pièce au moyen de l'outil 1 de la figure 1, le procédé comporte une première étape qui consiste à mettre en rotation l'outil 1 autour de son axe longitudinal X1. La mise en rotation peut être effectuée au moyen d'une machine-outil fixée à la deuxième extrémité 22 de l'outil 1. Le procédé comporte 5 également une deuxième étape, dite de perçage, qui consiste à mettre la première extrémité 21 de l'outil en contact avec la pièce à percer et à exercer une action sur ladite pièce de façon à percer ladite pièce au moyen de l'outil 1 de perçage. La première extrémité est recouverte d'un matériau abrasif adapté pour enlever de la matière lors du perçage. L'action consiste à entrainer l'outil 1 en direction de la 10 pièce de façon à ce que l'outil 1 exerce une pression sur la pièce et avance dans une direction définie selon l'axe longitudinal X1 dans la pièce à percer. Au cours de la deuxième étape, une partie du matériau constituant la zone percée/en cours de perçage de la pièce s'accumule dans le corps cylindrique creux 2, il s'agit de la carotte de matériau. Grâce au décalage entre le premier axe X1 et le deuxième 15 axe X2, le diamètre de la carotte produite est inférieur au deuxième diamètre D2 de la paroi interne de la première extrémité. Ainsi, une fois la pièce percée, la carotte est facilement extraite du corps cylindrique creux de l'outil. [0032] II est visible à la figure 1 que la première extrémité 21 comporte une première zone Z1 où la distance radiale entre la paroi interne 212 et la paroi 20 externe 211, i.e. selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal X1 de l'outil, est maximale. La première extrémité comporte également une deuxième zone Z2 où la distance radiale entre la paroi interne 212 et la paroi externe 211 est minimale. Avantageusement, les zones Z1 et Z2 sont issues du même matériau de base constituant la première extrémité 21. La différence entre la distance radiale dans 25 la première zone Z1 et la distance radiale dans la deuxième zone Z2 est due au décalage entre le premier axe X1 et le deuxième axe X2. Cela induit une répartition des masses non symétrique entre la première zone Z1 et la deuxième zone Z2. Afin d'équilibrer l'outil en rotation, il convient de corriger la répartition des masses en vue de s'assurer que le balourd résiduel se situe dans les limites 30 acceptables et d'assurer une précision de perçage. Pour cela, l'outil comporte un moyen d'équilibrage 3. C'est la première zone Z1 qui comporte le moyen d'équilibrage de l'outil 1 de la figure 1. Le moyen d'équilibrage 3, dans cet exemple de réalisation, comporte un premier trou traversant et un deuxième trou 3040322 8 traversant. Ils ont pour fonction d'enlever de la matière dans la première zone afin de faire diminuer la masse de la première zone et de tendre à l'égaliser par rapport à la masse de la deuxième zone. Ces trous traversants ont également pour fonction supplémentaire de permettre la circulation d'un fluide de coupe à 5 travers l'outil 1. [0033] La figure 2 représente une vue de face d'une première extrémité 21 d'un corps cylindrique creux 2 de l'outil de perçage 1 de la figure 1. Il est en outre visible à la figure 2 que l'outil 1 comporte une portion 4 présentant un troisième axe confondu avec le premier axe X1, axe longitudinal de l'outil. Cette portion 4 a 10 un troisième diamètre D3 qui est supérieur à la somme du deuxième diamètre D2 et de deux fois la première valeur de décalage O. [0034] Les figures 3 et 4 représentent une première extrémité 21 d'un corps cylindrique creux 2 d'un outil de perçage 1. La première extrémité 21 comporte une paroi externe cylindrique 211 et une paroi interne cylindrique 212. La première 15 extrémité 21 comporte une première zone Z1 où la distance radiale entre la paroi interne 212 et la paroi externe 211, i.e. selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal X1 de l'outil, est maximale. La première extrémité comporte également une deuxième zone Z2 où la distance radiale entre la paroi interne 212 et la paroi externe 211 est minimale. La distance radiale se mesure entre la paroi 20 interne et la paroi externe. La première zone Z1, sur les figures 3 et 4, comporte un moyen d'équilibrage 3 de l'outil en rotation qui a pour fonction de corriger la répartition de masse de la première extrémité entre la première zone Z1 et la deuxième zone Z2. Sur la figure 3, le moyen d'équilibrage 3 comporte au moins un trou traversant, de préférence comme représenté à la figure 3 : deux trous 25 traversants agencé(s) depuis la paroi externe jusqu'à la paroi interne. Ils permettent d'enlever de la matière et ainsi de diminuer la masse de la première extrémité au niveau de la première zone Z1. Ils permettent également la circulation d'un fluide de coupe entre l'intérieur du corps cylindrique 2 creux et l'extérieur de l'outil. Sur la figure 4, le moyen d'équilibrage 3 comporte un 30 enlèvement de matière non traversant, tel qu'un méplat (figure 4) ou un trou borgne, ou méplat (non représenté), pratiqué du côté de la paroi externe cylindrique de la première extrémité de l'outil. Il a seulement pour fonction de diminuer le poids de la première extrémité au niveau de la première zone Zl. 3040322 9 [0035] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. 5 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS1. Outil (1) de perçage apte à percer une pièce, notamment en matériau composite à matrice organique, par un mouvement rotatif autour d'un axe longitudinal (X1) de l'outil, ledit outil comportant un corps cylindrique (2) creux comportant une première extrémité (21), ladite première extrémité étant recouverte d'un matériau abrasif, ladite première extrémité comportant : - une paroi externe cylindrique (211) présentant un premier axe (X1) confondu avec l'axe longitudinal de l'outil ; et - une paroi interne cylindrique (212) présentant un deuxième axe (X2) décalé d'une première valeur de décalage (0) par rapport à l'axe longitudinal de l'outil. 2. Outil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi externe cylindrique présente un premier diamètre (D1), la paroi interne cylindrique présente un deuxième diamètre (D2) et le deuxième diamètre est inférieur au premier diamètre. 3. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que : - la première extrémité comporte une première zone (Z1) où la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est maximale ; - la première extrémité comporte une deuxième zone (Z2) où la distance radiale entre la paroi interne et la paroi externe est minimale ; et - l'outil comporte un moyen d'équilibrage (3) de l'outil de façon à corriger la répartition des masses de l'outil entre lesdites première et deuxième zones. 4. Outil selon la revendication 3 caractérisé en ce que en ce que la première zone comporte le moyen d'équilibrage. 5. Outil selon la revendication 4 caractérisé en ce que le moyen d'équilibrage (3) comporte au moins un trou traversant (3) agencé depuis la paroi externe cylindrique (211) jusqu'à la paroi interne cylindrique (212) de la première extrémité (21) de l'outil (1). 6. Outil selon la revendication 4 caractérisé en ce que le moyen d'équilibrage (3) comporte un enlèvement de matière non traversant, notamment un méplat ou 3040322 11 un trou borgne, pratiqué du côté de la paroi externe cylindrique (211) de la première extrémité (21) de l'outil (1). 7. Outil selon la revendication 3 caractérisé en ce que la deuxième zone comporte le moyen d'équilibrage. 5 8. Outil selon la revendication 7 caractérisé en ce que le moyen d'équilibrage est une masse comprise entre la paroi interne et la paroi externe, ladite masse ayant une masse volumique supérieure au matériau de l'outil dans la première zone. 9. Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en 10 ce que l'outil comporte un moyen de circulation d'un fluide de coupe et en ce qu'une portion (4) du corps cylindrique creux présente un troisième axe confondu avec l'axe longitudinal de l'outil et un troisième diamètre, ledit troisième diamètre étant supérieur au deuxième diamètre. 10. Outil selon la revendication précédente caractérisé en ce que le troisième 15 diamètre est supérieur ou égal à la somme du deuxième diamètre et de deux fois la première valeur de décalage. 11. Procédé de perçage d'une pièce, notamment en matériau composite à matrice organique, au moyen d'un outil de perçage selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comportant : 20 - une première étape consistant à mettre en rotation ledit outil autour de son axe longitudinal ; et - une deuxième étape de perçage par action de la première extrémité de l'outil sur la pièce de façon à exercer une pression sur la pièce au moyen dudit outil de perçage. 25 12. Pièce en matériau composite à matrice organique caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un trou obtenu par le procédé selon la revendication précédente. 30