FR3021570A1

FR3021570A1 - Outil de percage

Info

Publication number: FR3021570A1
Application number: FR1454858A
Authority: FR
Inventors: Dragos Axinte; Jean-Francois Bucourt; Paul Butler-Smith; Mark Daine; Raphael Ragueneau
Original assignee: DIAMOUTILS; University of Nottingham
Current assignee: DIAMOUTILS; University of Nottingham
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-12-04
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: FR3021570B1

Abstract

Outil de perçage (1) comprenant un corps (2) tubulaire à alésage intérieur (3), se développant autour d'un premier axe longitudinal (l-l) entre une extrémité proximale (2a) et une extrémité distale de coupe (2b) en couronne (4) comportant une pluralité de dents (5) s'étendant longitudinalement. L'extrémité distale de coupe (2b) est en un matériau cristallin.

Description

6407HDEP.docx 1 La présente invention concerne un outil de perçage, et concerne plus particulièrement un outil de perçage pour des matériaux durs ou très résistants. On connaît des outils de perçage comprenant un corps tubulaire à alésage intérieur, se développant autour d'un premier axe longitudinal entre une extrémité proximale et une extrémité distale de coupe. Lors de leur utilisation pour percer une pièce, ces outils découpent une carotte de matériau et sont ainsi parfois appelés « carotteurs » ou « forets aléseurs ». Pour percer des matériaux durs ou très résistants, tels que des matériaux CFRP (carbon fiber reinforced plastics - plastiques renforcés par des fibres de carbone), notamment dans le domaine de l'aéronautique, on a recours à des diamants incrustés de façon discrète et aléatoire dans un liant (de nickel par exemple) présent sur les surfaces internes et externes du corps tubulaire, ainsi que sur son extrémité distale de coupe où ils forment de petites dents s'étendant au moins longitudinalement. La répartition, l'orientation et le dépassement hors du liant des diamants sont toutefois aléatoires et irréguliers. Ces irrégularités semblent être la source de difficultés lors du perçage : efforts de coupe non uniformes, échauffements, usure prématurée de l'outil qui tend à faire dériver les cotes trop vite, etc. Dans le cas particulier de matériaux composites tels que les matériaux CFRP, l'échauffement provoque localement la fusion de la matière plastique du CFRP qui peut alors adhérer à l'outil et recouvrir les diamants, rendant l'outil en partie inopérant. Et des fibres du matériau CFRP peuvent adhérer également à l'outil qui, entraîné en rotation, effectue alors une traction sur celles-ci et désordonne les nappes de fibres auparavant bien ordonnées pour bien renforcer de façon uniforme le matériau. Enfin, de façon générale pour les matériaux composites à pluralité de couches successives, les carotteurs ou forets aléseurs produisent souvent une délamination au voisinage de l'orifice de sortie du trou, c'est-à-dire une séparation des couches successives du matériau composite. Un problème proposé par la présente invention est de fournir un outil de perçage permettant de percer de façon fiable des trous dans un matériau, en limitant l'échauffement, les risques de dégradation du matériau et l'usure de l'outil. Un autre problème proposé par l'invention est de permettre la réalisation de trous de petits diamètres dans des matériaux durs ou très résistants. Un autre problème proposé par l'invention est de permettre la réalisation de trous de petits diamètres dans des matériaux composites, notamment les matériaux CFRP, en limitant les risques de délamination ou de déstructuration du matériau.

3021570 6407FDEP.docx 2 Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention propose un outil de perçage comprenant un corps tubulaire à alésage intérieur, se développant autour d'un premier axe longitudinal entre une extrémité proximale et une extrémité distale de coupe en couronne comportant une pluralité de dents s'étendant 5 longitudinalement ; selon l'invention, l'extrémité distale de coupe est en un matériau cristallin. Le matériau cristallin permet de réaliser des dents de géométrie et de répartition régulières, notamment par ablation de matière au moyen d'un laser. Avantageusement, les dents peuvent comporter une surface supérieure 10 inclinée vers l'alésage intérieur du corps. On limite ainsi le risque de glissement de l'outil de perçage lors du début de perçage d'une surface gauche (convexe, concave ou les deux) comme c'est souvent le cas en aéronautique par exemple. De préférence, l'outil de perçage peut comporter des cannelures latérales sur la surface latérale extérieure du corps. L'outil de perçage n'est ainsi 15 pas au contact de la pièce percée de façon continue selon toute sa périphérie extérieure. Cela limite l'échauffement dans la zone de contact entre l'outil de perçage et la pièce percée, et donc, dans le cas de matériaux composites tels que les CFRP, la déstructuration et la délamination du matériau. En alternative ou en complément, le corps peut comporter une surface 20 latérale extérieure tronconique, avec une section transversale qui diminue depuis l'extrémité distale de coupe en direction de l'extrémité proximale. La surface latérale extérieure du corps tubulaire ne frotte ainsi pas contre la pièce percée lors de la pénétration de l'outil de perçage dans la pièce percée. Lors d'un perçage à l'aide d'un outil de perçage à corps tubulaire, il se 25 forme une carotte de matériau, issue de la pièce percée, qui pénètre dans l'alésage intérieur de l'outil de perçage. Il se pose toutefois fréquemment le problème d'un engagement en force de cette carotte dans l'alésage intérieur qui peut mener à une obturation de l'alésage intérieur rendant inutilisable l'outil de perçage. Cela est particulièrement critique pour les outils de petites tailles (corps tubulaire de faible 30 diamètre extérieur, notamment inférieur ou égal à 3 mm). Pour éviter cela, on peut avantageusement prévoir que : - le corps comporte une section transversale externe circulaire centrée autour du premier axe longitudinal, - l'alésage intérieur comporte une section transversale circulaire et se développe 35 selon un deuxième axe longitudinal parallèle au premier axe longitudinal mais distinct du premier axe longitudinal.

3021570 6407FDEP.docx 3 La carotte découpée présente ainsi un diamètre extérieur inférieur au diamètre de l'alésage intérieur, ce qui limite les risques d'un engagement en force. Pour des pièces à percer présentant une épaisseur plus importante que la longueur de l'alésage intérieur, mais également pour éviter d'avoir à stopper 5 l'outil de perçage pour en extraire la carotte de matériau entre deux trous successifs, on peut de préférence prévoir : - au moins une ouverture latérale traversante dans la paroi latérale du corps, - des moyens de bris de matériau, disposés dans l'alésage intérieur. Au fur et à mesure de sa venue au contact des moyens de bris de 10 matériau lors de sa pénétration dans l'alésage intérieur, la carotte de matériau est brisée, fragmentée, et ses morceaux sont ensuite évacués hors de l'alésage intérieur à travers l'ouverture latérale traversante. Les moyens de bris de matériau peuvent comporter au moins une arête de coupe disposée selon une direction à composante radiale.

15 Pour une évacuation optimisée des morceaux, on peut avantageusement prévoir que les moyens de bris de matériau sont disposés au moins en partie en correspondance d'une ouverture latérale traversante. L'outil de perçage peut de préférence comporter des cannelures latérales sur la surface latérale intérieure du corps. Ces cannelures diminuent la 20 surface de contact entre l'outil de perçage et la carotte de matériau issue de la pièce percée. Cela limite l'échauffement en périphérie de la carotte de matériau pouvant mener à une adhérence de la carotte à la paroi intérieure de l'alésage intérieur par collage ou engagement en force suite à une augmentation de diamètre de la carotte par dilatation.

25 Avantageusement, les cannelures latérales peuvent se développer longitudinalement en hélice. La forme en hélice des cannelures permet de favoriser la progression de la carotte de matériau dans l'alésage intérieur pour éviter de gêner l'application d'une vitesse optimale prédéterminée d'enfoncement de l'outil de perçage dans la pièce à percer. Et lorsque l'alésage intérieur contient des 30 moyens de bris de matériau, cela permet de mieux faire progresser la carotte vers ces moyens de bris de matériau pour s'assurer de sa bonne fragmentation. En fonction du matériau constituant la pièce à percer, il se peut que le perçage génère la formation de copeaux filants (qui ne se fractionnent pas) risquant de provoquer des échauffements parasitaires localisés de la pièce et/ou 35 une détérioration de la surface de la pièce à percer. Pour éviter cela, on peut de préférence prévoir que : 3021570 6407FDEP.docx 4 - les dents comportent une arête de coupe se développant selon une direction sensiblement radiale, - certaines des dents comportent une interruption de leur arête de coupe. Les interruptions permettent de briser les copeaux en morceaux.

5 Avantageusement, on peut prévoir que les interruptions, entre deux dents successives munies d'une interruption sur leur arête de coupe respective, sont situées à des distances radiales différentes par rapport au premier axe longitudinal. On évite ainsi une géométrie de révolution des interruptions pour mieux briser les copeaux.

10 Dans un mode de réalisation particulier, l'outil de perçage peut comporter deux couronnes concentriques de dents. Avantageusement, l'outil de perçage peut comporter une première couronne et une deuxième couronne situées à l'écart l'une de l'autre selon la direction longitudinale. On peut ainsi réaliser des trous, en un seul mouvement de 15 pénétration de l'outil de perçage dans la pièce à percer, par des perçages successifs utilisant différents diamètres allant du plus petit au plus grand. De préférence, le corps peut présenter un diamètre extérieur inférieur ou égal à 3 mm. Le matériau cristallin peut être polycristallin ou monocristallin. Un 20 matériau monocristallin peut avantageusement être utilisé pour la réalisation de trous dans de l'os lors d'opérations chirurgicales. Le matériau cristallin peut être naturel ou synthétique. Le matériau cristallin peut être du diamant ou du nitrure de bore, et présente ainsi une dureté et une résistance à l'usure élevées.

25 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; 30 - la figure 2 est une vue de côté de l'outil de perçage de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail en perspective d'une coupe longitudinale de l'outil de perçage de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de face d'un deuxième mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; 35 - la figure 5 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; 3021570 6407FDEP.clocx 5 - la figure 6 est une vue en perspective d'un quatrième mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; - la figure 7 est une vue en perspective d'une coupe longitudinale d'un cinquième mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; 5 - la figure 8 est une vue en perspective d'un sixième mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; - la figure 9 est une vue de côté d'un septième mode de réalisation d'outil de perçage selon l'invention ; - la figure 10 est une vue en perspective (sous un agrandissement x87) d'un outil 10 de perçage selon l'invention avant la réalisation d'un essai ; - la figure 11 est une vue de détail (sous un agrandissement x500) de la figure 10 ; - la figure 12 est une vue en perspective (sous un agrandissement x30) de l'outil de perçage de la figure 10 après la réalisation de l'essai ; - la figure 13 est une vue de détail (sous un agrandissement x100) de la figure 12 ; 15 - la figure 14 est une image par caméra thermique de la face arrière d'une plaque en cours de perçage à l'aide de l'outil de la figure 10 ; - la figure 15 est un graphique d'exploitation de l'image thermique de la figure 14 ; - la figure 16 est une vue en perspective (sous un agrandissement x30) du premier trou réalisé par l'outil de la figure 10 lors de l'essai ; 20 - la figure 17 est une vue de détail (sous un agrandissement x100) du trou de la figure 16 ; - la figure 18 est une vue en perspective (sous un agrandissement x30) du dernier trou réalisé par l'outil de la figure 10 lors de l'essai ; - la figure 19 est une vue de détail (sous un agrandissement x100) du trou de la 25 figure 18 ; - la figure 20 est une vue en perspective (sous un agrandissement x40) d'un outil de perçage de l'état de la technique antérieure avant la réalisation d'un essai ; - la figure 21 est une vue de détail (sous un agrandissement x100) de la figure 20 ; - la figure 22 est une vue en perspective (sous un agrandissement x30) de l'outil 30 de perçage de la figure 20 après la réalisation de l'essai ; - la figure 23 est une vue de détail (sous un agrandissement x120) de la figure 22 ; - la figure 24 est une image par caméra thermique de la face arrière d'une plaque en cours de perçage à l'aide de l'outil de la figure 20 ; - la figure 25 est un graphique d'exploitation de l'image thermique de la figure 24 ; 35 - la figure 26 est une vue en perspective (sous un agrandissement x30) du premier trou réalisé par l'outil de la figure 20 lors de l'essai ; 3021570 6407FDEP.docx 6 - la figure 27 est une vue de détail (sous un agrandissement x100) du trou de la figure 26 ; - la figure 28 est une vue en perspective (sous un agrandissement x30) du dernier trou réalisé par l'outil de la figure 20 lors de l'essai ; 5 - la figure 29 est une vue de détail (sous un agrandissement x100) du trou de la figure 28 ; - la figure 30 est un graphique illustrant l'effort axial de perçage (x10) au cours du perçage des ler, 108ème et 216ème trous réalisés lors de l'essai avec l'outil de la figure 10 ; et 10 - la figure 31 est un graphique illustrant l'effort axial de perçage (x10) au cours du perçage des ler, 108ème et 216ème trous réalisés lors de l'essai avec l'outil de la figure 20. Sur les figures 1 à 9 sont illustrés sept modes de réalisation d'outil de perçage 1 selon l'invention.

15 Dans chacun de ces modes de réalisation, l'outil de perçage 1 comprend un corps tubulaire 2 à alésage intérieur 3, se développant autour d'un premier axe longitudinal I-I entre une extrémité proximale 2a et une extrémité distale de coupe 2b en couronne 4 comportant une pluralité de dents 5 s'étendant longitudinalement.

20 L'extrémité distale de coupe 2b est en un matériau cristallin. Les dents 5 de l'extrémité distale de coupe 2b sont réalisées par ablation au laser de matériau cristallin. Ledit matériau cristallin peut être polycristallin ou peut au contraire être monocristallin, notamment pour être utilisé lors d'interventions chirurgicales au 25 cours desquelles on perce de la matière osseuse chez un patient. Le matériau cristallin peut être naturel ou synthétique. Le matériau cristallin peut être du diamant ou du nitrure de bore. Dans le mode réalisation particulier illustré sur les figures 1 à 3, on voit plus particulièrement sur la figure 3 que les dents 5 comportent une arête de coupe 30 5a se développant respectivement selon des directions sensiblement radiales. Les dents 5 comportent une surface supérieure 5b inclinée vers l'alésage intérieur 3 du corps 2. Les arêtes de coupe 5a sont ainsi inclinées vers l'alésage intérieur 3 selon un angle A par rapport à un plan transversal du corps 2. On voit plus particulièrement, dans le mode de réalisation illustré sur la 35 figure 4, que : - le corps 2 comporte une section transversale externe circulaire Cl centrée autour d'un premier axe longitudinal I-I, 3021570 6407FDEP.docx 7 - l'alésage intérieur 3 comporte une section transversale circulaire C2 et se développe selon un deuxième axe longitudinal II-II parallèle au premier axe longitudinal I-I mais distinct du premier axe longitudinal I-I. Les contours circulaires Cl et C2 ne sont ainsi pas coaxiaux, de sorte 5 que, lors du perçage d'une pièce avec l'outil de perçage 1, il est généré une carotte de matériau 6 (indiquée en traits discontinus) à section transversale externe circulaire présentant un rayon R6 inférieur au rayon R de la section transversale circulaire C2 de l'alésage intérieur 3. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, l'outil de perçage 1 10 comporte des cannelures latérales 7 sur la surface latérale extérieure 8 du corps 2 visant à limiter la surface de contact entre la surface latérale extérieure 8 du corps 2 et la pièce en cours de perçage pour éviter de provoquer un échauffement trop important. En alternative ou en complément, on pourra prévoir, comme illustré dans 15 le mode de réalisation de la figure 6, un corps 2 comportant une surface latérale extérieure 8 tronconique avec une section transversale qui diminue depuis l'extrémité distale de coupe 2b en direction de l'extrémité proximale 2a. Afin d'éviter que la carotte de matériau découpée dans la pièce à percer obture l'alésage intérieur 3 de l'outil de perçage 1, on prévoit, comme illustré dans 20 les modes de réalisation des figures 1, 2, 5, 6, 7 et 8 : - au moins une ouverture latérale traversante 9 dans la paroi latérale du corps 2, - des moyens de bris 10 de matériau, disposés dans l'alésage intérieur 3. On voit plus particulièrement sur la figure 7 que les moyens de bris 10 de matériau comportent une arête de coupe 11 disposée selon une direction 25 à composantes radiales dans l'alésage intérieur 3. Les moyens de bris 10 de matériau sont disposés en partie en correspondance de l'ouverture latérale traversante 9. De cette façon, lors de sa pénétration dans l'alésage intérieur 3, la carotte de matériau est grignotée au fur et à mesure de sa progression par les 30 moyens de bris 10 de matériau, et les morceaux de cette carotte de matériau sont progressivement évacués hors de l'alésage intérieur 3 à travers lesdites au moins une ouverture latérale traversante 9. Pour forcer la progression de la carotte de matériau en direction des moyens de bris 10 de matériau, il est prévu, dans le mode de réalisation particulier 35 illustré sur la figure 7, des cannelures latérales 12 sur la surface latérale intérieure 13 du corps 2. Ces cannelures latérales 12 se développent longitudinalement en hélice, ladite hélice étant orientée de façon à amener la carotte de matériau vers les 3021570 6407FDEP.docx 8 moyens de bris 10 de matériau lors de la mise en rotation de l'outil de perçage 1 autour du premier axe longitudinal I-I. A noter que les cannelures latérales 12 peuvent également se présenter sous la forme de cannelures droites se développant seulement longitudinalement, 5 et ce dans le but de limiter la surface de contact avec la carotte de matériau, et donc l'échauffement pouvant en résulter. Néanmoins, du fait de la forme droite des cannelures, il n'est alors pas généré de mouvement d'avance de la carotte de matériau en direction des moyens de bris 10 de matériau. Dans le mode de réalisation particulier illustré sur la figure 5, les dents 5 10 comportent une arête de coupe 5a se développant respectivement selon des directions sensiblement radiales, et les dents 5 comportent une interruption 14 de leur arête de coupe 5a. Ces interruptions 14 sont destinées à provoquer une fragmentation des copeaux de matériau formés lors du perçage de la pièce à percer.

15 Pour assurer une fragmentation encore meilleure des copeaux, entre deux dents 5 successives munies d'une interruption 14 sur leur arête de coupe 5a respective, les interruptions 14 sont situées à des distances radiales différentes par rapport au premier axe longitudinal I-I. En l'espèce, la dent 50 comporte deux interruptions 14a et 14b située respectivement à des distances radiales Ra et Rb 20 qui sont différentes de la distance radiale Rc à laquelle est située l'interruption 14c des dents adjacentes 50' et 50". Dans les modes de réalisation particuliers illustrés sur les figures 8 et 9, les outils de perçage 1 comportent deux couronnes 40 et 41 concentriques de dents 5.

25 Dans le mode de réalisation particulier de la figure 9, la première couronne 40 et la deuxième couronne 41 sont situées à l'écart l'une de l'autre selon une distance D le long de la direction longitudinale I-I. Ainsi, lors du perçage d'une pièce au moyen de l'outil de perçage 1 de la figure 9, le perçage débute par une pénétration de la première couronne 40 de 30 dents 5 dans la pièce à percer. Après une pénétration de l'outil de perçage 1 selon une distance D dans la pièce à percer, les dents 5 de la deuxième couronne 41 pénètrent et usinent la pièce à percer pour y réaliser un trou de diamètre D2 supérieur au diamètre D1 du trou précédemment réalisé par la première couronne 40 de dents 5. L'outil de perçage 1 de la figure 9 permet ainsi, lors d'un seul 35 mouvement de pénétration de l'outil de perçage 1 dans la pièce à percer (illustré par la flèche 15) d'effectuer des perçages successifs étagés en diamètres pour limiter le risque de dégradation de la pièce à percer.

3021570 6407FDEP.docx 9 1) Essai d'un outil de perçage 1 selon l'invention 1.1) Outil testé : 5 Sur la figure 10 est illustré un outil de perçage 1 semblable à celui illustré sur la figure 1, mais dépourvu d'ouverture latérale 9 et de moyens de bris de matériau 10. Cet outil de perçage 1 a une extrémité distale de coupe 2b à couronne 4 fabriquée dans un matériau de type diamant polycristallin. Les dents 5 ont été taillées au moyen d'un procédé par ablation de matière au laser au cours 10 duquel du matériau cristallin de la couronne 4 est retiré par un faisceau laser venant frapper de façon intermittente (avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde ici) la surface de la couronne 4 à tailler pour réaliser les dents 5. Le retrait de matière à l'aide du faisceau laser se constate par la présence de petits cratères 16 plus particulièrement visibles sur la figure 11 qui montre en détail, sous 15 un agrandissement x500, une dent 5 de l'outil de perçage 1 de la figure 10. L'outil de perçage 1 présente un diamètre extérieur de 3 mm. 1.2) Analyse thermique : Il a tout d'abord été réalisé un essai de perçage pour une analyse par 20 caméra thermique de la face arrière de la plaque à percer lors de la réalisation d'un trou (figure 14). Le matériau percé lors de cet essai était une plaque de matière plastique renforcée par huit nappes de fibres en carbone croisées à 90° entre elles, et présentant une épaisseur de 1 mm.

25 Les paramètres de perçage ont été fixés comme suit : - avance de l'outil de perçage 1 : 20 mètres/minute ; - vitesse de rotation : 4000 tours/minute. La vitesse de 4000 tours/minute correspond à la vitesse de rotation des UPA (« Unités Portatives Automatiques » ou « Unités de Perçage Automatiques ») 30 utilisées dans le domaine aéronautique pour le perçage de plaques de CFRP. L'analyse thermique fait apparaître une distribution circulaire concentrique (figure 14), avec un gradient s'étendant entre une zone de plus haute température située au centre et une zone de plus basse température située en périphérie.

35 La température maximale atteinte lors du perçage est d'environ 80°C (figure 15).

3021570 6407FDEP.ducx 10 On observe sur la figure 15 que la zone de plus haute température présente une largeur d'environ 30 pixels. La courbe de température, qui est représentative de l'étendue de la ZAT (« Zone Affectée Thermiquement »), présente une largeur d'environ 121 pixels pour une température supérieure à 20°C 5 (température ambiante lors de l'essai), et une largeur d'environ 67 pixels pour une température supérieure à 40°C. 1.3) Analyse d'usure : Une analyse d'usure par perçage d'une série de 216 trous a ensuite été 10 menée avec l'outil de perçage 1 de la figure 10. Cette analyse a consisté à percer une série de 216 trous dans une plaque de matière plastique renforcée par huit nappes de fibres en carbone croisées à 90° entre elles, et présentant une épaisseur de 1 mm. Lors de cette analyse, on a effectué : 15 - une observation macroscopique de l'extrémité distale de coupe 2b de l'outil de perçage 1 avant réalisation des 216 trous (figures 10 et 11) ; - une observation macroscopique de l'extrémité distale de coupe 2b de l'outil de perçage 1 après réalisation des 216 trous (figures 12 et 13) ; - une observation macroscopique du 1 er trou réalisé par l'outil de perçage 1 (figures 20 16 et 17) ; - une observation macroscopique du 216ème trou réalisé par l'outil de perçage 1 (figures 18 et 19) ; - une mesure de l'effort axial maximal exercé par l'outil de perçage 1 sur la plaque à percer lors de la réalisation des 1er, 108ème et 216ème trous (figure 30).

25 Les paramètres de perçage ont été fixés comme suit, sur un centre d'usinage MAKINO 55 : - avance de l'outil de perçage 1 : 20 mètres/minute ; - vitesse de rotation : 4000 tours/minute. Les efforts axiaux exercés par l'outil de perçage 1 sur la plaque à percer ont été 30 mesurés à l'aide d'un capteur de marque KISTLER®. En comparant les figures 10 et 11 avec les figures 12 et 13, on constate que la forme générale de l'outil de perçage 1 n'a pas été affectée par le perçage des 216 trous. Sur la figure 13, on observe que l'arête de coupe 5a a subi quelques 35 dégradations et n'est plus aussi nette que sur la figure 11. Mais la forme de la dent 5 est conservée.

3021570 6407FDEP.docx 11 En ce qui concerne les trous réalisés, on observe que le 1" trou et le 216ème trou ont des apparences générales très proches par comparaison des figures 16 et 18, au premier plan desquelles se trouve la face arrière de la plaque percée (c'est-à-dire la face sur laquelle débouche l'outil de perçage 1 en fin de 5 perçage). En particulier, on ne distingue aucune fibre ayant subi une traction en périphérie du trou. Sur les vues de détail des figures 17 et 19, on voit que l'état de surface à l'intérieur du trou est similaire, régulier et propre. En périphérie du trou, sur la face arrière de la plaque percée, les fibres sont coupées de façon nette et on 10 n'observe aucune délamination du matériau : la dernière couche en sortie du trou est bien jointive des couches précédentes. Sur la figure 30, on observe que l'effort axial exercé par l'outil de perçage 1 sur la plaque au fur et à mesure de la course de perçage de 1 mm selon l'épaisseur de la plaque varie peu entre le 1' trou et le 216ème trou. L'effort axial 15 est compris entre environ 0,013 N et environ 0,024 N. 2) Essai d'un outil de l'art antérieur 2.1) Outil testé : 20 Sur la figure 20 est illustré un outil de perçage de type foret aléseur 17 (ou carotteur) selon les enseignements de l'art antérieur. Il s'agit d'un foret aléseur 17 sur lequel ont été déposés par électrolyse des grains de diamant 18. Les grains de diamant 18 sont en partie incrustés dans une matrice de nickel 19 servant de liant. Le foret aléseur 17 présente un diamètre extérieur de 3 mm.

25 On voit plus particulièrement sur la figure 21, sous un grossissement x100, que les grains de diamant 18 sont répartis de façon aléatoire sur le foret aléseur 17 et présentent un dépassement hors de la matrice de nickel 19 qui varie d'un grain de diamant 18 à l'autre. 30 2.2) Analyse thermique : Il a tout d'abord été réalisé un essai de perçage pour une analyse par caméra thermique de la face arrière de la plaque à percer lors de la réalisation d'un trou (figure 24), dans les mêmes conditions d'essai et de mesure que pour l'essai précédent de perçage avec un outil de perçage 1 selon l'invention.

35 Le matériau percé lors de cet essai était une plaque de matière plastique renforcée par huit nappes de fibres en carbone croisées à 90° entre elles, et présentant une épaisseur de 1 mm.

3021570 6407FDEP.docx 12 Les paramètres de perçage ont été fixés comme suit : - avance de l'outil de perçage 17 : 20 mètres/minute ; - vitesse de rotation : 4000 tours/minute. L'analyse thermique fait apparaître une distribution concentrique et 5 légèrement ovale (figure 24), avec un gradient s'étendant entre une zone de plus haute température située au centre et une zone de plus basse température située en périphérie. On constate la présence d'une zone d'échauffement discrète en périphérie (en bas à droite sur la figure 24), mais qui n'a pas été prise en compte sur le graphique de la figure 25.

10 On observe sur la figure 25 que la température maximale atteinte lors du perçage est d'environ 81,5°C. La zone de plus haute température présente une largeur d'environ 43 pixels. La courbe de température présente une largeur d'environ 81 pixels pour une température supérieure à 40°C. 15 2.3) Analyse d'usure : Une analyse d'usure par perçage d'une série de 216 trous a ensuite été menée avec le foret aléseur 17 de la figure 20. Comme pour l'outil de perçage 1, cette analyse a consisté à percer une série de 216 trous dans une plaque de 20 matière plastique renforcée par huit nappes de fibres en carbone croisées à 90° entre elles, et présentant une épaisseur de 1 mm. Lors de cette analyse, on a effectué : - une observation macroscopique de l'extrémité distale de coupe 2b du foret aléseur 17 avant réalisation des 216 trous (figures 20 et 21) ; 25 - une observation macroscopique de l'extrémité distale de coupe 2b du foret aléseur 17 après réalisation des 216 trous (figures 22 et 23) ; - une observation macroscopique du 1 er trou réalisé par le foret aléseur 17 (figures 26 et 27) ; - une observation macroscopique du 216ème trou réalisé par le foret aléseur 17 30 (figures 28 et 29) ; - une mesure de l'effort axial maximal exercé par le foret aléseur 17 sur la plaque à percer lors de la réalisation des 1er, 108ème et 216ème trous (figure 31). Les paramètres de perçage ont été fixés comme suit, sur un centre d'usinage MAKINO 55 : 35 - avance de l'outil de perçage 17 : 20 mètres/minute ; - vitesse de rotation : 4000 tours/minute.

3021570 6407FDEP.clocx 13 Les efforts axiaux exercés par le foret aléseur 17 sur la plaque à percer ont été mesurés à l'aide d'un capteur de marque KISTLER®. En comparant les figures 20 et 21 avec les figures 22 et 23, on constate que la forme générale du foret aléseur 17 a été affectée par le perçage des 216 5 trous. Sur la figure 23, on observe que les diamants ne dépassent plus autant de la matrice en nickel 19 que sur la figure 21. On constate en outre qu'une quantité non négligeable de matière plastique 20 issue de la plaque CFRP s'est agglomérée sur le foret aléseur 17 et a tendance à recouvrir les grains de diamant 10 18 ou à se loger entre les grains de diamant 18 en ne laissant ceux-ci dépasser que faiblement. En ce qui concerne les trous réalisés, on observe que le 1er trou et le 216ème trou ont des apparences générales très différentes par comparaison des figures 26 et 28 au premier plan desquelles se trouve la face arrière de la plaque 15 percée (c'est-à-dire la face sur laquelle débouche le foret aléseur en fin de perçage). On distingue en particulier sur la figure 28, en périphérie du trou, des fibres 21 ayant subi de fortes tractions ayant conduit à une séparation avec la nappe de fibres dans laquelle elles étaient contenues. On observe en haut à gauche du trou que des fibres 22 n'ont pas été coupées en fin de perçage, et 20 qu'elles subsistent en dépassant à l'intérieur du trou. En comparant les figures 27 et 29, on voit que l'état de surface à l'intérieur du trou est relativement régulier et propre sur la figure 27, mais qu'il est dégradé sur la figure 29. Sur la figure 29, en périphérie du trou et sur la face arrière de la plaque percée, les fibres 24 ont subi une traction et n'ont pas été coupées de 25 façon nette. Plus grave, il s'est produit une délamination 23 du matériau au voisinage de la face arrière de la plaque percée : les dernières couches en sortie du trou sont séparées des couches précédentes. Sur la figure 31, on observe que l'effort axial exercé par le foret aléseur 17 sur la plaque au fur et à mesure de la course de perçage de 1 mm selon 30 l'épaisseur de la plaque varie fortement entre le 1' trou et le 216ème trou. L'effort axial est compris entre environ 0,023 N et environ 0,03 N pour le 1er trou, entre environ 0,031 N et environ 0,057 N pour le 108ème trou, et entre environ 0,036 N et environ 0,066 N pour le 216ème trou.

3021570 6407FDEP.docx 14 3) Conclusions sur les essais : L'outil de perçage 1 selon l'invention produit une zone affectée thermiquement présentant une surface moins étendue que celle de la zone affectée 5 thermiquement produite par le foret aléseur 17. Ceci confirme que l'énergie calorique communiquée par l'outil de perçage 1 à la plaque en cours de perçage est moindre, et donc que les risques d'endommager la pièce à percer par un échauffement excessif sont plus réduits. L'analyse des efforts axiaux témoigne du fait que l'outil de perçage 1 a 10 une meilleure capacité de coupe de la matière que le foret aléseur 17, et que cette capacité de coupe se maintient mieux au fur et à mesure de l'utilisation de l'outil de perçage 1 que pour le foret aléseur 17. L'outil de perçage 1 produit sur la plaque en cours de perçage un effort axial maximal (0,024 N) sensiblement égal à l'effort minimal (0,023 N) exercé par le foret aléseur 17.

15 Après 216 trous réalisés, le foret aléseur 17 réalise des trous à état de surface et d'orifices inacceptables dans le domaine aéronautique. Les tractions réalisées sur les fibres 21 et 24 ont déstructuré localement le matériau CFRP et ont provoqué des délaminations 23 graves qui rendent le matériau CFRP totalement inutilisable dans le domaine aéronautique. A l'inverse, l'outil de perçage 1 montre 20 une usure relativement contenue et permet de réaliser des trous tout à fait acceptables au-delà du 216ème trou, sans dégradation notable du matériau CFRP au regard des exigences dans le domaine aéronautique. Les essais démontrent ainsi que l'outil de perçage 1 selon l'invention présente un intérêt important pour le perçage de plaques en matière plastique 25 renforcées par au moins une nappe de fibres, notamment une nappe de fibres de carbone. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS1 - Outil de perçage (1) comprenant un corps (2) tubulaire à alésage intérieur (3), se développant autour d'un premier axe longitudinal (I-I) entre une extrémité proximale (2a) et une extrémité distale de coupe (2b) en couronne (4) comportant une pluralité de dents (5, 50, 50', 50") s'étendant longitudinalement, caractérisé en ce que l'extrémité distale de coupe (2b) est en un matériau cristallin.
2 - Outil de perçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents (5, 50, 50', 50") comportent une surface supérieure (5b) inclinée vers l'alésage intérieur (3) du corps (2).
3 - Outil de perçage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des cannelures latérales (7) sur la surface latérale extérieure (8) du corps (2).
4 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps (2) comporte une surface latérale extérieure (8) tronconique, avec une section transversale qui diminue depuis l'extrémité distale de coupe (2b) en direction de l'extrémité proximale (2a).
5 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : - le corps (2) comporte une section transversale externe circulaire (C1) centrée autour du premier axe longitudinal (I-I), - l'alésage intérieur (3) comporte une section transversale circulaire (C2) et se développe selon un deuxième axe longitudinal (II-II) parallèle au premier axe longitudinal (I-I) mais distinct du premier axe longitudinal (I-I).
6 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une ouverture latérale traversante (9) dans la paroi latérale du corps (2), - des moyens de bris (10) de matériau, disposés dans l'alésage intérieur (3).
7 - Outil de perçage (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de bris (10) de matériau comportent au moins une arête de coupe (11) disposée selon une direction (III-III) à composante radiale.
8 - Outil de perçage (1) selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que les moyens de bris (10) de matériau sont disposés au moins en partie en correspondance d'une ouverture latérale traversante (9).
9 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des cannelures latérales (12) sur la surface latérale intérieure (13) du corps (2). 3021570 6407FDEP.docx 16
10 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les cannelures latérales (12) se développent longitudinalement en hélice.
11 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 10, caractérisé en ce que : - les dents (5, 50, 50', 50") comportent une arête de coupe (5a) se développant selon une direction sensiblement radiale, - certaines des dents (5, 50, 50', 50") comportent une interruption (14, 14a, 14b, 14c) de leur arête de coupe (5a). 10
12 - Outil de perçage (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que les interruptions (14, 14a, 14b, 14c), entre deux dents (5, 50, 50', 50") successives munies d'une interruption (14, 14a, 14b, 14c) sur leur arête de coupe (5a) respective, sont situées à des distances radiales différentes par rapport au premier axe longitudinal (I-I). 15
13 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte deux couronnes concentriques (40, 41) de dents (5, 50, 50', 50").
14 - Outil de perçage (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte une première couronne (40) et une deuxième couronne (41) situées 20 à l'écart l'une de l'autre selon la direction longitudinale (I-I).
15 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le corps (2) présente un diamètre extérieur inférieur ou égal à 3 mm.
16 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 25 15, caractérisé en ce que les dents (5, 50, 50', 50") de l'extrémité distale de coupe (2b) sont réalisées par ablation au laser de matériau cristallin.
17 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le matériau cristallin est polycristallin.
18 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 30 16, caractérisé en ce que le matériau cristallin est monocristallin.
19 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le matériau cristallin est naturel.
20 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le matériau cristallin est synthétique. 35
21 - Outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le matériau cristallin est du diamant ou du nitrure de bore. 3021570 6407FDEP.clocx 17
22 - Utilisation d'un outil de perçage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 pour le perçage de plaques en matière plastique renforcées par au moins une nappe de fibres, notamment par une nappe de fibres de carbone.