Simulation du phénomène de talonnage en perçage vibratoire auto-entretenu

Simulation of the ploughing effect on self vibratory drilling

¹ Laboratoire G-SCOP, 46 avenue Félix Viallet, 38000 Grenoble, France
² Laboratoire LTDS, ENISE, 58 avenue Jean Parot, 42000 Saint-Étienne, France

Auteur de correspondance : nicolas.guibert@g-scop.inpg.fr

Reçu : 15 Mars 2007
Accepté : 6 Juillet 2007

Résumé

L'augmentation de la productivité des opérations de perçage est un problème industriel qui existe depuis longtemps. Un des facteurs limitants dans les opérations de perçage est l'évacuation du copeau dès que le trou devient trop profond. La mauvaise évacuation du copeau entraîne souvent une mauvaise qualité de la surface usinée et le bris de l'outil. Pour résoudre ce problème, une technique de perçage vibratoire à basse fréquence auto-entretenu a été développée et dont le but est une meilleure fragmentation du copeau afin d'améliorer son évacuation. Pour cela, un porte-outil de perçage spécifique a été mis en place. La génération naturelle des vibrations de l'outil est fortement conditionnée par le choix des conditions de coupe et de la géométrie du foret. De plus, les phénomènes de talonnage perturbent le bon fonctionnement de la tête en amortissant les vibrations. Pour prédire le comportement du porte-outil de perçage vibratoire, une modélisation des différents efforts issus des différents phénomènes de coupe le long de l'arête du foret ainsi que la génération de la surface usinée a été effectuée. Ces modèles sont maintenant intégrés dans un simulateur numérique permettant d'étudier, en particulier, l'influence du talonnage sur le comportement du porte-outil de perçage vibratoire. Différentes campagnes d'essais sont réalisées pour permettre la validation des différents modèles intégrés dans le simulateur.

Abstract

The increase of productivity of the drilling operations is a major problem that exists for long time in production. The poor removal of chips in deep drilling of small diameter is often the cause of tool breakage and poor quality surface. The vibratory drilling enables the chip to be split thanks to the axial vibrations of the drill, self-maintained by the cutting energy. Thus chips are evacuated easily. A specific tool holder with an adapted axial stiffness has been developed. The cutting conditions are chosen to be inside the instable domain and with the chatter phenomenon the lip jumps out of the material. The parameters of the self-vibrating drilling head and the cutting conditions are conditioned by the presence of ploughing effect that dumps the vibrations. In order to foresee the behaviour of the drilling head, a numerical simulator that integrates the different forces models has been created. This simulator gives some information about the thrust force generated during the machining, the amplitude of the vibrations, the chip thickness and gives the possibility to study the influence of the cutting parameters on the vibrations. Some experiments have been made to validate the simulator.