Prédiction du comportement dynamique du système de forage grande vitesse vibratoire

Dynamic behavior model of a high speed vibratory drilling system

¹ Clermont Université, IUT Montlucon, EA 3867, Laboratoire de Mécanique et Ingénierie, BP 2235, 03101 Montluçon, France
² Clermont Université, IFMA, EA 3867, Laboratoire de Mécanique et Ingénierie, BP 10448, 63000 Clermont-Ferrand, France
³ G-SCOP Laboratory, G-SCOP, 46 Av. Félix Viallet, 38031 Grenoble, France

^a Auteur pour correspondance : fabien.forestier@moniut.univ-bpclermont.fr

Reçu : 25 Février 2010
Accepté : 6 Mai 2010

Résumé

Le Forage Grande Vitesse Vibratoire (FGVV) est un nouveau procédé de perçage qui permet de tripler la productivité des perçages profonds en supprimant les cycles d’évacuation des copeaux ainsi que la lubrification. Pour cela un porte-outil spécifique aété développé, qui entre en vibrations axiales auto-entretenues lors de la coupe et permet le fractionnement du copeau, facilitant ainsi sonévacuation. Pour anticiper uneéventuelle diminution de la durée de vie des roulements à billes de l’électrobroche résultant de ces vibrations, un modèle global du comportement dynamique du système tête vibratoire-électrobroche est présenté. Ce modèle est basé sur la modélisation du comportement des entités structurales par deséléments-finis de type « poutre-rotor» prenant en compte les effets dynamiques associés aux hautes fréquences de rotations de l’électrobroche, couplé à des modèles d’interfaces identifiés par la méthode de couplage de réceptance. Le modèle est validé à l’aide d’expérimentations qui montrent une bonne correspondance entre les résultats expérimentaux et numériques. Le modèle est ensuite utilisé pour calculer la durée de vie des roulements à billes de l’électrobroche lors de différentes opérations de perçage. L’influence de la fréquence de rotation et de l’avance sur la durée de vie des roulements estétudiée, permettant ainsi de faire ressortir des plages de fonctionnement optimal.

Abstract

High speed vibratory drilling increases the productivity of small diameters deep holes without retreat cycles and lubricant. A specific tool-holder which induces self-sustained vibrations of the mobile part of the vibratory head, breaks up chips and ensures their disposal. To anticipate potential risks associated with these vibrations, a global model of the dynamic behavior of the system (head vibratory-spindle) will be performed. This model is based on the modelisation of the dynamic behavior of the entities throught a rotor-beam element which takes into account the gyroscopic effect and centrifugal forces; associated with interface modelisation identified throught the receptance coupling method. The development and the validation of the dynamic behavior model of the entity are presented. Then, the identification procedure of the interface’s dynamic behavior is exposed. Finally, the assembled model is obtained, and used for bearings lifespan prediction during machining. The influence of spindle’s speed revolution and machine’s feed rate on the rolling bearings lifespan is highlighted. Optimized cutting conditions recommandations are made.