Par Dominique Dubois d’après MM. J. Rech, N. Guibert, C. Claudin, H. Paris

Il est bien connu que le problème principal de la réalisation de trous très profonds réside dans la difficulté à former des copeaux très courts faciles à remonter en surface. La principale méthode utilisée est la technique de forage avec foret ? Cette technique utilise des machines spécifiques et peu flexibles. Elles nécessitent l’utilisation d’une lubrification centralisée à haute pression (> 80 bars) avec de l’huile entière qui pose de graves problèmes environnementaux. De plus, la productivité de cette technique est médiocre du fait de la présence d’une unique arête de coupe et de lanécessité de choisir des conditions compatibles avec le fractionnement du copeau. Enfin, ces opérations sont très instables et très difficiles à mettre au point. La moindre variation des conditions de production (baisse de pression d’arrosage, variation de dureté de lamatière, etc.) conduit à des casses intempestives et des arrêts de production. La forme de ces forets est inchangée depuis le milieu du 18é siècle, l’arrosage haute pression et les embouts carbure étant venus moderniser leurs conditions d’emploi.

Les forets hélicoïdaux butent, eux, sur unproblème récurrent en usinage à sec ou sousarrosage normal, la mauvaise évacuation des copeaux, leur mise en chignon en cas de copeaux longs avec des risques importants, surtout sur des machines travaillant sans surveillance. Une technique qui assurerait une excellente fragmentation des copeaux et permettrait de s’affranchir des cycles de débourrage pour percer profond avec, cerise sur le gâteau, la possibilité de travailler à sec, aurait ses chances pour le “Nobel de la coupe”.


Utilisation des vibrations pour la fragmentation du copeau
Le laboratoire G-SCOP (Sciences pour la Conception et l’Optimisation pour la Production de Grenoble) et le LTDS (Laboratoire de Tribologie & Dynamique des Systèmes de l’ENISE - St-Etienne) en partenariat avec le CETIM, OUTILTEC et TIVOLY travaillent actuellement sur la mise au point d’une nouvelle technologie dite de “perçage vibratoire”. L’objectif est de réaliser des trous de très grande profondeur (rapport longueur/diamètre > 20), sans lubrification et sans aucun débourrage. Dans un souci de productivité, le temps de coupe a été divisé par trois par rapport à une technique de forage au foret ? (Fig. 1).
Fig. 1

Cette nouvelle technique de perçage est basée sur le développement d’un porte-outil spécifique (voir figure 1) permettant de maîtriser des vibrations axiales à basse fréquence du foret, compatibles avec le fractionnement du copeau. Ce porte-outil (ne nécessitant aucun apport d’énergie extérieur) a des dimensions proches d’un porte-outil standard et est compatible avec la plupart des changeurs d’outils. L’énergie nécessaire pour animer le foret axialement est issue de la coupe. Les conditions de coupe sont donc choisies de manière à créer un processus decoupe discontinue. Il est important de préciser qu’il ne s’agit en aucune manière de percussion. Le foret ne percute jamais la matière. Il pénètre puis ressort progressivement de la matière, ce qui autorise l’utilisation de forets en carbure monobloc, pourtant réputés très fragiles. Pour résumer l’astuce est la suivante : rechercher des phases de broutage d’amplitude suffisante pour entretenir ces cycles de dégagement/ pénétration qui fragmentent les copeaux. Les vieux mécaniciens ne vont pas en croire leurs yeux mais c’est bien ce broutage, savamment choisi et ciblé qui va permettre de percer dans des conditions incroyables de productivité et de qualité (Fig. 2).
Fig; 2

Notons que les forets carbure utilisés acceptent des avances de forets en acier rapide tout en conservant leur durée de vie avantageuse. Les forets HSSE au vanadium revêtus donnent des résultats très intéressants avec une qualité de perçage nouvelle et une géométrie des trous profonds évitant même une reprise dans certains cas. Les vitesses de coupe atteintes sont celles de forets en carbure.


Une application possible du perçage vibratoire : le perçage des trous de lubrification de vilebrequin
Actuellement un développement avancé dans le domaine du forage des trous de lubrification des vilebrequins est mené. Les vilebrequins, réalisés en acier forgé et traité 35MV7, possèdent une série de trous de diamètre environ 5 mm et de longueur pouvant aller jusqu’à 100 mm. Les études réalisées montrent que la technique de perçage vibratoire est capable de concurrencer très largement la technique de perçage au foret ? Il apparaît que cette méthode permet de percer des trous de 5 mm sur 100 mm en moins de 8 secondes à sec et sans débourrage (voir la vidéo sur notre site www.trametal.com). Les copeaux sont bien fractionnés. La rectitude des trous est de l’ordre de 0,1 mm, alors que la rugosité est de l’ordre de R 2 µm. Le diamètre des trous reste dans une tolérance de +/- 0,01 mm. La durée de vie des forets est supérieure à 25 mètres cumulés, même en perçage complètement à sec sans utilisation d’air comprimé (Fig. 3).
Fig. 3

Aujourd’hui, le perçage vibratoire a cessé d’être une curiosité et connaît ses premières applications industrielles. Quand on connaît les problèmes posés par les trous profonds, les copeaux longs et le coût croissant complet des lubrifiants comme celui du retraitement des copeaux mouillés, nul doute que ce procédé va se répandre rapidement.