Une unité de perçage automatique vibratoire pour les applications multi-matériaux a été mise au point par l'institut ARTS et la PME espagnole AEI. Désormais industrialisée, elle divise les temps de perçage par dix comparée aux solutions actuelles. Un nouveau porte-outil mécatronique en améliore encore le principe.

Le perçage est l’opération la plus courante en usinage car souvent lié à l’assemblage de différentes pièces mécaniques. Dans l’industrie, il présente de nouvelles difficultés à cause de l’utilisation courante d’empilages multi-matériaux, associant, par exemple, composites et métaux. Ce type de perçage nécessite une évacuation efficace des copeaux. Pour répondre aux exigences de qualité l’évacuation des copeaux doit éviter tout risque de bourrage avec menace de détérioration de pièce et de rupture d’outils.

La maîtrise du copeau
Les parades couramment utilisées consistent à intégrer une géométrie brise-copeaux sur l’outil, à programmer des cycles de débourrage durant l’usinage ou à renforcer la lubrification. Seules ou combinées, ces solutions n’offrent pas les résultats souhaités au niveau des performances sur certains matériaux complexes ou hétérogènes sans apporter de réels gains de productivité. De plus, si ces parades ne sont pas correctement menées, outre la perte de productivité due au bourrage, les coûts de production s’envolent à cause d’outils cassés ou d’une indispensable lubrification à haute pression. Pire, la qualité de l’usinage est dégradée à cause de bavures, de rayures ou d’un mauvais état de surface voire même des dispersions dimensionnelles si la précision est recherchée. La meilleure solution au problème consiste à utiliser le perçage vibratoire par actionneur piézoélectrique forcé basse fréquence, une technique qui combine oscillation axiale de faible amplitude avec le mouvement d’avance du foret dans la pièce à usiner. Cette action fractionne régulièrement, de façon maîtrisée les copeaux quels que soient les matériaux percés. Couplée à la CN de la machine, la vibration auto-adaptative est en permanence contrôlée numériquement. Le principe sur une course contrôlée reste insensible à la charge.

Un marché de niche mondial
Par exemple, sur une éprouvette en TA6V, plus de 300 trous de diamètre 10 mm sur 30 mm de profondeur ont été percés. L’avance est portée à 210 mm/min avec une broche munie d’une tête piézométrique contre 171 mm/min lors du perçage ordinaire. Ces résultats qui améliorent la qualité du perçage ont été établis avec une fréquence de 87,5 Hz associée avec une amplitude de 110 µm. Cette technologie concernent notamment les lignes d’assemblage aéronautiques. De par leur conception (brevet déposé conjointement A.E.I / ARTS) ces unités de perçage intègrent deux axes numériques, rotation plus avance. Advanced Engineering & Innovation (A.E.I) est une PME espagnole, implantée à Malaga, spécialisée dans la conception et la réalisation d’outillages et procédés d’assemblage bien connue dans le secteur aéronautique. D’ailleurs, la firme espagnole tente de se positionner comme futur leader mondial sur ce marché de niche du perçage vibratoire, vu les considérables carnets de commande des grands avionneurs, notamment Airbus et Boeing, mais aussi pour l’ensemble du secteur aéronautique mondial qui recherche des solutions de ce type. Aujourd’hui, la génération des oscillations durant l’usinage provient de moteurs électriques compacts intégrés à la machine. Industrialisé depuis peu, le concept se décline maintenant en plusieurs versions surtout destinées aux plateformes robotiques.

Un travail collaboratif
Comme la technologie du perçage vibratoire autorise un gain important en productivité (jusqu’à dix fois par rapport aux solutions actuelles), ainsi qu’une forte diminution des coûts de production, la recherche se poursuit et, au terme de travaux conjoints d’amélioration (CETIM / ARTS), le projet R&D AVIBUS a permis de réaliser un nouveau porte-outil mécatronique de perçage vibratoire. Son intérêt réside dans la présence de plusieurs capteurs notamment accéléromètre triaxial, capteur de force axiale et capteur de température nécessaires à la mise au point de protocoles spécifiques de R&D ou pour l’implémentation d’une stratégie de surveillance du processus de coupe. Les essais sont particulièrement probants lors d’empilages multi matériaux. Avec l’ENISE et le CETIM, le Groupe Cedrat, Dufieux, ZADS, Arts et Métiers ParisTech sont les partenaires de la technologie AVIBUS pour Assistance VIBratoire au perçage par actionneUrS piézoélectrique (S).