Dispositifs et procédures

Les essais de poinçonnage ont été réalisés sur une machine de traction/compression (INSTRON 8862). Des plaques en carbone époxy à fibres longues T800/M21 d’épaisseur 20mm et 30 mm ont été utilisées. Des plaques quasi isotropes de séquence d’empilement [90°,+45°,0°,-45°]S10 ont été fabriquées au sein du laboratoire. D’autres plaques fortement

orientées ont été fournies par la société Airbus. La séquence d’empilement de ces dernières plaques est donnée dans l’annexe 3. L’épaisseur d’un pli de ce matériau est de 0,25 mm. Dans un premier temps, le foret hélicoïdal affûté standard [DIN 1897], à dépouille tronconique et sans amincissement d’âme de diamètre 15,784 mm est utilisé pour poinçonner les plis restants. La Figure II. 40 montre un essai utilisant le foret hélicoïdal ainsi que le montage et la machine utilisés. Ce même montage est utilisé pour les différents essais de perçage et de poinçonnage.

Figure II. 40 : Poinçonnage avec le foret hélicoïdal sans amincissement d’âme

Dans un deuxième temps, l’outil ¾ étagé en PCD fait également office de poinçon (Figure II. 41). Pour cet outil déséquilibré, un canon de perçage est utilisé pour éviter sa flexion ou son flambement.

Une autre campagne d’essais de poinçonnage a été réalisée avec le foret hélicoïdal et l’outil ¾ sur des trous avec avant-trou.

Figure II. 41 : Poinçonnage avec l’outil ¾ étagé et diamanté

Plusieurs trous borgnes ont été réalisés en faisant varier le nombre de plis restant non percés sous le foret. Le nombre de plis restant varie entre 1 et 6. Jusqu’à 6 plis sous le foret, l’épaisseur de la matière non usinée reste faible (1,5 mm Æ plaques minces). Cette épaisseur correspond à la matière restant sous l’âme dans le cas d’un foret hélicoïdal (Figure II. 42). Le nombre des plis compris sous les arêtes de coupe principales est supérieur à 12 plis pour un foret hélicoïdal sans amincissement d’âme de diamètre 15,8 mm. Cette épaisseur importante de matière présente une résistance élevée au délaminage et

Montage

dédié

Plaque

Mors de la

machine

Foret

hélicoïdal

Montage

dédié

Canon

Mors de la

machine

Outil ¾

Figure II. 42 : Trous borgnes ayant un nombre de plis restant variant entre 1 et 6

En faisant une coupe du fond conique après un essai de poinçonnage avec un foret hélicoïdal et en observant à l’aide d’un microscope électronique à balayage environnemental (XL30 ESEM Tungstène), on peut visualiser les différentes fissures propagées. La Figure II. 43 montre que ces fissures se propagent entre les différents plis du tronc de cône situé sous le foret (partie située sous les deux arêtes de coupe principales) du fait de la poussée axiale (pas de mouvement de coupe). La fissure la plus importante est située entre le dernier pli et l’avant dernier pli. Cette observation montre que la matière de géométrie tronconique située entre le dernier pli et le bec (étendue des arêtes de coupe) résiste à la poussée de l’outil. C’est donc au niveau de l’âme que sont initiées les fissures. L’observation des trous sécants en temps réel à l’aide d’une caméra à vue de prise rapide a bien montré ce phénomène.

Figure II. 43 : Fissures propagées le long du cône sous le foret hélicoïdal

D’après ces résultats, la partie localisée sous l’âme est uniquement modélisée et des essais de validation avec un poinçon cylindrique de diamètre égal à celui de l’âme sont réalisés. Le diamètre du poinçon pour le fond de l’outil ¾ correspond au diamètre généré par le premier bec excentré. La Figure II. 44 montre un exemple d’un poinçon de diamètre 4 mm utilisé dans les essais de poinçonnage.

Plis non

usinés

Fissures provoquées

par la poussée du foret

Différentes fissures

observées

Fissure la plus

importante

Partie

modélisée

Figure II. 44 : Essais de poinçonnage avec un poinçon de diamètre 4 mm

L’observation d’une éprouvette à l’aide du microscope électronique après essai de poinçonnage montre que les fissures sont localisées entre les plis non usinés et le dernier pli usiné (à l’angle vif situé entre la périphérie de l’âme et le début de l’arête de coupe).

Figure II. 45 : Observation des fissures en utilisant un poinçon

Poinçon

Figure II. 46 : Utilisation des poinçons pour solliciter les fonds de trou usinés par un foret hélicoïdal et un outil ¾

La modélisation de la partie de la plaque restante non usiné nécessite alors une décomposition de la géométrie de l’outil en plusieurs zones (Figure II. 46). Dans un premier temps, le calcul de l’effort critique de délaminage sera calculé pour les différentes zones. L’effort critique minimal des différentes zones peut être choisi comme étant l’effort critique de l’outil. Cette proposition de modélisation rend la résolution systématique et simple. De plus, cette modélisation est valable en perçage pleine matière et en alésage. En effet, pour le foret hélicoïdal par exemple, la partie de la plaque localisée sous la zone de l’âme peut être modélisée en une plaque de diamètre égal à celui de l’âme (voir Figure II. 47-a). Après la débouchure de l’âme, la plaque localisée sous les arêtes de coupe peut être modélisée par une plaque avec un avant-trou de diamètre égal à celui de l’âme (voir Figure II. 47-b). L’effort critique d’initiation des fissures (en utilisant GIC d’initiation) peut être calculé pour la première

zone et l’effort critique de propagation des fissures (en utilisant GIC de propagation) peut être

déterminé pour la deuxième zone avec avant-trou.

Pour cela, plusieurs essais de poinçonnage sur un fond de trou tronconique ou sur un fond de trou plat sont réalisés. De plus, plusieurs diamètres de poinçon sont utilisés.

a) b)

Figure II. 47 : Décomposition de la géométrie du foret hélicoïdal et de la plaque mince sollicitée en plusieurs zones : a) âme et b) arêtes principales de coupe