C. Etude expérimentale
4. Résultats des essais de poinçonnage sans avant-trou
Dans ce paragraphe, les différents résultats obtenus lors des essais de poinçonnage sans avant-trou sont exposés. Ces essais ont été réalisés avec comme poinçons : un foret hélicoïdal, un outil ¾ et des poinçons cylindriques de différents diamètres.
4.1. Poinçonnage avec un foret hélicoïdal
Des essais de poinçonnage sur un fond de trou à fond plat de diamètre 16 mm et sur un fond tronconique correspondant à la géométrie de la partie active du foret hélicoïdal sont réalisés :
4.1.1. Essais sur un trou à fond plat
Dans un premier temps, des essais de poinçonnage sont réalisés sur un trou à fond plat de diamètre 16mm (matière enlevée par une fraise 2 tailles). L’effort critique de délaminage est alors matérialisé par une chute importante au niveau d’effort de poussée. La Figure II. 51 montre un exemple d’effort enregistré durant un essai de poinçonnage avec un seul pli restant non percé en poussant avec un foret hélicoïdal sur un fond plat. L’effort critique de délaminage est déterminé lors de la première chute d’effort.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Déplacement (mm) E ff o rt a x ia l (N )
Figure II. 51 : Relevé d’effort critique avec un foret hélicoïdal sur un trou à fond plat
En répétant le même essai plusieurs fois et en variant le nombre de plis non usinés, la courbe de l’effort critique de délaminage est tracée en fonction du nombre de plis délaminés sur la Figure II. 52.
0 500 1000 1500 2000 2500 0 1 2 3 4 5 6 7
Nombre de plis délaminés
Ef fo rt crit ique ( N )
Figure II. 52 : Effort critique expérimental sur un fond plat en fonction du nombre de plis délaminés Sur la Figure II. 52, pour six plis restant sous le foret, l’effort critique de délaminage est important. Pour un pli non usiné, l’effort critique est le plus faible. L’effort critique est donc croissant en fonction du nombre de plis non usinés. Nous retrouvons le fait que les défauts sont majeurs au niveau du dernier pli, expliqué par la diminution de la résistance du stratifié à la déformation avec l’avance de l’outil.
Durant le perçage, les fissures sont initiées sous l’âme et pas au niveau des becs. Les fissures sont propagées par les deux arêtes principales de coupe quand l’âme tend à déboucher de la plaque. Dans ces essais, les derniers plis sont poussés par l’âme et les fissures sont initiées au niveau des becs. Donc, cette configuration d’essais sur un fond plat de diamètre de 16 mm ne s’accorde pas avec le cas du perçage en temps réel. Cependant, ils ont été réalisés afin de comparer les efforts critiques des modèles analytiques et les résultats obtenus expérimentalement.
Effort
critique
frottement influe sur l’effort critique de délaminage. Pour éliminer l’effet de frottement entre l’outil et la paroi du trou, le diamètre du trou borgne est agrandi avec un foret de diamètre 16 mm sans usiner le fond du trou.
Le foret hélicoïdal sans amincissement d’âme a été testé en usinant un trou borgne dans la plaque. Dans ce cas, les efforts critiques de délaminage sont relativement élevés. Ceci montre aussi que la matière localisée sous les arêtes principales de coupe présente une résistance importante au délaminage. Le nombre de plis non usiné varie entre 1 et 6. La Figure II. 53 présente l’effort critique de délaminage dans ce cas en fonction du nombre de plis délaminés. Cet effort est relativement important pour les différents nombres de plis restant sous le foret.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1 2 3 4 5 6 7
Nombre de plis délaminés
Ef fo rt crit ique ( N )
Figure II. 53 : Effort critique de délaminage réalisé par un foret hélicoïdal sur un trou à fond tronconique
4.2. Poinçonnage à l’aide d’un outil ¾ étagé PCD
Un fond plat de diamètre 16 mm a été utilisé pour réaliser les essais de poinçonnage avec l’outil ¾. Le canon de perçage est utilisé dans ces essais pour éviter la flexion de l’outil. Le poinçonnage sur un fond de trou semblable à la forme de l’outil ¾ produit un effort axial critique important du fait de l’engagement des étages dans la matière.
Dans le cas du fond plat, seule la pointe (premier bec) de l’outil pousse les derniers plis. Les arêtes principales de coupe ainsi que les étages ne présentent aucun rôle dans ces essais. Le tracé de la courbe d’effort critique de délaminage est montré sur la Figure II. 54 en fonction du nombre de plis non usinés. L’effort critique augmente avec le nombre de plis délaminés. Cet effort est moins important que les efforts critiques obtenus précédemment. Ceci peut s’expliquer par la poussée de la pointe de l’outil ¾ ce qui engendre une force ponctuelle excentrée appliquée sur les derniers plis.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 1 2 3 4 5 6 7
Nombre de plis délaminés
E ff o rt Crit ique ( N )
Figure II. 54 : Effort critique de l’outil ¾ sur un fond plat de diamètre 16 mm
4.3. Poinçon de diamètre 3,9 mm
Plusieurs poinçons de différents diamètres ont été utilisés pour réaliser des essais de poinçonnage du matériau composite. Un poinçon cylindrique de diamètre 3,9 mm égal à celui de l’âme du foret hélicoïdal sans amincissement d’âme a été utilisé dans un premier temps pour poinçonner des trous borgnes réalisés avec le même foret et avec l’outil ¾ de diamètre 15,8 mm.
4.3.1. Fond conique du foret hélicoïdal
Le poinçonnage du fond conique d’un foret hélicoïdal sans amincissement d’âme à l’aide d’un poinçon permet de déterminer l’effort critique de délaminage dû à l’âme du foret. L’effort critique de délaminage peut être déterminé à partir de la courbe d’effort enregistrée par la machine de traction Instron. La chute d’effort correspond au délaminage du matériau composite.
La détermination de cet effort critique pour un nombre de plis délaminés variable permet de tracer la courbe de l’effort critique de l’âme d’un foret hélicoïdal sans amincissement comme montré sur la Figure II. 55. L’effort critique obtenu est inférieur à celui relevé pour un foret hélicoïdal poinçonnant un fond plat. Cette configuration représente l’effet de l’âme sur un fond conique sans prendre en considération l’effet des arêtes de coupe.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 1 2 3 4 5 6 7
Nombre de plis délaminés
Ef fo rt crit ique ( N )
4.3.2. Fond de l’outil ¾
Pour cette forme de fond du trou, les plis non usinés correspondent aux plis localisés sous la pointe (premier bec) de l’outil ¾. Le poinçon de diamètre 3,9 mm est utilisé pour simuler la partie centrale de l’outil.
Le graphe de la courbe d’effort critique de délaminage en fonction du nombre de plis délaminés est donné sur la Figure II. 56. L’effort critique augmente progressivement avec l’augmentation du nombre de plis non usinés. Cependant, l’effort critique résultant est relativement faible par rapport aux résultats précédents.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 1 2 3 4 5 6 7
Nombre de plis délaminés
E ff o rt crit ique ( N )
Figure II. 56 : Effort critique en utilisant un outil ¾ sur un fond ayant la même forme de l’outil
4.4. Poinçon de diamètre 2,7 mm
Un autre poinçon de diamètre 2,7 mm est utilisé pour réaliser les essais sur les trous borgnes usinés avec un foret hélicoïdal de diamètre 10 mm (l’étendue de l’âme de ce foret étant de 2,7 mm. Le poinçon pousse alors la partie de la plaque située sous l’âme.
L’effort critique de délaminage en fonction du nombre de plis non usinés est représenté sur la Figure II. 57. Cet effort critique est légèrement plus faible que celui du cas d’un poinçon de diamètre 3,9 mm. Cette différence d’effort correspond à la différence de diamètre des poinçons. En effet, un poinçon cylindrique peut délaminer plus facilement qu’un poinçon de diamètre plus important. Ainsi, un poinçon de faible diamètre s’approche du cas d’un chargement concentré alors qu’un poinçon de diamètre important présente un chargement uniformément réparti.
0 200 400 600 800 1000 1200 0 1 2 3 4 5 6 7
Nombre de plis délaminés
Ef fo rt crit ique ( N )
Figure II. 57 : Effort critique en utilisant un poinçon de diamètre 2,7 mm
A travers ces expérimentations, nous avons pu montrer l’influence de la géométrie de l’outil et du chargement engendré sur l’effort critique de délaminage. Nous allons étudier de la même manière le cas de l’alésage.