Synthèse

Dans ce chapitre, les résultats d’une campagne d’essais visant à comparer les performances des procédés de perçage axial et orbital en termes de sollicitations thermomécaniques mises en jeu au cours de l’usinage, de respect des spécifications aéronautiques et de tenue en fatigue de la pièce percée ont été présentés. Au cours de cette campagne d’essais, un ensemble de configurations industrielles de perçage de pièces en AA2024-T315, comprenant différents diamètres de perçage et différentes épaisseurs d’éprouvette, a été considéré. Ces configurations correspondent à une mise en œuvre optimale, selon l’usage industriel actuel, des deux techniques de perçage étudiées.

Les actions mécaniques mesurées au cours de l’opération de perçage montrent des niveaux d’efforts de coupe bien plus faibles dans le cas du perçage orbital que le cas du perçage axial, notamment pour l’effort de coupe axial. Cela est expliqué en partie par la faible avance axiale employée en perçage orbital. Les mesures de température réalisées au cours du perçage montrent des niveaux de températures relativement faibles pour les deux procédés de perçage. Un maximum de température de 45 °C et 50 °C est mesuré, respectivement pour le procédé axial et orbital, à la fin du perçage, en sortie de pièce, à 0,2 mm de la paroi percée. Ces faibles températures sont liées à la grande diffusivité thermique de l’alliage d’aluminium 2024-T351. Le faible écart de température observé entre les deux procédés de perçage est expliqué par le fait que la génération de températures locales élevées en perçage axial liée aux sollicitations mécaniques importantes est compensée par le phénomène d’accumulation de chaleur important en perçage orbital du fait de la longue durée de l’opération. Ainsi, il apparaît que les deux procédés de perçage, axial et orbital, génèrent des chargements thermomécaniques sur la surface très différents, donc potentiellement des intégrités de surface différentes.

Les essais menés afin d’évaluer la qualité des trous percés au regard des spécifications aéronautiques montrent l’obtention de trous respectant les exigences aéronautiques en termes de rugosité et de hauteur

Zone de propagation de fissure en fatigue Zone de propagation

de fissure en quasi-statique

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de bavure avec les deux procédés de perçage. Par ailleurs, ils confirment l’obtention de trous de meilleure qualité avec le perçage orbital, en accord avec les travaux précédents de la littérature. Cependant, concernant le diamètre, les résultats obtenus montrent l’obtention d’un diamètre légèrement supérieur à l’exigence aéronautique pour certaines configurations de perçage orbital. Cet écart de diamètre, lié à l’utilisation d’un outil de diamètre légèrement supérieur à celui utilisé pour le perçage des trous de diamètre respectant la spécification, montre l’importance du bon réglage de l’excentrique en perçage orbital. En effet, comme vu au Chapitre 1, au-delà du diamètre de l’outil, le diamètre du trou percé dépend également de l’excentrique de l’unité de perçage orbitale. Si cela constitue un avantage d’un point de vue économique de par la variabilité des diamètres pouvant être percés avec une même machine et un même outil, cela impose un contrôle rigoureux du réglage de l’excentrique après chaque changement d’outil afin de conférer au trou percé, un diamètre final en accord avec les spécifications. Néanmoins, les diamètres percés avec le procédé orbital légèrement hors spécifications ne constituent pas un obstacle à l’étude de tenue en fatigue, puisque l’écart de diamètre (de l’ordre de 0,6%) a une influence négligeable sur le facteur de concentration de contrainte Kt.

Les résultats des essais de fatigue menés montrent une influence faible du procédé de perçage sur la tenue en fatigue de la pièce percée pour le cas du diamètre de perçage 6,35 mm et une influence significative du procédé de perçage pour le cas du diamètre de perçage 9,53 mm. En effet, pour ce diamètre, un gain important de durée vie en fatigue est observé avec le procédé de perçage axial avec un gain de l’IQF de 15 %. Les analyses des faciès de rupture des éprouvettes ne montrent, en revanche, aucune influence du procédé de perçage sur le mode de rupture de l’éprouvette pour les deux diamètres de perçage étudiés. Concernant l’influence de l’épaisseur de l’éprouvette, les courbes de Wöhler obtenues ne montrent aucune influence significative de l’épaisseur de l’éprouvette percée sur sa tenue en fatigue. Il ne semble pas donc exister de phénomène d’effet d’échelle sur la tenue en fatigue des éprouvettes percées en alliage d’aluminium 2024-T351.

Les différences de tenue en fatigue des éprouvettes percées constatées entre les procédés et les diamètres de perçage étudiés sont certainement liées à des différences au niveau de l’intégrité de surface des trous percés. En effet, les chargements thermomécaniques observés sont très différents d’un procédé à l’autre. De plus, les configurations de perçage étudiées impliquent des conditions opératoires très différentes de par la cinématique du procédé, les outils et les paramètres de coupe employés, et celles-ci sont susceptibles d’engendrer des différences notables au niveau de l’intégrité de surface des trous percés. Afin de comprendre l’origine des différences de durée de vie observées et de mieux appréhender le lien entre l’intégrité de surface et la tenue en fatigue pour les pièces percées en alliage d’aluminium, l’ensemble des caractéristiques de l’intégrité de surface des trous percés sont investiguées dans le chapitre suivant.

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