ARTheque - STEF - ENS Cachan | Mesure des efforts de coupe en perçage

MESURE DES EFFORTS DECOUPE EN PERÇ.AGE

par HenrlAMEQUIN

Elles sontappliquées llU'mUieu de J'arête.

Dans Il' plan(ox oy) la pression

uniforme

pxy donne un effottrésultant FI" pxy

R

(AB)

(4) cos! .. Q (l) sin

g, •

Fao;O(Z)

2

(3)

[

Fa

..

F_AB

FY

Fi

-+ F'x F' AB'F'y

Fi

o

- Fa

o

o

C

o

action pièce/foret -+ Fx Couple C effort axial

2.

Analyse des actionsmécaniqu~8

On isole le foret(fig.l)

~ action fourreau/foret

III - ETUDE THEORIQUE

1. Ilypothès~s -,

~ Ies deux arëtes de coupe sont supposéès dans lem~me plan. Celui-ci passant par l'axe du foret (onn6glige ainsi l'effet de pointe) ; ,

~·la r~pa~tition de la pression est supp?~éeunifofllle le

long de l'arête de coupe; c . .

- le.foret est supposé travailler dans le,s mêmes

ccndlticns

à chaque

essai(lI,{fütage, lùbrificationetc...) . · .

F"

..

FI cos

a

-+

2'

F AB Fy

..

FI sin

a

Fz

'2

de meme: F'x

..

·Fl cos

a

-+

2"

F'AB'

FY

..

FI sin

a

Fi

2'

3.

2ctuations

-+

-+

1:

F

ext ..

0

projection/ox F1

QO~!.

FI :projection/oy Ft sin

r

+

Fl

projeotion/oz Fz

+

Fz' ;:; 0 '...~ -+

1:

mt/o'/, (F ext)

=

0 C - Fz

~

•

F'Z~

;:; 0

II - GBNERALITBS SUR L'APPAREIL,

SON INSTALLATION.

1.. Choix de lamachine : un tour parallèle.

- c'est la machine que nous pouvions utiliser durant.t0\lt le cycle de manipulation(8 semaines) , . "' - les perceuses utilisées dans les lycées et collèges .ne possèdent généralement pas une gamme d'avanQe~très! étendue et leur puissance est souvent faible. . ••.. ,' - nous avons aussi recherché la simplicité. Les pièces d'essai montées sur le tour sont cylindriques et n'ont donc besoin d'aucune préparation. Leur montage en mors durs est immédiat.

2. Réalisation de l'appareil.

Ces manipulations de mécanique s'effectuant en présence simultanée d'un professeur de construction et d'un professeur de fabrication.

Nous avions un besoin urgent de cet appareil pour

complé-i

ter un cycle de manipulations. Aussi le professeur de construction a étudié et dessiné l'appareil. Le professeur de fabrication l'a réalisé (environ 30 h) directement

à

partir du plan d'ensemble.

L'appareil est autonome. Il s'adapte rapidement sur la queue d'aronde du chariot transversal par pincement. La mesure des

efforts

s'effectue

mécaniquement

(défor-mation de rondelles Belleville mesurée au comparateur). Le procédé est simple, à la.portée d'élèves qui débutent dans les études mécaniques et technologiques, peu coûteux et d'une précision satisfaisante. La méthode de mesure par procédé extensométrique ou capteur

à

quartz serait utilisable moyennant quelques modifications de l'appareil, il permettrait alors un enregistrement du phénomène sur, table traçante.

Mettre en évidence, qualitativement et quantitativement les principales actions mécaniques agissant sur le foret et l'influence des

principàux paramêtres,

La manipulation a été réalisée par des élèves de TS. assistant d'ingénieur (fin de 1ère année d'études techniques) et ex bac C ou

P.

Elle comporte:

- une

analyse des actions

mécaniques

avec

formulation

des hypothèses simplificatrices, . - une recherche

constructfve

de solutions technologiques permettant de mesurer ces actions mécaniques, limitées

à

l'effort axial et au couple de

perçage, .

:

- la manipulation avec l'appareil décrit plus loin, permet de familiariser les élèves avec certaines méthodes de mesure et de vérifier la limite de validité des hypothèses

précé-dentes.

L'ensemble fait l'objet d'un rapport consignant: l'étude théorique,

la notice, techJ1ique dePappareilproposé, .

les

mesures,

tableaux, graphes et conclusions..

1 - OBJECI'IFS POURSÙIVIS

l.Mesure de l'effort Fa

.~

.• "•...•.d...•:1, '.. '" ". .•...

Sieffeéfllè en mesurant le

déplacement .,d'un plateau équilibré: par-â-empilages4e chacun

8

rondelles Belleville

dynamiques. .~~

-Fz' Fz

A-2

4. Résolutions .

De (1) 'les

p~ojectionsràdiales

Fp' sont égales et opposées. Elles compriment le foret de : . . (2) Fa = 2 FI sin ~ c'est l'effort d'avarice

2

le foret est soumis à un couple c'est le couple de perçage (3)' F z =

(4)

-Cc

s

e .~~cHo~du.ç.()pe.u "a •avance par tour en mm.

.' d,diamètr:du~Ort~t en mJ1l d

Pendantl'ùsihage, chaque lèvre

i

su~

unelargeur

'2

Section du paraUélogi'ammeSI:;

~..etStoi~l=

;d '

,PAaction d'un empilage constitué de rondelles

in~ersçes.

;Fa

-3

PA

=

0 .

~Lecomparàteur (1) énrègistreun déplacementfI

ChaqueroMellesupportë'l'effortPAet se déformé de fA=

r

f-a courbed'étalonnage donne PAen fonction

de

fA.

6. Facteurs influents sur les efforts de coupe - naturedu matériau à percer

.' tÀBLEAUDEME.SURE

fI mm fA

=

J l P A d a N Fa=3PA daN 8

Les courbes d'étal911nage ,sont traçéesà partir des formuleset.coeffiçi~iitsfournis par ItfcOnstructeur.

t>.2& cla ~2,2. e • ~.s Il •o,yr MQ.i 2.'80 Il

f.

~'s" O,S

0,"

0,2. 4f .

F Rondelte~ e.el\eville clYflo"1\i~"e."

14 Soeié!'é Fic.lI_r

eaue"..

c;iivl.lofl Ifldu..~riellt

0111 rue Ma.."... 9~ MONTRlLuiL. tl.t.ure

de Tt O.~

...

i..1

- natureduforet

- affûtage - lubrification

- section du copeau

(CP

foret - avance) - vitçsse dé coupe;

Seuls les deux derniers facteurs seront

étudiés,

60

°-

1 1

( )

ML

cos -

2'

ï'''~ or e 2

" (or) e ad

7. Constante de coupe

On appelle K l'aptitude du matériau à résister à la coupe K

=."

'(or) e (ur)è . résistance

à

la rupture

par

extension

N/mm2 -N/mm2 " coefficient dépendant du matériau (2 à6) TABLEAU DE MEStJRE

fe

=

12

Pc daN

e

=O,18Pc 15 daN.m D. 10 cl. 8,2-e. (J,V ~ ~ ~_--7j."

•

(J,'"

o

\ f2mm

2. Mesure du couple de perçage

. Un comparateur (2) enregistre la déformation fI d'un

i empilage de 15 rondelles cP 20 placées sous un bras de .levier de 180 mm de long. Solidaire du fourreau

porte-, foret .

'Comme précédemment on. obtient la force Pc donnée par .l'empilage de rondelles on en déduit le couple

e

~0,18 Pc.

.Q.

2 8. Expressions des efforts de coupe

en fonction des dimensions du copeau FI = KsI soit FI = ,,(or)e

~d

Fa

=

2

FI sin60°

=

J'3 "

(or) e

!Q..

. 2 . 2 Fa=

J'3 "

(or) e ad 4 Fp = FI Fp=

.1

8 On suppose que Fz = FI

e

=

t."

(or) e

~

e

= l ,,(or)e ad2

8"

10

ct a

n :

f2· fa PA

Fà

fCPC, C

Stotal=~

~ - -'- -'-, -.- -,-' --'-.-'.'~ -'-I----~·I 3. Pratiqué dl' la manlpulation a. Première etude. • Facteurs stables: matériau

:A 42

lubrification :

eau-ï-

5

%

huile soluble vitesse deç9~PP20m/mn

foret acierr~~1dèif>20

mm

perçageeIl,pleinematière,ë'est·â,.;~ireSarts avant trou,

•

Fa:ctet1tét~di~jaVaMepar,tour.'

a en mm;

Tracé de '.

Fa .

=. f . (Stotal) C f (Stotal)

Valeurs mesurées Valeurs calculées

4. Conclusions

a.

Ellôrt

axial

Pour une' section constante de copeau (2mm2 ) l'effort

passe: .

- pourt/J20 de 1,12

à

3j 0 4,103

N

... pout</> 304e 1,24à4,241{)3N Soit 2,7 fois' plus pour le foret'

de

t/J,'20

et 3,6 fois pltrspeurlé.fërët

ôeq,

30.

Ces.tésultatsll1()~1trent !'!~~l'effort sur l'arête. de pointe est prépondérante dal1s.'effortaxial d'où la nécessité de l'avant-trou d'Un diamètresupéiieur

à

l'arête de pointe.

b.Çouplede perçage

lOf

ladIffétencé est beaucoup moinsiIriportante etjeuerait plutôt en sensiriverse..Lesetfptt~tàngentielssur l'arête de

.pointe sont,

proches de

l'aXe

dU foret et leut moment est faible. .

On remarque que le çoupleaYec~vant~trouestlégèrement supérieur au. couple saifs avà:wtro\l;cecipourrait faire penser à la nonunifortnitéde

Ill-

pression, le long de la lèvre. . .. . .... . , .

b; Études successives

Mêmes essais avec: - forett/J30 sans avant trou,

(t/J30SA.T.)

forett/J20 avec avant trout/J5t/J20 aT

forett/J30

avecavant

trout/J 6 t/J30

aT

v

-PROLONGEMENT DE CETTa ETUDE

En faisant varier respectivement lesdiamëtres d'avant-trou et les diamètres du foret, en. maintenant une section de copeau constante en jouant sur l'avance, ilserait possible d'avoir une meilleure idée de la répartition de la pression le long de la lèvre et vérifier si l'hypothèse de départ peut être retenue.

VI - INFLUENCE DE LA VITESSE DE COUPE

t/J 20 constant matière A 56

avance constante 0,1 donc S = 1 mm2

Le couple est demeuré constant bien que la vitesse de coupe ait été multipliée par 4.Ce résultat plaide en faveur de la répartition uniforme de la pression puisque la vitesse de coupe varie tout le long de l'arête de coupe.

C

Il.,,,

o

Plan d'ensemble et renseignements:

Lycée Technique Jacquard- 2,nte Bouret 75019 PARIS 'Tél: 607.16.02 M.FOURNIER

Chef de travaux 607.16.02 M; AMEQtJIN

Prof. de construction poste 7 607.16.02 M. BOUGBARD

Prof; de fabrication poste 007

1 , / l 'I~ 1'1' ,',,,, ,t' C 1'1. ... 11

Coupe CC

22

11

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