1.1. Présentation de la machine de détourage

Détoureuse

Opérateurs au PC de commande

broches : détourage et perçage

Broche détourage

 

Détoureuse

Broche détourage

1.

1.2. Les déplacements, le détourage, le maintien des tôles et le bridge-cut

2. Lt et système de mainien de la tôle

Le déplacement des différents éléments de la machine les uns par rapport aux autres permet de réaliser des perçages et du détourage à n’importe quel endroit d’une tôle de dimensions 2500*1500.
La liaison entre les éléments mobiles est assurée par des glissières en V qui sont commandées par des liaisons vis-écrou, classiques en machine outil.

1.2.1. Les déplacements suivant les axes x, y et z

1.2.2. Mouvement des broches pour réaliser du détourage ou du perçage

1.2.3. Fonctionnement du système de maintien des tôles lors du détourage

Lors du détourage le patin exerce un effort presseur sur la tôle afin qu’elle reste bien en position.
Pour éviter d’abîmer la tôle par frottement, la surface de contact exerçant l’effort est un polymère dont la dureté permet de ne pas altérer la tôle.

L’opération de maintien s’effectue en 2 temps :
Pour commencer, la fraise vient se placée à la bonne hauteur (elle transperce les ou la tôle de part en part). .A ce moment là, le dispositif de maintien de la tôle n’est pas en contact avec cette dernière car il est retenu par les ressorts de rappel.Une fois cette position atteinte (position en z) les tiges des vérins hydrauliques verticaux poussent l’ensemble du système de maintien vers la tôle jusqu’à ce que celui-ci exerce la pression de contact désirée.
Cette position est conservée tout au long du détourage : le patin glisse sur la tôle en exerçant un effort presseur
Lors du contournage, la pression exercée par le patin sur la tôle vaut 2 bars et lors de la coupe des ponts elle vaut 4.8 bars.
L’effort presseur est transmis par 2 vérins verticaux de la machine et il transite jusqu’au patin par les pièces grise et rouge afin de ne pas endommager les glissières qui servent à la découpe des ponts.
Il est à noter que lors de la coupe des ponts, ces pièces se déplacent l’une par rapport à l’autre.

Système de maintien de la tôle en position d'approche

Système de maintien de la tôle exerçant l'effort presseur sur la tôle

1.2.4. Le processus de détourage

Voir une simutation de coupe des ponts :

 

 

1.3. Le principe du système d'aspiration de copeaux de la broche de détourage

 

 

Le principe d’évacuation des copeaux est le suivant : un flux d’air ascendant entraîne les copeaux de la zone d’usinage vers une cuve de stockage.
Pour créer ce flux, il est nécessaire d’avoir une entrée et une sortie, sinon, avec uniquement une sortie, on obtient une zone sous vide mais les molécules d’air ne se déplacent plus et par conséquent, les copeaux restent dans la zone d’usinage.
Lors du détourage, l’orifice central est en contact avec la tôle, avec une pression de 2 bars, l’air ne peut donc pas s’y engouffrer et par voie de conséquence, le flux ne peut pas se créer.
C’est pourquoi, il a était usiné des rainures dans le support du patin.
Il faut que l’entrée d’air soit la plus basse possible, au plus près de la tôle, pour qu’un maximum de copeaux soit pris dans le flux, d’où la position des rainures.

Ancien système d'aspiration des copeaux de la broche de détourage

Principe de l'aspiration 1

Principe de l'aspiration 2

Système d'aspiration complet de la broche de détourage

On peut remarquer sur les schéma "principe d'aspiration" 1 et 2, que le mouvement de la fraise n'est pas coordonné avec le flux d'air. En effet, le mouvement de la fraise crée un effet tourbillonaire qui parasite le flux, par conséquent les copeaux restent dans la zone autour de la broche et ne sont pas aspirés.

 

1.4. Les problèmes du système d'aspiration de copeaux de la broche de détourage

 

 

1.4.1. Le probleme des tôles rayées

A cause du système d'aspiration des copeaux, une partie des tôles usinées est directement mise au rebut, ce qui coûte de l'argent et du temps à l'entreprise. Nous savons que le patin d'appui glisse sur la tôle lors du détourage. Si un ou plusieurs copeaux viennent se loger entre la tôle et le patin ceux ci sont traînés sur la tôle pendant cette opération. Dans cette situation, les bords tranchants des copeaux rayent la tôle d'aluminium qui est un matériau tendre.Les contraintes en aéronautique exigent que les pièces de tôlerie aient un état de surface convenable, les pièces rayées ne peuvent donc pas être utilisées, elles sont rebutées. Ces copeaux rayeurs devraient normalement être aspirés et le problème ne devrait pas se poser, malheureusement, le système d'aspiration est défectueux et les copeaux restent dans la zone d'usinage et endommagent les tôles.

exemple de tôle rayée

 

1.4.2. Les causes

Cette machine à détourer est un prototype.
A l’origine cette machine a été conçue pour usiner le bois puis diverses modifications ont été faites pour passer à l’usinage de l’aluminium.
Dans cette configuration, la machine n’est parfaitement adaptée à l’utilisation qu’il en est fait.
En effet, certains usinages réalisés dans le système pour remplir des fonctions qui n’ont plus lieux d’être à l’heure actuelle affectent les performances de l'aspiration.

1.4.2.1. Pertes de charges singulières
Le cheminement du fluide est très accidenté, ce qui provoque de la perte de charge singulière et une trajectoire très mauvaise des copeaux. A cause de cela, une partie des copeaux n' est plus aspirée et peut donc endommager la tôle lors de l' étape du détourage.En effet lors notamment de l'usinage de 3 tôles simultanément, une grande quantité de copeaux n'était pas aspirée, ce que entraînait systématiquement la mise au rebus de la tôle du dessus.

Cheminement accidenté du flux

usinages parasites 1

usinages parasites 2

usinages parasites 3

 

1.4.2.2. Equilibre du flux
En aval, le débit est bien plus important qu' au début du cheminement, le flux porteur de copeau n'est donc pas optimisé. Le risque étant encore une fois de laisser une partie des copeaux dans la zone de contact entre le patin d'appui et la tôle, et donc de déteriorer la tôle.

 

section de passage 1

section de passage 2

section de passage 3

section de passage 4

1.4.2.3. Les vis qui rayent
A l’origine, le patin était fixé à son support avec du scotch double face mais le liquide de lubrification altérait les propriétés de la colle. Il a donc était nécessaire de consolider la fixation à l’aide de vis.
Ceci à engendrer de nouveau problème : des copeaux venaient se loger dans la tête des vis et ensuite, lors de la première étape du détourage ils étaient traînés sur la tôle, rayant les tôles et rendant les pièces rebutables.

les vis : cause de rayures

 

1.4.3. Arrachement du patin
Iil y a un espace entre le patin et son support.
Il peut arriver qu’après avoir été détourée une partie de tôle se soulève et passe entre le patin et le support. Ceci a pour conséquence de provoquer l’arrachement du patin et donc la détérioration de pièces et la perte importante de temps de production pour procéder au changement du patin.

Arrachement du patin

 

 

1.5. Les essais pour améliorer le système

 

 

Ce problème d’aspiration était déjà connu par les techniciens du service de maintenance.
Certains avaient préparé des solutions comme notamment le patin sans vis sur la surface de contact et le système de soufflerie.
Ces solutions n’engendrent pas de lourdes opérations de maintenance, et donc, ne gênent pas trop la production.
Les essais se sont déroulés pendant près de 2 mois, au cours desquels nous avons pu voir l’influence des différentes modifications.
Il a été décidé dès le départ que les modifications ne concerneraient que la cloche d’aspiration, vue précédemment.
En effet, bien que la longueur et l’état de surface des conduits souples puisse entraîner des pertes de charge régulières, il n’y aura pas de modifications apportées sur cette partie.
La puissance de l’aspiration a été jugée suffisamment puissante.

Tableau contenant toutes les confirations de test

Patin en cahoutchouc d'appui sur la tôle et son support pour les tests : plus de vis et plus d'arrachement de patin

Montage de 3 souflettes pour augmenter le débit d'air en amont

Branchement des souflettes sur la machine

Cette période d’essai a été assez courte car il ne fallait pas ralentir excessivement la production.
Cependant, cela aura été très bénéfique car des résultats ont été obtenus, l’aspiration des copeaux est nettement meilleure et le nombre de rayures a diminué de manière impressionnante.
Depuis de nombreuses semaines la machine est équipée du système décrit par la configuration 7, et même si il reste quelques copeaux qui ne sont pas aspirés, il offre entière satisfaction.
Cela a été aussi l’occasion de réfléchir à de nouveaux systèmes et j’ai pu ainsi en profité pour proposer mes idées, y associer celle des autres participants, pour finalement avoir les main libre pour concevoir un nouveau système, approuvé par tous, et donc fortement susceptible d’être fabriquer.

 

1.6. La conception d'un nouveau système

 

 

1.6.1.Les premières ébauches du système

Malgré toutes les améliorations apportées au système d’origine, alors que nous en étions à la configuration 4 des évolutions, lors des détourages avec empilement de 3 tôles, il restait des copeaux et donc des rayures.
Voyant que le système n’amenait pas entière satisfaction, j’ai proposé de concevoir un nouveau montage.
Les changements important étant de collecter les copeaux à 360°, grâce à des conduits d’aspiration indépendants, et ainsi aspirer les copeaux le plus rapidement où qu’ils se trouvent dans la zone d’aspiration puis un cheminement d'air hélicoïdal, orienté dans le sens de rotation de la fraise, afin de profiter de celui-ci et non de le subir.
Cette idée, qui a était approuvée par les techniciens de la maintenance et les concepteurs du bureau d’outillage, a été le point de départ du nouveau système.

1.6.2. Le cahier des charges

J’ai conçu le système avec pour contrainte les conditions suivantes :
Conserver l’encombrement de l’ancien système
Conserver les cotes de fonctionnement et les caractéristiques de l’ancien système
Conserver le patin avec pente de rabattement sans vis sur la zone de contact
Limiter au maximum les pertes de charges singulières et conserver la vitesse du fluide
Loger la lubrification au plus près de l’usinage
Conserver le système de soufflerie
Concevoir un système facilement montable sur la machine
Limiter les usinages sur le patin en élastomère
Concevoir un système de changement du patin ergonomique
Concevoir des pièces faciles à fabriquer

1.6.2. Le nouveau montage

Nouveau système 1

Nouveau système 2

Vue perspective 1

Vue perspective 2

 

1.6.3. Les améliorations apportées

Flux (bleu)profitant du mouvement de rotation de la fraise ( rouge)

Cheminement du flux : dans la cloche (bleu foncé) et dans la plaque (bleu clair)

Le flux d'air des soufflettes soulève les copeaux les plus bas, ceux en bout de fraise

	La cloche d’aspiration Le changement consiste à profiter du mouvement de la fraise pour créer un flux ascendant plus efficace, pour cela l’idée a été de faire tangenter l’entée d’air à la zone où se créer le copeau, ainsi nous obtenons une forme en spirale qui tourne dans le même sens que la fraise et l’air ne perd pas de vitesse, contrairement a se qui se passait avec le montage d’origine à cause du changement brutal de cheminement. En effet, cette entrée d’air tangentielle permet de limiter les pertes de charges singulières et le ralentissement du fluide. Grâce à la force centrifuge et à la vitesse le copeau est plaqué contre la paroi de la chambre d’aspiration et remonte le long de celle-ci.
	La plaque ou collecteur à 4 canaux Les canaux du collecteur sont eux aussi usinés de manière à être le plus tangent possible à la chambre d’aspiration, pour profiter de l’effet centrifuge et limiter au maximum les pertes de charges. Sachant que la broche tourne à 24 00tr/min, les copeaux subissent une force centrifuge importante qui les projette à grande vitesse contre les parois de la chambre d’aspiration à 360°. Sur le montage d’origine, il pouvait arriver que l’aspiration soit coupée alors tous les copeaux n’étaient pas aspirés. A ce moment là, ils retombent sur la tôle et le risque de rayer est considérablement augmenté. Avec ce montage, le copeau ne retombe pas sur la tôle, il reste dans les canaux de la plaque. Ce système est plus réactif que celui qui collecte les copeaux par un seul canal car avec ce système le copeau ne tourbillonne pas dans la chambre d’aspiration, il est plus vite aspiré, le débit est meilleur. La collecte à 360° permet de capturer rapidement le copeau où qu’il se trouve. La fraise Ø10 est équipée d’un brise-copeaux, ils ne sont donc pas très longs, ils passeront sans problème par les sections de passage
	Pente pour permettre le changement progressif de section Pour garder une section la plus constante possible, on augmente progressivement la hauteur du conduit alors que sa largeur diminue. Ceci est rendu possible grâce à la pente usinée dans la contre pièce
	La chambre d’aspiration La cloche, la plaque et la contre plaque sont les éléments constituants la chambre d’aspiration. La chambre d’aspiration est de forme conique et régulière. Les canaux d’aspiration en sortie de chambre sont placés suffisamment hauts pour profiter du mouvement ascensionnel crée par la coupe du copeau.
	Pipe d'évacuation Cette pièce sert à éviter les évasements brusques, sources de pertes de charge.L' usinage est conique pour passer progressivement d’une section rectangulaire à une section circulaire
	Patin avec pente de rabattement de la tôle Les essais ont démontré que le patin avec pente assuré correctement la fonction de surface d’appui et qu’il offrait une sécurité supplémentaire, il donc été conservé.
	Vis de maintien Les vis de maintien ne sont plus sur le patin mais sur une pièce intermédiaire.
	Tubes de la soufflerie Les 4 tubes de la soufflerie doivent conserver l’inclinaison 1, vue lors des essais.

 

1.6.4. Les plans du nouveau montage

Une fois la conception figée et approuvée, j' ai procedé à l' élaboration de plan de gamme d'usinage, les plans de définition sont inutiles dans ce projet. Les plans du montage servent à connaître les côtes fonctionnelles et les jeux de fonctionnement.

Plan du montage : position décalé

Plan du montage : position centrée

Plan de gamme de la cloche

Plan de gamme de la contre pièce

Plan de gamme de la pipe d'évacuation

 

1.7. La concrétisation du projet

 

 

1.7.1. La fabrication des pièces

Plaque et contre plaque assemblées : l'usinage et les côtes sont correctes	Plaque et cloche assemblées	Collecteur usiné
Usinage complexes de la contre plaque	Usinage complexe de la plaque	Usinage conique de la pipe d'évacuation

 

Vue perspective

Vue dessous

Vue arrière

 

 

1.7.3. L' utilisation du nouveau système

Vue latérale	Vue de dessous	Vue de dessous
travail 1	travail 3	travail 3	Travail 4