FR3132858A1 - PROCESS FOR MACHINING CELL(S) IN A METALLIC PART - Google Patents

Abstract

Procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, l’usinage étant réalisé par brochage au moyen d’au moins un élément de broche, l’alvéole ou chaque alvéole à former comportant un fond et deux flancs latéraux, l’alvéole comportant un axe de brochage Z, un axe Y normal au fond de l’alvéole, et un axe X perpendiculaire aux axes X et Z pour former un repère XYZ, l’élément de broche ayant une forme allongée le long d’un axe (AA) correspondant à un axe de brochage et comportant des paires de dents (10) réparties le long de cet axe, chaque paire de dents comportant deux dents (10) latérales, respectivement gauche et droite, configurées pour usiner les flancs latéraux (26) de l’alvéole (24), la pièce métallique comportant une face d’entrée (Fe) destinée à venir au contact de l’élément de broche lors du début du brochage, qui est inclinée d’un angle (δ) par rapport audit axe (AA). Figure pour l'abrégé : Figure 22Process for machining cell(s) in a metal part, the machining being carried out by broaching using at least one pin element, the cell or each cell to be formed comprising a bottom and two lateral flanks, cell comprising a broaching axis Z, a Y axis normal to the bottom of the cell, and an axis axis (AA) corresponding to a broaching axis and comprising pairs of teeth (10) distributed along this axis, each pair of teeth comprising two lateral teeth (10), left and right respectively, configured to machine the lateral flanks ( 26) of the cell (24), the metal part comprising an entry face (Fe) intended to come into contact with the spindle element during the start of broaching, which is inclined by an angle (δ) by relation to said axis (AA). Figure for abstract: Figure 22

Description

PROCEDE D’USINAGE D’ALVEOLE(S) DANS UNE PIECE METALLIQUEPROCESS FOR MACHINING CELL(S) IN A METAL PART Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne un procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, telle qu’un disque de rotor par exemple pour un rotor d’une turbomachine d’aéronef.The present invention relates to a method of machining cell(s) in a metal part, such as a rotor disk, for example for a rotor of an aircraft turbomachine.

Arrière-plan techniqueTechnical background

Un disque de rotor d’une turbomachine d’aéronef comprend à sa périphérie des alvéoles qui sont destinées à recevoir par emmanchement mâle-femelle des pieds d’aubes de rotor. Les pieds et les alvéoles ont donc des formes complémentaires qui sont par exemple en queue d’aronde ou en sapin.A rotor disk of an aircraft turbomachine comprises at its periphery cells which are intended to receive rotor blade roots by male-female fitting. The feet and the cells therefore have complementary shapes which are for example dovetail or fir.

L’usinage de ce type d’alvéole peut être réalisé par plusieurs techniques différentes et notamment par fraisage, rectification, brochage, électroérosion par enfonçage, etc.The machining of this type of cell can be carried out by several different techniques and in particular by milling, grinding, broaching, electroerosion by sinking, etc.

Le brochage est une technique d’usinage soustractive de matière appartenant à la famille de l’usinage conventionnel par enlèvement de copeaux. Cette opération permet l’obtention de formes plus ou moins complexes à l’aide d’une unique translation rectiligne d’un outil de brochage, se rapprochant de la coupe orthogonale sur de nombreux aspects. La vitesse de translation est appelée vitesse de coupe (Vc). Ces formes peuvent être réalisées à l’intérieur d’une pièce aussi bien qu’à l’extérieur d’une pièce. Des exemples de formes réalisables par brochage sont montrés à la .Broaching is a material subtractive machining technique belonging to the family of conventional machining by chip removal. This operation allows more or less complex shapes to be obtained using a single rectilinear translation of a broaching tool, approaching orthogonal cutting in many aspects. The translation speed is called cutting speed (Vc). These shapes can be made inside a room as well as outside a room. Examples of shapes achievable by broaching are shown in .

La cinématique de l’opération de brochage est simple et permet l’obtention d’une forme en un seul mouvement linéaire ayant des caractéristiques dimensionnelles et géométriques dans des intervalles de tolérances réduits de façon répétable. De même, ce type d’usinage offre une bonne productivité et un coût par pièce correct malgré le coût élevé des broches en comparaison à d’autres types d’usinage et de réalisation de formes complexes.The kinematics of the broaching operation are simple and allow obtaining a shape in a single linear movement having dimensional and geometric characteristics within reduced tolerance intervals in a repeatable manner. Likewise, this type of machining offers good productivity and a correct cost per part despite the high cost of the spindles compared to other types of machining and production of complex shapes.

Pour obtenir la forme souhaitée, une succession d’outils appelés éléments de broche, et constituant un jeu de broches, est utilisé. Chaque élément d’un jeu de broches à une forme différente et permet de réaliser l’usinage d’une partie de la forme souhaitée. Un élément de broche est illustré à la .To obtain the desired shape, a succession of tools called pin elements, and constituting a set of pins, is used. Each element of a set of spindles has a different shape and allows machining part of the desired shape. A pin element is shown in .

Comme pour toute opération d’usinage, il existe différentes stratégies de brochage. La différence majeure par rapport aux autres procédés d’usinage conventionnels est que cette stratégie n’est pas définie par la trajectoire d’usinage, mais par les choix d’évolution de la forme des éléments de broche successifs conduisant à des enlèvements de matière dans différentes zones permettant d’obtenir la forme souhaitée. Par exemple, la présente les différentes étapes permettant l’obtention d’une alvéole de type sapin. Chaque numéro noté sur cette correspond au profil usiné par chaque élément du jeu de broches de manière chronologique. Dans l’exemple donné, les éléments notés de 1 à 4 sont des éléments simples à arêtes rectilignes droites permettant de réaliser l’ébauche de la forme à usiner (réalisation d’une gorge) alors que les éléments 5 à 7 sont des éléments de formes plus complexes permettant d’obtenir la forme finale souhaitée en sapin. Pour chacun de ces éléments, une stratégie de progression est sélectionnée afin de garantir au mieux le bon déroulement de l’opération de brochage.As with any machining operation, there are different broaching strategies. The major difference compared to other conventional machining processes is that this strategy is not defined by the machining trajectory, but by the choices of evolution of the shape of the successive spindle elements leading to material removal in different zones to obtain the desired shape. For example, the presents the different steps enabling a fir-type cell to be obtained. Each number noted on this corresponds to the profile machined by each element of the spindle set chronologically. In the example given, the elements denoted from 1 to 4 are simple elements with straight rectilinear edges allowing the roughing of the shape to be machined (creation of a groove) while the elements 5 to 7 are elements of more complex shapes allowing you to obtain the desired final fir shape. For each of these elements, a progression strategy is selected in order to best guarantee the smooth running of the broaching operation.

Un élément de broche est constitué d’une succession d’arêtes coupantes distantes les unes des autres d’une certaine distance appelée pas (P) et étagées entre elles d’une valeur nommée progression à la dent (h), comme illustré à la . La quantité de matière enlevée (copeau 8) dans la pièce 9, d’une dent 10 à l’autre, dépend notamment de la progression à la dent (h) et de la largeur de la portion d’arête engagée dans la matière, souvent désignée b (cf. ). Le nombre de dents 10 et la longueur totale d’un élément de broche, et par extension du jeu de broches, sont également influencés par la progression à la dent (h). De plus, suivant les matériaux à usiner, le paramètre h est limité pour garantir la tenue mécanique de l’outil et la précision de la forme obtenue.A spindle element is made up of a succession of cutting edges spaced from each other by a certain distance called pitch (P) and spaced between them by a value called tooth progression (h), as illustrated in Figure . The quantity of material removed (chip 8) in the part 9, from one tooth 10 to the other, depends in particular on the progression to the tooth (h) and the width of the edge portion engaged in the material, often designated b (cf. ). The number of teeth 10 and the total length of a spindle element, and by extension the spindle set, are also influenced by the progression to the tooth (h). In addition, depending on the materials to be machined, the parameter h is limited to guarantee the mechanical strength of the tool and the precision of the shape obtained.

De plus, un jeu de broches possède des éléments de broche dédiés à l’ébauche, à la semi-finition et à la finition, les progressions à la dent (h) étant plus importantes sur les éléments d’ébauche et diminuent progressivement sur les éléments de semi-finition et de finition.Additionally, a spindle set has spindle elements dedicated to roughing, semi-finishing and finishing, with the tooth progressions (h) being greater on the roughing elements and gradually decreasing on the semi-finishing and finishing elements.

Ainsi, la réalisation d’une alvéole de disque de turbine ou de soufflante nécessite un jeu de broches d’une longueur variant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres pour des alvéoles de grandes dimensions.Thus, the production of a turbine or fan disk cell requires a set of pins with a length varying from a few meters to several tens of meters for large cells.

Les éléments de finition et de semi-finition de forme qui nous intéressent pour la suite n’usinent que sur les bords latéraux de l’alvéole, à la manière de l’élément 6 sur la . En effet, comme précisé précédemment, la rainure centrale est réalisée au préalable en ébauche et la finition du fond de l’alvéole est usinée par un élément relativement simple dans sa forme.The shaped finishing and semi-finishing elements which interest us later only machine on the lateral edges of the cell, like element 6 on the . Indeed, as previously stated, the central groove is made beforehand in rough form and the finish of the bottom of the cell is machined by an element relatively simple in its shape.

Afin de garantir la stabilité de l’usinage pour ces éléments de forme usinant les bords latéraux, il s’avère important que les dents 10 usinant de part et d’autre de la forme à usiner puissent entrer dans la matière en même temps, et en sortie également en même temps. Pour l’usinage de forme dont la normale au plan ou à la face d’entrée de brochage est colinéaire par rapport à l’axe AA de translation de la broche 14, le problème ne se pose pas car la ou les dents 10 rentrent et sortent en même temps de part et d’autre de la forme 12 à usiner (cf. figure 6a). Cela n’est pas vrai dès qu’il existe un angle δ entre la normale au plan d’entrée de brochage et l’axe AA de translation de la broche 14, comme le montre la figure 6b. Pour pallier à cette problématique, deux dents 10 pourraient être décalées d’une certaine valeur « d » afin que les dents 10 rentrent et sortent en même temps dans la matière (cf. figure 6c).In order to guarantee the stability of the machining for these shaped elements machining the lateral edges, it turns out to be important that the teeth 10 machining on either side of the shape to be machined can enter the material at the same time, and also output at the same time. For shaped machining whose normal to the plane or to the broaching entry face is collinear with respect to the axis AA of translation of the spindle 14, the problem does not arise because the tooth or teeth 10 fit and emerge at the same time from either side of the shape 12 to be machined (see Figure 6a). This is not true as soon as there is an angle δ between the normal to the pinout input plane and the axis AA of translation of pin 14, as shown in Figure 6b. To overcome this problem, two teeth 10 could be offset by a certain value “d” so that the teeth 10 enter and exit at the same time in the material (see Figure 6c).

Une dent 10 est constituée de deux faces : la face de coupe 10a et la face de dépouille 10b, comme le montre la . L’intersection entre ces deux faces 10a, 10b est appelée arête de coupe 10c. Cette arête de coupe 10c n’est pas forcément vive et peut présenter un rayon (d’acuité d’arête - appelé r_β) ou encore un chanfrein (cf. ). Lors du brochage, la matière sectionnée va former un copeau 8 qui va se dérouler sur la face de coupe 10a (cf. ). Pour que ce copeau 8 soit généré de façon efficiente, la face de coupe 10a peut être inclinée dans deux directions. Ces deux inclinaisons sont caractérisées par deux angles : l’angle de coupe (γ) et l’angle d’inclinaison (λ_s), comme le montre la . Pour éviter à la matière de talonner sur l’outil juste après l’usinage, la face de dépouille 10b est inclinée par un angle appelé angle de dépouille (α).A tooth 10 is made up of two faces: the cutting face 10a and the relief face 10b, as shown in . The intersection between these two faces 10a, 10b is called cutting edge 10c. This cutting edge 10c is not necessarily sharp and may have a radius (edge sharpness - called r _β ) or even a chamfer (cf. ). During broaching, the sectioned material will form a chip 8 which will unfold on the cutting face 10a (cf. ). So that this chip 8 is generated efficiently, the cutting face 10a can be inclined in two directions. These two inclinations are characterized by two angles: the cutting angle (γ) and the inclination angle (λ _s ), as shown in . To prevent the material from hitting the tool just after machining, the relief face 10b is inclined by an angle called the clearance angle (α).

La montre les différentes zones de déformation de la matière lors du contact entre l’outil et la matière.There shows the different zones of deformation of the material during contact between the tool and the material.

Une zone de cisaillement primaire (ZCP) 16 s’étend de l’arête de coupe 10c jusqu’à la surface libre du copeau 8. Dans cette zone 16, des déformations plastiques intenses vont être générées par le contact entre l’outil et la pièce. Les vitesses de déformation peuvent atteindre 10⁵s^-1. A titre de comparaison, ce niveau de déformation plastique n’est pas atteignable par des essais mécaniques classiques (10²à 10³s^-1maximum) mais uniquement par des essais de type balistiques. Lié à cet écrouissage de la matière, le matériau va accommoder cette déformation, entre autre, en générant de la chaleur. Comme les phénomènes sont extrêmement rapides, la chaleur ne peut pas être dissipée à travers le matériau. La température va donc augmenter rapidement de façon locale dans une bande 18 appelée bande de cisaillement adiabatique selon un plan de cisaillement orienté selon un angle appelé φ. Cette augmentation de la température va réduire les propriétés du matériau facilitant le cisaillement du matériau et l’apparition du copeau 8. La limite de rupture en cisaillement devient alors moins importante. Ce phénomène est appelé adoucissement thermique du matériau. L’angle φ et l’épaisseur e du copeau 8 vont dépendre de l’avance, de la profondeur de passe, du matériau usiné et de la géométrie de l’outil.A primary shear zone (ZCP) 16 extends from the cutting edge 10c to the free surface of the chip 8. In this zone 16, intense plastic deformations will be generated by the contact between the tool and the piece. Strain rates can reach 10 ⁵ s ^-1 . For comparison, this level of plastic deformation is not achievable by conventional mechanical tests (10 ² to 10 ³ s ^-1 maximum) but only by ballistic type tests. Linked to this work hardening of the material, the material will accommodate this deformation, among other things, by generating heat. As the phenomena are extremely rapid, heat cannot be dissipated through the material. The temperature will therefore increase rapidly locally in a band 18 called adiabatic shear band along a shear plane oriented at an angle called φ. This increase in temperature will reduce the properties of the material, facilitating shearing of the material and the appearance of chip 8. The limit of shear failure then becomes less significant. This phenomenon is called thermal softening of the material. The angle φ and the thickness e of the chip 8 will depend on the feed, the depth of cut, the material machined and the geometry of the tool.

La zone de cisaillement secondaire (ZCS) 20 se trouve à l’interface outil-copeau. Elle est le siège de frottements intenses impliquant des contraintes thermomécaniques très importantes. Ce phénomène amène à la création d’une usure sur la face de coupe 10a de l’outil appelée usure en cratère.Secondary shear zone (SZZ) 20 is located at the tool-chip interface. It is the site of intense friction involving very significant thermomechanical constraints. This phenomenon leads to the creation of wear on the cutting face 10a of the tool called crater wear.

La zone de cisaillement tertiaire (ZCT) 22 est localisée entre la face de dépouille 10b de l’outil et la surface de la matière fraîchement usinée à proximité de l’arête de coupe 10c. Les interactions entre la face de dépouille 10b et cette matière fraîchement usinée prennent leur genèse au niveau de l’arête de coupe 10c. En effet, à proximité de l’arête 10c (hors zone de cisaillement primaire 16), la pression exercée par l’outil sur le matériau à usiner génère des déformations élasto-plastiques au sein du matériau. Comme il existe un mouvement relatif entre l’outil et la matière à usiner, cette dernière fraichement usinée va passer « sous » la face de dépouille 10b. N’étant plus contrainte par l’arête 10c de l’outil, la partie élastique de la déformation va tendre à s’annihiler et la matière va tendre à retrouver sa position initiale vers le côté libre de contrainte, c’est-à-dire, en direction de l’outil. Ce phénomène s’appelle le retour élastique. Selon l’intensité de ce retour élastique qui va dépendre, entre autres, des caractéristiques mécaniques du matériau usiné, un frottement plus ou moins intense sur la face de dépouille 10b de l’outil. Ce phénomène est à l’origine de l’usure sur la face de dépouille 10b de l’outil appelée usure en dépouille.The tertiary shear zone (ZCT) 22 is located between the clearance face 10b of the tool and the surface of the freshly machined material near the cutting edge 10c. The interactions between the flank face 10b and this freshly machined material take their genesis at the level of the cutting edge 10c. Indeed, near the edge 10c (excluding primary shear zone 16), the pressure exerted by the tool on the material to be machined generates elastoplastic deformations within the material. As there is a relative movement between the tool and the material to be machined, the latter freshly machined will pass “under” the draft face 10b. No longer constrained by the edge 10c of the tool, the elastic part of the deformation will tend to annihilate and the material will tend to return to its initial position towards the side free of constraint, i.e. say, towards the tool. This phenomenon is called springback. Depending on the intensity of this elastic return which will depend, among other things, on the mechanical characteristics of the machined material, a more or less intense friction on the clearance face 10b of the tool. This phenomenon is the cause of wear on the flank face 10b of the tool called flank wear.

Ces interactions multiples au niveau de l’arête 10c et aux interfaces sur les faces 10a, 10b vont générer dans le cas du brochage des efforts dans les trois dimensions de l’espace.These multiple interactions at the edge 10c and at the interfaces on the faces 10a, 10b will generate, in the case of broaching, forces in the three dimensions of space.

Les alvéoles ont une géométrie complexe dont les contraintes géométriques sont nombreuses. Dans ce qui suit, il sera décrit uniquement les contraintes géométriques qui seront utiles pour la description de la problématique et de la solution apportée. De même, des exemples seront donnés sur des alvéoles type queue d’aronde mais la logique est la même pour des alvéoles de type pied de sapin.The cells have a complex geometry with numerous geometric constraints. In what follows, only the geometric constraints will be described which will be useful for the description of the problem and the solution provided. Likewise, examples will be given on dovetail type cells but the logic is the same for fir base type cells.

Afin d’assurer le positionnement de l’aube au niveau de l’alvéole et de minimiser les fuites entre autres, le profil ou la forme des alvéoles est fortement tolérancées. Les tolérances les plus serrées se trouvent au niveau des flancs actifs 24 de l’alvéole 26 qui sont au contact de l’aube en fonctionnement (cf. figure 11a). Les tolérances sont communément de l’ordre de quelques micromètres à plusieurs dizaines de micromètres. Dans les autres zones de l’alvéole 26, les plages de tolérance sont moins serrées mais restent en dessous du dixième de millimètre tout au long du profil.In order to ensure the positioning of the blade at the level of the cell and to minimize leaks among other things, the profile or shape of the cells is highly tolerated. The tightest tolerances are found at the level of the active sides 24 of the cell 26 which are in contact with the blade in operation (see Figure 11a). Tolerances are commonly of the order of a few micrometers to several tens of micrometers. In the other areas of cell 26, the tolerance ranges are less tight but remain below a tenth of a millimeter throughout the profile.

Le contrôle de ce profil ou de la forme se fait dans le (ou les) plan(s) normal(aux) théorique(s) à l’axe de l’alvéole 26, qui est assimilable à l’axe AA de l’outil. De même, si seul le profil est considéré, la mesure se fait au milieu de l’alvéole 26.The control of this profile or shape is done in the theoretical normal plane(s) to the axis of the cell 26, which is comparable to the axis AA of the tool. Likewise, if only the profile is considered, the measurement is made in the middle of cell 26.

Trois angles caractérisent une alvéole 26 :Three angles characterize a cell 26:

- l’angle de brochage μ₁: il s’agit de l’angle d’inclinaison de l’alvéole 26 selon la direction de l’axe de l’alvéole (cf. figures 11a-11b),- the pinout angle μ ₁ : this is the angle of inclination of the cell 26 in the direction of the axis of the cell (see Figures 11a-11b),

- l’angle de perpendicularité μ₂: il s’agit de l’angle d’inclinaison de l’alvéole 26 dans le plan de l’axe de l’alvéole (cf. figures 12a-12c),- the angle of perpendicularity μ ₂ : this is the angle of inclination of the cell 26 in the plane of the axis of the cell (see Figures 12a-12c),

- l’angle de convergence μ₃: il s’agit de l’angle d’inclinaison par rapport l’axe radial de la pièce dans le plan normal à l’axe de l’alvéole (cf. figures 13a-13b)- the convergence angle μ ₃ : this is the angle of inclination relative to the radial axis of the part in the plane normal to the axis of the cell (see figures 13a-13b)

Les écarts par rapport à ces valeurs d’angle exigés au plan sont appelés respectivement erreur d’angle de brochage μ₁, erreur d’angle de perpendicularité μ₂et erreur d’angle de convergence μ₃. Les tolérances sur ces angles, c’est-à-dire les erreurs maximales admissibles sont de quelques dixièmes de degré.The deviations from these required angle values on the plane are called respectively pinout angle error μ ₁ , perpendicularity angle error μ ₂ and convergence angle error μ ₃ . The tolerances on these angles, that is to say the maximum admissible errors, are a few tenths of a degree.

Les flancs actifs 24 étant en contact avec l’aube, des exigences de planéité et de rectitude serrées sur ces flancs actifs 24 sont exigés pour assurer le bon positionnement de l’aube en fonctionnement et éviter toutes surcontraintes locales liées à un mauvais placement de l’aube. A titre indicatif, l’ordre de grandeur de ces exigences est de l’ordre du micromètre au dixième de millimètre.The active sides 24 being in contact with the blade, tight flatness and straightness requirements on these active sides 24 are required to ensure the correct positioning of the blade in operation and avoid any local overstresses linked to poor placement of the blade. 'dawn. As an indication, the order of magnitude of these requirements is in the order of a micrometer to a tenth of a millimeter.

Comme indiqué plus haut, l’interaction entre le copeau 8, la matière et l’arête de coupe 10c des éléments de broche va conduire à générer des efforts dans les trois dimensions. De façon simplifiée, la présente les efforts générés par le brochage d’un élément simple droit dont la forme 12 à brocher est droite. Dans cet exemple, et afin de faciliter la compréhension, seule une paire de dents 10 usinera la matière, la paire de dents suivante n’entrant dans la matière que lorsque la précédente est déjà sortie. Cette illustration est donnée à titre d’exemple simple car cette configuration d’élément n’existe pas en général.As indicated above, the interaction between the chip 8, the material and the cutting edge 10c of the spindle elements will lead to the generation of forces in all three dimensions. In a simplified way, the presents the forces generated by the broaching of a simple straight element whose shape 12 to be broached is straight. In this example, and in order to facilitate understanding, only a pair of teeth 10 will machine the material, the next pair of teeth only entering the material when the previous one has already exited. This illustration is given as a simple example because this element configuration does not generally exist.

La représente schématiquement l’évolution des efforts suite aux différents passages des paires de dents dans la matière. Sur cette configuration où la forme 12 à brocher est droite, les deux dents 10 de part et d’autre de l’âme de la broche vont entrer dans la matière au même moment générant des efforts radiaux (Fxi – avec i le numéro de la dent 10 considéré) sur chaque dent 12 qui vont se compenser si les caractéristiques géométriques de ces deux dents sont identiques (Fx1 = Fx2) : il n’y aura donc pas de composante Fx si l’on prend comme référentiel la broche. Par contre, à chaque entrée des deux dents, les efforts selon l’axe AA de brochage (Fz) et selon l’axe Y normal au fond de la forme 12 (Fy) vont s’additionner et monter jusqu’à une certaine valeur liée aux caractéristiques de la broche, des paramètres de coupe de brochage et du matériau de la pièce entre autres. Dans la , le rectangle en traits pointillés représente le passage d’une paire de dents dans la matière.There schematically represents the evolution of the forces following the different passages of the pairs of teeth in the material. On this configuration where the shape 12 to be broached is straight, the two teeth 10 on either side of the core of the pin will enter the material at the same time generating radial forces (Fxi – with i the number of the tooth 10 considered) on each tooth 12 which will compensate for each other if the geometric characteristics of these two teeth are identical (Fx1 = Fx2): there will therefore be no Fx component if we take the spindle as a reference. On the other hand, at each entry of the two teeth, the forces along the broaching axis AA (Fz) and along the axis Y normal to the bottom of the shape 12 (Fy) will add up and rise to a certain value related to the characteristics of the spindle, broaching cutting parameters and workpiece material among others. In the , the rectangle with dotted lines represents the passage of a pair of teeth through the material.

Les figures 16a et 16b représentent schématiquement l’évolution des efforts suite aux différents passages des paires de dents 10 dans la matière avec une configuration de forme inclinée. En faisant l’hypothèse que le décalage d entre les deux dents 10 permet à ce que leur entrée dans la matière soit simultanée et que les caractéristiques géométriques des deux dents 10 soient identiques, la composante radial Fx ne peut se compenser. En effet, l’entrée dans la matière ne se fait pas de la même façon. L’effort Fx1 est supérieur à l’effort Fx2 ou inversement, créant cette composante d’effort radial à l’engagement et au dégagement de l’outil. Cet effort radial a une conséquence sur la tenue des caractéristiques géométriques de l’alvéole.Figures 16a and 16b schematically represent the evolution of the forces following the different passages of the pairs of teeth 10 in the material with an inclined shape configuration. By assuming that the offset d between the two teeth 10 allows their entry into the material to be simultaneous and that the geometric characteristics of the two teeth 10 are identical, the radial component Fx cannot compensate for each other. Indeed, entry into the subject is not done in the same way. The force Fx1 is greater than the force Fx2 or vice versa, creating this radial force component when engaging and disengaging the tool. This radial force has a consequence on the maintenance of the geometric characteristics of the cell.

De même, la composante d’effort selon l’axe Y normal au fond de la forme 12 (Fy) a aussi un impact sur l’angle de perpendicularité.Likewise, the force component along the Y axis normal to the bottom of shape 12 (Fy) also has an impact on the angle of perpendicularity.

La génération d’une composante d’effort Fx a un impact direct sur les caractéristiques géométriques de l’alvéole 26. En premier lieu, lors de l’engagement dans la matière, le léger couple induit sur la broche a tendance à induire une légère rotation relative de la broche par rapport à la pièce préférentiellement dans le plan XY perpendiculaire à l’axe AA. Lors de cette phase d’entrée, les efforts Fx1 et Fx2 évoluant drastiquement de façon différente, cette rotation va être évolutive. La rigidité de la pièce liée à son serrage dans l’outillage et la rigidité de la broche dans son attache limite cette rotation mais ne peut l’éliminer lors de l’engagement de la broche dans la matière. Une fois la broche engagée dans la matière, la valeur de cette rotation relative va devenir constante tout au long de l’usinage jusqu’à la sortie de la broche de la matière où la broche ne va plus être soumise à cette composante radiale. En sortie de broche, le même phénomène qu’à l’entrée va se déroulerThe generation of a force component Fx has a direct impact on the geometric characteristics of the cell 26. Firstly, when engaging the material, the slight torque induced on the spindle tends to induce a slight relative rotation of the spindle relative to the part preferably in the XY plane perpendicular to the AA axis. During this entry phase, the efforts Fx1 and Fx2 evolving drastically differently, this rotation will be progressive. The rigidity of the part linked to its clamping in the tooling and the rigidity of the spindle in its attachment limits this rotation but cannot eliminate it when engaging the spindle in the material. Once the spindle is engaged in the material, the value of this relative rotation will become constant throughout the machining until the spindle exits the material where the spindle will no longer be subjected to this radial component. At the spindle output, the same phenomenon as at the input will take place

La première conséquence est sur la non obtention de l’angle de brochage μ₁sur pièce dans les tolérances du dessin de définition liée à la légère rotation selon le plan XY précité. De même, si cet angle n’est pas conforme, comme la mesure du profil est réalisée selon le plan normal à l’axe AA de l’alvéole 26, le profil peut être non conforme car « déformé » par rapport à ce référentiel.The first consequence is the failure to obtain the broaching angle μ ₁ on the part within the tolerances of the definition drawing linked to the slight rotation according to the aforementioned XY plane. Likewise, if this angle is not compliant, as the measurement of the profile is carried out according to the plane normal to axis AA of the cell 26, the profile may be non-compliant because it is "deformed" in relation to this frame of reference.

La seconde conséquence concerne la rectitude et la planéité des flancs actifs 24. En effet, à l’entrée et à la sortie de la matière, la rotation relative évolue. Elle ne sera stable que lorsque les deux dents 10 seront rentrées totalement en pleine matière. Il peut donc y a voir une légère évolution de l’angle de brochage μ₁en entrée et en sortie. Cet angle évolutif impacte alors la rectitude et la planéité de l’alvéole 26 et en particulier au niveau des flancs actifs 24 où la tolérance est importante.The second consequence concerns the straightness and flatness of the active sides 24. In fact, at the entry and exit of the material, the relative rotation changes. It will only be stable when the two teeth 10 are fully inserted into the material. There can therefore be seen a slight change in the pinout angle μ ₁ at the input and output. This evolving angle then impacts the straightness and flatness of the cell 26 and in particular at the level of the active flanks 24 where the tolerance is important.

Dans la technique actuelle, aucune technique ne permet d’équilibrer les efforts radiaux générés par le brochage. De même aucune modélisation n’a été mise en place pour définir les caractéristiques des broches de telle sorte à minimiser les efforts radiaux Fx1 et Fx2.In current technology, no technique makes it possible to balance the radial forces generated by broaching. Likewise, no modeling has been implemented to define the characteristics of the spindles in such a way as to minimize the radial forces Fx1 and Fx2.

Des non-conformités en production sur le profil, sur la planéité ou sur la rectitude des flancs actifs 24 et sur les angles μ_1,μ_2,μ₃des alvéoles 26 sont à l’origine de recherche des méthodes pour équilibrer ou au moins minimiser ces efforts radiaux.Non-conformities in production on the profile, on the flatness or on the straightness of the active sides 24 and on the angles μ _1, μ _2, μ ₃ of the cells 26 are at the origin of the search for methods to balance or at least minimize these radial forces.

La présente invention apporte une solution à ce problème, qui est simple, efficace et économique.The present invention provides a solution to this problem, which is simple, effective and economical.

L’invention présentée dans ce document a pour principale application le brochage de deux typologies d’alvéoles : en queue d’aronde et en pied de sapin. Ces alvéoles peuvent être droites (l’axe de l’alvéole est colinéaire à l’axe pièce), ou inclinées : l’axe de l’alvéole est incliné par rapport à l’axe de la pièce.The main application of the invention presented in this document is the broaching of two types of cells: dovetail and fir base. These cells can be straight (the axis of the cell is collinear with the part axis), or inclined: the axis of the cell is inclined relative to the axis of the part.

Selon un premier aspect de l’invention, l’invention propose un procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, l’usinage étant réalisé par brochage au moyen d’au moins un élément de broche,According to a first aspect of the invention, the invention proposes a method of machining cell(s) in a metal part, the machining being carried out by broaching using at least one pin element,

l’alvéole ou chaque alvéole à former comportant un fond et deux flancs latéraux, l’alvéole comportant un axe de brochage Z, un axe Y normal au fond de l’alvéole, et un axe X perpendiculaire aux axes X et Z pour former un repère XYZ,the cell or each cell to be formed comprising a bottom and two lateral sides, the cell comprising a broaching axis Z, an axis Y normal to the bottom of the cell, and an axis XYZ mark,

l’élément de broche ayant une forme allongée le long d’un axe correspondant à l’axe de brochage Z et comportant des paires de dents réparties le long de cet axe, chaque paire de dents comportant deux dents latérales, respectivement gauche et droite, configurées pour usiner les flancs latéraux de l’alvéole, chacune des dents comportant une face de coupe et une face de dépouille dont l’intersection forme une arête de coupe, la face de coupe présentant un angle de coupe global avec un plan perpendiculaire audit axe, qui est mesuré dans un plan YZ, et un angle d’inclinaison global avec le plan perpendiculaire audit axe, qui est mesuré dans un plan XZ,the spindle element having an elongated shape along an axis corresponding to the broaching axis Z and comprising pairs of teeth distributed along this axis, each pair of teeth comprising two lateral teeth, respectively left and right, configured to machine the lateral flanks of the cell, each of the teeth comprising a cutting face and a relief face whose intersection forms a cutting edge, the cutting face presenting an overall cutting angle with a plane perpendicular to said axis , which is measured in a YZ plane, and a global inclination angle with the plane perpendicular to said axis, which is measured in an XZ plane,

la pièce métallique comportant une face d’entrée destinée à venir au contact de l’élément de broche lors du début du brochage, qui est inclinée d’un angle par rapport audit axe,the metal part comprising an entry face intended to come into contact with the spindle element when broaching begins, which is inclined at an angle relative to said axis,

le procédé comprenant les étapes consistant, pour chaque paire de dents, à :the method comprising the steps consisting, for each pair of teeth, of:

- figer un angle d’inclinaison global de la face de coupe de la dent de gauche, ou respectivement de droite,- fix an overall inclination angle of the cutting face of the left, or respectively right, tooth,

- calculer un angle d’inclinaison global de la face de coupe de la dent ayant en apparence le plus petit angle d’inclinaison global, par l’équation :- calculate an overall inclination angle of the cutting face of the tooth apparently having the smallest overall inclination angle, by the equation:

pour la dent de gauche,for the left tooth,

ouOr

pour la dent de droite,for the right tooth,

ou calculer un angle d’inclinaison global de la face de coupe de la dent ayant en apparence le plus grand angle d’inclinaison global,or calculate an overall inclination angle of the cutting face of the tooth apparently having the largest overall inclination angle,

pour la dent de gauche,for the left tooth,

pour la dent de droite,for the right tooth,

etAnd

- fabriquer l’élément de broche avec ces paramètres et réaliser l’usinage de la pièce métallique avec l’angle précité de sa face d’entrée.- manufacture the spindle element with these parameters and machining the metal part with the aforementioned angle of its entry face.

En pratique donc, on fige l’angle de coupe global de l’une des dents puis, selon qu’il s’agit de la dent de droite ou de gauche et qu’il s’agit, parmi les dents de droite et de gauche, celle qui a en apparence la plus grande valeur pour cet angle de coupe global, on utilise l’une des équations parmi les équations [MATH1], [MATH2], [MATH3] et [MATH4] pour calculer l’angle de coupe global de l’autre des dents.In practice therefore, we freeze the overall cutting angle of one of the teeth then, depending on whether it is the right or left tooth and whether it is, among the right and left teeth, left, the one which apparently has the greatest value for this overall cutting angle, we use one of the equations among the equations [MATH1], [MATH2], [MATH3] and [MATH4] to calculate the cutting angle overall of the other of the teeth.

La particularité de cet aspect de l’invention est de définir la géométrie d’un élément de broche réalisant une forme inclinée (l’exemple cité dans ce document est une alvéole de n’importe quelle forme). Plus particulièrement, cette invention décrit comment créer un élément de broche dont l’orientation des dents du côté droit et du côté gauche de cet élément est différente à partir d’une modélisation numérique afin de minimiser les composantes des efforts non colinéaires à l’axe principal AA de la broche (Fx et Fy). La détermination de l’angle d’inclinaison de l’orientation des faces de coupe permet de minimiser les composantes d’efforts Fx et Fy peut être faite de façon itérative manuellement ou par un programme d’optimisation.The particularity of this aspect of the invention is to define the geometry of a spindle element producing an inclined shape (the example cited in this document is a cell of any shape). More particularly, this invention describes how to create a spindle element whose orientation of the teeth on the right side and the left side of this element is different from digital modeling in order to minimize the components of the forces not collinear with the axis. main AA of the spindle (Fx and Fy). Determining the angle of inclination of the orientation of the cutting faces makes it possible to minimize the force components Fx and Fy can be done iteratively manually or by an optimization program.

L’objectif final de la minimisation des composantes des efforts non colinéaires à l’axe principal de la broche (Fx et Fy) est de réduire les non conformités géométriques des alvéoles vis-à-vis des angles d’inclinaison (brochage, perpendicularité et convergence), le profil de l’alvéole et la rectitude / la planéité des flancs actifs.The final objective of minimizing the components of the forces not collinear with the main axis of the spindle (Fx and Fy) is to reduce the geometric non-conformities of the cells with respect to the angles of inclination (broaching, perpendicularity and convergence), the profile of the cell and the straightness/flatness of the active sides.

Dans la présente demande, on distingue l’angle de coupe global de l’angle de coupe local. L’angle de coupe global a une valeur unique pour une dent alors que l’angle de coupe local varie le long du profil de la dent. De la même façon, on distingue l’angle d’inclinaison global de l’angle d’inclinaison local. L’angle d’inclinaison global a une valeur unique pour une dent alors que l’angle d’inclinaison local varie le long du profil de la dent.In the present application, a distinction is made between the global rake angle and the local rake angle. The global rake angle has a single value for a tooth while the local rake angle varies along the tooth profile. In the same way, we distinguish the global inclination angle from the local inclination angle. The global inclination angle has a single value for a tooth while the local inclination angle varies along the tooth profile.

Dans la présente demande, l’alvéole a une forme quelconque et comprend un fond situé entre deux flancs latéraux. L’alvéole a par exemple une forme générale en U, V, sapin, queue d’aronde, etc.In the present application, the cell has any shape and comprises a bottom located between two side walls. The cell has, for example, a general shape like U, V, fir, dovetail, etc.

Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :The method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation from each other, or in combination with each other:

• les dents de gauche ont le même angle d’inclinaison global, et les dents de droite ont le même angle d’inclinaison global,the teeth on the left have the same overall tilt angle, and the teeth on the right have the same overall tilt angle,
• -- l’angle d’inclinaison global des dents de gauche peut être différent de l’angle d’inclinaison des dents de droite,-- the overall inclination angle of the left teeth may be different from the inclination angle of the right teeth,
• après l’étape de calcul de l’angle d’inclinaison, l’angle de coupe global (γ_n0) de chaque dent est calculé de façon à réduire l’effort Fy selon l’axe Y appliqué sur cette dent jusqu’à une valeur minimale,after the step of calculating the angle of inclination, the overall cutting angle (γ _n0 ) of each tooth is calculated so as to reduce the force Fy along the Y axis applied to this tooth up to a minimum value,
• la pièce métallique s’étend dans un plan qui est incliné de l’angle par rapport audit axe,the metal part extends in a plane which is inclined by the angle relative to said axis,
• la pièce métallique est un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, les alvéoles étant formées à la périphérie du disque et destinées à recevoir des pieds d’aubes,the metal part is a rotor disk for an aircraft turbomachine, the cells being formed at the periphery of the disk and intended to receive blade roots,
• le plan dans lequel s’étend le disque est perpendiculaire à un axe de révolution de ce disque,the plane in which the disk extends is perpendicular to an axis of revolution of this disk,
• l’angle de la face d’entrée est compris entre 1 et 50°,the angle of the entry face is between 1 and 50°,
• l’angle de la face d’entrée est supérieur à l’angle d’inclinaison global de chacune des dents,the angle of the entry face is greater than the overall inclination angle of each of the teeth,
• l’angle de coupe global est égal à 0°,the overall cutting angle is equal to 0°,
• l’angle d’inclinaison global de chacune des dents est compris entre 1 et 30°, et de préférence entre 5 et 25°,the overall angle of inclination of each of the teeth is between 1 and 30°, and preferably between 5 and 25°,
• la pièce métallique est en alliage à base de titane.the metal part is made of a titanium-based alloy.

Selon un second aspect de l’invention, l’invention propose un procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, l’usinage étant réalisé par brochage au moyen d’au moins un élément de broche,According to a second aspect of the invention, the invention proposes a method of machining cell(s) in a metal part, the machining being carried out by broaching using at least one pin element,

l’alvéole ou chaque alvéole à former comportant un fond et deux flancs latéraux, l’alvéole comportant un axe de brochage Z, un axe Y normal au fond de l’alvéole, et un axe X perpendiculaire aux axes X et Z pour former un repère XYZ,the cell or each cell to be formed comprising a bottom and two lateral sides, the cell comprising a broaching axis Z, an axis Y normal to the bottom of the cell, and an axis XYZ mark,

l’élément de broche ayant une forme allongée le long d’un axe correspondant à un axe de brochage et comportant des paires de dents réparties le long de cet axe, chaque paire de dents comportant deux dents latérales, respectivement gauche et droite, configurées pour usiner les flancs latéraux de l’alvéole, chacune des dents comportant une face de coupe et une face de dépouille dont l’intersection forme une arête de coupe, la face de coupe présentant un angle de coupe global avec un plan perpendiculaire audit axe, qui est mesuré dans le plan YZ, et un angle d’inclinaison global avec le plan perpendiculaire audit axe, qui est mesuré dans le plan XZ,the spindle element having an elongated shape along an axis corresponding to a broaching axis and comprising pairs of teeth distributed along this axis, each pair of teeth comprising two lateral teeth, left and right respectively, configured to machine the lateral flanks of the cell, each of the teeth comprising a cutting face and a relief face whose intersection forms a cutting edge, the cutting face presenting an overall cutting angle with a plane perpendicular to said axis, which is measured in the YZ plane, and a global inclination angle with the plane perpendicular to said axis, which is measured in the XZ plane,

la pièce métallique comportant une face d’entrée destinée à venir au contact de l’élément de broche lors du début du brochage, qui est inclinée d’un angle par rapport audit axe,the metal part comprising an entry face intended to come into contact with the spindle element when broaching begins, which is inclined at an angle relative to said axis,

le procédé comprenant les étapes consistant, pour chaque paire de dents, à :the method comprising the steps consisting, for each pair of teeth, of:

- discrétiser l’arête de coupe de la dent de gauche, ou respectivement de droite, en un nombre N_iZde segments successifs,- discretize the cutting edge of the left tooth, or respectively the right tooth, into a number N _iZ of successive segments,

- déterminer ou estimer une progression à la dent au niveau de chacun de ces segments, ou un effort Fx auquel est soumise la dent au niveau de chacun de ces segments, cet effort étant orienté suivant l’axe X,- determine or estimate a progression of the tooth at the level of each of these segments, or a force Fx to which the tooth is subjected at the level of each of these segments, this force being oriented along the X axis,

- calculer une position suivant l’axe X du barycentre de ces segments, qui est pondérée :- calculate a position along the X axis of the barycenter of these segments, which is weighted:

+ par les progressions à la dent de ces segments, suivant l’équation :+ by the progressions to the teeth of these segments, following the equation:

+ ou par les efforts sur ces segments suivant l’équation :+ or by the efforts on these segments following the equation:

dans lesquellesX _{n, iZ} est la position suivant l’axe X du segment n, etiZest le numéro de la dent,in whichX _{n, iZ} is the position along the X axis of segment n, andiZis the tooth number,

- calculer un décalaged _jpour la paire de dents j, suivant l’axe Z, entre les dents de droite et de gauche, à partir de la position du barycentre de ces segments,- calculate an offset d _j for the pair of teeth j, along the Z axis, between the right and left teeth, from the position of the barycenter of these segments,

selon les progressions à la dent des segments, par l’équation :according to the tooth progressions of the segments, by the equation:

ou selon les efforts sur les segments, par l’équation :or according to the forces on the segments, by the equation:

, et , And

- fabriquer l’élément de broche selon ces paramètres et réaliser l’usinage de la pièce métallique.- manufacture the spindle element according to these parameters and carry out the machining of the metal part.

La particularité de cette invention est de définir le décalage entre les dents de part et d’autre d’un élément de broche réalisant une forme inclinée (l’exemple cité dans ce document est une alvéole de n’importe quelle forme). Plus particulièrement, cette invention décrit deux méthodes de détermination de ce décalage par la méthode des barycentres géométriques et par la méthode des barycentres d’efforts basées sur des résultats de modélisation afin de minimiser les composantes des efforts non colinéaires à l’axe principal de la broche (Fx voire également Fy) et d’optimiser la continuité de la coupe (continuité des valeurs d’efforts = pas de variation brusque). Ces méthodes sont à appliquer selon les deux axes non colinéaires à l’axe principal AA de la broche (axes X et Y). Si cette méthode est utilisée selon ces deux axes, une optimisation sera nécessaire afin de déterminer les décalages optimaux. La détermination de ces décalages peut être faite de façon itérative manuellement ou par un programme d’optimisation.The particularity of this invention is to define the offset between the teeth on either side of a spindle element producing an inclined shape (the example cited in this document is a cell of any shape). More particularly, this invention describes two methods for determining this offset by the method of geometric barycenters and by the method of force barycenters based on modeling results in order to minimize the components of the forces not collinear with the main axis of the spindle (Fx or even Fy) and to optimize the continuity of the cut (continuity of force values = no sudden variation). These methods are to be applied along the two axes that are not collinear with the main axis AA of the spindle (axes X and Y). If this method is used along these two axes, optimization will be necessary to determine the optimal offsets. The determination of these offsets can be done iteratively manually or by an optimization program.

Le premier objectif de cette invention est la minimisation des composantes des efforts non colinéaires à l’axe principal de la broche (Fx et Fy). Ceci conduit à réduire les non-conformités géométriques des alvéoles vis-à-vis les angles d’inclinaisons (brochage, perpendicularité et convergence), le profil de l’alvéole et la rectitude / la planéité des flancs actifs.The first objective of this invention is the minimization of the components of the forces non-collinear to the main axis of the spindle (Fx and Fy). This leads to reducing the geometric non-conformities of the cells with respect to the inclination angles (broaching, perpendicularity and convergence), the profile of the cell and the straightness / flatness of the active sides.

Le second objectif de cette invention est d’améliorer la continuité de la coupe sur l’ensemble des composantes d’efforts. Cette continuité de la coupe permet de stabiliser et de rendre plus robuste l’opération de brochage. Ceci conduit à réduire les non-conformités géométriques citées précédemment et réduire drastiquement les dérives et aléas du procédé (endommagement outil, etc.).The second objective of this invention is to improve the continuity of the cut across all the force components. This continuity of the cut makes it possible to stabilize and make the broaching operation more robust. This leads to reducing the geometric non-conformities mentioned above and drastically reducing the deviations and hazards of the process (tool damage, etc.).

Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :The method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation from each other, or in combination with each other:

- le décalagedjentre les dents varie d’une paire de dents à une autre,- the gap between the teeth varies from one pair of teeth to another,

- le décalagedjentre les dents est identique pour toutes les paires de dents, les équations de calcul de la position du barycentre étant :- the offset dj between the teeth is identical for all pairs of teeth, the equations for calculating the position of the barycenter being:

ouOr

dans lesquellesZreprésente le nombre total de dents,in which Z represents the total number of teeth,

et le décalage global est calculé à partir de l’équation :and the overall offset is calculated from the equation:

ouOr

, ,

- le procédé comprend les étapes consistant à :- the process comprises the steps consisting of:

+ déterminer ou estimer un effort Fy auquel est soumise la dent au niveau de chacun des segments, cet effort étant orienté suivant l’axe Y,+ determine or estimate a force Fy to which the tooth is subjected at the level of each of the segments, this force being oriented along the Y axis,

+ calculer une position suivant l’axe Y et/ou la progression à la dent (h _{n, iZ} ) de chacun de ces segments pour vérifier l’équation :+ calculate a position along the Y axis and/or the progression to the tooth ( h _{n, iZ} ) of each of these segments to verify the equation:

OuOr

dans lesquelles est l’effort élémentaire suivant l’axe Y généré par le segment numéro n, sur la dent iZ,in which is the elementary force along the Y axis generated by segment number n, on tooth iZ,

- le procédé comprend les étapes consistant à :- the process comprises the steps consisting of:

+ pour au moins deux dents destinées à être simultanément en cours d’usinage, déterminer ou estimer un effort Fy auquel est soumise chaque dent au niveau de chacun des segments, cet effort étant orienté suivant l’axe Y,+ for at least two teeth intended to be simultaneously being machined, determine or estimate a force Fy to which each tooth is subjected at the level of each of the segments, this force being oriented along the Y axis,

+ calculer une position suivant l’axe Y et/ou la progression à la dent (h _{n, iZ} ) de chacun des segments de chaque dent pour vérifier l’équation :+ calculate a position along the Y axis and/or the progression to the tooth ( h _{n, iZ} ) of each of the segments of each tooth to verify the equation:

ouOr

dans lesquelles est l’effort élémentaire suivant l’axe Y généré par le segment numéro n, sur la dent iZ ;in which is the elementary force along the Y axis generated by segment number n, on tooth iZ;

- les paires de dents sont séparées les unes des autres par un pas qui est constant et qui est mesuré entre un point d’intersection de l’axe de l’élément de broche et un plan passant par les barycentres des dents d’une paire de dents, et un point d’intersection de l’axe de l’élément de broche et un autre plan passant par les barycentres des dents d’une paire de dents adjacente,- the pairs of teeth are separated from each other by a pitch which is constant and which is measured between a point of intersection of the axis of the spindle element and a plane passing through the centroids of the teeth of a pair of teeth, and a point of intersection of the axis of the spindle element and another plane passing through the barycenters of the teeth of an adjacent pair of teeth,

- la pièce métallique s’étend dans un plan qui est incliné de l’angle (δ) par rapport audit axe,- the metal part extends in a plane which is inclined by the angle (δ) relative to said axis,

- la pièce métallique est un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, les alvéoles étant formées à la périphérie du disque et destinées à recevoir des pieds d’aubes,- the metal part is a rotor disk for an aircraft turbomachine, the cells being formed at the periphery of the disk and intended to receive blade roots,

- le plan dans lequel s’étend le disque est perpendiculaire à un axe de révolution de ce disque,- the plane in which the disc extends is perpendicular to an axis of revolution of this disc,

- l’angle (δ) est compris entre 1 et 50°,- the angle (δ) is between 1 and 50°,

- l’angle de coupe global (γν0) est égal à 0°,- the overall cutting angle (γν0) is equal to 0°,

- l’angle d’inclinaison global (λ_s0) de chacune des dents est compris entre 1 et 30°, et de préférence entre 5 et 25°, et- the overall angle of inclination (λ _s0 ) of each of the teeth is between 1 and 30°, and preferably between 5 and 25°, and

- la pièce métallique est en alliage à base de titane.- the metal part is made of a titanium-based alloy.

Selon un troisième aspect de l’invention, l’invention propose un procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, l’usinage étant réalisé par brochage au moyen d’au moins un élément de broche,According to a third aspect of the invention, the invention proposes a method of machining cell(s) in a metal part, the machining being carried out by broaching by means of at least one pin element,

l’alvéole ou chaque alvéole à former comportant un fond et deux flancs latéraux, l’alvéole comportant un axe de brochage Z, un axe Y normal au fond de l’alvéole, et un axe X perpendiculaire aux axes X et Z pour former un repère XYZ,the cell or each cell to be formed comprising a bottom and two lateral sides, the cell comprising a broaching axis Z, an axis Y normal to the bottom of the cell, and an axis XYZ mark,

l’élément de broche ayant une forme allongée le long d’un axe correspondant à un axe de brochage et comportant des paires de dents réparties le long de cet axe, chaque paire de dents comportant deux dents latérales, respectivement gauche et droite, configurées pour usiner les flancs latéraux de l’alvéole, chacune des dents comportant une face de coupe et une face de dépouille dont l’intersection forme une arête de coupe, la face de coupe présentant un angle de coupe global avec un plan perpendiculaire audit axe, qui est mesuré dans le plan YZ, et un angle d’inclinaison global avec le plan perpendiculaire audit axe, qui est mesuré dans le plan XZ,the spindle element having an elongated shape along an axis corresponding to a broaching axis and comprising pairs of teeth distributed along this axis, each pair of teeth comprising two lateral teeth, left and right respectively, configured to machine the lateral flanks of the cell, each of the teeth comprising a cutting face and a relief face whose intersection forms a cutting edge, the cutting face presenting an overall cutting angle with a plane perpendicular to said axis, which is measured in the YZ plane, and a global inclination angle with the plane perpendicular to said axis, which is measured in the XZ plane,

la pièce métallique comportant une face d’entrée destinée à venir au contact de l’élément de broche lors du début du brochage, qui est inclinée d’un angle par rapport audit axe,the metal part comprising an entry face intended to come into contact with the spindle element when broaching begins, which is inclined at an angle relative to said axis,

le procédé comprenant les étapes consistant à :the process comprising the steps consisting of:

- discrétiser l’arête de coupe d’au moins une dent en un nombre N_iZde segments successifs, et- discretize the cutting edge of at least one tooth into a number N _iZ of successive segments, and

- déterminer ou estimer un effort Fy auquel est soumise la ou chaque dent au niveau de chacun de ces segments, cet effort étant orienté suivant l’axe Y,- determine or estimate a force Fy to which the or each tooth is subjected at the level of each of these segments, this force being oriented along the Y axis,

+ calculer une position suivant l’axe Y de chacun de ces segments pour vérifier l’équation :+ calculate a position along the Y axis of each of these segments to verify the equation:

> pour une dent :> for a tooth:

ouOr

> pour plusieurs dents destinées à usiner simultanément :> for several teeth intended to be machined simultaneously:

ouOr

dans lesquelles est l’effort élémentaire suivant l’axe Y généré par le segment numéro n, sur la dent iZ,in which is the elementary force along the Y axis generated by segment number n, on tooth iZ,

, et, And

- fabriquer l’élément de broche selon ces paramètres et réaliser l’usinage de la pièce métallique.- manufacture the spindle element according to these parameters and carry out the machining of the metal part.

Les caractéristiques et étapes des procédés selon les différents aspects de l’invention sont combinables. Il est ainsi possible de fabriquer l’élément de broche à partir des paramètres calculés au moyen des différents aspects de l’invention.The characteristics and steps of the processes according to the different aspects of the invention are combinable. It is thus possible to manufacture the spindle element from the parameters calculated using the different aspects of the invention.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages will emerge from the following description of a non-limiting embodiment of the invention with reference to the appended drawings in which:

la est une vue schématique en coupe transversale de plusieurs alvéoles et formes qui peuvent être obtenues par un procédé d’usinage par brochage ; there is a schematic cross-sectional view of several cells and shapes which can be obtained by a broaching machining process;

la est une vue schématique en perspective d’un élément de broche pour un procédé d’usinage par brochage ; there is a schematic perspective view of a spindle element for a broaching machining process;

la est une vue schématique en coupe transversale d’une alvéole en sapin et montre des étapes successives d’enlèvement de matière par brochage pour l’obtention de cette alvéole ; there is a schematic cross-sectional view of a fir cell and shows successive steps of material removal by broaching to obtain this cell;

la est une vue schématique en coupe axiale d’un outil de brochage et montre deux dents successives de cet outil ; there is a schematic view in axial section of a broaching tool and shows two successive teeth of this tool;

la est une vue similaire à celle de la et montre l’enlèvement de matière et la formation d’un copeau lors de l’usinage d’une pièce par les dents de l’outil ; there is a view similar to that of the and shows the removal of material and the formation of a chip during the machining of a part by the teeth of the tool;

les figures 6a à 6c sont des vues très schématiques d’un outil de brochage et d’une pièce en cours d’usinage, et montrent deux orientations différentes de l’outil vis-à-vis de la pièce (figures 6a et 6b) et deux positions différentes de dents de l’outil selon l’axe de brochage (figures 6b et 6c) ; Figures 6a to 6c are very schematic views of a broaching tool and a part being machined, and show two different orientations of the tool with respect to the part (Figures 6a and 6b) and two different positions of teeth of the tool along the broaching axis (Figures 6b and 6c);

la est une vue schématique en perspective de deux dents adjacentes d’un outil de brochage et montrent les zones travaillantes de ces dents ; there is a schematic perspective view of two adjacent teeth of a broaching tool and shows the working areas of these teeth;

la est une vue schématique de l’usinage de la matière par une dent, et la formation d’un copeau ; there is a schematic view of the machining of the material by a tooth, and the formation of a chip;

la est une vue schématique en perspective de deux dents adjacentes d’un outil de brochage et montrent des caractéristiques géométriques de leurs arêtes de coupe ; there is a schematic perspective view of two adjacent teeth of a broaching tool and show geometric characteristics of their cutting edges;

la est une vue similaire à celle de la et montre des zones de cisaillement adiabatique de la matière en cours d’usinage ; there is a view similar to that of the and shows adiabatic shear zones of the material being machined;

les figures 11a et 11b sont des vues schématiques en perspective d’une alvéole, la figure 11b montrant une erreur sur l’angle de brochage μ₁de cette alvéole ; Figures 11a and 11b are schematic perspective views of a cell, Figure 11b showing an error in the pinout angle μ ₁ of this cell;

les figures 12a à 12c sont des vues très schématiques d’une alvéole, les figures 12b et 12c étant des vues en coupe selon la ligne A-A de la figure 12a, et la figure 12c montrant une erreur sur l’angle de perpendicularité μ₂de cette alvéole ; Figures 12a to 12c are very schematic views of a cell, Figures 12b and 12c being sectional views along line AA of Figure 12a, and Figure 12c showing an error on the angle of perpendicularity μ ₂ of this alveolus;

les figures 13a et 13b sont des vues très schématiques d’une alvéole, la figure 13b montrant une erreur sur l’angle de convergence μ₃de cette alvéole ; Figures 13a and 13b are very schematic views of a cell, Figure 13b showing an error in the convergence angle μ ₃ of this cell;

la est une vue schématique en coupe transversale d’un outil de brochage et d’une alvéole et montre des composantes d’efforts Fx, Fy et Fz appliquées sur les dents d’une paire de dents de cet outil ; there is a schematic cross-sectional view of a broaching tool and a socket and shows force components Fx, Fy and Fz applied to the teeth of a pair of teeth of this tool;

la est un graphe montrant de manière schématique l’évolution des trois composantes d’efforts lors du brochage d’une forme droite avec une seule paire de dents en prise avec la matière ; l’axe de abscisse représente la position de la dent et l’axe des ordonnées représente la force d’un effort ; there is a graph showing schematically the evolution of the three force components when broaching a straight shape with a single pair of teeth engaged with the material; the abscissa axis represents the position of the tooth and the ordinate axis represents the force of an effort;

les figures 16a et 16b sont respectivement un graphe et une vue similaires à ceux des figures 15 et 14, et représentent l’évolution des trois composantes d’efforts lors du brochage d’une forme inclinée avec une seule paire de dents en prise avec la matière ; Figures 16a and 16b are respectively a graph and a view similar to those of Figures 15 and 14, and represent the evolution of the three force components during the broaching of an inclined shape with a single pair of teeth engaged with the matter ;

les figures 17a et 17b montrent respectivement la superposition des profils des dents et de celui (en trait épais) usiné par les éléments de broches précédents, et la construction et le paramétrage de l’arête de coupe d’une dent ; Figures 17a and 17b respectively show the superposition of the tooth profiles and that (in thick lines) machined by the previous spindle elements, and the construction and configuration of the cutting edge of a tooth;

les figures 18a et 18b sont des vues, respectivement en coupe et en perspective, similaires à celles des figures 8 et 10, et montrent le paramétrage des grandeurs géométriques et des efforts locaux dans un plan orthogonal à l’arête de coupe et avec une représentation en 3D ; Figures 18a and 18b are views, respectively in section and in perspective, similar to those of Figures 8 and 10, and show the parameterization of the geometric quantities and local forces in a plane orthogonal to the cutting edge and with a representation In 3D ;

les figures 19a et 19b sont respectivement un graphe de représentation des efforts de coupe globaux appliqués à la broche, et une illustration de paramétrage des efforts dans le repère de l’outil (seules les dents étant représentées à la figure 19b) ; Figures 19a and 19b are respectively a graph representing the overall cutting forces applied to the spindle, and an illustration of parameterization of the forces in the tool reference (only the teeth being represented in Figure 19b);

les figures 20a à 20c comprennent une première illustration du type de celle de la figure 19b, une seconde illustration du type de celles des figures 6a à 6c, et une troisième illustration du type de celle de la figure 19a, et représentent une modélisation avec un angle d’inclinaison du disque qui est nul ; Figures 20a to 20c include a first illustration of the type of that of Figure 19b, a second illustration of the type of those of Figures 6a to 6c, and a third illustration of the type of that of Figure 19a, and represent a modeling with a angle of inclination of the disk which is zero;

les figures 21a à 21c sont similaires aux figures 20a à 20c et représentent une modélisation avec un angle d’inclinaison du disque qui est de 10° ; Figures 21a to 21c are similar to Figures 20a to 20c and represent a modeling with an angle of inclination of the disc which is 10°;

la est une vue schématique similaire à celle des figures 6a à 6c et montre un engagement différent à gauche et à droite de la broche dans la matière de la pièce à usiner ; there is a schematic view similar to that of Figures 6a to 6c and shows different engagement on the left and right of the spindle in the material of the workpiece;

la est une vue à plus grande échelle d’une partie de la et représente le paramétrage de l’inclinaison des faces de coupe des dents d’une même paire de dents ; there is a larger scale view of part of the and represents the parameterization of the inclination of the cutting faces of the teeth of the same pair of teeth;

les figures 24a à 24c sont similaires aux figures 21a à 21c et représentent une modélisation d’une broche améliorée avec des géométries de coupe différentes à gauche et à droite ; Figures 24a to 24c are similar to Figures 21a to 21c and represent a modeling of an improved spindle with different cutting geometries on the left and on the right;

les figures 25a à 25c sont des représentations graphiques qui montrent l’influence de la variation d’inclinaison des faces de coupe sur les efforts appliqués à l’outil ; Figures 25a to 25c are graphic representations which show the influence of the variation in inclination of the cutting faces on the forces applied to the tool;

les figures 26a à 26c sont similaires aux figures 21a à 21c et représentent une modélisation d’une broche améliorée avec des géométries de coupe différentes à gauche et à droite et une inclinaison autour de l’axe X des faces de coupe ; Figures 26a to 26c are similar to Figures 21a to 21c and represent a modeling of an improved spindle with different cutting geometries on the left and on the right and an inclination around the X axis of the cutting faces;

les figures 27a et 27b sont des vues schématiques d’une dent et montrent le positionnement selon X des barycentres pondérés respectivement par la progression locale h et par les efforts Fx locaux ; Figures 27a and 27b are schematic views of a tooth and show the positioning along X of the barycenters weighted respectively by the local progression h and by the local forces Fx;

la est une vue très schématique d’une broche et montre le paramétrage du décalage et du pas de ses dents; there is a very schematic view of a spindle and shows the offset and pitch setting of its teeth;

les figures 29a à 29c sont similaires aux figures 21a à 21c et représentent une modélisation de broches avec un premier décalage en prenant en compte la position des barycentres selon les efforts Fx ; Figures 29a to 29c are similar to Figures 21a to 21c and represent a modeling of pins with a first offset taking into account the position of the barycenters according to the forces Fx;

les figures 30a à 30c sont similaires aux figures 29a à 29c et représentent une modélisation de broches avec un second décalage en prenant en compte la position des barycentres selon les efforts Fx ; Figures 30a to 30c are similar to Figures 29a to 29c and represent a modeling of pins with a second offset taking into account the position of the barycenters according to the forces Fx;

la est une vue schématique d’une dent et montre le positionnement selon Y des sections coupées sur une dent de manière à annuler l’effort global appliqué sur celle-ci selon cet axe ; et there is a schematic view of a tooth and shows the positioning along Y of the sections cut on a tooth so as to cancel the overall force applied to it along this axis; And

la sont des vues schématiques d’une dent et montrent le positionnement selon Y des sections coupées sur deux dents en prise dans la matière à un instant donné, de manière à annuler l’effort global appliqué sur celle-ci selon cet axe. there are schematic views of a tooth and show the positioning along Y of the sections cut on two teeth engaged in the material at a given moment, so as to cancel the overall force applied to it along this axis.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

Les figures 1 à 16b ont été décrites dans ce qui précède.Figures 1 to 16b have been described in the above.

Le procédé selon l’invention est particulièrement adapté mais non exclusivement à l’usinage par brochage d’alvéoles dans un disque. Le disque a une forme annulaire autour d’un axe de révolution et comprend à sa périphérie des alvéoles formées par brochage qui sont destinées à recevoir des pieds d’aubes. L’ensemble formé par le disque et les aubes forme une roue de rotor qui peut être utilisée dans une turbomachine d’aéronef, par exemple dans un compresseur ou une turbine.The method according to the invention is particularly adapted but not exclusively to the machining by broaching of cells in a disc. The disc has an annular shape around an axis of revolution and includes at its periphery cells formed by broaching which are intended to receive blade roots. The assembly formed by the disc and the blades forms a rotor wheel which can be used in an aircraft turbomachine, for example in a compressor or a turbine.

Bien que la description qui suit soit faite en relation avec un disque, le procédé selon l’invention s’applique à n’importe quel type de pièce. Cette pièce présente une face d’entrée Fe destinée à venir au contact de l’élément de broche lors du début du brochage. Cette face d’entrée peut être inclinée d’un angle δ par rapport à l’axe AA. Lorsque la pièce est un disque, le disque s’étend dans un plan qui est incliné de l’angle δ par rapport à l’axe AA. Ce plan est perpendiculaire à l’axe de révolution du disque. L’angle d’inclinaison δ est par exemple compris entre 1 et 50°.Although the following description is made in relation to a disk, the method according to the invention applies to any type of part. This part has an entry face Fe intended to come into contact with the spindle element when broaching begins. This entry face can be inclined by an angle δ relative to axis AA. When the part is a disk, the disk extends in a plane which is inclined by the angle δ with respect to the axis AA. This plane is perpendicular to the axis of revolution of the disk. The angle of inclination δ is for example between 1 and 50°.

La pièce est métallique et par exemple réalisée en alliage à base de titaneThe part is metallic and for example made of a titanium-based alloy

De la même manière, bien que la description soit focalisée sur le brochage d’une alvéole en queue d’aronde, d’autres formes brochées sont envisageables. Une alvéole comporte un fond et deux flancs latéraux. L’alvéole comporte un axe de brochage Z, un axe Y normal au fond de l’alvéole, et un axe X perpendiculaire aux axes X et Z pour former un repère orthonormé XYZ.In the same way, although the description focuses on the broaching of a dovetail cell, other broached shapes are possible. A cell has a bottom and two side walls. The cell has a Z pinout axis, a Y axis normal to the bottom of the cell, and an X axis perpendicular to the X and Z axes to form an orthonormal XYZ coordinate system.

Comme évoqué dans ce qui précède, l’élément de broche a une forme allongée le long d’un axe AA correspondant à l’axe de brochage Z et comporte des paires de dents 10 réparties le long de cet axe. Chaque paire de dents comporte deux dents 10 latérales, respectivement gauche ou droite, configurées pour usiner les flancs latéraux 26 de l’alvéole 24. Chacune des dents 10 comporte une face de coupe 10a et une face de dépouille 10b dont l’intersection forme une arête de coupe 10c. La face de coupe 10a présente un angle de coupe global γ_n0entre la face de coupe 10a et un plan perpendiculaire à l’axe AA, qui est mesuré dans le plan YZ. La face de coupe 10a présente également un angle d’inclinaison global λ_s0entre la face de coupe 10a et le plan perpendiculaire à l’axe AA, qui est mesuré dans le plan XZ. L’angle d’inclinaison global λ_s0de chacune des dents est par exemple compris entre 1 et 30°, et de préférence entre 5 et 25°,As mentioned in the above, the spindle element has an elongated shape along an axis AA corresponding to the broaching axis Z and comprises pairs of teeth 10 distributed along this axis. Each pair of teeth comprises two lateral teeth 10, respectively left or right, configured to machine the lateral flanks 26 of the cell 24. Each of the teeth 10 comprises a cutting face 10a and a relief face 10b whose intersection forms a cutting edge 10c. The cutting face 10a has an overall cutting angle γ _n0 between the cutting face 10a and a plane perpendicular to the axis AA, which is measured in the plane YZ. The cutting face 10a also has an overall inclination angle λ _s0 between the cutting face 10a and the plane perpendicular to the axis AA, which is measured in the plane XZ. The overall inclination angle λ _s0 of each of the teeth is for example between 1 and 30°, and preferably between 5 and 25°,

Les inventeurs ont utilisé une modélisation généralisée pour déterminer l’impact des paramètres suivant sur la variation des efforts en brochage :The inventors used generalized modeling to determine the impact of the following parameters on the variation of broaching forces:

- inclination du disque δ (en exemple ici : l’angle de brochage),- inclination of the disk δ (for example here: the broaching angle),

- le décalage des dents (noté « d » précédemment), et- the offset of the teeth (noted “d” previously), and

- l’inclinaison de la face de coupe 10a pilotée par deux angles γ_n0et λ_s0, présentés sur les figures 17a et 17b.- the inclination of the cutting face 10a controlled by two angles γ _n0 and λ _s0 , presented in Figures 17a and 17b.

Le modèle est basé sur la méthodologie de discrétisation des arêtes de coupe, aussi appelée démarche du couple arête matière (CAM). C’est une méthode qui a été utilisée pour décrire des techniques d’usinage (tournage, fraisage, perçage…) et qui est ici appliquée au brochage.The model is based on the cutting edge discretization methodology, also called the material edge couple (CAM) approach. It is a method which has been used to describe machining techniques (turning, milling, drilling, etc.) and which is here applied to broaching.

Le point de départ de cette méthodologie est la connaissance du profil des dents 10 et de l’orientation de leurs faces de coupe 10a. La figure 17a montre le profil de l’ensemble des dents 10 de la broche qui est simulée, dans un plan orthogonal à la vitesse de déplacement de l’outil. Le trait épais représente la forme générée par les éléments de broche précédents. Sur la figure 17b, la face de coupe 10a plane a été inclinée selon deux angles : γ_n0et λ_s0. Ces angles sont mesurés en un point résultat de l’intersection du plan médian de la broche et de l’arête de coupe 10c. Dans l’état de l’art actuel, ce couple d’angle (γ_n0, λ_s0) est le même pour toutes les dents 10. Le profil est ensuite projeté sur la face de coupe 10a pour obtenir l’arête de coupe 10c. Le paramétrage des axes X, Y et Z du repère propre à chaque dent est aussi présenté sur cette figure 17b.The starting point of this methodology is knowledge of the profile of the teeth 10 and the orientation of their cutting faces 10a. Figure 17a shows the profile of all the teeth 10 of the spindle which is simulated, in a plane orthogonal to the speed of movement of the tool. The thick line represents the shape generated by the previous pin elements. In Figure 17b, the flat cutting face 10a has been inclined at two angles: γ _n0 and λ _s0 . These angles are measured at a point resulting from the intersection of the median plane of the spindle and the cutting edge 10c. In the current state of the art, this angle pair (γ _n0 , λ _s0 ) is the same for all teeth 10. The profile is then projected onto the cutting face 10a to obtain the cutting edge 10c . The configuration of the X, Y and Z axes of the reference specific to each tooth is also presented in this figure 17b.

L’arête de coupe 10c est ensuite discrétisée en de nombreux segments de petites tailles. Pour chacun des segments, des grandeurs qui ont une influence du point de vue des efforts peuvent être calculés ou estimés localement, comme l’angle de coupe (γ_n), l’angle d’inclinaison d’arête (λ_s), l’angle de dépouille (α_n), le rayon d’acuité d’arête (r_β) mais aussi la largeur du segment en question et la progression à la dent locale (h). Les figures 18a et 18b présentent ces différents paramètres.The cutting edge 10c is then discretized into numerous small segments. For each of the segments, quantities which have an influence from the point of view of the forces can be calculated or estimated locally, such as the cutting angle (γ _n ), the edge inclination angle (λ _s ), l the clearance angle (α _n ), the edge sharpness radius (r _β ) but also the width of the segment in question and the progression to the local tooth (h). Figures 18a and 18b present these different parameters.

Une loi de coupe locale, fonction des grandeurs géométriques précédemment déterminées, est ensuite utilisée pour calculer les efforts locaux appliqués sur chacun des segments de l’arête de coupe 12c. Cela permet de connaitre la répartition des efforts le long de l’arête 12c. Ces efforts sont ensuite orientés dans un repère propre à chaque dent 10 puis sommés pour obtenir les efforts appliqués sur chaque dent 10. Ils sont ensuite passés dans une base liée à l’outil de brochage et sommés pour obtenir les efforts de coupe générés par l’ensemble de l’outil en fonction de sa position par rapport à la pièce, comme présenté sur les figures 19a et 19b. Sur ces figures, la broche se déplace de la droite vers la gauche : dans le sens négatif.A local cutting law, a function of the geometric quantities previously determined, is then used to calculate the local forces applied to each of the segments of the cutting edge 12c. This allows us to know the distribution of forces along edge 12c. These forces are then oriented in a reference specific to each tooth 10 then summed to obtain the forces applied to each tooth 10. They are then passed into a base linked to the broaching tool and summed to obtain the cutting forces generated by the the entire tool as a function of its position relative to the part, as shown in Figures 19a and 19b. In these figures, the pin moves from right to left: in the negative direction.

Le paramétrage des efforts dans le repère de la broche est, dans le cadre de la figure 19b : γ_n0= -2°, λ_s0= 15°, inclinaison disque δ = 20°, h = 0,1 mm, pas = 15mm, épaisseur disque = 15 mm.The configuration of the forces in the spindle reference frame is, in the context of Figure 19b: γ _n0 = -2°, λ _s0 = 15°, disk inclination δ = 20°, h = 0.1 mm, pitch = 15mm , disc thickness = 15 mm.

Les modélisations présentées sur les figures 20a-20c et 21a-21c montrent l’influence de l’angle d’inclinaison δ du disque par rapport à la broche dans le cas où cette dernière ne possède pas de décalage (d = 0 - cf. figure 6a) entre les dents 10. Dix dents sont modélisées, réparties en cinq paires de dents.The models presented in Figures 20a-20c and 21a-21c show the influence of the angle of inclination δ of the disk relative to the spindle in the case where the latter does not have an offset (d = 0 - cf. figure 6a) between teeth 10. Ten teeth are modeled, distributed into five pairs of teeth.

Lorsque l’angle d’inclinaison δ est nul et que le décalage d l’est aussi, les paires de dents (entre le côté gauche et droit) rentrent en même temps dans la matière, ce qui conduit à un équilibrage des efforts Fx selon l’axe X. Ainsi, sur la modélisation des figures 20a-20c, les efforts Fx sont nuls. Cependant lorsque l’inclinaison δ du disque est non nulle mais que le décalage d l’est, l’engagement des paires de dents se fait avec un décalage, cela créé un déséquilibre selon X et les efforts Fx sur les figures 21a-21c ne sont plus égaux à zéro.When the angle of inclination δ is zero and the offset d is also zero, the pairs of teeth (between the left and right side) enter the material at the same time, which leads to a balancing of the forces Fx according to the X axis. Thus, on the modeling of Figures 20a-20c, the forces Fx are zero. However, when the inclination δ of the disc is non-zero but the offset d is, the engagement of the pairs of teeth is done with an offset, this creates an imbalance along X and the forces Fx in Figures 21a-21c do not are more equal to zero.

Le paramétrage des efforts dans le repère de la broche est, dans le cadre des figures 20c et 21c : γ_n0= -2°, λ_s0= 15°, inclinaison disque δ = 20°(pour la figure 21c), h = 0,1 mm, pas = 15mm, épaisseur disque = 15 mm.The parameterization of the forces in the spindle reference frame is, in the context of Figures 20c and 21c: γ _n0 = -2°, λ _s0 = 15°, disk inclination δ = 20° (for Figure 21c), h = 0 .1 mm, pitch = 15mm, disc thickness = 15 mm.

Une solution possible est de jouer sur la valeur du décalage d afin que les paires de dents entrent dans la matière au même moment. Cependant, même si l’engagement des dents se fait au même instant, les dents peuvent pénétrer dans la matière de manière différente d’un côté à l’autre de la broche si l’angle d’inclinaison δ du disque est supérieur à λ_s0(cf. ). Dans ce dernier cas, les dents s’engagent de manière similaire mais avec un retard pour un des côtés de la broche, ce qui empêche les efforts selon X de se compenser totalement lors de l’engagement et du dégagement des dents du fait que les portions de profils engagées au même moment sont différentes lors de ces deux phases.A possible solution is to play on the value of the offset d so that the pairs of teeth enter the material at the same time. However, even if the teeth engage at the same time, the teeth can penetrate the material differently from one side of the spindle to the other if the angle of inclination δ of the disc is greater than λ _s0 (cf. ). In the latter case, the teeth engage in a similar manner but with a delay for one side of the spindle, which prevents the forces along Portions of profiles engaged at the same time are different during these two phases.

Selon un premier aspect, pour que l’engagement des dents se fasse de la même manière sur l’ensemble de la broche, le procédé d’usinage selon l’invention comprend les étapes consistant, pour chaque paire de dents, à :According to a first aspect, so that the teeth are engaged in the same way over the entire spindle, the machining method according to the invention comprises the steps consisting, for each pair of teeth, of:

- figer un angle d’inclinaison global (λ_s0G, λ_s0D) de la face de coupe de la dent de gauche, ou respectivement de droite,- freeze a global inclination angle (λ _s0G , λ _s0D ) of the cutting face of the left, or respectively right, tooth,

- calculer un angle d’inclinaison global (λ_s0D, λ_s0G) de la face de coupe ayant en apparence le plus petit angle d’inclinaison global, par l’équation :- calculate an overall inclination angle (λ _s0D , λ _s0G ) of the cutting face apparently having the smallest overall inclination angle, by the equation:

pour le dent de gauche,for the left tooth,

ouOr

pour la dent de droite,for the right tooth,

ou calculer un angle d’inclinaison global de la face de coupe de la dent ayant en apparence le plus grand angle d’inclinaison global,or calculate an overall inclination angle of the cutting face of the tooth apparently having the largest overall inclination angle,

pour la dent de gauche,for the left tooth,

pour la dent de droite,for the right tooth,

etAnd

- fabriquer l’élément de broche avec ces paramètres et réaliser l’usinage de la pièce métallique avec l’angle précité de sa face d’entrée.- manufacture the spindle element with these parameters and machining the metal part with the aforementioned angle of its entry face.

Le principe de l’invention est ainsi la conception d’un élément (ou plusieurs) de broche dont la géométrie des dents de part et d’autre de l’élément de broche est différente. La caractéristique différente entre ces dents est l’angle d’inclinaison λ_s0de la face de coupe 10a. Le choix de ces inclinaisons des faces de coupe optimisées peut être déterminé par une modélisation suivi potentiellement de boucle d’optimisation manuelle ou réalisée par un programme d’optimisation.The principle of the invention is thus the design of a spindle element (or several) whose geometry of the teeth on either side of the spindle element is different. The different characteristic between these teeth is the inclination angle λ _s0 of the cutting face 10a. The choice of these inclinations of the optimized cutting faces can be determined by modeling potentially followed by a manual optimization loop or carried out by an optimization program.

L’innovation est ainsi de modifier seulement l’orientation des faces de coupe 10a d’un côté de la broche afin d’optimiser et de compenser les efforts Fx, dans ce cas selon X. Le couple d’angle (γ_n0G, λ_s0G) à gauche devient ainsi différent du couple à droite (γ_n0D, λ_s0D) selon les figures 19a-19b. Ainsi, le décalage d est nul et la valeur de l’angle λ_s0Gde la partie gauche de la broche est modifié selon l’équation [MATH1] ou [MATH2].The innovation is thus to only modify the orientation of the cutting faces 10a on one side of the spindle in order to optimize and compensate for the forces Fx, in this case along X. The angle torque (γ _n0G , λ _s0G ) on the left thus becomes different from the pair on the right (γ _n0D , λ _s0D ) according to Figures 19a-19b. Thus, the offset d is zero and the value of the angle λ _s0G of the left part of the spindle is modified according to equation [MATH1] or [MATH2].

La valeur de l’angle d’inclinaison λ_s0est ainsi constante pour l’ensemble des dents d’un même côté. Les dents de gauche ont le même angle d’inclinaison λ_s0G, et les dents de droite ont le même angle d’inclinaison λ_s0D.The value of the angle of inclination λ _s0 is thus constant for all the teeth on the same side. The teeth on the left have the same inclination angle λ _s0G , and the teeth on the right have the same inclination angle λ _s0D .

A titre d’exemple, l’angle d’inclinaison (λ_s0G, λ_s0D) de chacune des dents est compris entre 1 et 50°, et de préférence entre 5 et 25°.For example, the angle of inclination (λ _s0G , λ _s0D ) of each of the teeth is between 1 and 50°, and preferably between 5 and 25°.

Les côtés gauche et droit peuvent être intervertis en fonction du sens de rotation de l’angle d’inclinaison du disque.The left and right sides can be swapped depending on the direction of rotation of the disc tilt angle.

D’un point de vue de la coupe, il est préférable que les valeurs de λ_s0Det λ_s0Gsoient positives, c’est-à-dire qu’ils inclinent la face de coupe vers l’avant (comme présenté sur la ). Autrement dit, les faces de coupe des dents de chaque paire de dents sont inclinées de sorte que les arêtes de coupe 10a des dents situées à la périphérie des dents usinent en premier la matière.From a cutting point of view, it is preferable that the values of λ_s0DAnd λ_s0Gare positive, that is to say they tilt the cutting face forward (as shown in the ). In other words, the cutting faces of the teeth of each pair of teeth are inclined so that the cutting edges 10a of the teeth located on the periphery of the teeth machine the material first.

Les figures 24a-24c montrent les résultats d’une modélisation représentant une telle broche.Figures 24a-24c show the results of modeling representing such a pin.

Les efforts Fx ne sont pas nuls car l’inclinaison différente des faces de coupe 10a induit aussi des géométries de coupe locales différentes entre le côté gauche et droit. Ainsi, les dents 10 dont l’inclinaison de la face de coupe 10a est plus grande, génèrent moins d’efforts Fx que les autres. Les efforts Fx ne se compensent donc pas totalement dans cette direction.The forces Fx are not zero because the different inclination of the cutting faces 10a also induces different local cutting geometries between the left and right side. Thus, the teeth 10 whose inclination of the cutting face 10a is greater, generate less force Fx than the others. The Fx efforts therefore do not completely compensate each other in this direction.

Dans un cas particulier de réalisation de l’invention, l’amplitude totale de l’effort Fx est divisée par deux par rapport à une version de broche sans changement de géométrie de coupe (cf. figures 21a-21c).In a particular case of embodiment of the invention, the total amplitude of the force Fx is divided by two compared to a spindle version without change in cutting geometry (see figures 21a-21c).

Ainsi, les efforts à l’engagement sont bien mieux compensés par rapport à ce qui est actuellement proposé sur les broches de production lorsque l’angle d’inclinaison δ du disque est non nul et peut être supérieur à λ_s0,avec pour objectif moins de défauts géométriques sur la pièce finale et donc une qualité de réalisation supérieure.Thus, the engagement forces are much better compensated compared to what is currently offered on production spindles when the inclination angle δ of the disk is non-zero and can be greater than λ _s0, with the objective of less geometric defects on the final part and therefore superior production quality.

Le fait d’incliner les faces de coupe 10a permet aussi de modifier les composantes des efforts. Dans le cas d’une broche de finition similaire à celles présentées aux figures 21a-21c, où seuls les côtés latéraux des dents usinent (cf. figure 17a), l’impact de la variation de l’orientation de la face de coupe (piloté par γ_n0et λ_s0) sur les efforts est montré sur les figures 25a-25c.The fact of inclining the cutting faces 10a also makes it possible to modify the components of the forces. In the case of a finishing spindle similar to those presented in Figures 21a-21c, where only the lateral sides of the teeth are machined (see Figure 17a), the impact of varying the orientation of the cutting face ( driven by γ _n0 and λ _s0 ) on the forces is shown in Figures 25a-25c.

Il est donc possible de diminuer la composante Fy en jouant ici sur la valeur de γ_n0. Les valeurs de λ_s0Get λ_s0Dsont fixées de manière à optimiser l’engagement. La modélisation est présentée sur les figures 26a-26c.It is therefore possible to reduce the component Fy by adjusting the value of γ _n0 here. The values of λ _s0G and λ _s0D are fixed so as to optimize engagement. The modeling is presented in Figures 26a-26c.

Ainsi, d’après les figures 26a-26c, le fait de fixer un angle γ_n0de -20° permet de réduire la valeur moyenne de l’effort Fy dans cet exemple.Thus, according to Figures 26a-26c, setting an angle γ _n0 of -20° makes it possible to reduce the average value of the force Fy in this example.

Cette détermination de l’angle d’inclinaison permettant de minimiser les composantes d’efforts Fx et Fy peut être faite de façon itérative manuellement ou par un programme d’optimisation.This determination of the angle of inclination making it possible to minimize the force components Fx and Fy can be done iteratively manually or by an optimization program.

Le premier aspect de l’invention est donc de considérer des orientations de face de coupe 10a différente entre chaque côté de la broche pour obtenir un engagement et un dégagement identique de la pièce sur l’ensemble de la broche. L’orientation des faces de coupe 10a est modifiée pour diminuer les résultantes des efforts non colinéaires à l’axe principal de la broche. La détermination de la meilleure configuration d’inclinaison des faces de coupe (valeurs de γ_n0et λ_s0) pour une application de brochage inclinée donnée s’appuie sur une modélisation des efforts de brochage par la méthode de discrétisation d’arête de coupe 10c.The first aspect of the invention is therefore to consider different cutting face orientations 10a between each side of the spindle to obtain identical engagement and clearance of the part over the entire spindle. The orientation of the cutting faces 10a is modified to reduce the results of the forces not collinear with the main axis of the spindle. The determination of the best inclination configuration of the cutting faces (values of γ _n0 and λ _s0 ) for a given inclined broaching application is based on a modeling of the broaching forces using the cutting edge discretization method 10c .

Une autre solution est envisageable pour améliorer l’engagement et le dégagement des dents de la pièce. Elle consiste à jouer sur le décalage des dents (noté d sur la figure 6c).Another solution is possible to improve the engagement and clearance of the teeth of the part. It consists of playing on the offset of the teeth (noted d in Figure 6c).

Le problème de cette solution est le choix de la méthodologie pour calculer le décalage entre les dents d’une même paire afin de minimiser les efforts Fx. Une solution pourrait être de faire coïncider l’instant où les dents à gauche et à droite entrent en matière en déterminant un même décalage constant sur l’ensemble de la broche. Cependant cette solution est loin d’être idéale.The problem with this solution is the choice of the methodology to calculate the offset between the teeth of the same pair in order to minimize the forces Fx. One solution could be to make the moment when the teeth on the left and on the right come into contact coincide. material by determining the same constant offset over the entire spindle. However, this solution is far from ideal.

Il est plus pertinent de regarder l’ensemble des sections de matière coupées par chaque dent plutôt qu’un point d’entrée en matière. Ainsi, l’innovation est de considérer la position selon X des barycentres des points du profil de chaque dent, pondérés par les progressions à la dent locale (premier mode de réalisation) ou par les efforts Fx (second mode de réalisation). Le décalage est déterminé de manière à faire pénétrer au même instant les barycentres dans la matière. Les dents au sein d’une paire sont symétriques, le calcul de barycentre peut n’être fait que pour un seul côté de la broche, sachant que le résultat sera le même de l’autre côté. Il est ainsi choisi ici de ne déterminer les barycentres que sur les dents du côté gauche de la broche (dents avec une numérotation impaire). L’inverse est naturellement envisageable.It is more relevant to look at all the sections of material cut by each tooth rather than a material entry point. Thus, the innovation is to consider the position according to The offset is determined so as to cause the barycenters to penetrate the material at the same time. The teeth within a pair are symmetrical, the centroid calculation can only be done for one side of the spindle, knowing that the result will be the same on the other side. It is therefore chosen here to only determine the centroids on the teeth on the left side of the spindle (teeth with odd numbering). The opposite is naturally possible.

Ainsi, selon un second aspect, le procédé selon l’invention comprend les étapes consistant, pour chaque paire de dents, à :Thus, according to a second aspect, the method according to the invention comprises the steps consisting, for each pair of teeth, of:

- discrétiser l’arête de coupe 10c de la dent 10 de gauche, ou respectivement de droite, en un nombre N_iZde segments successifs,- discretize the cutting edge 10c of the tooth 10 on the left, or respectively on the right, into a number N _iZ of successive segments,

- déterminer ou estimer une progression h à la dent au niveau de chacun de ces segments, ou un effort Fx auquel est soumise la dent au niveau de chacun de ces segments, cet effort étant orienté suivant l’axe X,- determine or estimate a progression h to the tooth at the level of each of these segments, or a force Fx to which the tooth is subjected at the level of each of these segments, this force being oriented along the axis X,

- calculer une position suivant l’axe X du barycentre de ces segments (X _{barycentre h, iZ} , X _{barycentre Fx,iZ} ), qui est pondérée :- calculate a position along the X axis of the barycenter of these segments ( X _{barycenter h, iZ} , X _{barycenter Fx,iZ} ), which is weighted:

+ par les progressions à la denth _{n, iZ} de ces segments, suivant l’équation :+ by the progressions to the tooth h _{n, iZ} of these segments, following the equation:

+ ou par les effortsF _{x, n, iZ} sur ces segments suivant l’équation :+ or by the forces F _{x, n, iZ} on these segments according to the equation:

dans lesquellesX _{n, iZ} est la position suivant l’axe X du segment n, etiZest le numéro de la dent,in whichX _{n, iZ} is the position along the X axis of segment n, andiZis the tooth number,

- calculer un décalaged _jpour la paire de dents j, suivant l’axe Z, entre les dents de droite et de gauche, à partir de la position du barycentre de ces segments (X _{barycentre h, iZ} , X _{barycentre Fx,iZ} ),- calculate an offset d _j for the pair of teeth j, along the Z axis, between the right and left teeth, from the position of the barycenter of these segments ( X _{barycenter h, iZ} , X _{barycenter Fx,iZ} ),

selon les progressions à la denth _{n, iZ} des segments, par l’équation :according to the progressions to the tooth h _{n, iZ} of the segments, by the equation:

ou selon les efforts (F _{x, n, iZ} ) sur les segments, par l’équation :or according to the forces ( F _{x, n, iZ} ) on the segments, by the equation:

, et , And

- fabriquer l’élément de broche selon ces paramètres et réaliser l’usinage de la pièce métallique avec l’angle d’inclinaison δ précité de sa face d’entrée.- manufacture the spindle element according to these parameters and carry out the machining of the metal part with the aforementioned inclination angle δ of its entry face.

Les équations [MATH5] et [MATH6] permettent ainsi le calcul des deux types de barycentre en se basant sur la méthodologie de discrétisation des arêtes présentée précédemment.The equations [MATH5] and [MATH6] thus allow the calculation of the two types of barycenter based on the edge discretization methodology presented previously.

Les paramètres utilisés sont : iZ est le numéro de la dent côté gauche (donc ici iZ Є [1, 3, 5, 7, 9]), n est le numéro du segment où le calcul de h et Fx est effectué, et N_iZcorrespond au nombre total de segments de la discrétisation de la dent.The parameters used are: iZ is the number of the tooth on the left side (so here iZ Є [1, 3, 5, 7, 9]), n is the number of the segment where the calculation of h and Fx is carried out, and N _iZ corresponds to the total number of segments of the tooth discretization.

Les figures 27a-27b montrent la position selon X des barycentres pour une certaine dent 10 selon que le premier ou le second mode de réalisation précité est choisi.Figures 27a-27b show the position along X of the barycenters for a certain tooth 10 depending on whether the first or the second aforementioned embodiment is chosen.

Le décalage d entre les dents 10 de chaque paire est ensuite calculé en fonction de la position des barycentres et de l’angle d’inclinaison δ du disque (cf. ) selon d’équation l’équation [MATH7] ou [MATH8].The offset d between the teeth 10 of each pair is then calculated as a function of the position of the barycenters and the angle of inclination δ of the disc (cf. ) according to equation [MATH7] or [MATH8].

Les paramètres utilisés sont : j est le numéro de la paire de dent (j Є [1, 2, 3, 4, 5]), et iZ est le numéro de la dent côté gauche (iZ Є [1, 3, 5, 7, 9]).The parameters used are: j is the number of the pair of teeth (j Є [1, 2, 3, 4, 5]), and iZ is the number of the tooth on the left side (iZ Є [1, 3, 5, 7, 9]).

Les profils des dents d’une même paire sont symétriques mais d’une paire de dent à l’autre le profil évolue jusqu’à former la géométrie finale à usiner. Ainsi, les positions des barycentres évoluent et donc le décalage dj des paires de dents à appliquer est variable et adapté à ce que chaque dent usine, indépendamment des autres. Le décalage d entre les dents varie ainsi d’une paire de dents à une autre.The profiles of the teeth of the same pair are symmetrical but from one pair of teeth to the next the profile evolves until it forms the final geometry to be machined. Thus, the positions of the barycenters evolve and therefore the offset dj of the pairs of teeth to be applied is variable and adapted to what each tooth machines, independently of the others. The offset d between the teeth thus varies from one pair of teeth to another.

Le fait d’avoir des décalages d variables, impose de revoir la manière classique de définir le pas P. Dans l’état de l’art, le pas P est pris comme étant la distance selon l’axe principal de la broche entre les deux faces de coupe 10a parallèles de deux dents 10 successives. Cependant, cette façon de faire n’est pas adaptée dans le cas où le décalage est variable. En effet, cela voudrait dire que le pas est variable aussi d’une dent à l’autre. Dans l’objectif d’avoir un pas P constant et lié à l’épaisseur du disque, la présente un nouveau paramétrage du pas. Il est désormais considéré comme étant la distance selon l’axe AA principal de la broche entre les droites/plans reliant les barycentres de deux paires de dents successives. Cette distance peut être mesurée au niveau de l’axe AA (cf. ). Ces lignes/plans inter-barycentriques sont parallèles et inclinés de l’angle d’inclinaison du disque (cf. ). Pour optimiser la continuité de coupe de l’outil (pour avoir un nombre moyen de dents en matière entier et pair par exemple), c’est sur cette définition du pas qu’il est préférable de se baser.The fact of having variable offsets d requires reviewing the classic way of defining the pitch P. In the state of the art, the pitch P is taken as being the distance along the main axis of the spindle between the two parallel cutting faces 10a of two successive teeth 10. However, this way of doing things is not suitable in the case where the offset is variable. In fact, this would mean that the pitch also varies from one tooth to another. With the aim of having a constant pitch P linked to the thickness of the disc, the presents a new pitch setting. It is now considered to be the distance along the main axis AA of the spindle between the lines/planes connecting the barycenters of two pairs of successive teeth. This distance can be measured at the level of axis AA (cf. ). These inter-barycentric lines/planes are parallel and inclined by the angle of inclination of the disk (cf. ). To optimize the cutting continuity of the tool (to have an average number of teeth in whole and even material for example), it is on this definition of the pitch that it is preferable to base ourselves.

La solution idéale présentée précédemment peut être adaptée dans le cas où le fait d’avoir un décalage d variable n’est pas désiré (pour des aspects de fabrication principalement). Un calcul de barycentre global à l’ensemble des profils des dents d’un même côté de la broche peut être effectué selon l’équation suivante :The ideal solution presented previously can be adapted in the case where having a variable offset d is not desired (mainly for manufacturing aspects). A global barycenter calculation for all the tooth profiles on the same side of the spindle can be carried out according to the following equation:

ouOr

Les paramètres utilisés sont : iZ est le numéro de la dent côté gauche (donc ici iZ Є [1, 3, 5, 7, 9]), Z représente le nombre total de dent, n est le numéro du segment où le calcul de h et Fx est effectué, et N_iZcorrespond au nombre total de segments de la discrétisation de la dent.The parameters used are: iZ is the number of the tooth on the left side (so here iZ Є [1, 3, 5, 7, 9]), Z represents the total number of teeth, n is the number of the segment where the calculation of h and Fx is performed, and N _iZ corresponds to the total number of segments of the tooth discretization.

Ainsi, le décalage d est constant mais permet d’être optimisé à l’échelle de l’ensemble de la broche selon l’équation :Thus, the offset d is constant but can be optimized on the scale of the entire spindle according to the equation:

ouOr

. .

Les figures 29a-29c présentent une modélisation où le décalage variable a été adopté en faisant des calculs de barycentre pondérés par les efforts Fx. Sur les figures 30a-30c, la nouvelle définition du pas P permet d’optimiser la continuité de coupe par rapport à l’épaisseur de la pièce tout en ayant des décalages d variables.Figures 29a-29c present a modeling where the variable offset was adopted by making barycenter calculations weighted by the forces Fx. In Figures 30a-30c, the new definition of the pitch P makes it possible to optimize the cutting continuity in relation to to the thickness of the part while having variable offsets d.

Les paramètres utilisés sont : dans le cas des figures 29a-29c, le pas est de 7mm selon la nouvelle définition, dans le cas des figures 30a-30c, le pas est de 5,077mm et est adapté à l’épaisseur de la pièce à usiner selon la nouvelle définition ; les autres paramètres sont constants : γ_n0= -2°, λ_s0= 15°, h = 0,1 mm, inclinaison du disque de 20°,épaisseur disque = 19,5 mm.The parameters used are: in the case of Figures 29a-29c, the pitch is 7mm according to the new definition, in the case of Figures 30a-30c, the pitch is 5.077mm and is adapted to the thickness of the part to be machine according to the new definition; the other parameters are constant: γ _n0 = -2°, λ _s0 = 15°, h = 0.1 mm, disc inclination of 20°, disc thickness = 19.5 mm.

Les amplitudes des efforts Fx sont très largement diminuées dans le cas optimum où le décalage d est variable et où le pas P correspond à la nouvelle définition tout en étant un sous multiple de la longueur usinée. La diminution de l’amplitude du Fx est en particulier divisée par trois.The amplitudes of the forces Fx are greatly reduced in the optimum case where the offset d is variable and where the pitch P corresponds to the new definition while being a submultiple of the machined length. The reduction in the amplitude of the Fx is in particular divided by three.

Ainsi, les efforts à l’engagement sont bien mieux compensés par rapport à ce qui est actuellement proposé sur les broches de production. En effet, dans l’état de l’art, le décalage d est constant, il n’est pas fonction du barycentre des sections coupées ou des efforts Fx et la définition du pas utilisé ne permet pas une optimisation fine de la continuité de coupe. L’objectif de cette innovation est d’avoir moins de défauts géométriques sur la pièce finale et donc une qualité de réalisation supérieure.Thus, the engagement efforts are much better compensated compared to what is currently offered on production spindles. Indeed, in the state of the art, the offset d is constant, it is not a function of the barycenter of the cut sections or the forces Fx and the definition of the pitch used does not allow fine optimization of the cutting continuity . The objective of this innovation is to have fewer geometric defects on the final part and therefore higher quality production.

La méthodologie présentée considère que l’angle γ_n0est nul et donc que les faces de coupe ne sont inclinées qu’autour de l’axe Y. Cependant le même raisonnement peut être fait lorsque γ_n0est non nul. Il faut alors calculer la position des barycentres en X et en Y pour faire coïncider l’entrée en matière de ces points en même temps pour les deux dents d’une même paire.The methodology presented considers that the angle γ _n0 is zero and therefore that the cutting faces are only inclined around the Y axis. However, the same reasoning can be done when γ _n0 is non-zero. It is then necessary to calculate the position of the barycenters in X and Y to make the entry into matter of these points coincide at the same time for the two teeth of the same pair.

Les efforts selon X peuvent s’équilibrer au sein d’une même paire de dents. Cependant, l’effort Fy ne fait que se cumuler dans une paire de dent, il ne s’oppose pas d’un côté de la broche à l’autre.The forces along X can be balanced within the same pair of teeth. However, the force Fy only accumulates in a pair of teeth, it does not oppose one side of the spindle to the other.

Deux solutions sont envisagées pour Fy, en plus de jouer sur l’orientation des faces de coupe.Two solutions are considered for Fy, in addition to playing on the orientation of the cutting faces.

La première solution est à l’échelle d’une seule dent et est illustrée à la figure 30.The first solution is on the scale of a single tooth and is illustrated in Figure 30.

L’idée est de construire les sections coupées pour chaque dent de manière à ce que les efforts selon Y se compensent à l’échelle d’une même dent.The idea is to construct the cut sections for each tooth in such a way that the forces along Y are compensated on the scale of the same tooth.

L’équation à résoudre en faisant varier la position, la forme et la valeur des progressions locales, pour chaque dent est alors :The equation to solve by varying the position, shape and value of the local progressions, for each tooth is then:

Où est l’effort élémentaire généré par le segment numéro n, sur la dent iZ.Or is the elementary force generated by segment number n, on tooth iZ.

Le procédé comprend alors les étapes consistant à :The process then comprises the steps consisting of:

- déterminer ou estimer un effort Fy auquel est soumise la dent au niveau de chacun des segments, cet effort étant orienté suivant l’axe Y,- determine or estimate a force Fy to which the tooth is subjected at the level of each of the segments, this force being oriented along the Y axis,

- calculer une position suivant l’axe Y et la progression à la dent (h _{n, iZ} ) de chacun de ces segments pour vérifier l’équation [MATH13].- calculate a position along the Y axis and the progression to the tooth ( h _{n, iZ} ) of each of these segments to verify the equation [MATH13].

En variante, les sections coupées pour chaque dent sont construites de manière à ce que les efforts selon Y soient les plus petit possibles à l’échelle d’une même dent, pour vérifier ainsi l’équation :Alternatively, the sections cut for each tooth are constructed so that the forces along Y are as small as possible on the scale of the same tooth, to thus verify the equation:

C’est une solution facilement applicable pour la fabrication de nouvelles broches.It is an easily applicable solution for the manufacture of new pins.

La seconde solution est à l’échelle de l’ensemble des dents en prise à un instant donné et est illustrée à la .The second solution is on the scale of all the teeth in engagement at a given moment and is illustrated in Figure .

L’idée est de construire les sections coupées pour chaque dent de manière à ce que les efforts locaux selon Y se compensent lorsque les dents sont en prises dans la matière simultanément (ou que la résultante globale appliquée sur la broche soit la plus petite possible).The idea is to construct the cut sections for each tooth in such a way that the local forces along Y compensate when the teeth are engaged in the material simultaneously (or so that the overall result applied to the pin is as small as possible) .

L’exemple suivant est pour une position de la broche où seule deux dents à gauche sont en prises à un instant donné.The following example is for a spindle position where only two left teeth are engaged at any given time.

L’équation à résoudre en faisant varier la position, la forme et la valeur des progressions locales, pour l’ensemble des dents en prise à un instant donné est alors :The equation to be solved by varying the position, shape and value of the local progressions, for all the teeth in engagement at a given moment is then:

ou au moins :or at least :

Le procédé comprend alors les étapes consistant à :The process then comprises the steps consisting of:

- pour au moins deux dents destinées à être simultanément en cours d’usinage, déterminer ou estimer un effort Fy auquel est soumise chaque dent au niveau de chacun des segments, cet effort étant orienté suivant l’axe Y,- for at least two teeth intended to be simultaneously being machined, determine or estimate a force Fy to which each tooth is subjected at the level of each of the segments, this force being oriented along the Y axis,

- calculer une position suivant l’axe Y et la progression à la dent (h _{n, iZ} ) de chacun des segments de chaque dent pour vérifier l’équation [MATH15] ou [MATH16].- calculate a position along the Y axis and the progression to the tooth ( h _{n, iZ} ) of each of the segments of each tooth to verify the equation [MATH15] or [MATH16].

Cette solution peut aussi fonctionner en prenant en compte l’équilibre entre les dents en prise simultanément à gauche et à droite ou un équilibre global entre toutes les dents en prises.This solution can also work by taking into account the balance between the teeth engaged simultaneously on the left and right or an overall balance between all the teeth engaged.

Le complément présenté prend en compte l’équilibre des dents selon l’axe Y en jouant sur les efforts selon la composante Y. Le même exercice peut être fait en jouant sur la composante X pour l’équilibre des efforts selon l’axe X. De même, il peut être fait l’exercice sur les deux axes simultanément.The complement presented takes into account the balance of the teeth along the Y axis by varying the forces along the Y component. The same exercise can be done by varying the X component for the balance of the forces along the X axis. Likewise, the exercise can be done on both axes simultaneously.

Les avantages des différents aspects de l’invention sont notamment :The advantages of the different aspects of the invention are in particular:

• résolution des non-conformités de certaines caractéristiques des alvéoles en production,resolution of non-conformities of certain characteristics of the cells in production,
• minimisation du nombre d’itération d’essais et du risque de rebut,minimization of the number of test iterations and the risk of scrap,
• efficacité de la résolution des problématiques et réduction des coûts de non qualité,efficiency of problem resolution and reduction of non-quality costs,
• robustesse et pérennité des résultats obtenus par l’opération de brochage, etrobustness and durability of the results obtained by the broaching operation, and
• réduction des aléas et dérives de l’opération de brochagereduction of hazards and deviations from the broaching operation

Claims (11)

Procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, l’usinage étant réalisé par brochage au moyen d’au moins un élément de broche,
l’alvéole ou chaque alvéole à former comportant un fond et deux flancs latéraux, l’alvéole comportant un axe de brochage Z, un axe Y normal au fond de l’alvéole, et un axe X perpendiculaire aux axes X et Z pour former un repère XYZ,
l’élément de broche ayant une forme allongée le long d’un axe (AA) correspondant à l’axe de brochage Z et comportant des paires de dents (10) réparties le long de cet axe, chaque paire de dents comportant deux dents (10) latérales, respectivement gauche et droite, configurées pour usiner les flancs latéraux (24) de l’alvéole (26), chacune des dents (10) comportant une face de coupe (10a) et une face de dépouille (10b) dont l’intersection forme une arête de coupe (10c), la face de coupe (10a) présentant un angle de coupe global (γ_n0) avec un plan perpendiculaire audit axe (AA), qui est mesuré dans un plan YZ, et un angle d’inclinaison global (λ_s0) avec le plan perpendiculaire audit axe (AA), qui est mesuré dans un plan XZ,
la pièce métallique comportant une face d’entrée (Fe) destinée à venir au contact de l’élément de broche lors du début du brochage, qui est inclinée d’un angle (δ) par rapport audit axe (AA),
le procédé comprenant les étapes consistant, pour chaque paire de dents, à :
- figer un angle d’inclinaison global (λ_s0G, λ_s0D) de la face de coupe (10a) de la dent de gauche, ou respectivement de droite,
- calculer un angle d’inclinaison global (λ_s0D, λ_s0G) de la face de coupe ayant en apparence le plus petit angle d’inclinaison global, par l’équation :

pour le dent de gauche,
ou

pour la dent de droite,
ou calculer un angle d’inclinaison global de la face de coupe de la dent ayant en apparence le plus grand angle d’inclinaison global,

pour la dent de gauche,

pour la dent de droite,
et
- fabriquer l’élément de broche avec ces paramètres et réaliser l’usinage de la pièce métallique avec l’angle (δ) précité de sa face d’entrée.Process for machining cell(s) in a metal part, the machining being carried out by broaching using at least one broach element,
the cell or each cell to be formed comprising a bottom and two lateral sides, the cell comprising a broaching axis Z, an axis Y normal to the bottom of the cell, and an axis XYZ mark,
the spindle element having an elongated shape along an axis (AA) corresponding to the broaching axis Z and comprising pairs of teeth (10) distributed along this axis, each pair of teeth comprising two teeth ( 10) lateral, respectively left and right, configured to machine the lateral flanks (24) of the cell (26), each of the teeth (10) comprising a cutting face (10a) and a relief face (10b) of which the The intersection forms a cutting edge (10c), the cutting face (10a) having an overall cutting angle (γ _n0 ) with a plane perpendicular to said axis (AA), which is measured in a plane YZ, and an angle d the overall inclination (λ _s0 ) with the plane perpendicular to said axis (AA), which is measured in a plane XZ,
the metal part comprising an entry face (Fe) intended to come into contact with the spindle element when broaching begins, which is inclined at an angle (δ) relative to said axis (AA),
the method comprising the steps consisting, for each pair of teeth, of:
- fix a global inclination angle (λ _s0G , λ _s0D ) of the cutting face (10a) of the left, or respectively right, tooth,
- calculate an overall inclination angle (λ _s0D , λ _s0G ) of the cutting face apparently having the smallest overall inclination angle, by the equation:

for the left tooth,
Or

for the right tooth,
or calculate an overall inclination angle of the cutting face of the tooth apparently having the largest overall inclination angle,

for the left tooth,

for the right tooth,
And
- manufacture the spindle element with these parameters and carry out the machining of the metal part with the aforementioned angle (δ) of its entry face. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les dents de gauche ont le même angle d’inclinaison global (λ_s0G), et les dents de droite ont le même angle d’inclinaison global λ_s0G).A method according to claim 1, wherein the left teeth have the same overall inclination angle (λ _s0G ), and the right teeth have the same overall inclination angle λ _s0G ). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, après l’étape de calcul de l’angle d’inclinaison global (λ_s0D, λ_s0G), l’angle de coupe global (γ_n0) de chaque dent est calculé de façon à réduire l’effort Fy selon l’axe Y appliqué sur cette dent jusqu’à une valeur minimale.Method according to claim 1 or 2, in which, after the step of calculating the overall inclination angle (λ _s0D , λ _s0G ), the overall cutting angle (γ _n0 ) of each tooth is calculated so to reduce the force Fy along the Y axis applied to this tooth up to a minimum value. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce métallique s’étend dans un plan qui est incliné de l’angle (δ) par rapport audit axe (AA).Method according to one of the preceding claims, in which the metal part extends in a plane which is inclined by the angle (δ) relative to said axis (AA). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce métallique est un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, les alvéoles étant formées à la périphérie du disque et destinées à recevoir des pieds d’aubes.Method according to one of the preceding claims, in which the metal part is a rotor disk for an aircraft turbomachine, the cells being formed at the periphery of the disk and intended to receive blade roots. Procédé selon l’ensemble des revendications 4 et 5, dans lequel le plan dans lequel s’étend le disque est perpendiculaire à un axe de révolution de ce disque.Method according to all of claims 4 and 5, in which the plane in which the disk extends is perpendicular to an axis of revolution of this disk. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’angle (δ) de la face d’entrée (Fe) est compris entre 1 et 50°.Method according to one of the preceding claims, in which the angle (δ) of the entry face (Fe) is between 1 and 50°. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’angle (δ) de la face d’entrée (Fe) est supérieur à l’angle d’inclinaison global (λ_s0G, λ_s0D) de chacune des dents.Method according to one of the preceding claims, in which the angle (δ) of the entry face (Fe) is greater than the overall angle of inclination (λ _s0G , λ _s0D ) of each of the teeth. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’angle de coupe global (γ_n0) est égal à 0°.Method according to one of the preceding claims, in which the overall cutting angle (γ _n0 ) is equal to 0°. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’angle d’inclinaison global (λ_s0G, λ_s0D) de chacune des dents est compris entre 1 et 30°, et de préférence entre 5 et 25°.Method according to one of the preceding claims, in which the overall angle of inclination (λ _s0G , λ _s0D ) of each of the teeth is between 1 and 30°, and preferably between 5 and 25°. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce métallique est en alliage à base de titaneMethod according to one of the preceding claims, in which the metal part is made of a titanium-based alloy