Effect of various drilling procedures on the fatigue life of rivet holes

Abstract

The use of riveting as an assembly technique, especially in the aeronautical construction, requires the implementation of several holes in aluminium alloy sheets. This leads to an inhomogeneous stress and strain fields' distribution and to stress localization in the drilled zones which will be affecting the fatigue life of 2024-T3 aluminium alloy. In addition, the machining process used for drilling can increase or decrease the fatigue life of materials. This paper presents results of an experimental study which main objective is to determine the drilling procedure that least affects the fatigue life and to show the role of the residual stresses introduced by each process on the fatigue behaviour of material. For that, four drilling procedures are compared in fatigue: Direct drilling bit of the desired diameter, drilling a small diameter hole called a pilot hole in the rivet hole location prior to drilling the final diameter using a reamer, water jet and finally punching. Hole’s quality is compared using two parameters: Conicity and surface quality observed using a scanning electron microscopy (SEM). X-ray diffraction is used to determine the residual stress profile resulting from each drilling procedure.

Keywords: drilling; 2024-T3 aluminium alloy; fatigue life; conicity; surface quality; residual stress.

L'utilisation du rivetage comme la technique d'assemblage, particulièrement dans la construction aéronautique, exige l'exécution de plusieurs trous dans des plaques d'alliage d'aluminium. Ceci donne lieu à une distribution non homogène des champs de contrainte et de déformation et à la concentration des efforts dans les zones trouées ce qui affecte la durée de vie en fatigue de l'alliage 2024-T3 d'aluminium. En outre, le processus de perçage utilisé pour forer peut augmenter ou diminuer la durée de vie en fatigue des matériaux. Cet article présente les résultats d'une étude expérimentale dont l'objectif principal est de déterminer le procédé de perçage affectant le moins la durée de vie en fatigue et pour montrer le rôle des contraintes résiduelles sur le processus d'usinage et sur le comportement en fatigue du matériau. Ainsi, quatre procédures de perçage sont comparées en fatigue. La qualité du trou est comparée sur la base de deux paramètres : Conicité et qualité de surface qui sont observées en employant la microscopie électronique de balayage (MEB). La diffraction des rayons X est utilisée pour déterminer le profil de la contrainte résiduelle obtenu après chaque procédure de perçage.

Mots clés: perçage; alliage d'aluminium 2024-T3; durée de vie en fatigue; conicité; qualité de surface; contrainte résiduelle.