Étude de l'influence des conditions de coupe en usinage 5 axes sur l'intégrité des surfaces par la méthode des surfaces de réponses PDF Download

Author: Ahmed Hadj Ali
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 330

View

Book Description

Author: Youcef Amtout
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 292

View

Book Description

Author: Malek Habak
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 164

View

Book Description
Aujourd'hui, en raison des contraintes environnementales et économiques, l'usinage fait parti des domaines en plein développement. Le tournage dur est un procédé récent qui permet d’usiner des aciers traités avec des duretés élevées supérieures à 45 HRc. Il permet en particulier d’obtenir, sans lubrification, des pièces avec un état de surface et une précision proche de ceux issus de la rectification. La maîtrise du procédé d’usinage nécessite la compréhension des mécanismes intervenant dans la zone de coupe. Ces derniers dépendent d’une part de la nature de l’outil utilisé et d’autre part du matériau. Cette étude concerne principalement l’effet de la microstructure d’un acier à roulement sur l’usinabilité et les caractéristiques d’intégrité de surface. Cet acier (100Cr6) a été étudié avec différents états métallurgiques caractérisés par la présence ou non de carbures dans une matrice bainitique ou martensitique. Les deux états métallurgiques ont été étudiés pour des duretés identiques comprises entre 45 HRc et 59 HRc. Plusieurs techniques d’analyses mécaniques et thermiques ont permis de mieux comprendre les mécanismes moteurs lors de la formation des copeaux en usinage dur. En particulier, un thermotribomètre a été utilisé pour décrire l’influence de la microstructure et la dureté sur la tribologie du couple 100Cr6-cBN. En effet, il est montré que le coefficient de frottement augmente avec la présence de carbures. Un banc d’essais de barres Hopkinson a permis d’identifier par approche inverse les lois de comportement de type Johnson-Cook pour les différents états métallurgiques. Les essais ont été conduits sur des éprouvettes chapeaux permettant de reproduire le cisaillement dynamique de la zone primaire de cisaillement générée dans la coupe. L’influence de la dureté sur les constantes d’écoulement a été mise en évidence. Des essais de chariotage ont été ensuite menés. Les résultats ont montré une faible sensibilité des efforts de coupe suivant l’état métallurgique du matériau. Trois comportements différents ont été observés avec la vitesse de coupe. L’évolution de l’intégrité de surface en fonction des paramètres de coupe a été quantifiée par l’analyse de l’état de surface et des contraintes résiduelles. L’état de surface est amélioré pour de faibles avances, pour une dureté de 55 HRc et avec la présence de carbures. Une dureté élevée et l’absence de carbure ont tendance à générer des contraintes superficielles de plus en plus en compression. Des essais complémentaires en coupe orthogonale ont permis d’examiner les aspects thermiques, par caméra CCD-Proche Infrarouge, de la zone de coupe. De plus, l’analyse des copeaux et des couches blanches a été menée. Il est montré que la présence des carbures fait augmenter la température de l’émergence de la zone de cisaillement secondaire alors qu’elle fait diminuer la température de l’émergence de la zone primaire de cisaillement. L’existence de la couche blanche sur la face arrière des copeaux et sur les surfaces usinées a été établie. Il est montré qu’elle est d’autant plus intense pour des vitesses élevées et plus homogène pour l’état métallurgique sans carbure. Un cisaillement très localisé et une élévation de la température favorisent son apparition. Enfin, nous expliquons ces influences à travers une comparaison des résultats obtenus avec ceux de l’étude comportementale.

Author: Brigitte Vasques
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0

View

Book Description
Ce travail, mené dans le cadre d'une thèse CIFRE en collaboration avec le fabricant d'outil de coupe ValeniteSafety et le Laboratoire de Mécanique et Rhéologie EA 2640 de l'Université François Rabelais de Tours (Polytech'Tours), a été réalisé au sein du Centre d'Etude et de Recherche sur les Outils Coupants (CEROC). Il s'agit d'étudier le rayon d'arête noté ER et son influence sur l'intégrité de surface lors d'une opération de tournage à sec sur l'acier 27MnCr5. L'usinage par enlèvement de matière résulte du cisaillement de matière par l' arête de coupe, partie active d'une plaquette. C'est l'élément le plus sollicité pendant la coupe. Une plaquette est caractérisée par son substrat, son revêtement, la géométrie de la zone de coupe et sa micro géométrie d'arête qui influence intimement le cisaillement de la matière. Elle conditionne ainsi l'intégrité de surface usinée. Théoriquement une finition d'arête idéale au bon cisaillement de la matière doit être « vive ». En réalité, dans un grand nombre de cas les arêtes ont un mouchage (arrondie). L'objectif de cette étude est d'analyser le comportement des rayons d'arête. La maîtrise de la finition d'arête peut augmenter de façon significative la durée de vie de la plaquette et assurer la reproductibilité de la qualité de surface usinée. Après un rappel des principes généraux de la coupe, nous nous attachons à décrire la micro géométrie d'arête et son influence lors du procédé d'usinage à sec. Nous présentons ensuite la procédure suivie pour la détermination des conditions d'utilisations de l'outil. Puis nous décrivons les protocoles expérimentaux de préparation des pièces à usiner et des arêtes de coupe de la plaquette. Pour caractériser l'intégrité des surfaces usinées et le comportement des rayons d'arête nous employons plusieurs techniques telles que la Microscopie Electronique à Balayage, la Microscopie Interférentielle, la Micro indentation. Des paramètres tels que les efforts de coupe, les phénomènes d'usures développées pendant les tests de durée de vie, la topographie et la métallurgie de surface ont été analysés. Ces analyses permettent de quantifier le comportement des rayons d'arête et l'influence des tolérances de fabrication sur l'intégrité de surface de la pièce.

Author: Michaël Fontaine
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 270

View

Book Description
Le calcul des efforts de coupe occupe une place centrale dans les travaux de modélisation en usinage car ces informations sont indispensables pour étudier les perturbations liées à l'usinage telles que la déflexion des outils ou des pièces usinées, les vibrations, l'usure des outils ainsi que l'intégrité de la surface obtenue. Dans cette optique, ces travaux ont pour but de proposer une modélisation thermomécanique prédictive du fraisage de forme en utilisant le modèle de la coupe oblique développé et validé par Moufki et al. (2004) basé sur l'étude des bandes de cisaillement adiabatiques en coupe orthogonale menée par Dudzinski & Molinari (1997). Le calcul des efforts de coupe est ainsi conduit à partir du comportement du matériau usiné et des conditions de frottement à l'interface outil-copeau. Les arêtes de coupe de la fraise sont décomposées en arêtes élémentaires rectilignes en position de coupe oblique. Le modèle géométrique est développé pour le cas du fraisage à 3 axes et prend en compte la géométrie des outils et des procédés, la description de l'avance de l'outil le long d'une trajectoire et son engagement dans la matière. Le faux-rond d'outil est modélisé pour intégrer sa forte influence sur les efforts de coupe. Des résultats expérimentaux d'efforts de coupe sont présentés et comparés à ceux du modèle pour différentes opérations de fraisage telles que le rainurage, le fraisage boule d'une surface gauche ainsi que d'un plan incliné. Ces essais permettent d'analyser la pertinence du modèle et l'évolution des efforts en fonction des conditions de coupe. Ils permettent en outre de collecter des informations sur l'usinabilité de l'acier 42CrMo4 sans lubrification.

Author: Vincent Moreau
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 161

View

Book Description
Face aux problèmes vibratoires en usinage, deux approches ont été développées. L’une consiste à prédire les vibrations grâce à des modélisations de plus en plus élaborées des opérations d’usinage. La deuxième est une approche plus expérimentale, d’instrumentation des machines dans le but de surveiller et de comprendre le comportement de l’outil pendant l’usinage. Dans le cadre de cette deuxième approche, de nombreuses technologies de capteurs sont utilisées. Le but de ces travaux est d’étudier le comportement de l’outil grâce à des capteurs de déplacement sans contact qui mesurent directement les vibrations de l’outil pendant l’opération d’usinage. Ces capteurs d’abords utilisés en fraisage puis en tournage permettent l’étude des différents aspects de l’interaction entre l’outil et la pièce. Le premier point étudié est l’investigation du phénomène de la coupe, avec la possibilité de tracer en trois dimensions ou dans le plan la trajectoire de l’outil. Le deuxième point est l’étude de la stabilité ou de l’instabilité de l’usinage. Par la suite, les mesures de déplacement sont utilisées pour déterminer les efforts de coupe, que ce soit en fraisage ou en tournage. Les efforts appliqués sur l’outil vont provoquer sa déformation qui sera mesurée par les capteurs sans contact. Dans le cas du fraisage, une méthode de calcul spécifique à partir de la Fonction de Réponse en Fréquence (FRF) de l’outil a été mise en œuvre pour calculer ces efforts de coupe pour des vitesses de rotation importantes. Le dernier aspect traité est la reconstruction de l’état de surface de la pièce usinée. Les déplacements mesurés de l’outil sont superposés à la trajectoire théorique de l’outil pour déterminer l’aspect et le profil de la surface réellement usinée lors de l’opération

Author: P.R.N. Childs
Publisher: Butterworth-Heinemann
ISBN: 0080524028
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 420

View

Book Description
Metal machining is the most widespread metal-shaping process in the mechanical manufacturing industry. World-wide investment in metal machining tools increases year on year - and the wealth of nations can be judged by it. This text - the most up-to-date in the field - provides in-depth discussion of the theory and application of metal machining at an advanced level. It begins with an overview of the development of metal machining and its role in the current industrial environment and continues with a discussion of the theory and practice of machining. The underlying mechanics are analysed in detail and there are extensive chapters examining applications through a discussion of simulation and process control. "Metal Machining: Theory and Applications" is essential reading for senior undergraduates and postgraduates specialising in cutting technology. It is also an invaluable reference tool for professional engineers. Professors Childs, Maekawa, Obikawa and Yamane are four of the leading authorities on metal machining and have worked together for many years. Of interest to all mechanical, manufacturing and materials engineers Theoretical and practical problems addressed

Author: Yao Venunye Avevor
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0

View

Book Description
Lors d'une opération d'usinage, l'intégrité de la surface usinée et l'optimisation du procédé sont conditionnées par les paramètres de coupe (vitesses de coupe et d'avance, géométrie et matériau de l'outil...). Certaines conditions de coupe peuvent induire des effets indésirables tels que des vibrations importantes, des efforts de coupe excessifs et une usure prématurée de l'outil, conduisant à des qualités de surfaces médiocres. Dans l'industrie, l'utilisation d'approches empiriques pour opérer ce choix se révèle couteux et difficilement exploitable. Le développement d'outils de simulation basés sur des modèles prédictifs s'avère nécessaire. Ces modèles permettent de maitriser et de comprendre les phénomènes thermomécaniques aux interfaces outil-copeau et outil-pièce qui conditionnent l'intégrité de la surface usinée ainsi que la durée de vie de l'outil de coupe. L'objectif de la thèse est la modélisation des effets thermomécaniques en usinage avec des approches hybrides 'Analytique-c. Ceci permet d'analyser l'interaction entre les conditions de coupe du procédé d'usinage, le comportement du matériau et les conditions tribologiques aux interfaces outil-copeau et outil-pièce (contact collant-glissant, partage de la source de chaleur due au frottement). Le travail comporte également une validation expérimentale pour la coupe orthogonale à sec. Le modèle proposé est basé sur les développements suivants: (i) mise en place d'une 'Approche 1D par Tranche' pour la prise en compte de l'écoulement de la matière dans la zone primaire de cisaillement du copeau, (ii) modélisation du problème thermique transitoire non linéaire dans le système 'copeau-outil-pièce' en couplant une formulation EF de type Petrov-Galerkin avec la méthode de Newton-Raphson et une intégration implicite dans le temps, (iii) une nouvelle formulation de la distribution de pression le long de la face de coupe de l'outil, (iv) une nouvelle approche pour gérer le partage de la source de chaleur par friction à l'interface outil-copeau. La démarche proposée permet de mettre en place une modélisation thermomécanique de l'interaction outil-matière applicable aux procédés industriels comme le perçage très utilisé dans le domaine aéronautique. Comparée aux simulations basées sur la méthode des Éléments Finis, l'approche développée requiert un temps de calcul de l'ordre de quelques minutes avec une précision comparable.

Author: Anis Rami
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 141

View

Book Description
Le procédé de tournage galetage (CoTuB) est un traitement d'usinage innovant réalisant les procédés de tournage et de galetage à billes simultanément et sur la même machine-outil. L'objectif du procédé combiné est d'améliorer l'intégrité de surface et en même temps d'augmenter la productivité par rapport aux traitements conventionnels de surface et les procédés d'usinage. En adoptant un plan d'expérience, il a été démontré qu'une amélioration considérable de l'intégrité de surface pourrait être obtenue en utilisant le nouveau procédé combiné et en sélectionnant les paramètres appropriés. Pour effectuer une étude paramétrique, un ensembre d'expériences basées sur un plan d'expérience de type Taguchi complété par une analyse de la variance (ANOVA) a été réalisée. Le but de cette étude expérimentale est d'identifier les paramètres optimaux du tournage/galetage lors du traitement de l'acier 42 Cr Mo 4 permettant de donner une intégrité de surface optimale.Pour une meilleure compréhension des phénomènes impliqués lors du procédé combiné d'usinage/galetage, des approches et méthodologies numériques ont été développées afin de reproduire le procédé combiné. Une nouvelle approche numérique, appelée "Approche Mixte", est développée et utilisée afin de simplifier la simulation du procédé combiné. Cette approche combine des données expérimentales et numériques afin de déterminer la forme et de quantifier les chargements thermiques et mécaniques exercés par l'outil de coupe sur la surface usinée sur chaque zone de cisaillement. Cette nouvelle méthode a permis d'effectuer une simulation 3D du procédé de tournage-galetage combiné et permet de simuler plusieurs passages des outils autour de la surface usinée. La simulation permet de prédire les contraintes résiduelles induites par le procédé combiné et la comparaison révèle un bon accord entre les résultats numériques et expérimentaux.

Author: Vincent Chomienne
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 175

View

Book Description
Ce mémoire présente une méthode visant à mettre en évidence l'influence de l'intégrité de surface obtenue en tournage, sur la fatigue de l'acier 15-5PH. Le travail réalisé consiste à développer des moyens d'obtention de surfaces à intégrités maitrisées, puis à réaliser des essais de fatigue pour observer l'influence des paramètres d'intégrité. Les procédés de tournage et de galetage sont utilisés pour obtenir des lots d'éprouvettes possédant différentes intégrités de surfaces. Ces éprouvettes sont ensuite toutes caractérisées, en rugosité et contraintes résiduelles, de manières non destructives. Certaines éprouvettes font l'objet d'analyses complémentaires pour caractériser l'état de la matière sous la surface. Ces analyses permettent de constituer des lots d'éprouvettes possédant des caractéristiques de surfaces très proches. Toutefois, il a été mis en évidence une très grande sensibilité de l'intégrité de surface générée, vis-à-vis du diamètre de la pièce usinée, ce qui se traduit par une dispersion importante des intégrités de surface obtenues. Les lots constitués sont ensuite testés en fatigue sur une machine de flexion rotative (R = -1) selon la méthode Staircase. Cette méthode permet de déterminer la limite d'endurance avec 50 % de probabilité de rupture pour un nombre de cycles donné. Les résultats sont ensuite confrontés aux intégrités de surface des lots pour déterminer les caractéristiques les plus influentes. Une comparaison des données expérimentales est réalisée avec les modèles de la littérature. Il est montré que ces modèles ne parviennent pas à décrire de manière satisfaisante le comportement en fatigue vis à vis de la rugosité ou du niveau de contraintes résiduelles. L'analyse de ces résultats montre que le profil de contraintes résiduelles, dans le cas du 15-5PH, est la caractéristique la plus influente sur la tenue en fatigue. La rugosité n'apparait pas comme un facteur d'influence notable, à l'exception des cas où les contraintes résiduelles ont un niveau très faible. Des pistes d'améliorations sont enfin suggérées pour améliorer la prise en compte de l'intégrité de surface dans le cadre d'un dimensionnement en fatigue.