Modélisation numérique de la coupe : étude de sensibilité des paramètres d'entrée et identification du frottement entre outil-copeau

• Auteur / Autrice : Pedro José Arrazola Arriola
• Direction : Surendar Marya, Frédéric Meslin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes (1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coupe

Modèles mathématiques

Usinage

Résumé

La modélisation numérique de la coupe, prenant en compte les non -linéarités des lois d'écoulement du matériau pièce et du contact outil-copeau, se présent comme un type de modélisation plus fine que la modélisation analytique. Elle permet d'accéder aux valeurs des variables thermomécaniques difficilement mesurables expérimentalement (températures, contraintes), mais aussi de mieux comprendre les phénomènes se produisant lors de l'usinage. Après la mise au point des modèles numériques 2D et 2D1/2 sur le logiciel d'élément finis Abaqus, cette thèse s'est attachée en premier lieu à une étude de sensibilité détaillée des paramètres d'entrée du modèle. Par la suite étant donnée l'importance observée du frottement outil-copeau, l'élaboration d'une méthodologie d'extraction de lois de frottement, à partir d'essais expérimentaux , a été abordée. Le modèle de la loi de frottement à coefficient variable en fonction du point de contact outil-copeau, permet de prendre en compte les effets de l'arête de coupe. Il permet de retrouver associé au modèle numérique mis au point, des efforts de coupe comparables à ceux déterminés expérimentalement. Par ailleurs ce modèle met en relief des différences remarquables dans les températures, par rapport au modèle à coefficient de frottement constant. Cependant malgré cette amélioration , on est encore incapable de discerner par analyse numérique un acier standard de son homologue à usinabilité améliorée. En effet l'emploi de lois de comportement matériaux et frottement outil-copeau, prenant en compte les aspects microstructuraux, s'avère maintenant indispensable pour que la simulation numérique puisse être considérée comme un outil précise de modélisation de la coupe.

Numerical cutting modelling, taking into account material's non-linear behaviour and the contact phenomena between tool and chip, shows up as finer modelling of the cutting process than the analytical one. It allows to access to several thermo-mechanical variables, and thus, to better understanding of the cutting process. After the set up of 2 D and 2ư D numerical cutting models developed under the general purpose Finite Element Analysis software Abaqus, this thesis is focused first, in an intensive sensitivity study to numerical and non-numerical parameters. Second, once shown the tool-chip friction coefficient influence in numerical results, a new methodology is proposed to determine and implement a variable friction coefficient depending on the tool-chip contact point. This methodology, which is extracted from experimental tests, takes into account cutting edge effects. It allows to better match numerical results with experimental ones, regarding cutting forces. It shows as well, remarkable differences in temperature, comparing with the numerical model where a constant friction coefficient is used. Nevertheless, this improvement doesn't allow nowadays to clearly distinguish a standard steel from its homologue with improved machinability. It seems that material behaviour and friction laws, involving microstructural aspects, could be used in the future, in the aim to develop more precise numerical models of the cutting process.