Experimental study and 3D finite element modelling of milling process : applications to the identification of behaviour law parameters

• Auteur / Autrice : Aurélien Maurel-Pantel
• Direction : Jean-Claude Gelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fraisage (travail des métaux)

Éléments finis, Méthode des

Résumé

Le fraisage est un procédé très répandu dans les industries mécaniques et micromécaniques. Ces travaux concernent le couplage étroit entre simulations et expérimentations. L'objectif est d'identifier les paramètres physiques intervenant dans les lois de comportement qui seront utilisées pour la modélisation et la simulation de l'usinage. La finalité consiste à fournir une nouvelle méthodologie, ainsi que les composants logiciels associés, pour permettre l'ajustement optimal des paramètres des procédés, tout au long des phases de développement relatives à l'utilisation de nouveaux matériaux ou de nouvelles conditions opératoires. L'investigation s'articule autour de trois principales activités: -La mise en place d'une instrumentation comprenant capteurs et chaînes d'acquisitions pour permettre, la mesure des efforts nécessaires à la coupe ainsi que la visualisation des formes de copeaux et des modes de fragmentation. Par la suite, le développement des simulations numériques sous LS DYNA des procédés d'usinage. L'objectif étant de développer un modèle numérique fiable du procédé de fraisage permettant d'obtenir des formes et des valeurs d'efforts de coupe comparables à celles observées expérimentalement. Et pour finir, la réalisation de procédures d'identification par méthode inverse en corrélant des résultats expérimentaux et numériques provenant de modèle analytiques ou éléments finis. Afin de permettre l'ajustement optimal des paramètres des modèles intervenants dans les lois de comportement thermomécaniques de l'acier 304L.

Milling is among machining processes one of the most frequently used, but although milling processes operations are very used in mechanical engineering industries and as a lot of experimental results are avail-able, some essential physical phenomena present difficulties of understanding. In-deed milling is a very complex process with physical interactions between shearing, compression, ploughing, friction, very high strain rate, thermal effects and failure. Actually the machining industry needs to use new methodologies to optimise milling operations, investigations relate three main activities : in this context, a three dimensional finite element model of milling process, using an explicit commercial code, was developed in the proposed works. The workpiece material behaviour is in a first approach described using a Johnson-Cook constitutive law. In the same time, milling tests have been conducted to furnish cutting forces data in a shoulder milling configuration. In this way, a milling machine has been instrumented with a dynamometer linked to a specific real-time data acquisition system in order to measure milling cutting forces curves. Then, a confrontation has been led between the numerical and the experimental results. These experimental and numerical methods are here applied for a 304L stainless steel. Finally a behaviour model parameters identification procedure has been set up with the correlation of numerical and experimental results. Ail results are furnished by an analytical of finite element models of milling and by the experimental measure directly in milling process. The final consist to obtain predictive models on a wide working zone.