Contribution à la modélisation analytique et à la simulation numérique de l’enlèvement de matière et de ses conséquences induites: cas de la coupe orthogonale

Analytical modeling and numerical simulations of material removal and the induced phenomena in the work-piece : orthogonal cutting case

• Auteur / Autrice : Ferdinando Salvatore
• Direction : Hédi Hamdi, Tarek Mabrouki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, Ecole nationale d'ingénieurs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Coupe

Travail des métaux

Traitements de surface

Résumé

Dans ce manuscrit, l’enlèvement de matière par outil de coupe a été modélisé analytiquement et numériquement et validé expérimentalement. Pendant le contact outil-pièce, plusieurs phénomènes physiques apparaissent ; la « pure coupe », le labourage latéral et les aspects élastiques sous l’outil. Tous ces aspects sont étudiés séparément (approche de décomposition). La « pure coupe » correspond à un outil de coupe virtuel ayant R=0 et un angle de coupe équivalent g* qui tien compte des effets du rayon réel sur la coupe. L’avancepar tour correspond à f-fcr. Fcr est la surface de séparation de la matière en deçà de laquelle la bavure latérale (labourage) et les phénomènes élastiques existent. La méthode de décomposition est suivie ensuite par la « recomposition » des phénomènes élémentaires de coupe où les variables précédemment calculées sont superposées (efforts, températures, variables géométriques. . . ). Cette dernière étape est importante pour évaluer les variables « totales » de l’enlèvement de matière et la contribution relative des différents phénomènes. De plus, la « recomposition » permet de quantifier les chargements mécaniques et thermiques sur la pièce et, par conséquent, une approche analytique des contraintes résiduelles peut être proposée.

In this research work, the material removal phenomenon is modelled with analytical and numerical approaches. Experimental tests are made to compare results. During the toolworkpiece contact, many physical phenomena can be taken into account; chip formation, ploughing (burr formation) and spring back. All those aspects are modelled separately (decomposition approach). Chip formation is modelled with a virtual tool, having a cutting edge radius R equal to zero, and an equivalent cutting angle g*, which take into account the cutting radius effects. The effective work material layer removed is f-fcr. Fcr is the separation line between chip formation and ploughing and elastic phenomena. Afterwards the studied phenomena are “recomposed” in order to simulate the reality. Finally the outputs of the model are employed to model analytically the residual stresses in the final piece surface.