Développement d'un modèle d'efforts de coupe multi-opérations et multi-matériaux. Application au tournage du cuivre pur dans différents états métallurgiques.

Multi-operation and multi-material cutting force modelling. Application to turning of pure copper in different metallurgical states.

• Auteur / Autrice : Sébastien Campocasso
• Direction : Gérard Poulachon, Jean-Philippe Costes, Stéphanie Bissey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 29/11/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bourguignon des matériaux et procédés (Cluny, Saône-et-Loire) - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés
• Jury : Président / Présidente : René Billardon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Poulachon, Jean-Philippe Costes, Stéphanie Bissey, Philippe Lorong, Michaël Fontaine
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoît Furet, Yann Landon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tournage (technique)

Usinage

Cuivre -- Métallurgie

Mots clés libres

Usinage

Efforts de coupe

Discrétisation d'arête

Relations de coupe

Cuivre Cu-OFE

Ecap

Machining

Cutting forces

Edge discretisation

Cutting laws

Pure copper Cu-OFE

Ecap

Résumé

La modélisation des efforts de coupe en usinage est nécessaire pour prédire certaines caractéristiques de la pièce usinée comme sa géométrie, son état de surface ou encore l'intégrité de la matière en sub-surface.Les nombreux modèles d'efforts de coupe déjà développés sont souvent appliqués dans le cas d'opérations d'usinage simples, ce qui limite leur diffusion vers le milieu industriel, alors qu'il existe un réel besoin de modélisation d'opérations d'usinage complexes et variées, et prenant en compte d'éventuels changements métallurgiques au niveau du matériau usiné.L'objectif de ces travaux est de proposer un modèle d'efforts de coupe appliqué à toute opération de tournage d'une part et considérant certaines propriétés mécaniques du matériau usiné d'autre part.Concernant l'aspect multi-opérations, un modèle géométrique utilisant des transformations homogènes a été développé et permet de décrire à la fois la trajectoire et la géométrie de l'outil. Les effets de paramètres originaux, tels que le diamètre de la pièce, l'angle de direction d'arête et le rayon de bec, sont étudiés, notamment à l'aide de nouvelles configurations de coupe élémentaires. La prise en compte de ces paramètres dans les relations de coupe locales permet finalement d'améliorer la simulation des efforts de coupe lors d'un contournage.L'approche utilisée pour l'aspect multi-matériaux consiste à modifier progressivement le matériau usiné. Ainsi, le matériau initial, le cuivre pur, a été étudié dans différents états métallurgiques, obtenus par des traitements thermo-mécaniques. En particulier, le procédé d'extrusion coudée à aires égales (ECAE) a été utilisé afin d'écrouir le matériau dans la masse. Ainsi, trois matériaux aux caractéristiques mécaniques différentes mais conservant plusieurs caractéristiques communes (thermiques notamment) ont pu être comparés en termes d'efforts de coupe. Les coefficients des relations de coupe sont finalement mis en regard des propriétés mécaniques obtenues par des essais de traction et de compression à grande vitesse.

The cutting forces have to be known as accurately as possible in order to predict the characteristics of the workpiece as the geometry, the roughness or the material integrity.Numerous models have been yet developed; however, the majority cannot be used for the various industrial cutting operations and remain confined for a single machined material.The objective of this study is to develop a cutting forces model applied to any turning operation and taking into account some mechanical characteristics of the machined material.First, a geometrical model based on homogeneous transformations is presented. Then, the effects of some parameters, like the workpiece diameter, the cutting edge angle and the nose radius, are studied by using new cutting configurations, in order to improve the cutting laws.The multi-material aspect is approached by modifying the metallurgical state with thermo-mechanical treatments, especially by using the equal channel angular extrusion process in order to harden the material in the mass. Finally, the coefficients of the local cutting relations are compared to mechanical characteristics obtained from tensile and high compression tests.