Analyses expérimentales et modélisation de la formation de bavures dans l’alliage AlSi7Mg0,3+0,5Cu – Application en coupe orthogonale et en fraisage

Experimental analysis and burr formation modeling in the AlSi7Mg0.3+0.5Cu alloy –Application to orthogonal cutting and milling

• Auteur / Autrice : Tristan Regnier
• Direction : Guillaume Fromentin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - Procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• 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
• Jury : Président / Présidente : Gilles Dessein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Fromentin, José Carlos Outeiro, Alain d' Acunto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pedro José Arrazola Arriola, Joël Rech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décolletage (coupe des métaux)

Fraisage (travail des métaux)

Aluminium -- Alliages

Mots clés libres

Formation de bavures

Modélisation des efforts de coupe

Alliage d'aluminium

Fraisage grande vitesse

Coupe orthogonale

Corrélation d'images

Burr formation

Cutting forces modelisation

Aluminum alloy

High speed milling

Orthogonal cutting

Digital image correlation

Résumé

Dans un contexte d’optimisation des lignes de production, la maîtrise de la qualité des pièces et des capacités machines est primordiale. Plusieurs études se sont intéressées à la formation des bavures en usinage mais les mécanismes sont encore peu connus, bien qu’un lien fort avec les efforts de coupe soit établi par divers auteurs. Ainsi, la maîtrise des efforts de coupe a un intérêt double : optimiser les lignes de production et servir de donnée d’entrée pour la prédiction de la taille des bavures. Cette étude propose donc de renforcer les connaissances concernant les mécanismes de formation des bavures générées par un outil en sortie matière, et de prédire les efforts de coupe en fraisage grande vitesse, dans l’alliage d’aluminium AlSi7Mg0,3+0,5Cu. Divers mécanismes de formation de bavures sont étudiés en coupe élémentaire. Une nouvelle méthode de mesure in situ permet d’identifier l’influence des conditions opératoires sur l’évolution statistique de critères géométriques caractérisant les bavures générées de façon hétérogène dans le cas de l’alliage étudié, dont le comportement est fortement dépendant de son état de contrainte local ainsi que de sa microstructure. Une analyse des champs de déplacement et déformation par corrélation d’images couplée ainsi qu’un modèle de simulation par éléments finis permettent d’identifier plus finement les mécanismes de formation des bavures. Le surfaçage est étudié pour modéliser les efforts de coupe puis comparer les efforts produits lors de la sortie des dents avec les caractéristiques des bavures obtenues. Enfin, une stratégie de minimisation de la hauteur des bavures en surfaçage à la fraise grande avance est étudiée.

In a context of production lines optimization, parts quality and machine capabilities control is essential. Several studies have been carried out on machining burr formation but the mechanisms are not fully understood, although a strong link between burrs formation and cutting forces is established by several authors. Hence, controlling the cutting forces has two advantages: optimize the production lines and be used as input data for a burr height model. This study proposes to consolidate the knowledge on burr formation mechanisms during the exit of a tooth, and to predict cutting forces during high speed milling of the AlSi7Mg0.7+0.5Cu alloy. Various burr formation mechanisms are studied in orthogonal cutting. A new in situ measurement method allows to identify the statistical influence of some operational conditions on the evolution of some newly introduced geometrical parameters defining the burrs heterogeneously formed in the case of the studied alloy, whose behavior strongly depends on its local stress state as well as its microstructure. A displacement and strain field analysis using Digital Image Correlation, as well as a finite element model provide a better understanding of the burr formation mechanisms. Face milling is studied to model cutting forces and compare the forces produced during the exit of a tooth to the obtained burr morphologies. Finally, a burr height reduction strategy is proposed using a high feed mill.