Modélisation de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6AI-4V utilisant un modèle constitutif prenant en compte l'état de contrainte dans la zone de déformation

Modelling of machining of Ti-6AI-4V titanium Alloy using a constitutive model accounting for the state of stress in the deformation zone

• Auteur / Autrice : Wenyu Cheng
• Direction : José Carlos Outeiro, Jean-Philippe Costes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés de fabrication - Génie mécanique
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Lorong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usinage

Titane -- Alliages

Mots clés libres

Usinage

Modélisation

Simulation numérique

Alliage Ti6Al4V

Intégrité de surface

Loi de comportement

Machining

Modeling

Numerical simulation

Ti6Al4V alloy

Surface integrity

Constitutive model

Résumé

L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle constitutif du comportement mécanique de l’alliage de titane Ti-6Al-4V et de l'appliquer à la simulation du procédé d’usinage. Ce modèle prend en compte les paramètres les plus influents sur le comportement mécanique (plasticité et endommagement) de l’alliage de titane Ti-6Al-4V lors de la coupe (l’état de contrainte et la vitesse de déformation). Des échantillons spéciaux ont été conçus pour générer une large gamme d'états de contrainte (triaxialité et angle de Lode) lors d'essais mécaniques, qui sont représentatifs du procédé de coupe. Une procédure d'optimisation a été développée pour déterminer avec précision les coefficients du modèle constitutif. La précision de ce modèle pour représenter le comportement mécanique de l'alliage Ti-6Al-4V sous différents états de contrainte a été confirmée en comparant les résultats expérimentaux aux simulés des essais mécaniques. Enfin, des modèles de la coupe orthogonale et du tournage de l’alliage Ti-6Al-4V, intégrant le modèle constitutif proposé, ont été développés et appliqués pour prévoir les forces, les températures, la géométrie des copeaux et l'intégrité de la surface usinée. La précision de ces modèles d'usinage a été évaluée en comparant les résultats simulés et expérimentaux.

The aim of this thesis is to propose a constitutive model of Ti-6Al-4V titanium alloy and apply it to the metal cutting simulation. This constitutive model includes the most relevant parameters affecting the mechanical behavior (plasticity and damage) of Ti-6Al-4V titanium alloy in metal cutting (i.e. the state of stress and the strain-rate). Special specimens were designed to generate a wide range of states of stress (i.e. triaxiality and Lode angle) in mechanical testing, which are representative of the metal cutting process. An optimization-based procedure was developed to determine the coefficients of the constitutive model with high accuracy. The accuracy of the proposed constitutive model to describe the mechanical behavior of Ti-6Al-4V alloy under different states of stress was confirmed by comparing the experimental and simulated results of the mechanical tests. Finally, orthogonal cutting and turning models of Ti-6Al-4V including the proposed constitutive model were developed and applied to predict the forces, temperatures, chip geometry and the surface integrity in the machined surface and subsurface. The accuracy of these machining models was evaluated by comparing the simulated and experimental results.