Contributions à la simulation de l’enlèvement de matière par abrasion

par Charly Euzenat

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Christophe Tournier et de Sylvain Lavernhe.

Le président du jury était Jean-Marc Linares.

Le jury était composé de Joël Rech, Olivier Cahuc, François Avellan, Pierre-Alain Boucard.

Les rapporteurs étaient Joël Rech, Olivier Cahuc.


  • Résumé

    La réalisation des pièces mécaniques à forte valeur ajoutée implique des temps d'usinage conséquents et nécessite parfois une finition des surfaces fonctionnelles par abrasion pour atteindre les spécifications requises. La bonne définition des paramètres de la gamme de fabrication joue un rôle important dans l'obtention l'état de surface final sur les pièces produites. Dans ce contexte, la maîtrise des exigences est encore réalisée de manière empirique.La thèse sur le polissage des surfaces fonctionnelles et plus particulièrement sur la prédiction et la simulation réaliste des effets des procédés d'abrasion sur la topographie des surfaces. Les travaux proposés contribuent à étudier de nouvelles méthodes de simulation pour l'abrasion. Plus particulièrement, l'enjeu scientifique de ces travaux est de créer une rupture vis-à-vis des simulations classiques à base de maillages, par l'utilisation de méthodes particulaires, et d'en évaluer les performances dans ce contexte. Les résultats de simulation obtenus dans le cadre d'essais d'indentation et de rayage ont été comparés à des essais et sont concluants. Cependant, les temps de simulation sont trop grands pour envisager une simulation d'abrasion complète mettant en œuvre le passage de centaines de grains abrasifs.Pour pallier ces difficultés, le développement d'un modèle d'abrasion basé sur la représentation implicite des surfaces a été mené. Le procédé d'abrasion est modélisé en utilisant ce formalisme de représentation des surfaces. Une gamme de fabrication complète allant de l'usinage à l'abrasion est simulée avec succès et est validée expérimentalement. Les modèles étudiés pourraient être une base au développement d'un outil de simulation industriel. L'apport des simulations au profit de l'automatisation des opérations d'abrasion et de l'optimisation des gammes de fabrication pourrait permettre d'augmenter la productivité et la qualité des pièces mécaniques.

  • Titre traduit

    Meshless simulation of abrasive processes


  • Résumé

    The production of mechanical parts with high added value involves significant machining times and sometimes requires the functional surfaces to be finished by abrasion in order to achieve the required specifications. The correct definition of the parameters of the manufacturing process plays an important role in obtaining the final surface finish on the parts produced. In this context, the control of involved parameters is still carried out empirically.The thesis focuses on the polishing of functional surfaces and in particular on the prediction and realistic simulation of the effects of abrasion processes on surface topography. The proposed work contributes to the study of new simulation methods for abrasion. More specifically, the scientific challenge of this work is to create a breakthrough with conventional simulations, using meshless methods, and to evaluate their performance in this context. The simulation results obtained in indentation and scratching tests have been compared to experimental results and are in agreement. However, the simulation times are too long to envisage a complete abrasion simulation involving the passage of hundreds of abrasive grains.To overcome these difficulties, the development of an abrasion model based on the implicit representation of surfaces was carried out. The abrasion process is modelled using this surface representation formalism. A complete manufacturing process from machining to abrasion is successfully simulated and experimentally validated. The models studied could be a possible foundation for the development of an industrial simulation framework. The contribution of simulations to the automation of abrasion operations and the optimization of manufacturing processes could help to increase the productivity and quality of mechanical parts.


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