Concept de montage intelligent pour la maitrise de la distorsion des pièces en usinage

Concept of smart fixture to control part distortion in machining

• Auteur / Autrice : Mohamed Ali Louhichi
• Direction : Gérard Poulachon, Philippe Lorong, José Carlos Outeiro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - Procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 16/03/2023
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• 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 (Cluny, Saône-et-Loire)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Pedro José Arrazola Arriola
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Poulachon, Philippe Lorong, José Carlos Outeiro, Mathieu Ritou, Katia Mocellin, Hélène Chanal, Eric Monteiro
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mathieu Ritou, Katia Mocellin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réduction de modèle

Contraintes résiduelles

Dissertation universitaire

Usinage

Mots clés libres

Contraintes résiduelles

Distorsion

Usinage

Simulation numérique

Réduction de modèle

Al7075

Residual stress

Distortion

Machining

Numerical simulation

Model reduction

Al7075

Résumé

Pour des pièces minces, dont la forme finale est obtenue par usinage, il est fréquent d’observer, après débridage, des déformations non compatibles avec l’usage à venir de ces pièces. Ces déformations sont provoquées par le relâchement et la redistribution de contraintes initiales durant l’usinage et durant le débridage. Ces contraintes initiales sont générées par des procédés de fabrication appliqués avant l'usinage, tels que le laminage et le traitement thermique. Une approche basée sur la modélisation numérique est envisagée dans ce travail pour anticiper et minimiser ces déformations et ainsi économiser du temps et de l’argent. L’approche utilise des mesures in-situ sur des pièces en alliage d'aluminium 7075-T6. Elle s’appuie notamment sur un méta-modèle utilisant une base de profils de contraintes résiduelles déduit d'un plan d'expériences basé sur les incertitudes et les sensibilités des données de simulation du traitement thermique appliqué, avant usinage, à la pièce. Ensuite, une décomposition en valeur singulière (SVD) est utilisée pour représenter la nouvelle combinaison de contraintes résiduelles. Cette combinaison est mise à jour après chaque étape d’usinage à l'aide d'une optimisation basée sur des mesures de distorsion réelles. Ce méta-modèle est ainsi utilisé pour tenter de prédire la déformation exacte de la pièce après débridage grâce à une observation des déformations de la pièce en cours d’usinage. Cette prédiction des déformations, permet de corriger la trajectoire de l'outil lors de la dernière passe d'usinage à l'aide d'un montage instrumenté pour améliorer la forme finale de la pièce après débridage.

After unclamping of machined thin part undesirable deformations are often observed. These distortions are caused by the release and redistribution of the initial residual stresses during machining and during unclamping. Manufacturing processes applied before machining, such as rolling and heat treatment generate these initial stresses. An approach based on numerical modeling is considered in this work to anticipate and minimize these distortions and thus save time and money. This approach is based on in-situ measurements of 7075-T6 aluminum alloy parts. It introduces a meta-model that consists in building a base of residual stress profiles from a design of experiments based on the uncertainties and sensitivities applied on the simulation of the heat treatment applied on the part before machining. Then, a singular value decomposition (SVD) has been used to represent the new combination of residual stresses. This combination is updated after each machining step using optimization based on real distortion measurements. This meta-model is used to predict the exact distortion of the part after unclamping thanks to an observation of the distortions of the part during its machining. Using this prediction of the distortions, it is then possible to correct the tool trajectory during the last machining path using an instrumented clamping system to improve the final shape of the part after unclamping.