Usinage à sec ou MQL : quantification et prise en compte des dilatations thermiques durant le process

Dry or MQL machining : quantification and consideration of thermal distortions along the process

• Auteur / Autrice : Henri-francois Boyer
• Direction : Philippe Lorong
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 12/06/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Hascoët
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Lorong, Nicolas Ranc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joël Rech, Daniel Dudzinski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation numérique

Fluides de coupe

Thermique

Usinage à très grande vitesse

Mots clés libres

Usinage à sec

MQL

Thermique

Simulation numérique

MQL machining

Dry machining

Heat transfer

Simulation

Résumé

L'industrie automobile cherche à réduire son utilisation des liquides de coupe en usinage pour des raisons économiques, environnementales et sanitaires. Les fabricants développent ainsi la démarche Minimum Quantity Lubrication qui vise à réduire au strict minimum l'utilisation des liquides de coupes en usinage. En l'absence de liquide de coupe, la stabilisation thermique de la pièce n'est plus assurée et des échauffements locaux apparaissent. Ces échauffements créent des déformations qui doivent être quantifiés et pris en compte afin d'assurer la conformité de la géométrie produite.Une démarche de modélisation de l'échauffement d'une pièce pendant l'usinage est présentée. Le modèle obtenu permet à la fois de quantifier la quantité de chaleur introduit dans la pièce pour des usinages simples et de simuler les déformations d'une pièce complexe lors de l'enchainement d'opération d'usinage. Cette quantification repose sur une méthode inverse. Elle est appliquée à des opérations de fraisage, perçage et taraudage d'un alliage d'aluminium AS9U3. Dans un second temps, une étude de l'influence de l'ordonnancement des opérations d'usinage d'un carter de boite de vitesses automobile sur la qualité de la géométrie produite est conduite. Cette étude illustre l'intérêt du modèle de simulation et des outils développés pendant la thèse. Enfin, les enjeux économiques et environnementaux de la technologie MQL seront abordés.

The application of MQL or dry machining in mass production becomes more and more accepted. Dry (MQL) machining is a very efficient solution to reduce the usage of cutting fluids and represents an effective measure for an environmental friendly production. However, these techniques do not benefit any more from the stabilization in temperature obtained with cutting fluids. More important and more heterogeneous increases of the temperature are observed. This leads to distortions of the work piece during machining which are necessary to be taken into account to maintain the geometrical quality of the manufactured surfaces.A model of the warm-up of a part during machining is presented. The obtained model allows to quantify heat introduced into the work piece for simple operations and to feign the distortions of a complex part when operations are enchained. This quantification is based on an inverse method. It is applied for reaming, drilling and tapping process for an aluminum alloy AS9U3. Secondly, a study about influence of operations organization is done. We use the model to quantify distortions an aluminum clutch case along machining. This study illustrates interest of the model and of tools developed during the PhD. In a last part, economic and environmental stakes of the MQL approach are discussed.