Etude mécanique et métallurgique du perçage d’une nuance d’acier inoxydable austénitique réfractaire

Mechanical and metallurgical study of the drilling of a grade of heat resistant austenitic stainless steel

• Auteur / Autrice : Rabiae Arif
• Direction : Guillaume Fromentin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés de fabrication - Génie mécanique (AM)
• Date : Soutenance le 14/05/2020
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Dessein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Fromentin, Gilles Dessein, Joël Rech, Michaël Fontaine, Frédéric Rossi, Bertrand Marcon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joël Rech, Michaël Fontaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Outils de coupe

Usinage

Mots clés libres

Perçage

Acier inoxydable austénitique réfractaire

Ecrouissage

Discrétisation d'arête

Déformation plastique incrémentale

Efforts de coupe locaux

Drilling

Heat resistant austenitic stainless steel

Strain hardening

Cutting edge discretization

Incremental plasticstrain

Local cutting forces

Résumé

Dans le cas de l’usinage des corps de turbocompresseurs (fraisage, perçage et taraudage) en acier inoxydableausténitique réfractaire (AIAR), les durées de vie des outils de coupe sont fortement altérées par rapport à desaciers standards de résistance mécanique équivalente. De ce fait, le coût de l’usinage de ces pièces, outilscoupants compris, constitue une part importante du prix de production. Dans le cas de leur perçage, la sévéritéde l’usinage est accrue et ceci d’autant plus qu’il repose sur des outils monoblocs étagés, complexes etcouteux.Ce projet de thèse vise à développer une nouvelle géométrie de coupe optimisée pour le perçage des AIAR.Dans cette optique, une caractérisation de l’outil de coupe est réalisée en se basant non seulement sur l’analysedes efforts de coupe locaux à partir d’une discrétisation des efforts de coupe globaux dans le régime transitoire,mais aussi sur la formation du premier copeau. Ensuite, une analyse in-situ du cumul de l’écrouissage de lasous-couche usinée est également réalisée en s’appuyant sur une identification de la déformation plastiqueéquivalente incrémentale. L’ensemble des analyses contribuent à la compréhension de la relationécrouissage/usinabilité pour les AIAR pour l’amélioration de la durée de vie des outils.

In the case of the turbocharger housings machining (milling, drilling and tapping operations) made of heatresistant austenitic stainless steel (HRASS), the tools life is greatly altered compared to standard steels ofequivalent mechanical resistance. Therefore, the machining cost of such pieces, including the cutting tools,constitutes a significant amount of their total cost. Concerning the drilling, the severity of the machining isincreased and even more since it relies on stepped, complex and expensive one-piece tools.This PhD project aims to develop a new cutting geometry optimized for the HRASS drilling. In thisperspective, a characterization of the cutting tool is carried out based on one hand on the local cutting forcesanalysis from a global cutting forces discretization during the drill tip penetration, and also on the initial chipformation. Then, an in-situ analysis of the cumulative strain hardening of the machined subsurface layer is alsocarried out using an identification of the incremental equivalent plastic strain. All the performed analysescontribute to the understanding of the strain hardening/machinability relationship for the tool life improvementof the HRASS dedicated drills.