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Compréhension et optimisation des procédés d’usinage
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Compréhension et optimisation des procédés d’usinage
Compréhension et caractérisation de l’interaction
outil/pièce et outil/copeau lors du processus de coupe
Le phénomène de coupe est très complexe, en particulier dans la
zone de formation du copeau. La compréhension des mécanismes
mis en jeu en vue de la modélisation tridimensionnelle du
phénomène de coupe nécessite l'identification des énergies induites.
Les travaux évoqués ici, réalisés conjointement par le LMP et le
LGM²B, ont démontré par des procédures expérimentales très
rigoureuses, l'existence de moments en pointe d'outils lors de la
coupe des matériaux.
La description fine de l'outil à l'échelle mésoscopique, consistant à
raccorder les faces de coupe et de dépouille par le rayon de bec et
des rayons d'acuité a induit des progrès notables dans la précision
des résultats obtenus sur les efforts de coupe. Néanmoins, la prise en
compte des moments de coupe n'est pas encore satisfaisante car
uniquement liée à la notion de gradient de contraintes. Une
première modélisation tridimensionnelle de la coupe intégrant cette
notion de moments et basée sur la théorie des milieux de Cosserat a
été adoptée mais ne semble pas, a posteriori, être complètement
représentative des phénomènes de déformation rencontrés lors de la
coupe.
Des observations poussées des déformations dans le copeau
montrent qu'elles ont une évolution non linéaire qui conduit à
introduire la notion de gradient de déformation. La théorie du
second gradient, développée par Toupin [1962], Mindlin [1968] et
Germain [1973] introduit cette notion de gradient de déformation et
permet de modéliser les phénomènes de déformations de rotations
issus du processus de coupe. L'objectif principal est maintenant de
développer la théorie du second gradient pour l'application usinage
et de déterminer de nouvelles formes de lois de comportement.
Des expérimentations sont développées afin de reproduire les
déformations de cisaillement engendrées par un chargement de type
"stick and slip" proche de la sollicitation rencontrée dans la zone de
cisaillement secondaire lors de la coupe.
varient fortement le long de l'arête principale et de l'âme. Un rayon
d'acuité permet de lier les surfaces de coupe et de dépouille.
La mesure des efforts de coupe par un dynamomètre à six
composantes a permis d'établir de fortes corrélations entre la qualité
géométrique des trous réalisés et le comportement de l'axe central
du torseur des efforts.
L'approche académique a montré les limites des modèles actuels de
coupe. Les angles importants de coupe et de dépouille (positifs ou
négatifs), ainsi que l'évolution des vitesses de coupe induisent des
erreurs importantes, incompatibles avec les exigences d'un modèle
de coupe. Les études actuelles visent à améliorer le modèle de coupe
en perçage, notamment en affinant la description des phénomènes
thermomécaniques liés à la déformation de la matière dans la zone
de cisaillement primaire.
Inclinaison moyenne
de l'axe central
Point de réduction
Actuellement, une approche
expérimentale qui a nécessité le
développement d'un foret à géométrie
variable permet d'appréhender le
comportement en perçage et de
déterminer les configurations optimales.
Distance par rapport au
centre théorique
Centre théorique
Cercle moyen des positions
de l'axe central
Évolution de l'axe central du torseur des efforts de coupe en cours de perçage
Evolution des angles de coupe en travail
pour un foret hélicoïdal
(α C , γ C et λ C en fonction de r, distance à l’axe du foret)
rad
m