Soutenance mémoire
La zone de cisaillement secondaire
Cette zone se situe à l’interface, entre la face de coupe de l’outil et le copeau induit par le frottement de ce dernier sur l’outil ; cette zone est à la fois soumise à des forts taux de cisaillement et à une forte élévation de température engendrée par le frottement [19]. La déformation du matériau dans cette zone provoque une haute température [20], [21]. Cette zone à frottement génère une quantité de chaleur très importante (~ 20 à 30 % de la chaleur totale produite) selon [22], ce flux de chaleur diffusé à la fois dans l’outil et dans le copeau. La température maximale est située à la fin du contact entre le copeau et la face de coupe, et peut produire un effet d’usure en cratère critique. A l’avant de cette zone il peut y avoir l’arête rapportée (BUE : Built-Up-Edge) qui se forme, cette arête rapportée provoque l’instabilité durant l’usinage [23].
Céramiques
Les céramiques se présentent sous forme de plaquettes frittées, il existe deux grandes familles de céramiques :
Les céramiques à base d’alumine sous deux aspects : les céramiques pures de couleur blanche composées d’oxyde d’aluminium et d’autres oxydes métalliques ;
Les céramiques mixtes de couleur grise composée d’oxydes d’aluminium et de carbures métalliques.
Les céramiques à base de nitrure de silicium : ce sont des matériaux nouveaux, les plus connus étant les sialons. Elles sont de couleur noire, composée de nitrure de silicium et d’oxydes métalliques.
En pratique, les céramiques sont prévues pour supporter des vitesses de coupe élevées à des températures importantes. Elles résistent bien à l’usure mais mal aux chocs. Elles sont souvent utilisées sur des machines puissantes pour l’usinage des métaux ferreux. Elles ne conviennent pas pour les alliages légers et pour les alliages de titane (problèmes chimiques). Elles peuvent être revêtues de TiN et Al2O3.
Nitrure de bore cubique (CBN)
Le nitrure de bore cubique est un des matériaux de coupe des plus durs (dureté supérieure aux céramiques et aux carbures). Il s’agit de particules de nitrure de bore cubique et une matière liante céramique. Il se présente généralement sous la forme d’une pointe qui est basée sur un support de carbure. Il peut également être fritté sur chaque pointe du support carbure, ce qui améliore la sécurité. Les plaquettes peuvent être revêtues (PVD) de TiN, ce qui facilite la détection de l’usure. Une nuance additionnée de nitrure de titane, très dure, est principalement utilisée en finition pour les aciers trempés, les aciers cémentés et pour les fontes. Une nuance de CBN pure, très résistante à l’usure, mais aussi très tenace est recommandée pour les aciers trempés et les fontes dans des conditions difficiles.
Optimisation du processus d’usinage
Optimiser, c’est rechercher la solution la plus satisfaisante tout en respectant un certain nombre de contraintes. Dans le cas d’une mise en œuvre d’une nouvelle production ou d’une amélioration d’une production existante, il peut être nécessaire d’optimiser le choix des paramètres de coupe. Il existe de nombreux critères selon lesquels on peut optimiser les paramètres de coupe mais on ne présentera ici que les trois principaux :
Coût minimum d’usinage,
Temps minimal d’usinage cadence maximale de fabrication,
Volume de copeau donné par arête de coupe.
Dans l’ordre de s’assurer que les résultats sont physiquement significatifs, des contraintes sur les paramètres du procédé de tournage (ap, f, Vc) sont ajoutées aux modèles. Ces contraintes sont nécessaires pour que les paramètres du procédé restent dans des limites raisonnables garanties par le plan d’expérience validé.
La méthode des surfaces de réponse
L’étude des surfaces de réponses sont apparus dans la seconde moitié du 20ème siècle. Il s’agit de dispositifs expérimentaux plus onéreux que ceux destinés à l’étude des effets des facteurs car nécessitant davantage d’essais, mais permettant de répondre à un objectif spécifique qui correspond à la recherche d’un optimum. Le modèle sous-jacent à la construction de ce type de plan est de forme polynomiale du second degré. Les plans mis en place avant 1970 sont utilisables dans des domaines isotropes. En présence d’une ou plusieurs contraintes rationnelles, il faut alors avoir recourt à la recherche d’un plan optimal basée sur l’utilisation d’un algorithme d’échange dont la technique est apparue après 1970. Dans tous les cas, l’analyse des résultats d’essais, passant par le calcul des coefficients du modèle, nécessite la mise en œuvre de la méthode des moindres carrés [50]. Dans une application de la méthodologie de surface de réponse (RMS), les variations de la réponse sont calculées en fonction des facteurs et interactions précédemment jugés influents. Cette étude est davantage quantitative, le but étant de déterminer comment la réponse varie.
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Table des matières
Introduction Général
Chapitre I LE PHENOMENE DE COUPE (ETUDES BILIOGRAPHIQUES)
I.1 Introduction
I.2 Opération de tournage
I.3 Les paramètres de coupe
I.3.1 La vitesse de coupe
I.3.2 La profondeur de passe
I.3.3 L’avance
I.4 Les zones de coupe
I.4.1 La zone de cisaillement primaire
I.4.2 La zone de cisaillement secondaire
I.4.3 La zone de cisaillement tertiaire
I.5 Les matériaux des outils de coupe
I.5.1 Aciers rapides
I.5.2 Carbures métalliques
I.5.3 Carbures micrograin
I.5.4 Carbures revêtus
I.5.5 Cermets
I.5.6 Céramiques
I.5.7 Nitrure de bore cubique (CBN)
I.5.8 Diamant polycristallin (DP ou PCD)
I.6 Les angles de coupe
I.6.1 Angles de direction et d’inclinaison d’arête
I.6.2 Caractéristiques géométriques de la pointe d’outil
I.6.2.1 Rayon de bec et angle de taillant
I.6.2.2 Angle de coupe et l’angle de dépouille
I.7 Formation du copeau
I.7.1 Copeau continu
I.7.2 Copeau avec arête rapportée
I.7.3 Copeau discontinu
I.8 Les modèles mathématiques d’usure (Durée de vie)
I.8.1 La loi de Taylor
I.8.2 La loi de Gilbert
I.8.3 La loi de Konig – Depiereux
I.9 Etat de surface
I.9.1 Généralités
I.9.2 Paramètres de mesure des irrégularités
I.9.2.1 Paramètres liés aux motifs
I.9.2.2 Paramètres liés à la ligne moyenne
I.9.2.3 Paramètres liés à la courbe de portance
I.10 Comportement mécanique du système pièce/outil/machine (POM)
I.11 Techniques d’analyse
I.12 Source des vibrations du système POM
I.13 Les méthodes de mesures des vibrations
I.13.1 Mesures directes
I.13.1.1 Mesure avec contact
I.13.1.2 Mesures sans contact
I.13.2 Mesure indirect
I.14 Méthodes limitant les effets des vibrations
I.14.1 Les méthodes prédictives
I.14.1.1 L’approche périodique ou analytique
I.14.1.2 L’approche temporelle
I.14.2 Les méthodes de contrôle
I.15 Les Outils d’analyse vibratoire
I.15.1 Analyses dans le domaine temporel
I.15.1.1 Valeur efficace ou valeur RMS
I.15.1.2 Facteur crête
I.15.1.3 Kurtosis
I.15.2 Analyses Dans Le Domaine Fréquentiel
I.15.2.1 Analyse spectral
I.15.2.2 Analyse d’enveloppe
I.15.2.3 Technique du HFRT (High Frequency Resonance Technique)
I.15.2.4 Analyse cepestral
I.15.3 Analyses dans le domaine temps-fréquence
I.15.3.1 La transformation de Fourier a fenêtre glissante
I.15.3.2 La transformation de Wigner-Ville
I.16 Les types de vibrations
I.16.1 Les vibrations libres
I.16.2 Les vibrations forcées
I.16.3 Les vibrations auto-entretenues
I.16.3.1 Broutement d’origine régénératif
I.16.3.2 Broutement d’origine non-régénératif
I.17 Optimisation du processus d’usinage
I.17.1 Optimisation mono-objectif
I.17.2 Optimisation multi-objectif
I.18 Conclusion
CHAPITRE II LA METHODE DES PLANS D’EXPERIENCES
II.1 Introduction
II.2 La méthode des surfaces de réponse
II.3 Objectif de la méthode des surfaces de réponse
II.4 Les étapes d’une étude par la méthode des surfaces de réponse
II.4.1 Définition des réponses
II.4.2 Choix d’une stratégie expérimentale
II.4.2.1 Les méthodes directes
II.4.2.2 Les méthodes indirectes
II.4.3 Définition des facteurs et des niveaux
II.4.3.1 Définition des niveaux
II.4.3.2 Codage de la matrice d’expérience
II.4.4 Définition du domaine expérimental
II.4.4.1 Un domaine isotrope
II.4.4.2 Un domaine anisotrope
II.4.5 Définition du modèle empirique
II.4.6 Construction du plan d’expériences
II.4.6.1 Les constructions historiques
II.4.6.2 Les constructions algorithmiques
II.4.7 Expérimentation
II.4.8 Analyse globale des résultats d’essais
II.4.9 Analyse mathématique des résultats d’essais
II.4.10 Analyse statistique du modèle
II.4.10.1 L’analyse de régression
II.4.10.1.1 Test de « Fisher-Snedecor »
II.4.10.1.2 Test « Indected Residual Error Sun of Squares »
II.4.10.1.3 Probabilité
II.4.10.2 Analyse statistiques des coefficients du modèle
II.4.10.3 Analyse statistique des résidus
II.4.11 Analyse graphique du modèle
II.4.11.1 Surfaces de réponde
II.4.11.2 Courbe iso-réponse
II.4.12 Validation du modèle et des informations obtenues
II.5 Conclusion
Chapitre III METHODOLOGIE DE RECHERCHE ET PREPARATION DES EXPERIENCES
III.1 Introduction
III.2 Objectif
III.3 Essais préliminaires
III.4 Environnement expérimental
III.4.1 Machine
III.4.2 Matériau
III.4.3 Outil de coupe
III.4.3.1 Plaquettes en carbures
III.4.3.2 Porte plaquette
III.5 Réponses du système (facteurs de sortie)
III.5.1 État de surface
III.5.2 Vibrations de l’outil de coupe
III.6 Plan d’expérience factoriel utilisé
III.6.1 Les plans de Taguchi
III.6.2 Les avantages des plans de Taguchi
III.6.3 Traitements des résultats
III.7 Conclusion
Chapitre IV RESULTATS DES EXPERIENCES TRAITEMENT ET ANALYSE
IV.1 Introduction
IV.2 Modélisation de la rugosité (Ra et Rz) et les vibrations de l’outil (Vy et Vz)
IV.3 Analyse de la variance ANOVA
IV.3.1 Analyse de la variance ANOVA pour de la rugosité Ra
IV.3.2 Analyse de la variance ANOVA pour la rugosité Rz
IV.4 Analyse de régression linéaire
IV.4.1 Analyse de régression de la rugosité Ra
IV.4.2 Analyse de régression de la rugosité Rz
IV.5 Les graphes résiduels
IV.5.1 Les graphes résiduels de la rugosité Ra
IV.5.2 Les graphes résiduels de la rugosité Rz
IV.6 Comparaison entre les valeurs mesurées et prédites de la rugosité
IV.6.1 Comparaison entre les valeurs mesurées et prédites de Ra
IV.6.2 Comparaison entre la rugosité Rz mesurées et prédites
IV.7 Courbes de surface de réponse
IV.7.1 Courbes de surface de réponse pour de la rugosité Ra
IV.7.2 Courbes de surface de réponse pour de la rugosité Rz
IV.8 Optimisation multi-réponse
IV.9 Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Perspectives
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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