Développement d'une modélisation numérique et d'une méthodologie expérimentale dans le mécanisme de formation des copeaux : Application à la coupe orthogonale de l'alliage Ti6Al4V.

Overview & Synopsis

Le travail effectué dans cette thèse propose une approche numérique et expérimentale de la modélisation de l’usinage de l’alliage Ti-6Al-4V. La modélisation proposée porte en particulier sur la détermination des paramètres d’une loi de type Johnson-Cook modifiée (MJC) avec la prise en compte du phénomène d’adoucissement. Dans un premier temps une étude paramétrique de la sensibilité du modèle de lois de comportement proposé est réalisée. Elle a permis d’identifier les paramètres optimaux permettant de limiter les écarts du modèle numérique par rapport aux résultats expérimentaux obtenus en coupe orthogonale en termes de morphologie de copeau et de niveau d’efforts de coupe.Le volet expérimental proposé lors de ces travaux a permis une analyse détaillée de la cinématique du process de génération de copeau dans le cadre de la coupe orthogonale sur un banc expérimental multi-instrumenté dédié (platine dynamométrique et caméra rapide). Une analyse basée sur une mesure des efforts de coupe et un suivi par camera rapide de la génération du copeau a été réalisé pour une large gamme de conditions de coupe. Ces essais ont permis de mettre en évidence les différentes corrélations entre les paramètres opératoires et les géométries de copeau générées (phénomène de segmentation). Les analyses réalisées ont permis un recalage des paramètres de la loi de comportement MJC proposée.Le volet numérique, basé sur une modélisation par éléments finis, a été validé par confrontation à des résultats expérimentaux, en termes de géométrie de copeau, d’efforts de coupe et d’autres caractéristiques, pour différentes configurations de coupe simulées.Les simulations et les validations expérimentales réalisées ont permis de couvrir un large domaine de conditions de coupe incluant celles utilisées en environnement industriel. Les résultats obtenus permettent d’envisager une extension du modèle 2D au domaine 3D pour l’étude de l’usinage dans le cadre de configurations de coupe plus complexes (coupe oblique par exemple). Cette approche permettra de se rapprocher au mieux des conditions thermomécaniques générés lors de procédé réels d’usinage 3D tels que le perçage, tournage ou fraisage.Mots-clés : coupe orthogonale, usinage, modélisation FE, formation de copeaux, segmentation de copeaux, forces d'usinage, Ti6Al4V.