Étude expérimentale et analytique pour la caractérisation des échanges thermiques locaux et globaux à l'interface meule/pièce en rectification

par André Francis Lefebvre

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur. Mécanique. Productique

Sous la direction de Paul Lipinski et de Pascal Vieville.

Soutenue en 2005

à Metz .


  • Résumé

    L'énergie nécessaire à une opération de rectification est convertie en chaleur ce qui peut engendrer des températures élevées à l'interface meule/pièce et un endommagement thermique superficiel de la pièce. Un thermocouple rectifiable feuille/pièce a été développé afin de mesurer l'évolution de la température directement à l'interface meule/pièce et de déterminer les flux globaux et locaux absorbés lors de la rectification d'aciers avec une meule alumine. Un étalonnage dynamique radiatif du capteur, à l'aide d'un faisceau laser, a permis de déterminer une bande passante de 1 kHz. Une étude de finesse, analytique à l'échelle locale du grain et par éléments finis à l'échelle globale, montre que l'erreur sur la température maximale mesurée est liée à la présence des feuilles de mica, aux propriétés thermophysiques des différents matériaux mais aussi à l'écart relatif entre les énergies spécifiques de l'acier rectifié et de l'électrode en constantan. La très bonne répétabilité de la méthode de mesure dans la phase de refroidissement démontre que le capteur intègre bien l'énergie transmise par l'ensemble des grains actifs à l'interface meule/pièce. Cette phase est utilisée pour la détermination du flux global. L'analyse haute fréquence du signal permet d'identifier la température locale de contact grain/pièce avec des vitesses de chauffage de l'ordre de 100 °C/µs. Une modélisation tridimensionnelle du champ de température par une source mobile circulaire au voisinage d'un grain permet de vérifier que la température locale mesurée par le thermocouple correspond bien à l'action d'un grain. Nous déterminons alors le flux local absorbé par la pièce sous le grain et le copeau.

  • Titre traduit

    Experimental and analytical analysis for the characterization of the local and global heat transfer at the wheel / Workpiece interface in grinding


  • Résumé

    The grinding energy is essentially converted into heat, yielding high temperatures and thermal damage of the workpiece. The purpose of this thesis is the experimental estimation of the global and local heat flux and the corresponding energy partition to the workpiece for regular grinding of steels with aluminium oxide wheel. The temperature and the real contact length between the wheel and the workpiece were measured using a grindable thermocouple. A dynamic calibration with a laser spot was conducted to measure the time constant of the sensor. The transparency of this measurement technique was studied analytically at the local scale of the grain and numerically at the global scale of the wheel. It was found that the systematic errors in the maximal temperature are attributed to the mica foil, the thermo physical properties of the grain, the workpiece and the electrode but also to the relative difference between the specific energy of the workpiece and the constantan foil. It was found that the sensor is very accurate in the cooling zone which has been used to perform a good fitting of experimental curves by numerical results and to estimate the global heat flux. A high frequency analysis of the signal has shown flash temperatures corresponding to the local temperature under the grain with very high heating speed of about 100 °C/µs. To determine the local heat flux, the model of the moving circular heat source was used. We have made the fitting in the heating time and the comparison between the theoretical and experimental cooling has demonstrated that the sensor is fast enough for the estimation of the local temperature and the local heat flux.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (181 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 67, 117, 144, 178

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