Etude et modélisation de l’influence des phénomènes de coupe sur les performances du forage vibratoire

par Nicolas Guibert

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Henri Paris.

Soutenue en 2008

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    Dans le domaine de la fabrication, des nouvelles contraintes environnementales imposent de limiter au maximum l'utilisation de fluide de coupe. En perçage, de nombreuses techniques permettant d'usiner à sec ou avec très peu de lubrification commencent à voir le jour. Le perçage vibratoire est un nouveau procédé générant des vibrations axiales auto-entretenues à basse fréquence dans le but de créer une coupe discontinue. Les vibrations sont générées par un porte-outil spécifique utilisable sur tout centre d'usinage. Le copeau résultant est fractionné et peut s'évacuer naturellement. L'opération de perçage peut ainsi être réalisée à sec. Le travail réalisé s'articule autour de la modélisation de l'ensemble du phénomène de coupe en perçage vibratoire. Le modèle mis en place est couplé à une stratégie expérimentale de recalage qui abouti à l'identification précise de l'effort de coupe pour tout couple Outil/Matière. Une étude virtuelle du comportement dynamique de la tête est réalisée à l'aide d'un simulateur de perçage vibratoire intégrant les modèles établis. Plusieurs campagnes expérimentales ont mis en évidence l'influence de la géométrie des outils, des conditions de coupe et des paramètres de réglage de la tête, sur le domaine de vibration. L'ensemble des campagnes expérimentales a été effectué sur une application spécifique de perçage dans un acier à vilebrequin. L'optimisation du procédé a montré la faisabilité d'un perçage vibratoire long à sec dans le cadre d'une utilisation industrielle. La qualité de perçage obtenue est similaire à celle d'une opération de perçage traditionnel et la productivité a été multipliée par cinq par rapport à celle d'un forage avec foret ¾.


  • Résumé

    In the world of machining, due to new environmental constraints, the use of cooling is less and less recommended. For drilling operations, several techniques avoiding or limiting coolant have appeared during the last few years. Vibratory drilling is a new process which generates low frequency self vibrations in order to get a discontinuous cutting. Thus the low uncut chip thickness allows its natural evacuation. Vibrations are generated by a self vibratory drilling head which can be used on every kind of machine tool. This PhD work aims at modelling the cutting phenomenon in vibratory drilling. For each tool/material pair, it is possible to identify the cutting coefficients of the models thanks to an experimental strategy. The resulting models had then been introduced in a numerical simulator. This allows a virtual study of the dynamical behaviour of the drilling head with a fairly accuracy. Several experimental rounds of test show that the drill geometry, the cutting conditions and the drilling head parameters have a strong effect on the vibration’s area. All the experiments have been done on an industrial application of crankshaft drilling. The optimization of this new process proved that long dry vibratory drilling is effective at an industrial scale. The drilling’s quality is similar to the one of traditional drilling. The productivity is increased by five compared to the one of gun-drilling.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 64 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS08/GRE1/0117/D
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