Développement d'une méthodologie de conception de broches en carbure de tungstène : Application au brochage d'alvéoles pied de sapin de disques de turbine.

Development of a tungsten carbide broach design methodology : Application to the broaching of turbine discs fir tree slots

• Auteur / Autrice : Quentin Bonnardel
• Direction : Gilles Dessein, Vincent Wagner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 11/12/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
• Jury : Président / Présidente : Walter Rubio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Dessein, Vincent Wagner, Walter Rubio, Gérard Poulachon, Mohammed Nouari, Madalina Calamaz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Poulachon, Mohammed Nouari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Brochage (mécanique)

Génie industriel

Méthodologie

Mots clés libres

Brochage

Udimet 720

Alvéole pied de sapin

Méthodologie de conception

Broaching

Udimet 720

Fir tree slot

Design methodology

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse visent à améliorer la compréhension des phénomènes physiques induits lors d'une opération de brochage. L'objectif final est le développement d'une méthode robuste pour la conception de broches en carbure de tungstène. Pour cela, un état de l'art détaillant les pratiques technologiques ainsi que les analyses scientifiques de ce procédé est réalisé. Une étude élémentaire de la coupe d' Udimet 720 est mise en œuvre avec des conditions expérimentales testées sur un vaste domaine de manière à définir leur influence sur l'évolution des sollicitations d'usinage, de l'usure de l'outil et de la qualité de la matière produite. Une méthodologie de conception adaptée au brochage d'alvéoles pied de sapin par des broches en carbure de tungstène est développée. En s'appuyant sur des modèles empiriques dérivés des campagnes expérimentales et sur un logiciel interne, cet usinage peut être simulé. L'exploitation des résultats permet d'estimer la durée de vie du jeu de broches, de vérifier son dimensionnement et de calculer sa rentabilité. La nouvelle méthode est appliquée sur deux cas industriels : le premier proche des contraintes de production et le second débridé afin d'exprimer le potentiel maximal de cette technologie. Au final, les gains réalisables sur le coût par pièce en développant le brochage avec des outils en carbure de tungstène sont estimés entre 60 et 80 %

The work presented in this thesis aims to improve the understanding of the physical phenomena induced by a broaching operation. The end goal is the development a robust method for designing tungsten carbide broaches. For this purpose, a state of the art detailing the technological practices as well as the scientific analyses of this process is realized. An elementary study of the Udimet 720 cut is carried out with experimental conditions varied over a wide range in order to define their influence on the evolution of the machining stresses, the wear of the tool and the quality of the material produced. A design methodology adapted to the broaching of fir tree slots by tungsten carbide broaches is developed. Based on empirical models derived from experimental campaigns and an internal software, this machining can be simulated. The exploitation of the results makes it possible to estimate the lifetime of the broaches, to verify its dimensioning and to calculate its profitability. The new method is carried out on two industrial cases: the first close to the production constraints and the second unbridled in order to express the maximum potential of this technology. In the end, the achievable gains on the cost per piece by developing the broaching with tungsten carbide tools are estimated between 60 and 80 %.