Modélisation de l'usure par diffusion des outils de coupe en usinage à grande vitesse

Modelling of tool wear by diffusion in high speed machining

• Auteur / Autrice : Mohammed Nouari
• Direction : Alain Molinari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Durée de vie (ingénierie)

Usure (mécanique)

Outils de coupe pour métaux

Usinage à très grande vitesse

Mots clés libres

Usinage

Résumé

Ces dernières années ont vu naître un intérêt croissant pour l'usinage à très grandes vitesses (UTGV) ; cet intérêt est suscité par les gains de productivité et la qualité des pièces obtenues. Toutefois, dans cette gamme de vitesses l'outil s'use plus rapidement à cause de l'élévation de la température à l'interface outil-copeau. En général on distingue trois modes d'usure : l'abrasion, l'adhésion et la diffusion. Comme la diffusion est le seul phénomène thermiquement activé (contrairement à l'abrasion et à l'adhésion), elle demeure le mode d'usure prépondérant à haute température. La perte par diffusion des composants chimiques réduit la résistance mécanique de l'outil et son efficacité. C'est pourquoi, la détermination de l'usure de l'outil et l'estimation de sa durée de vie figurent parmi les principaux objectifs de la recherche sur la coupe des métaux. La majorité des modèles existants est basée sur des approches empiriques qui font intervenir plusieurs paramètres dont l'identification nécessite des essais longs et couteux. Le peu d'études analytiques qui ont abordé ce problème ne tiennent pas compte de tous les phénomènes mis en jeu lors du processus de coupe, entre autres de la convection de la matière et de l'évolution de la concentration à l'interface pendant la diffusion. Dans cette étude, deux modèles d'usure par diffusion sont proposes, selon que l'on tienne compte de la température moyenne uniforme ou de la distribution non uniforme de la température à l'interface outil-copeau. Ces modèles permettent de calculer analytiquement les concentrations des espèces chimiques dues au flux diffusionnel, la masse perdue par l'outil, et la profondeur du cratère formé à la surface de coupe de celui-ci. Ainsi deux lois d'usure sont établies donnant la durée de vie de l'outil en fonction des conditions de coupe et des paramètres physico-chimiques des matériaux de l'outil et de la pièce. Ces modèles permettent aussi d'effectuer plus facilement une étude paramétrique montrant l'effet des conditions de coupe, des paramètres physico-chimiques des matériaux utilisés et de leur comportement thermomécanique sur l'usure. Ceci facilitera considérablement la recherche des conditions optimales pour un couple outil-pièce donné. La confrontation des résultats des modèles avec ceux de l'expérience a montré une concordance satisfaisante