Étude thermomécanique de la rectification et influence sur l'intégrité de revêtements de chrome dur : introduction de la topographie des meules dans un modèle d'abrasion

Thermodynamic study of the grinding process and influence on the integrity of hard chromium coatings : introduction of the wheels topography in an abrasion model

• Auteur / Autrice : Benjamin Weiss
• Direction : Albert Tidu, André Francis Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 10/06/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....) - LABPS - Laboratoire de mécanique Biomécanique Polymère Structures - EA4632
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Nouari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Gendron, Olivier Sinot, Archibald Andrew Torrance
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christopher A. Brown, Guenaël Germain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Chrome

Meulage

Mots clés libres

Rectification

Chrome dur

Topographie

300m

Grinding

Hard Chrome

Topography

300m

Résumé

La rectification est un procédé de fabrication permettant d’obtenir des états de surface très fins. Elle est généralement utilisée sur des matériaux très durs pour lesquels les autres procédés d’usinage ne sont pas adaptés. La rectification fait intervenir des mécanismes d’enlèvement de matière complexes encore difficiles à maitriser. Ils se produisent à des échelles microscopiques délicates à mettre en évidence. De plus, la rectification fait intervenir des énergies mécaniques et thermiques conséquentes qui peuvent endommager la pièce à usiner. La compréhension de ces phénomènes est donc nécessaire pour améliorer ce procédé en termes de productivité et de qualité. Dans ces travaux, plusieurs axes de recherche ont été développés aussi bien en étudiant la pièce rectifiée que l’évolution de l’outil abrasif de rectification. Des analyses ont été réalisées sur le revêtement de chrome et le substrat. Elles nous ont permis de détecter les variations de la texture cristallographique, des contraintes superficielles et de la dureté liées au procédé sur le revêtement de chrome, mais également sur le substrat qui peut également être affecté. Les grandeurs mesurées in process (puissance, efforts et température à l’interface meule/pièce) couplées à des simulations par éléments finis nous ont permis de caractériser la propagation du flux de chaleur à travers la pièce rectifiée et les conditions nécessaires pour ne pas l’endommager. L’évolution de la surface abrasive de la meule a fait l’objet d’une étude avancée avec la mise en place d’une mesure indirecte par empreinte, mesurée ensuite à l’aide d’un microscope optique confocal. Une méthode de redressement et de filtrage de la topographie a été développée. A partir de la topographie, la densité de grains et un profil de grain moyen ont été déterminés. Ceux-ci nous ont permis de mieux comprendre les modes d’usure de différentes technologies de meules abrasives. Cette modélisation de la topographie est introduite dans un modèle analytique d’abrasion afin de déterminer les efforts tangentiels de rectification en fonction de l’usure de la meule. Une comparaison des efforts tangentiels aux valeurs mesurées est réalisée pour différentes conditions de rectifications et différentes technologies de meules

The grinding process is a manufacturing method that can obtain extremely precise surface conditions. Most of time, it is used on very hard materials when other machining processes are inefficient. Grinding uses complicated material which removal mechanisms are still hard to control. These mechanisms appear on a microscopic scale and are barely detectable. Moreover, grinding supposes important mechanical and thermal energies that can damage the workpiece. These criteria must be taken into account in order to improve the quality and the productivity of the process. In this work, several researches focus have been developed, both by studying the workpiece and by considering the abrasive tool evolution. Analyses have been realized on the chrome coating as well as on the substrate. It allowed us to detect texture variation, surface stresses and hardness on the chrome coating. Due to the process, the latter as well as the substrate under it can also be affected. Experimental results mixed with a finite elements modeling allowed us to understand the heat flux transfer between the workpiece and the necessary conditions in order not to affect it. The evolution of the wheel’s abrasive surface was a full advanced study part with the setup of an indirect measure by footprint. This footprint was then measured by a confocal microscope. A way to redress and filter the topography was developed and allowed to understand better the different grinding wheel wear patterns. Topographic results and analytic model let us determine tangential grinding forces versus grinding tool wear