Maitrise de l'usinage des superalliages à l'aide d'outils innovants

Understanding of superalloys machining using innovative cutting tools

• Auteur / Autrice : Hajar Sassi
• Direction : Gilles Dessein, Vincent Wagner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 23/05/2023
• 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 : Walter Rubio, Hélène Elias-Birembaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Nouari, Michaël Fontaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titane

Acier

Métaux -- Coupe

Mots clés libres

Plaquettes auto-rotatives

Processus de coupe

Ti5553

Acier 300M

Modélisation

Self-propelled rotary tool

Cutting process

Ti5553

Steel 300M

Modeling

Résumé

Depuis quelques années, de nombreuses assistances à la coupe ont vu le jour et certaines ont à présent des niveaux de maturité suffisants pour être utilisés dans l’industrie. Leur rôle est, entre autres, une limitation de l’usure des outils, une amélioration de la fragmentation des copeaux obtenus par l’action d’un élément extérieur (HP - cryo…) Cependant, la plupart de ces assistances utilisent des éléments en contradiction avec les nouvelles nécessités environnementales. Afin de garantir une productivité adéquate, une des solutions peut être la répartition des contraintes thermomécaniques, de l’usure sur l’ensemble de l’arête de coupe. Cette distribution est rendue possible grâce aux outils à plaquettes rotatives. Ces dernières, cylindriques, en liaison pivot sur le porte-outil, peuvent tourner librement durant la coupe. Les travaux présentés dans cette thèse s’intéressent à l’identification de l’influence des conditions de coupe, de la macro et de la micro géométrie de l’outil sur la vitesse de rotation des plaquettes sur deux matériaux au comportement totalement différent : acier 300M et titane Ti5553. Le manque de données expérimentales dans la littérature et une analyse fine des liens entre la vitesse de rotation des plaquettes et les conditions d’entrée ne permettent pas, à ce jour, d’optimiser le paramétrage de ces outils. À cet effet et surtout afin de mieux identifier les phénomènes responsables de la rotation ou du freinage de la plaquette, un dispositif expérimental basé sur l’utilisation de vidéos issues d’un caméra hautes fréquences et un traitement spécifique des images ont été développés. Aussi, l’utilisation d’une plaquette cylindrique génère un chargement mécanique évolutif le long de l’arrête de coupe rendant difficile l’analyse. Afin de comprendre la distribution des contraintes et des composantes d’effort, un modèle de prédiction des efforts est présenté. Il se base sur la méthode de discrétisation de l’arête de coupe. Ce modèle permet de connaître la distribution des efforts de coupe sur l’arête de coupe. Finalement, les travaux de cette thèse s’intéressent aux liens entre efforts de coupe et rotation de la plaquette.

In recent years, many cutting assistants have emerged and some have now reached sufficient levels of maturity to be used in industry. Their role is, among other things, to limit tool wear, to improve the chip fragmentation obtained by the action of an external element (HP - cryo...) However, most of these assistances use elements in contradiction with the new environmental needs. In order to guarantee an adequate productivity, one of the solutions can be the distribution of the thermomechanical stresses, of the wear on the whole cutting edge. This distribution is made possible by tools with rotating inserts. The latter, cylindrical, in pivot connection on the tool holder, can rotate freely during the cut. The work presented in this thesis focuses on the identification of the influence of the cutting conditions, the macro and micro geometry of the tool on the rotation speed of the inserts on two materials with completely different behavior: steel 300M and titanium Ti5553. The lack of experimental data in the literature and a detailed analysis of the links between the rotation speed of the inserts and the input conditions do not allow, to date, to optimize the parameterization of these tools. To this end, and especially in order to better identify the phenomena responsible for the rotation or braking of the pad, an experimental device based on the use of videos from a high frequency camera and a specific processing of images have been developed. Also, the use of a cylindrical insert generates an evolving mechanical loading along the cutting edge making the analysis difficult. In order to understand the distribution of stresses and stress components, a stress prediction model is presented. It is based on the discretization method of the cutting edge. This model allows to know the distribution of the cutting forces on the cutting edge. Finally, the work of this thesis focuses on the links between cutting forces and rotation of the insert.