Thèse soutenue

Développements expérimentaux pour la mesure des champs cinématique et thermique en usinage : application aux alliages Ti-6Al-4V et Inconel 718
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Auteur / Autrice : Haythem Zouabi
Direction : Olivier CahucGilles Dessein
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 09/12/2022
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
Jury : Président / Présidente : Guenaël Germain
Examinateurs / Examinatrices : Madalina Calamaz, Vincent Wagner
Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Landon, Arnaud Duchosal

Résumé

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Cette étude porte sur la mesure et la compréhension des mécanismes d’enlèvement de la matière en usinage de l’alliage de titane Ti-6Al-4V et l’alliage Inconel718. Lors de la formation des copeaux, la matière subit des sollicitations thermomécaniques couplées, rapides et à une échelle locale. Ces sollicitations thermomécaniques à l’origine de l’apparition des bandes de cisaillement constituent un verrou scientifique à lever pour mieux comprendre l’évolution et l’écoulement de la matière en usinage. Cependant, la taille submillimétrique de la région d’intérêt pose des difficultés techniques pour y accéder en temps réel.Afin de simplifier le problème, la configuration de coupe orthogonale est retenue dans le cadre de cette étude. Un nouveau banc de coupe orthogonale/ oblique et de frottement est conçu pour réaliser des essais instrumentés et des mesures in-situ des champs cinématique et thermique lors de la formation des copeaux en Ti-6Al-4V et Inconel 718. Ce banc permet d’atteindre des vitesses de coupe représentatives de celles utilisées en industrie.Face aux vitesses importantes des phénomènes physiques et vu la taille submillimétrique de la région d’intérêt, les systèmes optiques classiques ne permettent pas de révéler les gradients des sollicitations mécaniques et thermiques et d’appréhender les mécanismes gouvernant la formation d’un segment de copeau. Ainsi, un système optique d’imagerie rapide est conçu pour permettre un suivi en temps réel de la matière située au voisinage de la pointe de l’outil. L’application de la technique de corrélation d’images numériques a permis de déterminer l’évolution temporelle des grandeurs cinématiques (champ des déplacements, des déformations et de la déformation équivalente) à une échelle locale. Pour permettre des mesures des champs thermiques, un système optique couplé est conçu pour une acquisition synchronisée des images visuelles et thermiques. En effet, il est basé sur la séparation entre les ondes dans le spectre du visible et celles dans le spectre infrarouge. Une procédure de calibration thermique est employée afin de s’affranchir des problèmes liés à l’émissivité du matériau. Ainsi, un modèle radiométrique est identifié pour déterminer les champs thermiques lors de la formation d’un segment de copeau. Finalement, les grandeurs cinématique et thermique mesurées pendant les différentes phases de formation de copeau sont analysées.