Usinage à Grande Vitesse - Modélisation analytique de la coupe orthogonale et validation expérimentale

Nous présentons dans cette étude le modèle analytique de la coupe orthogonale développé au LPMM. La modélisation de la bande primaire de cisaillement est couplée à une analyse thermique à l'interface outil-copeau. Une loi de frottement dépendante de la température moyenne est introduite afin de reproduire les observations expérimentales. En effet, lorsque la vitesse de coupe ou l'avance augmentent, la température tend à croître et ainsi, à réduire le coefficient de frottement, et les efforts de coupe. Pour toutes les conditions de coupe, un bon accord est observé entre la modélisation et les résultats expérimentaux pour l'acier AISI 1050

Influence de la vitesse de coupe sur les conditions thermomécaniques à l'interface outil-copeau

L'usinage grande vitesse (UGV) permet d'accroitre la production dans le domaine de la fabrication des pièces mécaniques. Une parfaite maîtrise des phénomènes thermomécaniques aux interfaces outil copeau et outil pièce s'avère nécessaire pour mieux analyser l'effet de l'usinage sur la qualité de la pièce usinée. Dans ce travail nous analysons l'influence de la vitesse de coupe sur les grandeurs thermomécaniques à l'interface outil-copeau à partir d'un modèle éléments-finis avec une formulation Arbitraire Lagrange Euler (ALE). Le matériau usiné est l'acier CRS1018. L'accent est mis sur la distribution de la pression de contact, les efforts de coupe et d'avance, le coefficient de frottement apparent, la longueur de contact outil-copeau, la partie collante et glissante du contact, et la température à l'interface. La comparaison avec les essais de coupe orthogonale d'Oxley [5] montre que le modèle reproduit correctement les tendances expérimentales

Numerical model based on meshless method to simulate FSW

In the present work, a numerical models based on the meshless method “the smoothed particle hydrodynamics (SPH)” is developed to simulate the Friction Stir Welding (FSW). This technique type is well adapted to modeling of mixing zone which is subjected to high strain rate. We limit ourselves to two dimensional problems

Numerical modelling of orthogonal cutting: Influence of cutting conditions and separation criterion

6 pages, 5 figures.-- Issue title: "EURODYMAT 2006 - 8th International Conference on Mehanical and Physical Behaviour of Materials under Dynamic Loading" (Dijon, France, Sep 11-15, 2006).Chip formation is a high strain rate process studied with analytical and numerical models. Analytical models have the advantage of a small calculation time, however, they are often based on some assumptions which are difficult to verify. Finite element modelling (FEM) of chip formation process provides more details on the chip process formation, such as plastic strain, strain rate or stress fields. FEM can be used to improve the analytical models' assumptions. There is still a wide dispersion of formulations and numerical parameters adopted in order to obtain accurate results in numerical models. In the Lagrangian approach, it is of crucial importance to establish realistic criteria for element deletion, allowing chip separation from original workpiece. In the arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation no element deletion is needed. This work is focused in modelization of orthogonal cutting. A comparison between both numerical approaches, Lagrangian and ALE is shown. The effects of geometrical parameters, erosion criterion and cutting speed are evaluated. Comparisons between numerical and theoretical results are performed, and the results obtained from the numerical approach are used as an input of analytical model, improving its accuracy."Program of Creation and Consolidation of Research Teams" University Carlos III of Madrid (2005).Publicad

Investigation des conditions aux limites thermiques pour la modélisation du FSW : étude paramétrique

Le but de notre travail est d'étudier l'influence des conditions aux limites thermiques sur les résultats de simulation du procédé de soudage par friction et malaxage « FSW ». Généralement, les dimensions des pièces à souder peuvent être très importantes et une zone très réduite autour de l'outil de soudage est modélisée pour l'étude thermomécanique de ce procédé. Nous proposons dans cette étude une stratégie numérique qui permet de déterminer les conditions aux limites thermiques sur cette zone et de réduire le temps de calcul de façon significative

Contribution à la modélisation et à la simulation numérique du soudage par friction et malaxage

Le soudage par friction malaxage Friction Stir Welding est un procédé d'assemblage de pièces en phase semi solide. Le cordon de soudure est obtenu grâce à un outil de révolution composé d'un épaulement et d'un pion. Ce procédé utilise le principe de la conversion de l'énergie mécanique en énergie thermique par frottement de l'outil avec les pièces à assembler. Ce travail de thèse est une contribution à la modélisation expérimentale et à la simulation numérique de ce procédé permettant de fournir des modèles pour aider à la compréhension des phénomènes thermiques et mécaniques ainsi que les interactions entre les paramètres de soudage. Les études expérimentales sont principalement orientées vers la caractérisation de l'écoulement de matière à l'aide de marqueurs et vers l'optimisation des paramètres du procédé. L'effet de la géométrie de l'outil (outil à pion cylindrique ou outil avec méplats) sur l'écoulement de la matière au cours du soudage est étudié. Pour représenter la géométrie de l'écoulement et prédire les champs thermiques et mécaniques à l'état stationnaire, des modèles formulés sur la base de la dynamique des fluides sont adoptés dans la présente thèse. Deux modèles thermomécaniques sont développés: (1) un premier modèle numérique construit sous Fluent permet d'étudier le comportement thermomécanique et l'écoulement au cours du soudage FSW. Une loi de comportement dépendante de la température et de la vitesse de déformation est utilisée et une discussion sur les conditions de contact entre l'outil et les plaques à souder est présentée. Les résultats de l'écoulement sont comparés avec ceux obtenus expérimentalement dans le cas de suivi des trajectoires de particules de cuivre. (2) un deuxième modèle original basé sur une procédure itérative est mis en œuvre permettant le soudage de plaque de grandes dimensions. En effet, pour une meilleure prise en compte des conditions aux limites thermiques, un modèle thermomécanique construit autour de l'outil de soudage et couplé avec un modèle thermique pour tout le reste du domaine étudié. Ce modèle permet de prendre en compte le transfert de chaleur dans l'outil et dans la plaque support. Les cycles thermiques et la plage de viscosité pour deux alliages d'aluminium (AA7020-T6 et AA6061-T3) sont analysés et comparés avec succès aux résultats expérimentaux. Les efforts et le couple de soudage calculés numériquement sont validés par rapport à la littérature.The friction stir welding is a process for assembling a semisolid phase parts. The weld seam is achieved by a revolution tool consists of the shoulder and the pin. This process converts the mechanical energy into heat energy by friction of the tool with the parts to be joined.This thesis is a contribution to the experimental modeling and numerical simulation of this process in order to provide models to assist in understanding the thermal and mechanical phenomena and interactions between the welding parameters. Experimental studies are used for the characterization of the material flow with markers and to optimize the process parameters. The effect of tool geometry (cylindrical pin or tool with flats) on the material flow during welding is studied. To represent the flow geometry and predict the thermal and mechanical fields in the steady state, CFD models are adopted in this thesis. Two thermomechanical models are developed: (1) first numerical model is used to study the thermomechanical behavior and flow during FSW. FLUENT is employed to solve the coupled thermal and fluid flow equations. A behavior law depending on temperature and strain rate is used and a discussion on the contact conditions between the tool and the workpieces is presented. The results of the flow are compared with those obtained experimentally in the followed case of trajectories copper particles. (2) A second original model based on iterative procedure is implemented to welding large plates. To take account the correctly thermal boundary conditions, a thermomechanical model built around the welding tool and coupled with a thermal model for the rest of the area studied. This model allows taking into account the transfer of heat in the tool and in the backing-bar. Thermal cycles and the viscosity range for two aluminum alloys (AA7020-T6 and AA6061-T3) are successfully analyzed and compared with experimental results. The loads and torque welding are calculated numerically and validated in the literature.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Modélisation des efforts de coupe en taillage d'engrenages à la fraise-mère

Cette étude introduit une nouvelle approche pour la modélisation des efforts de coupe générés lors de l'opération de taillage d'engrenages à la fraise-mère afin d'améliorer la maitrise de la précision géométrique et de la qualité des pièces fabriquées. Un modèle de prédiction des efforts de coupe en taillage est présenté. Il se base sur trois phases : une phase d'intersection géométrique entre l'outil et la pièce moyennant une simulation de la cinématique du procédé par le logiciel CATIA, une phase de simulation numérique 2D se basant sur approche ALE, et une dernière phase dite ?simulation mécanistique 3D'. La démarche proposée présente l'intérêt de s'affranchir des essais d'usinage dans le cas de cette opération très complexe (gabarie et géométrie des pièces, cinématique, formation de copeau, etc.). En termes de résultats, l'analyse de l'évolution des efforts de coupe ainsi que les caractéristiques des copeaux obtenus en taillage sont présentées

Displacements analysis of self-excited vibrations in turning

The actual research deals with determining by a new protocol the necessary parameters considering a three-dimensional model to simulate in a realistic way the turning process on machine tool. This paper is dedicated to the experimental displacements analysis of the block tool / block workpiece with self-excited vibrations. In connexion with turning process, the self-excited vibrations domain is obtained starting from spectra of two accelerometers. The existence of a displacements plane attached to the tool edge point is revealed. This plane proves to be inclined compared to the machines tool axes. We establish that the tool tip point describes an ellipse. This ellipse is very small and can be considered as a small straight line segment for the stable cutting process (without vibrations). In unstable mode (with vibrations) the ellipse of displacements is really more visible. A difference in phase occurs between the tool tip displacements on the radial direction and on the cutting one. The feed motion direction and the cutting one are almost in phase. The values of the long and small ellipse axes (and their ratio) shows that these sizes are increasing with the feed rate value. The axis that goes through the stiffness center and the tool tip represents the maximum stiffness direction. The maximum (resp. minimum) stiffness axis of the tool is perpendicular to the large (resp. small) ellipse displacements axis. FFT analysis of the accelerometers signals allows to reach several important parameters and establish coherent correlations between tool tip displacements and the static - elastic characteristics of the machine tool components tested