Modélisation numérique de la coupe orthogonale en UGV

L'usinage par enlèvement de matière est le procédé le plus utilisé dans la production de composants pour l'industrie mécanique.AIRBUS France utilise l’usinage mécanique par outils coupants sur de nombreuses pièces sollicitées en fatigue. Ce procédé tend à évoluer vers l’Usinage Grande Vitesse (UGV) car il permet d’améliorer sensiblement la productivité. L’objectif de l’étude présentée ici est de réaliser des simulations numériques du procédé d’usinage en faisant varier certains paramètres, afin d’obtenir un modèle fidèle de la sollicitation vue par la pièce et d’évaluer la pertinence et les limites de l’outil numérique choisi. Les simulations numériques sont menées à l’aide du code hydrodynamique de calcul non linéaire par éléments finis LS-DYNA en utilisant la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 2D dans le cadre de la coupe orthogonale. La validation des modèles numériques est effectuée sur la base de la comparaison avec des résultats expérimentaux collectés dans la littérature. Les trois critères retenus sont la morphologie de copeaux, la répartition de contrainte et les efforts de coupe

Modelling the influence of machined surface roughness on the fatigue life of aluminium alloy

The influence of machined surface roughness on the fatigue life of 7010 aluminium alloy has been investigated. Four-point bending specimen have been machined according to various machining conditions and tested in fatigue. In order to explain the high dependence of SN curves on the surface roughness of the specimen, an approach based on the finite element analysis of measured surface topography is proposed. Surface grooves due to machining are supposed to generate stress concentrations that are so calculated. A model of fatigue life prediction is developed, using this definition of local Kt

A new approach of high speed cutting modelling: SPH method

The purpose of this study is to introduce a new approach of high speed cutting numerical modelling. A lagrangian Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) based model is carried out using the Ls-Dyna software. SPH is a meshless method, thus large material distortions that occur in the cutting problem are easily managed and SPH contact control permits a “natural” workpiece/chip separation. Estimated chip morphology and cutting forces are compared to machining dedicated code results and experimental data. The developed SPH model proved its ability to account for continuous and shear localized chip formation and also correctly estimates the cutting forces, as illustrated in some orthogonal cutting examples

SPH method applied to high speed cutting modelling

The purpose of this study is to introduce a new approach of high speed cutting numerical modelling. A Lagrangian smoothed particle hydrodynamics (SPH)- based model is arried out using the Ls-Dyna software. SPH is a meshless method, thus large material distortions that occur in the cutting problem are easily managed and SPH contact control permits a "natural" workpiece/chip separation. The developed approach is compared to machining dedicated code results and experimental data. The SPH cutting model has proved is ability to account for continuous to shear localized chip formation and also correctly estimates the cutting forces, as illustrated in some orthogonal cutting examples. Thus, comparable results to machining dedicated codes are obtained without introducing any adjusting numerical parameters (friction coefficient, fracture control parameter)

Modélisation 3D des efforts de coupe et de la surface en UGV à partir d'un modèle numérique 2D

Cette étude introduit une approche globale de la modélisation du procédé de fraisage, ceci dans le cadre de la création de liens entre paramètres d'usinage et durée de vie en fatigue. Un modèle de fraisage permettant le calcul des efforts de coupe ainsi que la surface générée est présenté. Ilse base sur le couplage de plusieurs modèles : modèle d'intersection outil/pièce, modèle numérique 2D, modèle mécanistique 3D. La démarche proposée présente l'intérêt de s'affranchir d'essais d'usinage : ceux-ci sont ramplacés par des essais numériques 2D à l'aide d'un modèle SPH. Ce modèle de fraisage est complété par une phase de prédiction de durée de vie basée sur le calcul de concentration de contraintes locales.L'approche présentée a été confrontée à l'expérience. Une erreur maximale de 15% a été obtenue sur les cas de fraisage UGV étudiés en terme de duér de vie

Modelling High Speed Machining with the SPH Method

The purpose of this work is to evaluate the use of the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method within the framework of high speed cutting modelling. First, a 2D SPH based model is carried out using the LS-DYNA® software. SPH is a meshless method, thus large material distortions that occur in the cutting problem are easily managed and SPH contact control allows a “natural” workpiece/chip separation. The developed SPH model proves its ability to account for continuous and shear localized chip formation and also correctly estimates the cutting forces, as illustrated in some orthogonal cutting examples. Then, The SPH model is used in order to improve the general understanding of machining with worn tools. At last, a milling model allowing the calculation of the 3D cutting forces is presented. The interest of the suggested approach is to be freed from classically needed machining tests: Those are replaced by 2D numerical tests using the SPH model. The developed approach proved its ability to model the 3D cutting forces in ball end milling

Metal cutting modelling SPH approach

The purpose of this work is to evaluate the use of the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method within the framework of high speed cutting modelling. First, a 2D SPH based model is carried out using the LS-DYNA® software. The developed SPH model proves its ability to account for continuous and shear localised chip formation and also correctly estimates the cutting forces, as illustrated in some orthogonal cutting examples. Then, the SPH model is used in order to improve the general understanding of machining with worn tools. At last, a hybrid milling model allowing the calculation of the 3D cutting forces is presented. The interest of the suggested approach is to be freed from classically needed machining tests: Those are replaced by 2D numerical tests using the SPH model. The developed approach proved its ability to model the 3D cutting forces in ball end milling

Modélisation SPH 3D de l'impact basse vitesse sur plaque composite

The present study aims to assess the ability of a stabilized Smoothed Particle Hydrodynamics method (SPH) to model the macroscopic and local mesoscopic behaviour of composites plates, typical of aeronautical parts, subjected to a low velocity impact. Compared results are the global force-displacement curve and the local ply by ply behaviour of the plate

Effet des paramètres d'usinage sur la durée de vie en fatigue des pièces aéronautiques en alliages d'aluminium de la série 7000

Cette étude s'inscrit dans le cadre général de l'amélioration des processus de conception et de fabrication de pièces aéronautiques usinées exigeant une tenue garantie en fatigue. La qualité de l'état de surface est un facteur prépondérant de la tenue des pièces en fatigue et doit donc être spécifiée dans le dimensionnement de ces pièces. Actuellement cet état de surface est décrit par un critère de rugosité géométrique (Ra: rugosité moyenne). La valeur de ce critère est reliée à la durée de vie des pièces usinées dans le cadre d'une gamme de fabrication définie par des critères comme l'avance à la dent pour le fraisage. La modification de la gamme implique une vérification de la validité du critère par la réalisation d'essais de fatigue complémentaires. Le critère de rugosité n'est en fait qu'un indicateur de suivi de production parce qu'insuffisant pour garantir à lui seul la tenue en fatigue de la pièce. Cette façon de procéder retarde donc l'adoption des nouvelles techniques de production et en augmente le coût. Il apparaît donc judicieux pour continuer à progresser en matière de productivité tout en garantissant une qualité souhaitée des pièces, de proposer : au concepteur, les critères d'influence de l'état de surface sur la tenue en fatigue des pièces quelles que soient les gammes de fabrication ; au producteur, les critères de contrôle du processus permettant de garantir la qualité de la surface demandée par le bureau d'étude en optimisant la productivité. Ces deux objectifs ont conduit l'ENSICA à développer deux études, toutes deux appliquées à un alliage d'aluminium de la série 7000, l'une sur l'influence des gammes de fabrication sur l'état de surface et l'autre sur l'influence de l'état de surface sur la tenue à la fatigue. Dans ce travail, seront présentés succinctement les principaux résultats de ces deux études et en guise de conclusion leur application au cas de pièces d'essais réalisées en usine et testées en fatigue a posteriori et par d'autres moyens que ceux utilisés pour l'établissement de ces résultats