Experimental characterization of friction coefficients at the tool-chip-workpiece interface in cutting: Evaluation of lubrication efficiency of mineral oil

Collaboration avec le LTDS/ENISEThe characterization of friction coefficients at the tool-chip-workpiece interface remains an issue. This paper presents a new experimental set-up able to simulate similar tribological phenomena as the ones occurring at the tool-chip-workpiece interface. Especially, this system aims to reach contact pressures up to 3 GPa and sliding velocities between 0 to 1000 m/min, and to obtain an open-tribosystem (continuous regeneration of the tool-workmaterial contact). This system has been applied to the characterization of the tool-chip-workpiece interface during the cutting of an AISI4142 treated steel with TiN coated tools. Two environments have been tested: dry cutting, lubrication with a basic mineral oil. The effect of the mineral oil has been investigated

Identification des paramètres de coupe en percage vibratoire

sans résum

Experimental characterization of friction coefficients at the tool-chip-workpiece interface in cutting: Evaluation of lubrication efficiency of mineral oil

Collaboration avec le LTDS/ENISEThe characterization of friction coefficients at the tool-chip-workpiece interface remains an issue. This paper presents a new experimental set-up able to simulate similar tribological phenomena as the ones occurring at the tool-chip-workpiece interface. Especially, this system aims to reach contact pressures up to 3 GPa and sliding velocities between 0 to 1000 m/min, and to obtain an open-tribosystem (continuous regeneration of the tool-workmaterial contact). This system has been applied to the characterization of the tool-chip-workpiece interface during the cutting of an AISI4142 treated steel with TiN coated tools. Two environments have been tested: dry cutting, lubrication with a basic mineral oil. The effect of the mineral oil has been investigated

Prédiction de l'impact de la géométrie du forêt sur le fractionnement du copeau en perçage vibratoire

Perçage vibratoire est une nouvelle technologie qui s'appuie sur les instabilités du système usinant pour créer des vibrations axiales à basse fréquence conduisant au fractionnement du copeau. Le bon fonctionnement de la technologie est fortement lié à la géométrie de l'outil. L'objectif de ce papier est de mettre en évidence les paramètres géométriques les plus influant et d'identifier les limites. A partir des résultats obtenus, une géométrie d'outil est proposée en fonction du diamètre. Une validation expérimentale et simulation est alors menée

Étude de l'austénisation de l'acier martensitique 15-5PH lors de cinétiques thermiques rapides caractéristiques de l'usinage

En usinage, la simulation nécessite des modèles métallurgiques adaptés à des cinétiques thermiques très rapides. Les cinétiques d'austénisation du 15-5PH sont donc mesurer pour des chauffes de 6°C.s-1 à 11000°C.s-1 à partir d'essais de dilatométrie. Puis, les paramètres du modèle de Leblond ont été identifiés pour tester diverses combinaisons (vitesse de chauffe, de refroidissement et température maximale). Finalement, la prise en compte des changements de phase en usinage ne se résume pas à la prévision d'une température maximale atteinte comparée à une température de début de transformation

Simulation numérique de la coupe orthogonale Influence de paramètres numériques

International audienceThe study of material removal local mechanisms is relevant in all machining processes. Nevertheless, the complexity of phenomena encountered within this framework, often limits approaches to a configuration known as « orthogonal cutting ». Experimental and analytical methods developed for these studies are often associated with numerical simulations using the finite element method. The aim of this paper is to focus on the influence of numerical parameters related to this method. Some problems linked to the mesh are highlighted. The density of the mesh is shown to be the most influencing parameter on the results due to localisation phenomena.L'étude des mécanismes locaux d'enlèvement de matière est primordiale dans tous les problèmes de mise en forme par usinage. Néanmoins, la complexité des phénomènes rencontrés dans le cadre de la coupe, limite souvent les approches à une configuration dite de « coupe orthogonale ». Les méthodes expérimentales et analytiques développées pour ces études sont de plus en plus associées à des simulations numériques utilisant la méthode des éléments finis. L'objectif de cet article est de s'intéresser à l'influence de paramètres purement numériques, relatifs à l'utilisation de cette méthode. Des problèmes liés au maillage sont notamment mis en évidence. La densité de ce dernier apparaît comme le paramètre le plus influant sur les résultats obtenus, avec l'apparition de phénomènes de localisation

Analyse du frottement aux interfaces pièce-outil-copeau au cours de l'usinage d'un acier 42CrMo4

La plupart des modèles couplant traitement mécanique et thermique au sein d'un contact se place à une échelle globale, utilisant les outils de la mécanique des milieux continus. Ainsi, à cette échelle, la complexité des phénomènes physiques locaux et du contact lui-même n'est pas pris en compte. Par exemple, le troisième corps, volume intermédiaire évoluant entre les surfaces dites "en contact", dont le rôle est la prévention de l'usure, ainsi que les échanges thermiques locaux ne sont pas considérés. L'étude numérique ici présentée se place à l'échelle de ce troisième corps et met en relation ses propriétés cohésives et thermiques avec l'accommodation des vitesses et les conséquences thermiques dans l'épaisseur totale du contact. Pour cela, un modèle par éléments discrets est utilisé, enrichi d'un traitement thermique reliant diffusion locale et force de contact. Grâce à ce modèle, régimes d'écoulement, approche énergétique du frottement, profils de dissipation de puissances et cartes thermiques peuvent être mis en évidence

Étude des perturbations thermiques induites par des hétérogénéités de contact à l'interface outil-copeau en usinage

Ce travail s’inscrit dans une démarche globale d’amélioration de la simulation des opérations d’usinage, et à une échelle plus locale, de la modélisation de la coupe des métaux. Il s’agit ici de remettre en question les conditions de « contact parfait » communément supposées à l’interface outil-copeau. Des essais de coupe orthogonale sont tout d’abord réalisés à sec sur un acier C45 avec des outils carbures revêtus TiN. Les zones de contact outil-copeau sont analysées par MEB-EDS afin de dissocier les parties « collantes » et glissantes du contact et d’évaluer la distribution d’éventuels dépôts. Un mécanisme de formation d’une résistance thermique de contact (RTC) est proposé suite aux faibles taux réels de contact extraits des cartes EDS. Une modélisation aux éléments finis est ensuite développée pour mettre en valeur l’impact de telles conditions thermiques de contact sur le procédé. Les efforts de coupe moyens, l’épaisseur du copeau généré et la longueur totale de contact apparaissent très peu sensibles à la RTC. Les grandeurs thermiques telles le flux de chaleur transmis à l’outil coupant, le champ de températures résultant et la continuité en température de part et d’autre de l’interface outil-copeau sont en revanche réellement affectées suivant son amplitude. On montre par ailleurs que la formation d’une résistance thermique de contact non négligeable à l’interface outil-copeau peut modifier fortement le partage de chaleur local par rapport à un contact supposé « parfait ». Ces aspects deviennent cruciaux lorsque l’on s’intéresse à des problèmes locaux comme l’usure outil où les grandeurs comme la température sont primordiales. L’existence d’une zone de contact hétérogène doit alors être prise en compte dans les simulations. Cette étude souligne encore le besoin d’introduire une dimension physique supplémentaire par des modèles de transfert de chaleur locaux afin d’améliorer la fiabilité des simulations d’usinage

CFRP drilling: Fundamental study of local feed force and consequences on hole exit damage

Carbon Fiber-Reinforced by Plastic (CFRP) is now commonly used in the aircraft industry. The main challenge is to manufacture this difficult-to-cut work material, considering its quality criteria and economical aspects. Drilling is the main machining operation required for the assembly of the aircraft structure. In this paper, results are presented and discussed regarding exit delamination studied at a local scale. Because of the anisotropic properties of CFRP, the fiber cutting modes change with the composite sequence combined with the drill revolution parameters. The local feed forces generated by the cutting edge on the hole bottom may be correlated with delaminating aspects. A posttreatment method is proposed to analyze precisely these feed force and cutting torque distributions. Appropriate ply sequences are identified in order to limit the mechanical load concentration and the risk of delamination or uncut fiber

Friction Model for Tool/Work Material Contact Applied to Surface Integrity Prediction in Orthogonal Cutting Simulation

Tribological behavior at both tool/chip and tool/work material interfaces should be highly considered while simulating the machining process. In fact, it is no longer accurate to suppose one independent constant friction coefficient at the tool/chip interface, since in reality it depends on the applied contact conditions, including the sliding velocity and pressure. The contact conditions at both above mentioned interfaces may affect the thermal and mechanical phenomena and consequently the surface integrity predictions. In this article, the influence of contact conditions (sliding velocity) on the tribological behavior of uncoated tungsten carbide tool against OFHC copper work material was investigated. Series of tribology tests combined with numerical simulations of the contact process were performed under different sliding speeds and contact pressures, in order to identify the friction coefficient and the heat partition between OFHC copper and tungsten carbide. The friction coefficient in function of the sliding velocity was then integrated into a FE model of the orthogonal cutting of OFHC copper and applied to surface integrity prediction