An Innovative Experimental Study of Corner Radius Effect on Cutting Forces

The cutting forces are often modelled using edge discretisation methodology. In finish turning, due to the smaller corner radii, the use of a local cutting force model identified from orthogonal cutting tests poses a significant challenge. In this paper, the local effect of the corner radius on the forces is investigated using a new experimental configuration: corner cutting tests involving the tool nose. The results are compared with inverse identifications based on cylindrical turning tests and elementary cutting tests on tubes. The results obtained from these methods consistently show the significant influence of the corner radius on the cutting forces

A force model for superfinish turning of pure copper with rounded edge tools at low feed rate

International audienceThis paper presents a model for force prediction of superfinish turning operation on pure copper. The model is divided in two parts. The first part computes the forces acting on the rake face of the tool. The second part computes the forces on the clearance face that are much more important in superfinish machining than in conventional machining

Impact des conditions d'usinage sur la zone du matériau affectée par le procédé

Les procédés d'usinage peuvent créer des contraintes résiduelles à la surface des pièces usinées et ainsi modifier la microstructure et la texture de la matière proche de la surface. De tels changements sont importants pour l'étude du comportement des pièces au cours du temps. Il est alors nécessaire de quantifier les contraintes résiduelles, les composantes de texture et de déterminer la microstructure induite par l'usinage pour comprendre et prédire le comportement des surfaces considérées. Dans cette étude, le matériau cuivre pur a été choisi et considéré comme un "système modèle". En tournage, l'influence du rayon de bec, de la vitesse de coupe et de la présence de lubrifiant sur le champ de contraintes et la texture a été quantifiée à l'aide de techniques DRX. Les modifications micro-structurales ont été évaluées à l'aide de la microscopie électronique à balayage. Enfin, le comportement électrochimique de la surface a été étudié en utilisant la technique de la micro-cellule électrochimique

Identification d'un modèle d'efforts de coupe mécanistique et application dans le cas d'un contournage de cuivre pur

L'obtention des caractéristiques des pièces usinées ainsi que la bonne maîtrise du procédé d'usinage sont liées aux efforts de coupe. De nombreux modèles d'efforts de coupe ont déjà été développés, mais ils sont souvent appliqués dans le cas d'opérations d'usinage élémentaires (coupe orthogonale ou oblique), ce qui limite leur utilisation à la communauté scientifique. La méthode de discrétisation d'arête permet de généraliser les applications de ces modèles à des géométries d'outils plus complexes. Néanmoins, les applications restent généralement limitées à des opérations d'usinage simples (chariotage, dressage, fraisage flanc...) plutôt éloignées des besoins industriels. D'autre part, les modèles mécanistiques sont généralement critiqués car nécessitant d'être calibrés à partir d'un trop grand nombre d'essais. La présente étude propose de minimiser le nombre d'essais nécessaires à l'identification. Pour cela, les coefficients d'un modèle mécanistique ont été estimés par identification inverse, à partir de différents nombres d'essais de chariotage. Le modèle ainsi identifié est comparé, pour chaque couple de coefficients, à des essais couvrant une large plage de conditions de coupe. Ce modèle est ensuite appliqué dans le cas d'une opération de contournage. Les résultats obtenus par modélisation à partir de la trajectoire théorique, mais aussi de la trajectoire mesurée à vide sur la machine, sont comparés avec les efforts mesurés lors de l'opération de contournage

A generalised geometrical model of turning operations for cutting force modelling using edge discretisation

The knowledge of cutting forces is of prime importance to ensure the success of cutting operations, the desired properties of the machined parts and therefore the functionality of the workpieces. Edge discretisation is one way to model cutting forces. Traditionally used in milling, this methodology enables local changes in uncut chip thickness or cutting geometry to be taken into account and then gives suitable results in the three directions. A key point of this method is the geometrical transformation that enables the description of various tool geometries. This study proposes a geometrical model based on homogeneous matrices, whose main interest is to decompose the transformations step-by-step. The method, generalisable to all machining operations, is detailed for turning operations. Inserted cutters are modelled considering both the positioning of the insert and the local geometry of the insert. The cutting geometry and the edge are described using the same model in the machine coordinates system, allowing forces and moments to be calculated easily

Towards cutting force evaluation without cutting tests

Mechanistic cutting force modelling generally involves coefficients identification from machining tests. In order to develop multi-material cutting force models avoiding identification, several studies have tried to link cutting forces to mechanical properties from databases, whose relevance remains questionable. In this study, the cutting coefficients obtained by inverse identification from turning tests are compared with properties obtained from several mechanical tests.The correlations show that cutting forces can be estimated, without cutting tests, using hat-shaped shear tests.The originality of the approach is the behaviour proximity of the five machined materials used: thermal and mechanical treated pure coppers, brass and bronze

A force model for superfinish turning of pure copper with rounded edge tools at low feed rate

This paper presents a model for force prediction of superfinish turning operation on pure copper. The model is divided in two parts. The first part computes the forces acting on the rake face of the tool. The second part computes the forces on the clearance face that are much more important in superfinish machining than in conventional machining.thèse CEA financement CEA/SNECM

Improvement of Cutting Forces Modeling Based on Oriented Cutting Tests

In order to predict the characteristics of the machined part, such as geometry, surface roughness and fatigue or corrosion resistance, the cutting forces values should be known as precisely as possible. The edge discretisation methodology can be used to model the three components of the cutting forces. The results are generally considered as suitable, even if the considered cutting operation is complex, because the geometry is well described. Usually, the local cutting forces model is identified from orthogonal or oblique cutting tests and the local contributions are assumed to be independent of the orientation of the elementary edge in the reference plane Pr. However, when turning in the tool nose or with round inserts, the tool cutting edge angle Kr (or Side Cutting Edge Angle) evolves along the active cutting edge and the values of this angle are very small compared to that of 90° used in orthogonal/oblique cutting. For this study, a new elementary cutting operation, called “oriented cutting”, has been tested. In this configuration, the active cutting edge is rectilinear, without inclination, but oriented by an angle Kr different from 90°. In addition, cylindrical turning tests have been done. The measurements, performed in pure copper, show an influence of the tool cutting edge angle on the cutting forces. An interaction between Kr and the workpiece radius is also highlighted