THÈSE - spé Mécanique

Sujets

• Céramique de Danilo
• Alliage à mémoire de forme
• Coefficient de frottement
• Phénomène aérospatial non identifié
• Pioneer 3
• Vitesse cosmique

Informations

• Publié par: otti
• Nombre de lectures: 368
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2007-33 Année 2007 THÈSE Présentée devant l’École Centrale de Lyon Pour obtenir le titre de Docteur Spécialité Mécanique Par Farhat ZEMZEMI Sujet de la thèse : CARACTERISATION DE MODELES DE FROTTEMENT AUX INTERFACES PIECE-OUTIL-COPEAU EN USINAGE : APPLICATION AU CAS DE L’USINAGE DES ACIERS ET DE L’INCONEL 718 Soutenue le 4 décembre 2007 devant le jury composé de : Président : PARIS Henri, Professeur de l’Université Joseph Fourier de Grenoble (France) Rapporteurs : BEN FREDJ Nabil, Maître de Conférences à l’École Supérieure des Sciences et Techniques de Tunis (Tunisie) POULACHON Gérard, Maître de Conférences HDR à l’ENSAM de Cluny (France) Examinateurs: DOGUI Abdelwaheb, Professeur à l’École Nationale d’Ingénieurs de Monastir (Tunisie) KAPSA Philippe, Directeur de recherche CNRS à LTDS de l’École Centrale de Lyon (France) RECH Joël, Maître de Conférences à l’École Nationale d’Ingénieurs de Saint-Etienne (France) Thèse en cotutelle Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir - Ecole Centrale de LyonTable des matières Introduction générale 5 1 Usinage et usinabilité de l’Inconel 718 3 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 L’Inconel 718 : caractéristiques métallurgiques et comportements mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 Historique et domaines d’applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Caractéristiques métallurgiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.2.1 La matrice γ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 ′1.2.2.2 La matrice γ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 ′′1.2.2.3 La matrice γ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.2.4 La matrice β . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.2.5 Les carbures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.3 Mise en forme de l’Inconel 718 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.4 Propriétés mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3 Usinage de l’Inconel 718 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.1 Les problèmes d’usinage de l’Inconel 718 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.2 Le choix de l’outil de coupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.2.2 Matériaux à outils pour l’usinage de l’Inconel 718 . . . . . . . . . . 15 1.3.2.3 Revêtements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3.2.4 Formes et géométries de l’outil de coupe . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.3 Choix des conditions de coupe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.4 Choix de la nature et du mode de lubrification . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.3.5 Usinage de l’Inconel 718 avec assistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2 Tribologie en usinage 31 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2 Généralités sur la formation du copeau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 Analyse expérimentale de la coupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.2 Etude du frottement en usinage par des essais de coupe instrumentés . . . . . 35 2TABLEDES MATIÈRES 2.3.2.1 Analyse mécanique de la coupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.2.2 Analyse thermique de la coupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.3.2.3 Essai de coupe interrompu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.3.3 Etude du frottement en usinage par des essais tribologiques . . . . . . . . . . 39 2.3.3.1 Tribo-systèmes fermés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3.3.2 Tribo-systèmes ouverts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.4 Les modèles de frottement en usinage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3 Modélisation expérimentale du frottement 49 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2.2 Description du nouveau tribomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2.2.1 Configuration " plan - plan " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.2.2.2 Configuration "sphère-plan" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.2.3 Instrumentation du porte-pion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.3 Procédure d’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.3.1 Préparation des pions et des éprouvettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3.2 Étalonnage de la machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.3.3 Traitement des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4 Étude de fidélité du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.5 Résultats des essais de frottement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.5.1 Essais de frottement sur 27MnCr5 (180 HB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.5.1.1 Conditions d’essais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.5.1.2 Influence de la vitesse de frottement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5.1.3 Influence de l’effort appliqué . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5.1.4 Influence du revêtement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.5.2 Essais de frottement sur l’acier 42CrMo4 (290HB) . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.5.2.1 Conditions d’essais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.5.2.2 Influence de la vitesse de frottement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.5.2.3 Influence de la pression de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5.2.4 Influence du revêtement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5.3 Essais de frottement sur l’Inconel 718 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.5.3.1 Conditions d’essais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.5.3.2 Influence de la vitesse de frottement et de la pression de contact . . 75 3.5.3.3 Influence des revêtements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.5.4 Frottement à grande vitesse entre Inconel 718 - Pions c-BN . . . . . . . . . . 77 3.5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 3.5.4.2 Dispositif expérimental : tribomètre radial. . . . . . . . . . . . . . . 78 3.5.4.3 Comparaison entre le tribomètre axial et radial . . . . . . . . . . . . 79 3.5.4.4 Essais de frottement Inconel-c-BN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3TABLEDES MATIÈRES 3.5.4.5 Conclusion partielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.5.5 Mesure de la température de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.5.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.5.5.2 Dispositif expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.5.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4 Analyse et modélisation numérique du frottement adhésif : Modèles de frotte- ment 85 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.2 Dépouillement analytique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.2.2 Développement du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.2.3 Validation numérique du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.3 Dépouillement numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.3.1 Présentation du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.3.2 Comportement mécanique du pion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.3.3 Comportement mécanique de la pièce. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.3.4 Cas de l’acier 42CrMo4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.3.4.1 Gestion de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.3.4.2 Propriétés mécaniques de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.3.4.3 Propriétés thermiques de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.3.5 Conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 4.3.6 Résultats de l’étude numérique et modèles de frottement . . . . . . . . . . . . 100 4.3.6.1 Identification du coefficient de frottement adhésif . . . . . . . . . . . 100 4.3.6.2 Estimation de la pression de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.3.6.3 Estimation de la température de contact . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.3.6.4 Estimation de la vitesse d’écoulement de la matière sous le pion . . 109 4.3.7 Cas de l’Inconel 718 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.3.7.1 Identification numérique des paramètres de la loi de Johnson-Cook . 114 4.3.7.2 Modéle numérique du frottement dans le cas de l’Inconel718. . . . . 121 4.3.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Conclusion générale 127 Annexes 141 4Remerciements Ce travail entre dans le cadre d’une convention de cotutelle entre l’Ecole Nat