Application à l’outil de coupe TCMT16T308

Cette partie est consacrée à la numérisation de la plaquette de coupe ayant servi à l’étude

expérimentale présentée au troisième chapitre (fabricant WIDIA référence iso TCMT16T308), pour

l’obtention d’une géométrie 3D puis l’extraction d’un profil 2D utilisé en simulation numérique. Le

profil choisi se trouve localisé dans le rayon de bec de l’outil, toujours engagé dans la coupe quelques

soient les conditions de coupe considérées expérimentalement.

2.3.1. Numérisation de la plaquette de coupe TCMT16T308

Avant la numérisation, l’outil de coupe est pulvérisé d’une poudre matifiante afin de limiter

les effets de brillance pouvant altérer la mesure. La maîtrise de cette étape préliminaire est cruciale

pour assurer une fiabilité des mesures. En effet, un excédent de poudre, ou une répartition inhomogène

conduit nécessairement à une augmentation de l’erreur de mesure. Contri [CONT_02] a évalué

l’influence du dépôt de poudre sur la qualité de la mesure d’une cale étalon numérisée à l’aide d’un

dispositif d’acquisition 3D par balayage laser. L’auteur obtient un défaut de forme limité à 1µm

lorsque la cale n’est pas préparée, alors qu’après application de la poudre, il peut atteindre 45µm.

Lorsque l’objet à numériser est petit, comme c’est le cas pour l’outil de coupe, il apparaît d’autant plus

essentiel de limiter les erreurs que peut générer une répartition non optimale de matifiant. Une

attention toute particulière a donc été portée à cette étape préliminaire et une fois l’échantillon préparé,

il est installé sur un plateau puis numérisé, Figure 4.3.

Projecteur

Camera CCD

Outil numérisé

(a) (b)

Figure 4.3 : Outil de coupe TCMT16T308 en cours de numérisation : (a) dispositif ; (b) franges de lumière

projetée sur l’outil de coupe

Quatorze prises de vue ont été nécessaires à l’acquisition complète 3D de l’outil de coupe, qui

se présente à l’issue de la numérisation sous forme d’un nuage de points. La Figure 4.4 présente le

résultat de la numérisation après recalage des vues. A partir du fichier de points, il est alors possible de

faire une reconstruction de la géométrie sous forme d’éléments surfaciques pour obtenir la CAO de

l’outil. Cette démarche peut nécessiter quelques informations dimensionnelles a priori connues de la

pièce à numériser. Imposer le rayon de bec, par exemple, peut permettre de s’affranchir des difficultés

liées au traitement du nuage de points à l’endroit des arêtes. Une section 2D est ensuite extraite de la

géométrie 3D, qui servira aux simulations numériques.

Figure 4.4 : Nuage de points obtenu à l’issue de la numérisation de l’outil de coupe TCMT16T308

2.3.2. Définition et extraction d’un profil de coupe 2D

L’extraction du profil 2D a été réalisée à l’aide du logiciel GEOMAGIC. Le profil 2D choisi

est localisé dans le rayon de bec de l’outil de coupe car cette zone est en contact avec la matière usinée

lors de la coupe pour toutes les conditions de coupe considérées (avance par tour et profondeur de

passe), voir Figure 4.5.a.

Plan de coupe

(a) (b)

Figure 4.5 : (a) CAO de l’outil et position du plan de coupe servant à l’extraction du profil 2D, (b) Profil

correspondant utilisé en simulation numérique 2D

La zone marquée en bleu sur la Figure 4.5.b correspond à celle utilisée pour les simulations

numériques 2D. Cette zone est sélectionnée suffisamment grande pour couvrir la totalité du contact

outil-copeau et le champ de température à l’intérieur de l’outil de coupe. L’outil de coupe 2D possède

des angles de coupe et de dépouille valant 5° et 9°, respectivement. Quant au rayon d’arête (imposé

lors de l’étape de rétro conception), il est égal à 0.1 mm. La Figure 4.6 présente en détail la géométrie

utilisée pour les simulations numériques.

9°

R= 0.1 mm

5°

0.8 mm

1.7 mm

15°

Figure 4.6 : Géométrie 2D issue de l’extraction de profil sur la CAO 3D de la plaquette de coupe TCMT16T308,

et correspondant à la zone bleue Figure 4.5(b)

Pour les travaux numériques et expérimentaux réalisés, plusieurs conditions de coupe ont été

considérées. De plus, chaque condition de coupe possède un profil correspondant. La question du

choix de ce profil 2D d’outil de coupe (Figure 4.6) pour toutes ces conditions se pose, et des éléments

de réponse vont être apportés.

Différents profils 2D ont été extraits de la géométrie de l’outil de coupe 3D, Figure 4.7.

Figure 4.7 : Position des plans contenant les profils 2D extraits de la géométrie 3D de l’outil de coupe

TCMT16T308

Afin d’effectuer une analyse comparative de ces différents profils extraits, nous avons tracé en

Figure 4.8.c l'évolution de l'angle de coupe et du paramètre δ, que nous désignons par "indice de brise

copeau" (Figure 4.8.c) le long de l'arête de coupe. La position sur l'arête de coupe est repérée par

l'abscisse curviligne s, qui est prise égale à 0 au niveau du plan P2π/ 3 (Figure 4.7).

(a) (b)

Rayon de bec Arête de coupe principale

Arête de

coupe

secondaire

(c)

Figure 4.8 : Localisation du profil 2D choisi pour les simulations numériques (a), paramètres de comparaison des

différents profils extraits (b), évolution de l’angle de coupe et de l’index du brise copeau en fonction de

l’abscisse curviligne (c)

Notons tout d'abord que les évolutions de l'angle de coupe et de δ sont symétriques par rapport

à s = 0. D'autre part, malgré une diminution d'environ 2° à mesure que l'on s'approche de la pointe de

l'outil, l'angle de coupe ne montre qu'une faible variation sur la plus grande partie de l'arête de coupe.

L'évolution du paramètre δ est un peu plus marquée en dehors du bec de l'outil, où il passe de 1 mm à

environ 1.5 mm. Ces variations de la géométrie de l'outil le long de l'arête de coupe peuvent avoir un

effet sur les résultats obtenus par la simulation numérique 2D. Cependant, compte tenu des évolutions

relativement limitées de αp et δ à l'endroit du bec de l'outil, nous pouvons supposer que la section

retenue pour les simulations numériques est représentative de l'ensemble des sections de coupe

potentiellement extraites. Rappelons que dans notre approche, la position de la section de coupe

"équivalente" est déterminée par l'ange d'écoulement du copeau. Celui-ci étant inférieur à π/2, les

sections potentiellement extraites, au travers de notre modèle, se situent nécessairement dans le bec de

l'outil, pour -0,8<s<0,8.

3. Modélisation hybride analytique/numérique des efforts de