Comme en §C-5), il s’agit de l’intensité acoustique relative et des critères de rugosité Wt, Rt et Ra. L’enregistreur (Fig.C-45) du signal acoustique n’a pas été déplacé ni mani- pulé lors des expérimentations. Les conditions d’enregistrement sont constantes.
E-8-2-2 ) L’intensité acoustique des signaux sonores. E-8-2-2-1 ) Les spectres temporels.
Pour l’usinage isocrête, toutes les passes se déroulent de la même façon (Fig.E-10). Les dif- férentes zones du spectre doivent donc a-priori être identiques. Le spectre relevé expérimentale- ment est le suivant :
Fig.E-9 : Exécution des deux usinages sur la même pièce. Isocrête Equilibrage de la force de coupe transversale Rainure PRMS( )k Amplitude sonore 1 2 3 4 5 6 7 (min:s)
Comme le montre la figure précédente (Fig.E-10), le spectre temporel montre 7 passes d’usinage au lieu des 8 prévues dans la planification. L’ensemble des trajectoires a été calculé pour couvrir la totalité de la calotte sphérique mais en pratique, la présence de la rainure qui la divise en deux supprime la dernière passe qui a lieu dans le vide et tronque la septième. La durée des passes est décroissante puisque l’usinage commence à l’extérieur de la pièce et se termine à l’intérieur. Comme prévu, l’amplitude du signal sonore est régulière et elle est comprise entre
.
L’usinage plannifié avec équilibrage de la force de coupe transversale prévoit 11 passes : 2 en pleine matière, 3 de reprise et 6 d’écrêtage. Les zones du spectre temporel doivent donc a- priori être différentes. Le spectre relevé lors de l’expérimentation est le suivant :
Comme dans le cas de l’usinage isocrête, la présence de la rainure au milieu de la pièce éli- mine la onzième passe d’usinage (Fig.E-11) car elle a lieu dans le vide et tronque la dixième. Les passes d’usinage en pleine matière 1 et 2 ainsi que les passes d’écrêtage 6 à 10 sont exécutées de l’extérieur vers l’intérieur de la pièce. Leurs durées respectives sont donc décroissantes en fonc- tion de leur numéro d’ordre. Les passes de reprises 3 à 5 sont réalisées de l’intérieur de la pièce vers l’extérieur et leurs durées sont donc croissantes.
Comme attendu, l’amplitude du signal sonore n’est pas régulière car il y a plusieurs types de passes (pleine matière, reprise et écrêtage). Globalement, cette amplitude est comprise entre
; elle est donc nettement inférieure à celle qui a été observée dans le cas isocrête ( ). 0.57
±
Amplitude sonore
1 2 3 4 5 6
Fig.E-11 : Spectre temporel de l’usinage équilibré en effort.
(min:s)
7 8 9 10
0.14
E-8-2-2-2 ) L’intensité acoustique relative.
Pour comparer les deux stratégies, seules les passes entières sont considérées. Il s’agira donc des passes 1 à 6 pour l’usinage isocrête et des passes 1 à 9 pour l’usinage équilibré en effort. L’intensité acoustique relative de chaque portion du signal correspondant à ces passes d’usinage est calculée à l’aide de la formule de Weber-Flechner avec l’équation (Eq.58). Les résultats sont présentés dans les tables suivantes :
Table E-1 : Intensité acoustique relative pour l’usinage isocrête
Table E-2 : Intensité acoustique relative pour l’usinage équilibré
Commentaires et conclusion :
- La valeur maximale calculée est atteinte pour la passe N°2 lors de l’usinage isocrête. Ce résultat est cohérent avec les spectres temporels (Fig.E-10), (Fig.E-11).
- L’intensité acoustique relative calculée est stable pour les passes d’usinage isocrêtes. Cela était prévisible puisque toutes les passes ont été réalisées dans les mêmes conditions,
- Les résultats calculés pour les passes en pleine matière 1 et 2, les passes de reprise 3 à 5 et les passes d’écrêtage 6 à 9 sont homogènes et cohérents entre-eux. La quantité de matière enlevée par les passes en pleine matière est supérieure à celle enlevée par les passes de reprise et, de la même façon, la quantité de matière enlevée par les passes de reprise est supérieure à celle enlevée par les passes d’écrêtage. L’intensité acoustique relative suit donc cette tendance.
- Enfin, et surtout, l’intensité acoustique relevée pour l’usinage équilibré montre une forte atténuation par rapport à celle de l’usinage isocrêtes.
Usinage isocrête
N° passe : k 1 2 3 4 5 6
(dB)
-0,90 0 -0,46 -0,95 -2,11 -3,63
Usinage équilibré
pleine matière reprise Ècrêtage
N° passe : k 1 2 3 4 5 6 7 8 9
(dB)
-11,34 -8,37 -16,65 -15,99 -13,57 -12,54 -17,65 -18,78 -19,57 PRMS( )k
E-8-2-3 ) La rugosité.
E-8-2-3-1 ) Réglages prémiminaires.
La rugosité a été mesurée dans les mêmes conditions qu’en §C-5-4-5 avec le rugosimètre SURTRONIC 3+ et à l’aide du logiciel TALYPROFIL 1-2-0. Les surfaces usinées ne présentant pas de dégradation particulière, le pas apparent d’ondulation qui permet le choix de la longueur d’évaluation et du cut-off (norme ISO 4782) a été l’avance =0,2 mm. La longueur d’évaluation correspondante est alors 4mm et le cut-off 0,8. Sur les deux portions de calotte, la mesure est exé- cutée dans la même zone éloignée des entrées et sorties de coupe (Fig.E-12).
E-8-2-3-2 ) Mesure de rugosité.
Sur chaque passe, trois mesures des critères de rugosité Wt, Rt et Ra ont été effectuées. La moyenne des trois mesures pour chaque critère a ensuite été calculée. Le résultat de ces mesures est présenté dans les tableaux suivants :
Table E-3 : Rugosité mesurée pour l’usinage isocrête. Usinage isocrête N° passe : 1 2 3 4 5 6 Wt (μm) 10,14 10,83 12,13 9,5 11,83 7,82 Rt (μm) 9,45 10,3 11,23 8,67 11,23 11,22 Ra (μm) 1,3 1,54 1,76 1,36 1,54 1,57 fz Zone de mesure
Sur ces différentes passes de l’usinage isocrête, les critères observés restent stables. Leur moyenne est calculée pour obtenir des grandeurs représentatives de l’ensemble de l’usinage de la calotte avec cette stratégie :
; ;
Table E-4 : Rugosité mesurée pour l’usinage équilibré
Les résultats obtenus pour les différentes passes sont conformes à ce que laissait prévoir l’allure du spectre temporel représentée figure E-11 et l’intensité acoustique calculée [Tab. E-2]. Comme pour l’usinage isocrête, la moyenne de chaque critère sur les différentes passes est calcu- lée pour obtenir des valeurs représentatives de l’ensemble de l’usinage avec cette stratégie :
; ;
L’application de la stratégie "équilibrage de la force de coupe transversale" apporte bien l’amélioration escomptée en terme d’état de surface. Le gain obtenu est de :
- % sur Wt,
- % sur Rt,
- % sur Ra.
Commentaire sur le résultat obtenu :
- La méthode proposée pour l’usinage de la calotte sphérique apporte un gain, que nous venons de quantifier, sur la rugosité.
- La rugosité obtenue sur la calotte sphérique pour les passes en pleine matière [Tab. E-4] est Wt=7,39 μ, Rt=10,34 μ et Ra=1,49 μ alors que la rugosité obtenue sur les passes en pleine matière dans le cas du plan au §C-5-4-5 ) est Wt=4,8 μ, Rt=6,2 μ et Ra=0,9 μ.
Usinage équilibré
pleine matière reprise Ècrêtage
N° passe : 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Wt (μm) 7,11 7,67 7,35 9,1 11,1 10,53 8,38 4,99 5,48
Rt (μm) 10,12 10,54 9,49 12,7 10,26 8,72 9,35 10,66 10,89
Ra (μm) 1,48 1,51 1,24 1,28 1,53 1,45 1,25 1,29 1,39
Wtisocrete = 10 38, μm Rtisocrete = 10 35, μm Raisocrete = 1 51, μm
Wtequilibre = 7 97, μm Rtequilibre = 10 30, μm Raequilibre = 1 38, μm
10 38 7 97, – , 10 38, --- = 23 2, 10 35 10 30, – , 10 35, --- 0≈ 1 51 1 38, – , 1 51, --- = 9
Nous aurions dû trouver des résultats comparables puisque les conditions opératoires sont identiques. La courbure de la sphère a donc une influence sur le résultat et l’hypo- thèse que nous avons formulée en §E-5-2-3 ) n’est que partiellement vérifiée.
E-8-3 ) Action corrective.
E-8-3-1 ) Les temps d’usinage.Les spectres temporels représentés figures E-10 et E-11 permettent de connaître les durées d’usinage pour chaque cas étudié. Une durée est comptée du moment où l’outil débute l’usinage jusqu’au moment où il le termine. La durée observée contient donc les temps d’éxécution de cha- que passe mais aussi les temps de repositionnement d’outil. En effet comme cela a été montré en §E-7-3 ), la stratégie équilibrage d’effort n’impose pas de sens de parcours particulier et présente donc de ce point de vue un avantage qu’il est important de prendre en compte. Les durées d’usi- nage respectives sont.
=1min, 12s ; =1 min, 39s
L’amélioration de la rugosité se fait donc au détriment de la durée d’usinage. Les 11 passes plannifiées pour l’usinage équilibré durent plus longtemps que les 8 passes prévues pour l’usinage isocrête.
E-8-3-2 ) Modification de l’avance.
Nous avons établi au §C-4-2-3 ) que l’utilisation de la stratégie équilibrage de l’effort de coupe transversal diminue l’amplitude de la composante Fx de 44%. La réponse dynamique de l’outil dans ce cas est donc atténuée comparée à celle qui apparaît pour l’usinage isocrête et la rugosité est améliorée. Mais l’utilisation du talonnage pour arriver à l’équilibrage de la force de coupe transversale impose plus de passes d’usinage pour respecter une même hauteur de crête hc et la durée d’usinage est alors augmentée. Il y a donc un compromis à faire entre d’une part, l’amélioration de la rugosité obtenue sur les critères Wt et Ra et d’autre part l’augmentation de la durée d’usinage. Nous avons alors réalisé un usinage de la calotte sphérique en utilisant la straté- gie équilibrage de l’effort transversal et en adoptant une vitesse d’avance =0,3 mm. Cette vitesse d’avance est la vitesse maximale préconisée par le carburier, elle a été modifiée directe- ment dans le programme de Commande Numérique puisque nous avons montré en §C-4-3-2 ) que l’angle d’équilibrage de la force de coupe transversale ne dépend pas de l’avance.
Tisocrete Tequilibre
E-8-3-3 ) Résultats obtenus.
E-8-3-3-1 ) Le spectre temporel et la durée d’usinage.
Comme dans le cas de l’usinage équilibré avec =0,2 mm (Fig.E-11), le spectre temporel de l’usinage équilibré avec =0,3 mm ne fait apparaître que 10 passes d’usinage (Fig.E-13) au lieu des 11 prévues et une dixième passe tronquée.
La durée d’usinage est =1min 10s=70s (Fig.E-13) alors que la durée d’usinage
pour l’avance =0,2 mm était =1min 39s=99s. Bien que le temps copeau soit diminué
de (1-0,2/0,3)=33%, le temps total d’usinage n’est diminué que de (1-70/99)=29% car les trajets rapides de repositionnement entre les passes se font avec la même vitesse dans les deux cas.
E-8-3-3-2 ) L’intensité acoustique.
L’intensité acoustique relative est calculée comme en §E-8-2-2-2 ), c’est à dire en considé- rant les signaux des passes 1 à 6 obtenues pour l’usinage isocrête [Tab. E-1] et les signaux corres- pondant aux passes 1 à 9 désignées figure E-13. Les signaux enregistrés pour l’usinage isocrête n’ayant pas changé, le résultat présenté dans la table suivante correspond uniquement à l’usinage équilibré pour =0,3 mm : fz fz Tequi fz, =0 3, fz Tequilibre Amplitude sonore 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (min:s)
Fig.E-13 : Spectre temporel de l’usinage équilibré avec avance =0,3 mm.fz
Table E-5 : Intensité acoustique relative pour l’usinage équilibré avec =0,3 mm.
Exceptée la passe 2, les intensités acoustiques calculées ci dessus présentent une atténuation par rapport à celles de l’usinage isocrête [Tab. E-1].
E-8-3-3-3 ) Résultat sur la rugosité.
La rugosité a été mesurée dans les mêmes conditions que celles décrites en §E-8-2-3 ) : le pas apparent d’ondulation est égal à l’avance =0,3 mm ce qui conduit à une longueur d’évalua- tion de 4mm et un cut-off de 0,8. Les trois critères Wt, Rt et Ra ont relevés pour chaque passes d’usinage et les résulats sont détaillés dans le tableau suivant :
Table E-6 : Rugosité mesurée pour l’usinage équilibré avec =0,3 mm
Les différents critères suivent la tendance du spectre temporel (Fig.E-13) ; la rugosité maxi- male est mesurée sur la passe 2 et la rugosité minimale apparaît bien sur la passe 9. Les résultats sont cohérents entre eux c’est à dire que les critères Wt, Rt et Ra sont homogènes sur les passes en pleine matière, les passes de reprises et les passes d’écrêtage sauf pour la passe 4 où les valeurs de Rt et Ra sont plus importantes que celle des passes 3 et 5. Comme pour les deux premiers essais, les moyennes de chaque critères sont calculées pour estimer l’ensemble de l’usinage équilibré avec l’avance augmentée à 0,3 mm :
; ;
Usinage équilibré avec =0,3 mm
pleine matière reprise Ècrêtage
N° passe : k 1 2 3 4 5 6 7 8 9
(dB)
-7,42 -3,94 -11,22 -10,99 -11,79 -17,53 -14,03 -15,81 -16,17
Usinage équilibré avec =0,3 mm
pleine matière reprise Ècrêtage
N° passe : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Wt (μm) 8,62 9,75 8,38 8,32 8,09 6,12 8,97 7,64 7,34 Rt (μm) 8,47 12,67 10,75 15,10 10,09 10,08 10,05 9,45 10,05 Ra (μm) 1,72 1,83 1,53 1,75 1,38 1,35 1,26 1,27 1,22 fz PRMS( )k fz fz fz fz Wt = 8 14, μm Rt = 10 74, μm Ra = 1 48, μm