Compréhension des phénomènes sur la fraise torique

La fraise torique est fortement utilisée par la société Messier-Dowty. Cependant, son comportement est méconnu et il est ainsi difficile de définir des conditions de coupe optimales. Pour ces raisons, nous avons choisi de vérifier le comportement de l’outil torique lors de l’usinage du Ti5553.

Notre choix a été d’utiliser comme base de comparaison un outil cylindrique dont le com- portement est plus simple et plus connu. Nous vérifierons ensuite l’évolution des pressions spécifiques de coupe lors d’un passage de dent et nous terminerons par la modification de la direction des efforts de coupe.

2.4.6.1 Evolution de l’épaisseur du copeau et de la longueur en prise en fonction de la position angulaire de la dent

La section de coupe est fonction de la position de la dent. Il est alors possible de définir l’épaisseur de coupe à chaque position angulaire pour chaque élément discrétisé en utilisant la modéilsation développée précédemment (figure 2.52).

Pour les deux fraises, l’évolution et les valeurs sont différentes. Pour la fraise torique, l’engagement est fonction des deux paramètres(φ_f et θ), l’augmentation de θ se traduisant par une variation de la longueur en prise. Pour la fraise cylindrique, seule la position angulaire (φ_f) a de l’influence.

Le second point que nous avons considéré est l’évolution de l’arête en prise au cours de l’usinage. La longueur d’arête en prise obtenue pour la fraise torique est plus importante. Ces valeurs sont dues à la forme cylindrique de la plaquette. Pour une fraise cylindrique avec des angles de positionnement nuls (α_f, β_f, γ_f), la longueur en prise est toujours

identique et égale à la profondeur de coupe.

En termes d’efforts de coupe, cette analyse montre que les deux fraises vont avoir un comportement différent. A géométrie de coupe et engagement identique, la section et par conséquent les efforts de coupe pour la fraise cylindrique sont toujours supérieurs. Cependant, la répartition entre l’influence des pressions spécifiques de coupe et des charges linéiques sont différentes.

Afin de maîtriser et optimiser le comportement des fraises, nous pouvons définir des engagements optimaux. Pour la fraise torique, dans la mesure où la section de coupe est plus évolutive, l’avance peut-être plus importante comparée à la fraise cylindrique. Cependant, il est conseillé de limiter l’engagement axial afin de réduire l’arête en prise.

(a)

(b)

Figure2.52 – Evolution de la section coupée pour chaque élément discrétisé sur la fraise torique (a) et pour la fraise cylindrique (b)

2.4.6.2 Analyse des pressions spécifiques de coupe

Nous pouvons également nous interroger sur les pressions spécifiques de coupe. Elles sont calculées pour les différents engagements (figure 2.53). Les coefficients linéiques étant définis pour une avance nulle, ils ne varient pas. Comme nous pouvons le constater les co- efficients spécifiques de coupe restent fonction de l’engagement. Nous observons également que ces coefficients restent extrêmement élevés indépendamment de la position angulaire. Le coefficient le plus élevé est le coefficient Kf et les pressions spécifiques maximales ap-

paraissent aux limites de l’engagement. Cette augmentation est due à une avance trop faible comparée à la préparation d’arête. Il est à noter que l’augmentation du rayon de plaquette peut également générer une augmentation des pressions spécifiques de coupe.

2.4. Transposition au fraisage 131

En effet, un rayon plus important peut générer des épaisseurs de copeau plus faibles et accroître les efforts.

 (°) 45 90  (°) 45 90

Positon angulaire de la dent (°)

 (°) Contrainte (MPa) 0 7 14 21 28 35 45 90 ₅₀₀ 1000 1500 K c K f K p 2000

Figure2.53 – Pressions spécifiques de coupe pour la fraise torique

2.4.6.3 Modification de la direction de l’effort de coupe pour une fraise to- rique

Le modèle ainsi développé peut être utilisé pour mieux comprendre le processus d’usinage. Nous avons observé avec la fraise cylindrique que la direction des efforts de coupe change avec la position angulaire de la dent. Cette observation a été effectuée expérimentalement pour un outil cylindrique. L’inversion est dans ce cas seulement fonction de la position angulaire de la dent et due à une avance trop faible comparée à la préparation d’arête. Dans le cadre de l’utilisation d’une fraise torique, l’avance est fonction de la position angulaire et de la position axiale de l’élément discrétisé considéré. En traçant les efforts de coupe obtenus à chaque élément pour deux avances, il est alors possible de comprendre comment la direction de l’effort évolue. La maîtrise de ce point est primordiale dans la définition de l’état de surface. En effet, une modification de la direction peut modifier la direction de la résultante, et induire de la flexion qui peut avoir comme conséquence une dégradation de l’état de surface ou engendrer des vibrations.

Comme nous pouvons le noter sur la figure 2.54, la direction de l’effort n’est pas seulement fonction de la position angulaire de la dent mais également de l’engagement radial de la dent. A φ_f = 0, lorsque θ = π

2, l’avance est maximale. Dans ce cas, Fc est la plus grande

composante. Quand θ diminue, l’avance devient alors insuffisante et la composante F_t est alors prépondérante. Nous observons que cette limite change avec l’augmentation de

l’avance. Pour une avance plus grande, l’inversion de direction n’apparaît pas à la même position angulaire et à la même position axiale. Ce point sera à prendre en compte lors de la modélisation des états de surface.

(a)

(b)

Figure 2.54 – Efforts de coupe de chaque élément pour f_z = 0, 4mm/tr (a) et f_z = 0, 1mm/tr (b)