Difficultés de l’étude et hypothèses retenues

L’opération de rectification est l’action d’une multitude de grains abrasifs munis d’une

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génération de la chaleur à l’interface outil-pièce. Ce dernier point sera pris en compte plus tard dans

cette étude à une échelle macroscopique pour une analyse complète du processus.

Dans l'étude de la rectifiabilité de l’acier rapide supérieur des cylindres de laminage, on s’intéresse

uniquement au pouvoir abrasif des grains à travers leur action principale qui est la formation des

rayure par une action mécanique en négligeant tout autre phénomène. Comme déjà mentionné, lors

de l’opération de la rectification les rayures sont formées d’une manière complexe du faite de la

distribution aléatoire des grains dans la meule ce qui s’avère difficile à modéliser. Pour simplifier

cette étude de rectifiabilité on va traiter le cas d’un seul grain abrasif en contact ce qui amène à

étudier la technique de rayage.

Des hypothèses et des approximations doivent alors être prises en considération concernant la

vitesse de rayage, l’effort appliqué, la morphologie de l’indenteur.

a. Choix de la vitesse de rayage

L’opération de rectification s’effectue à des vitesses de coupe élevées qui peuvent dépasser

200m/s (Jackson et al 2001; Duscha et al 2011). Or les essais de rayage ne se font qu’à faibles vitesses

(quelques mm/s). À grande vitesse, la machine de rayage est très sensible aux vibrations. Il est, de

ce fait, difficile d’assurer le suivi de ces essais et l’acquisition des données telles que l’enregistrement

des efforts et par la suite l’exploitation des résultats qui ne peuvent pas être maitrisés facilement.

On propose dans cette partie de faire des essais de rayage linéaires à basse vitesse dans les limites

des valeurs autorisées par la machine. Sur un matériau élastoplastique, Ben Tkaya et al. (2007)ont

montré numériquement qu’à faible vitesse de rayage, les résultats énergétiques et morphologiques

de la rayure sont insensibles à ce paramètre. Ce résultat est pris en considération dans notre étude

après l’avoir vérifié lors des essais préliminaires avec un grain de type corindon blanc. Un exemple

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Figure 2.8 Effet de la vitesse de rayage sur les efforts normaux et tangentiels

b. Choix de l’effort normal appliqué par l’indenteur

Une autre difficulté rencontrée lors de cette étude est liée à la charge qu’on doit imposer à

l’indenteur lors du rayage. Comme il a été précisé précédemment, l’opération de rectification se

résume à l’action d’une multitude de grains abrasifs sur la surface du matériau. La charge imposée

sur l’indenteur lors de l’essai de rayage présente l’effort normal élémentaire 𝐹

appliqué par chaque

grain abrasif lors de l’essai de rectification.

Macroscopiquement la meule a un aspect de surface homogène, mais à l’échelle locale les grains ont

des formes différentes. En plus, ils ne sont pas chargés identiquement ; leur hauteur active n’est pas

la même ; il y a des grains qui touchent la surface d’autres qui ne touchent pas. Tous ces facteurs

rendent la force normale réelle appliquée par un seul grain abrasif difficile à quantifier. On s’oriente

alors vers des méthodes approchées pour estimer𝐹

. Il y a deux façons de procéder.

La première consiste en une estimation de la valeur moyenne de pression appliquée sur la surface

de contact lors de la rectification et puis déduire l’effort normal sur un seul grain en supposant un

nombre fini de grains actifs dans l'interface. Dans ce cas, on suppose que toute la surface ne se

compose que de grains abrasifs et qu’il n’y a pas d’espaces entre eux. Cette hypothèse n’est pas vraie

ce qui implique, par conséquent, une sous-estimation de la force appliquée par un seul grain.

La deuxième méthode consiste en la caractérisation de la surface de la meule soit par des

méthodes optiques pour apprécier visuellement la distribution de grains (Figure 2.9(a)) ou alors en

se basant sur le catalogue technique du fournisseur de la meule qui donne la taille et la

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concentration des grains abrasifs par mm

ce qui semble mieux adapté en terme de précision

(Figure 2.9 (b)).

Figure 2.9 Estimation du nombre des grains : (a) image prise à la loupe binoculaire pour une

meule CBN (taille de grain 54 µm), (b) densité des particules des grains abrasifs indiquée par le

fournisseur de la meule

Ainsi pour une taille de grain de 54 µm, une densité de meule 1917 grains/mm

, une surface de

contact de 3.03 mm² et un effort normal global de rectification 60 N (ces deux derniers paramètres

seront décrits dans le chapitre 3). Finalement la valeur de la force appliquée sur chaque grain vaut

0.128 N.

La précision de la machine ne permet pas d’effectuer des essais de rayage avec une si faible valeur

d’effort. On est alors obligé d’augmenter la valeur de consigne pour obtenir des résultats

concluants.

c. Choix de la morphologie de l’indenteur

Les grains destinés à l’opération de rectification n’ont pas la même action partout sur la surface à

rectifier. Classiquement, l’étude de l’essai de rayage s’effectue avec un indenteur considéré rigide de

forme connue (Rockwell, Vickers, Berkovich, …) pour faciliter la maîtrise de l’essai de rayage et

permettre de mieux exploiter les résultats (Jardret et al 1998; Ben Tkaya 2007; Vencl et al 2009).

Cependant, l’étude de la rectifiabilité d’une nouvelle nuance d’acier nécessite de tester différentes

familles de grains abrasifs de morphologies variées ce qui rend difficile la maîtrise de l’essai de

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finition, sont très fins, de l’ordre d’une centaine de micron, une taille qui n’est pas adaptée pour

faire des essais de rayage à grain unique.

Suite à ces constatations les essais sont effectués avec des grains dix à vingt fois plus grands pour

l’abrasif conventionnel et des indenteurs spécialement fabriqués à pointe CBN pour les

superabrasifs. En effet, la taille maximale des grains de CBN est de 300 µm. Certes, avec cette

configuration, l’échelle des expérimentations n’est pas conforme à la réalité, mais le mode de

déformation ainsi que les informations concernant le rayage ne seront pas trop différents.