Objectifs, méthodologie de l’étude expérimentale

3.2.1 Objectifs et méthodologie du de la première campagne d’essai : 1^ère série

Un COM (Couple-Outil-Matière), selon la définition de la norme NF E66-520-4, est une méthode généralement utilisée pour obtenir un point de qualification et par la suite déterminer le domaine de coupe stable dans lequel les phénomènes comme la vibration, la régénération de surface n’auront quasiment pas d’influence sur les mécanismes d’usure à étudier.

Dans ce travail, il sera question pour les premiers essais de déterminer la gamme des paramètres de coupe (Vc, 0,1 mm/tr, 1,1 mm), en nous appuyant partiellement sur la démarche normalisée du COM, dans laquelle :

o L’effort spécifique de coupe (Kc) (Fig. 2. 28) est relativement constant.

o Les phénomènes perturbateurs (vibrations, régénération de la surface…) qui peuvent apparaître et influencer d’une manière ou d’une autre l’usure catastrophique de l’outil deviennent négligeables.

En tournage, la détermination des plages des paramètres de coupe stable (Vc, f, ap) est basée sur la variation des efforts spécifiques de coupe, calculés par les équations (2.9) à (2.11).

. Fc

Kc= f ap (2.9)

. Ff

Kf = f ap (2.10)

. Fp

Kp= f ap (2.11)

Avec Kc, Kf et Kp les efforts spécifiques de coupe dûs respectivement à l’effort de coupe (Fc), à l’effort d’avance (Ff) et à l’effort de pénétration (Fp).

Fig. 2. 28 : Définition d’une plage de coupe stable obtenue par un COM.

De façon générale, il a été montré que la vitesse de coupe est l’un des paramètres qui fournit la plus grande énergie au système et qui influence considérablement l’endommagement de l'outil.

La procédure utilisée comporte quatre étapes précisées ci-après :

o L’essai de qualification qui permet de s’assurer de la compatibilité entre l’outil et la matière usinée (copeau contrôlé, état de surface acceptable, pas de dégradation catastrophique...).

o La détermination de Vcmin qui consiste à trouver une limite basse de la vitesse de coupe (Vc) afin de poursuivre la série d’essais dans la plage d’une vitesse de coupe Vc adaptée.

o La détermination de la (des) zone(s) de contrôle de copeaux qui consiste à rechercher les zones de contrôle de copeaux dans une gamme (ap, f) considérée, à l’intérieur de laquelle l’outil génère des copeaux acceptables (copeaux qui se dégagent de la zone de travail sans nuire à l’outil ou à la pièce).

o L’essai d’usure consiste à réaliser plusieurs essais en choisissant l’avance (f) et la profondeur de passe (ap) dans la zone de contrôle de copeaux et de vitesse de coupe Vc

> Vcmin afin d’avoir la durée de vie limite de l’outil. Durant ces essais, la mesure de l’usure en dépouille (VB et VBmax) est réalisée en post-mortem. Les grandeurs mesurables, comme les efforts et la puissance de coupe, sont continûment mesurées

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pendant l’essai. À la fin de chaque essai, pour chaque zone de contrôle de copeaux, les exposants et les constantes de Taylor sont déterminés ainsi que les paramètres identifiant la fiabilité et les limites des résultats trouvés.

3.2.2 Objectifs et méthodologie des essais d’usinage avec mesures de températures : 2^ième série

La deuxième série d’essais est consacrée à l’étude expérimentale de l’usinage du C45 par des plaquettes en WC-Co ISO K20 avec mesure de températures pendant le procédé de coupe.

La mesure de flux ou des températures pendant le procédé est primordiale pour la compréhension de l’usinage et le contrôle de la qualité de la pièce usinée. Elle est l’une des méthodes utilisées pour la surveillance de l’usinage. Cette mesure tient une place importante dans les milieux de l’industrie et de la recherche [55].

Il existe quatre méthodes de mesure de température : méthode par résistance thermique, méthode par thermocouples, méthode thermo-physique et méthode par radiation thermométrique.

Parmi ces méthodes, les méthodes par thermocouples et de la radiation thermométrique sont les plus utilisées. Une synthèse de ces différentes méthodes de mesure faisant ressortir les intérêts et les inconvénients est présentée en Annexe 2-1.

Aussi, dans ce travail de thèse, le procédé breveté ACTARUS® (Brevet PCT/FR2004/00042, Claude BARLIER; Benoît DELEBECQUE, et Laurent VELNOM) avec le logiciel associé TWS5® pour la mesure de température a été utilisée. L’implantation de thermocouples sous l’arête de coupe à l'interface pièce-outil et/ou copeau-outil permet de mesurer la température au plus près du cœur du processus de coupe.

Pour l’instrumentation des plaquettes par des thermocouples, une étude préliminaire par une simulation numérique thermique, basée sur quelques résultats expérimentaux de la première série, a été réalisée. En effet, les résultats des efforts de coupe mesurés lors du COM ont permis de calculer le flux utilisé dans la simulation thermique. Nous rappelons que la modélisation thermique numérique d’une plaquette de coupe proprement dite est présentée dans le chapitre 3.

L’objectif de cette première simulation thermique est de connaître la forme et l’évolution des isothermes dans la plaquette, afin de mieux positionner les thermocouples. En effet, l’implantation des thermocouples dans des isothermes différentes permet d’avoir une mesure de température plus fiable, plus précise. Dans cette démarche, les contraintes géométriques sont prises en compte. Il s’agit de situer les emplacements (trous) des thermocouples de façon à minimiser la fragilisation de la plaquette engendrée par l’obtention de trous de 0.3 mm de diamètre par électro-érosion. La prise en compte de tous ces facteurs évoqués précédemment a permis de définir trois positions optimales d’implantation de thermocouples (Fig. 2. 29n).

Fig. 2. 29 : Plaquette instrumentée : n- réalisée, o- Support-plaquette.

Les thermocouples TC1 et TC3 sont situés à 0,5 mm de la face de coupe mais à des positions différentes le long de l’arête de coupe tandis que les thermocouples TC2 est situé à 1 mm de la face de coupe. Pour l’implantation des thermocouples dans la plaquette, une laque d’argent (AGAR SILVER PAINT) très conductrice a été utilisée. La même méthodologie est employée pour le positionnement et la fixation des thermocouples dans chacune des plaquettes utilisées (Annexe 2-2, Annexe 2-3).

Le positionnement des trois thermocouples dans la plaquette a engendré d’autres contraintes liées à la fixation de la plaquette sur le porte outil. En conséquence, une modification du support-plaquette a été réalisée comme le montre la Fig. 2. 29o. Afin de s’assurer de la tenue mécanique de la plaquette pendant l’opération de coupe, une simulation mécanique statique de l’ensemble plaque et support-plaquette a été réalisée. Une pression de 500 MPa a été appliquée sur une petite surface de la pointe de l’outil. Cette pression est estimée en tenant compte des conditions retenues pour les essais à effectuer. Les niveaux de contraintes obtenus ont montré que l’ensemble plaquette et support-plaquette résiste à la rupture (Annexe 2-2) par rapport aux caractéristiques mécaniques de ces éléments.

3.3 Présentation et analyse des résultats expérimentaux