Pièces, outils et porte-outils utilisés

2.2.3.1 Essais expérimentaux de coupe orthogonale

- Outil : Le matériau de base des plaquettes utilisées lors de la campagne des essais de coupe orthogonale, est l'acier rapide supérieur (HSS). Ces plaquettes ont été prélevées directement dans des dents de rangées d'une fraise-mère mise à disposition pour l'ensemble de l'étude expérimentale, Figure 3.15. La pertinence de cette démarche réside dans le fait que l’outil expérimenté provient directement d’un véritable outil de taillage faisant l'objet de l'étude. Cette démarche revêt un caractère inédit pour une approche expérimentale de ce type. En effet, l'analyse de l'état de l'art effectuée autour du taillage n'a pas révélé de démarche analogue.

70 mm

Figure 3.15. Rangée de dents prélevées dans une fraise-mère réaffûtée module 25.

Deux types de géométries de plaquettes ont été utilisés pour cette campagne d’essais, Figure 3.16. Ces plaquettes ont été prélevées au niveau des deux arêtes rectilignes de la dent de fraise-mère :

 Plaquettes caractérisées par un angle de dépouille égale à 10°

 Plaquettes caractérisées par un angle de dépouille égale à 0° Dent de fraise-mère

Plaquette de

coupe 5 mm

Figure 3.16. Illustration des 2 géométries de plaquettes utilisées pour les essais en coupe orthogonale. Concernant le porte-outil, un développement spécifique a également été réalisé, Figure 3.17. En effet, les plaquettes étant initialement prélevées des dents de la fraise-mère, les standards habituels ne correspondaient pas pour ces essais. Ce porte-outil a donc été spécialement conçu et réalisé pour l'étude.

Plaquette Sonde

thermocouple Porte outil

Figure 3.17. Outil spécial développé par le CIRTES, instrumenté en température par sonde thermocouple avec un système ACTARUS® pour les essais de coupe orthogonale.

- Echantillon : Le matériau de base des échantillons est un acier faiblement allié de type AISI 4337. Ce matériau est dédié à la fabrication de pièces de fortes sections traitées pour des caractéristiques mécaniques élevées. Il présente une bonne résilience, même à basse température. Plus spécifiquement, il est souvent utilisé en mécanique pour des pièces soumises à une fatigue importante, comme les arbres de transmission, les vilebrequins, les arbres d’hélices, les gros engrenages traités dans la masse, etc. Le Tableau 3.2 illustre la composition chimique et les caractéristiques mécaniques de cet acier. Analyse chimique Résis ta nce éla st iqu e Résis ta nce méca niq u e Allo ng em ent Duret é C Si P S Mn Ni Cr Mo ^Re (MPa) Rm (MPa) Al (%) ^Hb 0,300- 0,420 ^{<0,600 <0,025 <0,020 >0,600 >1,300 >1,300 >0,150} 650-700 800-850 ^10-8 285-310

Tableau 3.2. Composition chimique et caractéristiques mécaniques de l’acier AISI 4337.

Les échantillons ont été préalablement préparés sous forme de tube dont le diamètre extérieur est de 42 mm et le diamètre intérieur de 38 mm. La prise de passe constante est de 2 mm, Figure 3.18. Dans ces conditions, la coupe est dite quasi-orthogonale. Les conditions de la coupe orthogonale ne sont pas exactement réalisées puisque il existe une légère variation de vitesse de coupe le long de l'arête active de l'outil. On a veillé à minimiser la longueur totale de la pièce afin d’assurer une bonne rigidité et de limiter les problèmes de flexion de la pièce lors de la coupe.

Figure 3.18. Echantillon préparé par usinage en forme de tube.

2.2.3.2 Essais expérimentaux de fraisage

- Outils : Comme pour les essais de coupe orthogonale, ces plaquettes ont été prélevées directement dans des rangées de dents de la même fraise-mère. La stratégie d'extraction est de maintenir localement la géométrie de coupe des dents de la fraise-mère comme illustré sur la Figure 3.19 (plaquettes de coupe). Il s'agit d’une plaquette prélevée en tête de dent nommé « SD » et deux plaquettes prélevées à partir de deux arêtes rectilignes de la dent de la fraise-mère nommée « A10 » et « A0 », Figure 3.20.

3 plaquettes

de coupe ^{3 plaquettes}

de préparation de l’échantillon

Figure 3.19. Plaquettes prélevées d’une dent de la fraise-mère pour les essais de fraisage. Plaquette “A10”

Plaquette “SD” _{Plaquette “A0”}

=0°, ≈10°

=0°, ≈10 =0°, ≈ 0°

5 mm 5 mm _{5 mm}

Figure 3.20. Plaquettes expérimentales de finition avec α l’angle de coupe et  l’angle de dépouille. A noter que 3 plaquettes ont été prélevées au niveau du centre de la dent pour la préparation du profil de l'échantillon à usiner avant l'essai de caractérisation. Elles permettent de reproduire le profil local de l'entredent de l'engrenage à tailler . Ces plaquettes sont illustrées par la Figure 3.19.

Concernant le porte-outil, un développement spécifique a également été réalisé par la société CIRTES, Figure 3.21.

Figure 3.21. Porte-outil spécifiquement développé par le CIRTES, pour les essais expérimentaux de fraisage. - Echantillons : Le matériau de base qui compose les échantillons expérimentaux est

l’acier faiblement allié AISI 4337, issu du même bloc de matière que pour les essais de coupe orthogonale. Ce bloc a été fabriqué spécialement pour les besoins expérimentaux de l’étude. Deux géométries d’échantillons différentes ont été extraites du bloc de matière, à savoir :

o l'échantillon avec profil arrondi qui correspond à la zone usinée par la plaquette prélevée en tête de dent de la fraise-mère, voir Figure 3.22-(a),

o l'échantillon avec profil rectiligne qui correspond à la zone usinée par les plaquettes prélevées de la partie rectiligne de l’arête, voir Figure 3.22-(b).

(a) (b)

Figure 3.22. Echantillons utilisés lors des essais de fraisage. (a) Echantillon à profil arrondi. (b) Echantillon à profil rectiligne.

A noter que la longueur totale de chaque échantillon est de 210 mm, et qu’un échantillon a permis de réaliser 3 essais expérimentaux.

3 Présentation des résultats expérimentaux