U N EXEMPLE DE CARTOGRAPHIE DE TEMPERATURE

La figure 5-30 présente un exemple de cartographie de température obtenue avec un outil non revêtu lorsque cette dernière a atteint un régime stationnaire (~ 4 secondes) (voir figure 5-31).

Rappel : le paragraphe 5-4 a montré que dès 1 seconde d’usinage, le flux de chaleur transmis au substrat est identique quel que soit le revêtement utilisé. Une mesure au bout de 4 secondes ne devrait donc pas être perturbée par la conductivité et la diffusivité thermique du revêtement.

La première étape est avant tout de localiser l’outil dans cette figure. Cette opération est réalisée grâce à la figure 5-29 prise dans le domaine du visible.

L’observation du champ de température et des échelles associées permet de voir que la chaîne d’acquisition donne des informations entre 533 °C et 660 °C. Il est possible de distinguer deux zones plus chaudes correspondant à la zone de cisaillement secondaire outil/copeau et à la zone de frottement outil/pièce. Ces deux zones avaient déjà été décrites par les créateurs du dispositif [LeCa_95]. La zone de cisaillement secondaire atteint une température maximale comprise entre 618 et 631 °C en retrait de la pointe de l’outil, alors que la face de dépouille atteint une température de l’ordre de 643 à 653 °C. L’important niveau de température localement atteint sur la face de dépouille est un élément qui peut expliquer que les outils ont tenda nce à s’user plus rapidement dans cette zone. Par contre, la très faible surface en contact en dépouille, comparativement à la surface en contact sur la face de coupe, entraîne que la majeure partie du flux de chaleur transmis dans la partie massive du substrat est issue de la face de coupe. Cette interprétation est également soutenue par [Tren_91] [LeCa_95].

Remarque : le niveau des températures atteintes dans la zone de coupe justifie les plages de températures considérées dans le chapitre 3 lors de la discussion sur les propriétés des revêtements étudiés.

Fig. 5-30 : Carte de température en usinage – Essai avec plaquette TPKN non revêtue sur acier 42CrMo4U. 5.7.3. RESULTATS OBTENUS

La mise en œuvre des essais pour les 4 configurations envisagées a conduit aux cartographies présentées dans la figure 5-32 (cartographies obtenues après stabilisation ~ 4 secondes). La figure 5-31 justifie le temps de stabilisation nécessaire à la mesure.

0 100 200 300 400 500 600 700 0 1 2 3 4 5 Temps d'usinage, T (s)

Température maximale mesurée (°C)

T°C max sur la face de coupe = 602-618 °C

T°C maxi mesurable = 660°C

T°C maxi détectable = 390°C

Température dans la pièce surface usinée Partie massive de l’outil Arrivée de la matière usinée Evacuation des copeaux Vc = 200 m/min f = 0.15 mm/tr ap = 3 mm Fig. 5-31 : Evolution de la température maximale atteinte sur la face de coupe en fonction du temps d’usinage (cas de l’outil revêtu TiN).

Fig. 5-32 : Cartes thermiques obtenues par caméra infrarouge après 4 s d’usinage.

- Vc = 200 m/min – f = 0.15 mm/tr – ap = 3 mm – à sec – acier 42 Cr Mo 4 U -

L’analyse des champs de température permet de voir que les revêtements ont une influence significative sur le champ de température à l’interface outil/pièce/copeau. Il est notable de voir que l’on peut distinguer deux familles de comportement. Les revêtements TiN et (Ti,Al)N+MoS2 ont des comportements assez similaires et conduisent à des températures notablement plus basses. Les outils non revêtus et revêtus (Ti,Al)N conduisent à des températures notablement supérieures. Les différences les plus importantes se font sur le niveau des températures locales sur la face de coupe et de dépouille, ainsi que sur la surface des zones iso-température. Les relevés réalisés sur la figure 5-32 sont regroupés sur le tableau 5-1.

Non revêtue TiN (Ti,Al)N (Ti,Al)N+MoS2

Température maximale sur la face de coupe (°C) 618-631 602-618 631-643 602-618

Température maximale sur la face de dépouille (°C) 643-653 602-618 631-643 602-618

Aire de la surface iso-température [533-588 °C] + - + -

Tab. 5-1 : Extraits des températures relevées durant l’usinage.

Ainsi il apparaît que le revêtement TiN conduit au niveau de température le plus faible, ainsi qu’à l’aire de la surface iso-température [533-588 °C] la plus réduite. Le revêtement (Ti,Al)N donne un

Plaquette non revêtue Plaquette revêtue TiN

niveau de température maxi légèrement supérieur sur la face de coupe comparativement à celui d’un outil non revêtu, par contre il permet de réduire le niveau de température de la face de dépouille.

Le revêtement (Ti,Al)N+MoS2 permet de réduire très sensiblement le niveau de température en face de coupe et de dépouille comparativement à un outil revêtu (Ti,Al)N. Il conduit à une cartographie très similaire à celle du revêtement TiN. Cependant, le niveau de température atteint dans la zone de coupe est toujours supérieur à 500 °C. Or, le chapitre 3 a établi que le MoS2 se décompose à partir d’une température de 500 °C. La cinétique de cette décomposition n’est pas connue. Il paraît cependant logique que cette décomposition soit d’autant plus rapide que la température est élevée. Au vue des niveaux atteints (> 600 °C), le MoS2 doit certainement se décomposer rapidement. Il faut dès lors garder à l’esprit que l’essai réalisé a duré moins de 10 secondes, ce qui n’a peut être pas laissé le temps de compléter la décomposition. Il n’a pas été possible de réaliser des essais plus longs permettant de voir si les résultats se rapprochent de ceux du revêtement (Ti,Al)N monocouche, comme cela a pu être observé lors des mesures de flux de chaleur dans le substrat.

Enfin, l’analyse du rayonnement lumineux des copeaux, permet de voir que les revêtements TiN et (Ti,Al)N+MoS2 donnent des copeaux nettement plus fins que ceux des outils non revêtus et revêtus (Ti,Al)N. Or des copeaux plus fins indiquent un écoulement plus facile de la matière usinée. Cela corrèle bien le bas niveau de température observé pour les revêtements TiN et (Ti,Al)N+MoS2.