Effet des paramètres d’usinage sur la durée de vie en fatigue
des pièces aéronautiques en alliages d’aluminium de la série 7000
J. Limido M. Suraratchai C. Mabru,C. Espinosa M. Salaun R. Chieragatti
Département Génie Mécanique, ENSICA 1, Place Emile Blouin 31056 TOULOUSE Cedex 5 Remy.Chieragatti@ensica.fr
Problématique
Cette étude s’inscrit dans le cadre général de l’amélioration des processus de conception et de fabrication de pièces aéronautiques usinées exigeant une tenue garantie en fatigue.
Démarche Actuelle: Démarche proposée (Cadre AA-7010):
Modélisation de la surface usinée
Un modèle de type Z-Map (Takeuch et al, 1989) a été choisi car il s’applique à une grande variété de types de fraisage. Cette méthode est basée sur une représentation vectorielle de la pièce. Le modèle implémenté prend donc en compte les défauts axiaux, radiaux et d’excentricité des fraises.
Ce modèle a été validé sur des cas d’application de type fraisage hémisphérique. Le modèle développé permet aussi des applications sur des cas de fraisage avec fraise cylindrique, torique, hémisphérique et fraise à plaquettes.
Nous proposons ici de remplacer dans l’approche Kt→Nf le relevé expérimental de profil de rugosité par le résultat du modèle de surface. Cette approche a été validée sur des cas tests d’éprouvettes de flexion 4 points réalisées en fraisage grande vitesse utilisant des fraises toriques.
Indentification du critère de surface pour la tenue en fatigue de l’AA-7010
en endurance limitée: Kt
La rugosité est le paramètre prépondérant qui pilote la durée de vie en fatigue devant les contraintes résiduelles et la microstructure.
L'hypothèse que c'est le champ de contrainte local qu'elle génère qui est à l'origine de son influence, a conduit à définir un coefficient de concentration de contrainte local pour décrire la
surface.
Approche Kt → Nf
Un modèle numérique basé sur un calcul par éléments finis 2D est proposé pour estimer la valeur du Kt local directement à partir du relevé du profil de la surface (sans passer par l'intermédiaire d'un paramètre géométrique).
Intégration dans des modèles d’estimation de durée de vie basés sur l’amorçage pour les charges les plus faibles et sur la propagation pour les plus élevées (Newman et al, 1984), (Tada et al, 2000).
K
t
Calcul par Méthode EF MesureK
t
Calcul par Méthode EF Mesure AvanceTrajet d’une dent
Avance
Trajet d’une dent
Avance Avance
Trajet d’une dent
-15% +15% 50000 70000 90000 110000 50000 70000 90000 110000 Nf Essais N f M o d è le
Une grande variation des paramètres d’usinage dans le cas de fraisage hémisphérique permet de mettre en avant une évolution marquée de la durée de vie. 60000 70000 80000 90000 100000 110000 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Avance (mm/dent) D u ré e d e v ie N f
Couplage modèle de surface – approche Kt→Nf
Cette étude a été réalisée avec le support d’Airbus France. Nous tenons à remercier particulièrement Vivian Vergnes et Alain Planex
Durée de vie en fatigue: Nf Critère surface: Ra
Critère machine: f
Durée de vie en fatigue: Nf Critère Mécanique de surface: Kt
Outil Contrôle Qualité + Outil Prédiction
Trajet d’une dent Z-Map Surface obtenue
Mesure rugosimètre 3D Résultat du modèle
Faible Rugosité Forte Rugosité
