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Optimisation des stratégies d’usinage à grande vitesse à
partir de simulation sur le logiciel CUTPRO
Hervé BONNEFOY IFTS Charleville-Mézières
Laboratoire de Mécaniques et Procédés de Fabrication
CER ENSAM 51006 Chalons en champagne
Problématique
Usiner à grande vitesse des prototypes ou des outillages rapides en matériaux avancés tel que:
• composites à matrice métallique• fonte Austempered Ductile Iron• superalliages réfractaires - revêtement base Nickel - revêtement base Cobalt
Usure prématurée des outils coupants
• Phénomènes mécaniques et physico-chimiques :
• – une usure en entaille (écrouissage)• – une usure abrasive (dispersion de carbures)• – une usure par diffusion (combinaison
chimique)• – une usure par adhésion (soudure)• – une usure par cratérisation (formation de
copeaux trempés) • – une température élevée à la pointe d’outil (faible diffusivité thermique)
Les équipements
Centre d’usinage UGV MIKRON HSM 700
Table Kistler
Caméra infrarouge
Outillage en cours d’usinage
Buses de lubrification
Logiciel CutPro
• Ce logiciel permet de simuler, à partir d’ une stratégie d’usinage donnée, les phénomènes liées à la coupe :
• - Comportement mécanique• - comportement thermique• - comportement dynamique• - état de surface
Démarche
Approche Hybride :- Expérimentation avec équipement instrumenté- Simulation par couplage :- logiciel FAO Catia V5- logiciel CutPro
Approche Hybride
Identification des constantes du modèle de coupe
Essais de rainurage avec avances variables pour Alliage d’aluminium AL 6061 – T6 (AlMg1SiCU)
Faxial
Fradial
Ftang
Faxial
Pièce usiné
Identification des constantes du modèle de coupe
Kre = -9.1055 Krc = -356.8627 Kte = 6.80 Ktc = 1011.8 Kae = -5.2500 Kac = -287.9811
Essais de rainurage avec avances variables pour l’AL6061-T6
Comparaison des résultats de la simulation et des essais en
contournageEpau-lement
E 1 E 2 E 3 E 4
AL 6061 T6
Mesuré Simulé Ecart % Mesuré Simulé Ecart % Mesuré Simulé Ecart % Mesuré Simulé Ecart %
Fx moy -16 -17,5 -8,57 -23 -14,7 56,46 -3 -4,04 -25,74 -40 -43 -6,98
Fx max 27 -46,3 -158,32 55 -58 -194,83 49 3,2 1431,25 44 -113 -138,94
Fx moy 39 46,4 -15,95 71 48 47,92 42 42,4 -0,94 50 88 -43,18
Fy max 207 133 55,64 318 182 74,73 184 79,3 132,03 382 282 35,46
Fx moy -12 -18,3 -34,43 -29 -29,5 -1,69 -14 -15,8 -11,39 -22 -32,1 -31,46
Fz max -84 -46,5 80,65 -183 -56,5 223,89 -91 -27,5 230,91 -161 -90 78,89
Le constat• Nous constatons pour la réalisation d’épaulement :• Les valeurs des efforts moyens obtenus par la
simulation sont souvent supérieures aux efforts mesurés
• Les valeurs des efforts maxi présentent une très grande variabilité non présente pour les essais de rainurage
Ces différences constatées sont due à un modèle dynamique très perfectible
Revêtement Base cobalt Carbone Silicium Manganè
seChrome Nickel Molybdè
neFer Cobalt
0.20 0.50 1.00 28.00 2.00 5.50 3.00 60
Outil : fraise torique en carbure micrograin revêtement multicouche TiAlNDiamètre : 12 mm Rayon d’arête: 1mm Nombre de dents : 4Vitesse de coupe : Vc= 80 m/mn Avance par dent : fz =0.03 mm/dent Profondeur de passe axiale ap= 0.2 mm Profondeur de passe radiale ar= 5 mmPrise de passe en rampe avec un angle de 2°
Poche réalisée par balayage hélicoïdal
Poche réalisée par balayage concentrique
Revêtement Base nickel Carbone Soufre Silicium Manganè
seFer Cobalt Tungstè
neChrome
Molybdène
Nickel
0.08 0.03 0.75 1.00 2.00 0.50max 3.00-4.514.00
-16.00
15.00-
17.00Reste
Conclusion
• Le choix du bon modèle de coupe n’est pas toujours évident
• La simulation complète de cycles particuliers comme le tréflage et le cycle trochoÏdal n’est pas possible
• Le couplage du logiciel de FAO et du logiciel Cutpro reste manuel
• Une poursuite des simulations sur d’autres logiciels serait souhaitable
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