10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium A. Muhammad, F. Girardin, T. Mabrouki, J.-F. Rigal LaMCoS, INSA-Lyon, CNRS UMR5259, F69621, France

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium 2 Cadre & objectifs Fraisage de profil d'un alliage d'aluminium Objectif Support Mieux comprendre la physique de formation du copeau et son rôle excitateur vis à vis du système usinant

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium 3 Plan de la présentation 1.Modélisation analytique et expérimentation a.Modèle analytique b.Expérimentation 2.Simulation par éléments finis a.Modèle géométrique et maillage b.Lois de comportement et dendommagement c.Conditions de contact et thermique d.Résultats 3.Confrontation expérimental / numérique 4.Conclusions et perspectives

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 4/15 Modèle Analytique Conditions de coupe a p = 4,3 mm V c = 200 m/min f = 1.f z = 0,1 mm/tr D = 25 mm Efforts de coupe F t =K t.a p.hF r =K r.a p.h K i =K i0.h n h=f z.cos θ θ

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 5/15 Expérimentation a) Chaîne d'acquisition Kistler 9257AAcquisition : ech./s 2 16 échantillons 3 entrées synchronisées LabView Traitement Matlab

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 6/15 Expérimentation b) Traitement du signal Signal brut (Fx,Fy) Signal transposé (Fr,Ft) FFT (FFr,FFt) |FFT(Ft)| Problème : vision globale dun phénomène discontinu (coupe interrompue)

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 7/15 Expérimentation c) Résultats : Diagrammes Temps-Fréquence Temps (s) Fréq (E+4 Hz) Utilisation de transformées de Fourier à court terme (TFCT) Outil développé sous Matlab Amplitude normalisée (dB) Diagramme de leffort théorique Discontinuités entrée/sortie matière Diagramme de leffort expérimental Bruité BF, taches HF indéterminées

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 8/15 La Plagne – avril 2007 α = 12° γ = 12° V c = 200m/min Matière coupée (=> copeau) Endommagement (60µm) Engagement radial Centre de loutil Direction de lavance Conditions aux limites (fixe) Pièce usinée Face de coupe Avance par dent : fz = 0.2 mm x y 10mm D Modèle géométrique et maillage Conditions de coupe : a p = 4,3 mm V c = 200 m/min f z = 0,2 mm/tr D = 25 mm Code : Abaqus explicit Modèle 2D Déformations planes Maillage : Éléments quadrilatères à 4 nœuds Maille très fine (0.05mm) Thermique : Calcul adiabatique

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 9/15 La Plagne – avril 2007 Lois de comportement et d'endommagement a) Loi de comportement de type Johnson-Cook b) Modèle dendommagement ductile cumulatif Déformation plastique équivalente à la rupture (type Johnson-Cook) Les coefficients des lois de Johnson-Cook sont à déterminer expérimentalement A Limite élastique (Mpa) B module décrouissagen coefficient décrouissage C Coeff de dépendance à la vitesse décrouissage (Mpa)m Coeff dadoucissement thermique D 1,…,D 5 : Coefficients dendommagement (+ T melt Température de fusion)

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 10/15 La Plagne – avril 2007 Conditions de contact et thermique b) Génération de chaleur a) Loi de frottement outil – copeau (du type Coulomb avec seuil) - par frottement : - par déformation plastique : p

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 11/15 La Plagne – avril 2007 Résultats : températures, déformations Conditions de coupe : a p = 4,3 mm V c = 200 m/min f z = 0,2 mm/tr D = 25 mm Champ des températures Champ des déformations plastiques équivalentes Face de coupe Vitesse de coupe

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 12/15 La Plagne – avril 2007 Résultats : efforts sur laxe y Entrée en matière de la dent Le copeau heurte la surface de la pièce Face de coupe Vitesse de coupe Face de coupe

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 13/15 La Plagne – avril 2007 Comparaison des résultats bruts AA 2024-T3, Rm=496MPa AA 5006-T6, Rm=260MPa Matériaux différents Efforts différents Géométries de copeaux similaires

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 14/15 La Plagne – avril 2007 Comparaison des résultats corrigés Concordance Dérive Interaction entre le copeau et loutil et la pièce Difficultés de calcul Épaisseurs fines

10ème Colloque National AIP PRIMECA Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 15/15 La Plagne – avril 2007 Conclusions – Perspectives Expérimentation Mise au point dune méthode expérimentale Utilisation dun diagramme temps-fréquence pour analyser la structure du signal deffort relevé Diversification des essais en fraisage (machines différentes) pour mieux comprendre les phénomènes observés Simulation numérique Mise au point dun modèle de simulation 2D pour un cas de fraisage Obtention de résultats encourageants en terme de géométries et defforts Obtention dinformations sur la thermique de la coupe en fraisage Amélioration du modèle pour simuler la découpe des faibles épaisseurs

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium 16 Questions?

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage des alliages d'aluminium Modélisation analytique Expérimentation Simulation numérique Confrontation expérimental / numérique Conclusions Perspectives Page 17/15 Expérimentation b) Traitement du signal Forme théorique Signal théorique FFT Signal brut (Fx,Fy) Signal transposé (Fr,Ft) FFT (FFr,FFt) * T [f 0 ] tctc t