Usinage à haute vitesse et à sec des alliages d'aluminium : aspects thermomécaniques, dynamiques et écologiques

L'usinage à grande vitesse (UGV) à sec est une technologie prometteuse pour une industrie du futur qui encourage les procédés écologiques. L'UGV à sec est un procédé d'usinage plus écologique et moins coûteux que l'usinage avec lubrifiant. Les défis majeurs rencontrés lors de l'UGV à sec incluent la détermination des conditions et des stratégies de coupe stable, la limitation de réchauffement excessif de l'outil et de la pièce et la minimisation de l'émission des particules fines et ultrafines. La majeure partie de ces particules, générées au cours de l'usinage, est nocive à la santé des opérateurs. Cette dernière n'est pas toujours prise en considération lors de la sélection de conditions de coupe. Une approche originale a été proposée dans la présente thèse pour inclure la santé de l'opérateur comme facteur déterminant pour le choix de conditions de coupe en UGV à sec. Afin d'appliquer une telle approche, les défis rencontrés étaient traités sous trois angles différents mais inter reliés : l'aspect environnemental, l'aspect thermomécanique et l'aspect dynamique. En utilisant une approche énergétique, il était possible de prédire le pourcentage de la masse du copeau qui va se transformer en particules. Les mesures de validation expérimentale du modèle propo.sé ont été faites au cours de l'usinage à sec et lubrifié en utilisant deux spectromètres : Scanning Mobility Particle Sizer spectrometer et Aerodynamic Particle Sizer spectrometer Le modèle permet de prédire les émissions de poussière pour des conditions de coupe données et de confirmer que la majorité de particules générées est causée par les déformations plastiques dans la zone primaire. Le pourcentage des particules générées est significativement influencé par les niveaux de déformation dans la zone de formation du copeau. Il a été démontré que les grandes vitesses de coupe permettent de réduire le pourcentage de particules générées. Cependant au cours de l'UGV à sec, réchauffement excessif peut causer des distorsions de la pièce et abréger la durée de vie de l'outil. Pour surmonter ces inconvénients, il est nécessaire de choisir les conditions de coupe qui minimisent réchauffement et les forces de coupe. Pour ce faire, un nouveau modèle thermomécanique a été développé pour prédire les forces et la température au cours de l'usinage pour des conditions données. Ce modèle permet la prédiction instantanée des forces de coupe et de la température. 11 inclut une équation constitutive de type Needleman-Lemonds. Les résultats du modèle sont comparés aux résultats de modèle d'Altintas et aux résultats expérimentaux. De bonnes corrélations sont observées. L'une des hypothèses adoptées pour construire le modèle de coupe était la stabilité de conditions de coupe. Pour vérifier cette hypothèse, la stabilité dynamique de procédé UGV a été abordée. Une nouvelle méthode a été proposée pour construire des lobes de stabilité 'dynamique' au cours de l'usinage. La technique d'analyse modale opérationnelle était appliquée avec succès pour extraire les paramètres dynamiques d'une machine-outil lors de l'usinage. Les résultats ont été utilisés pour construire des lobes de stabilité dynamiques. Ces lobes dynamiques tiennent compte du changement de la dynamique de machine-outil au cours de l'usinage.

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