Article

1 - MODÉLISATIONS MÉCANIQUES

2 - MODÉLISATIONS THERMOMÉCANIQUES

3 - INTRODUCTION À LA SIMULATION NUMÉRIQUE DE LA COUPE

4 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : BM7041 v1

Modélisation de la coupe des métaux

Auteur(s) : Eric FELDER

Date de publication : 10 juil. 2006

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Version en anglais English

RÉSUMÉ

Cet article effectue une présentation complète des connaissances actuelles en modélisation de la coupe des métaux. Cette approche impose la compréhension des deux mécanismes physiques élémentaires mis en jeu en usinage, à savoir la déformation plastique au sein du copeau et le contact de celui-ci avec l’outil. L’objectif de la modélisation est non seulement la prévision des échauffements générés lors de la coupe et des propriétés thermomécaniques du matériau usiné, mais également la résolution de problèmes comme la qualité de la surface obtenue, les modes d’usure et d’endommagement de l’outil.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • Eric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris - Docteur ès Sciences - Maître de Recherches à l’École des Mines de Paris Groupe « Surfaces et Tribologie », Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF) UMR 7635 CNRS – École des Mines de Paris

INTRODUCTION

Nota :

Remise à jour du texte rédigé par Pierre GILORMINI

L’usinage des métaux met en jeu deux processus élémentaires qui sont la création et l’évacuation d’un copeau. Ces processus font jouer deux mécanismes physiques de base :

  • la déformation plastique au sein du copeau ;

  • le contact de celui-ci avec l’outil.

La modélisation de la formation du copeau repose sur la compréhension de ces deux mécanismes et a pour objet la prévision de la géométrie du copeau, des forces de coupe et des échauffements à partir des conditions de coupe et des propriétés thermomécaniques du matériau usiné et de l’outil. Elle devrait donc permettre notamment d’aider à une gestion rationnelle des banques de données sur la coupe et fournir des éléments d’appréciation de divers problèmes pratiques :

  • usinabilité d’un matériau, c’est-à-dire son aptitude à l’usinage (forces nécessaires, longueur et forme du copeau…) ;

  • déformation élastique de l’ensemble outil – porte-outil – machine-outil (article TI [33]) ;

  • interprétation des modes d’usure et d’endommagement des outils (article TI [34]) ;

  • qualité de surface de la pièce usinée (rugosité, écrouissage, structure métallurgique, contraintes résiduelles).

On peut aussi fixer un objectif plus modeste à cette modélisation, qui consiste à utiliser un certain nombre de grandeurs relativement faciles à mesurer (épaisseur du copeau, forces de coupe, par exemple) pour en déduire des quantités plus difficiles d’accès telles que les échauffements ou les caractéristiques rhéologiques et tribologiques du matériau usiné.

Les développements exposés dans cet article font le point actuel sur ces connaissances et modélisations. La présentation part des analyses les plus simples, qui sont purement mécaniques, et s’étend ensuite aux approches plus fines, thermomécaniques, qui décrivent de façon plus réaliste les phénomènes physiques mis en jeu dans la formation du copeau. Nous terminons par un bref aperçu des approches de simulation numérique par la méthode des éléments finis pour illustrer la puissance de ces approches, potentiellement les plus complètes, et préciser leurs limites actuelles. En particulier, nous ne rentrerons pas dans la description précise des algorithmes de calculs utilisés à cet effet et commenterons seulement quelques exemples.

On se limitera pour les deux premières parties au cas simple de la coupe orthogonale sans arête rapportée, seul cas réellement traité par les modèles mécaniques et thermomécaniques, et qui permet de mettre en évidence les principales tendances et difficultés rencontrées ; en particulier, ce cas peut servir de guide précieux dans l’application des techniques de simulation thermomécanique par éléments finis présentées dans la troisième partie. L’arête de l’outil est alors supposée parfaite (pas d’arrondi) et sa face en dépouille n’est pas en contact avec le matériau usiné (figure 1). La profondeur de passe w étant supposée grande vis-à-vis de l’avance s, on se trouve alors en situation de déformation plane. On se place de plus dans des conditions où le processus est stationnaire et le problème est ainsi bidimensionnel et indépendant du temps, ce qui en simplifie beaucoup l’analyse. Enfin, on néglige les forces d’inertie. Pour la description de la déformation plastique du métal, le lecteur pourra consulter l’article TI [35].

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7041


Cet article fait partie de l’offre

Travail des matériaux - Assemblage

(175 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation
Version en anglais English

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Travail des matériaux - Assemblage

(175 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MERCHANT (M.E.) -   Mechanics of the metal cutting process. I. Orthogonal cutting and a type 2 chip (Mécanique de l’usinage des métaux. I. Coupe orthogonale et copeau de type 2).  -  Journal of Applied Physics (USA), 16, p. 267-275, 2 tabl., 10 fig., bibl. (8) réf., American Institute of Physics New York (1945).

  • (2) - MERCHANT (M.E.) -   Mechanics of the metal cutting process. II. Plasticity conditions in orthogonal cutting (Mécanique de l’usinage des métaux. II. Conditions de plasticité en coupe orthogonale).  -  Journal of Applied Physics (USA), 16, p. 318-324, 8 fig., bibl. (7) réf., American Institute of Physics New York (1945).

  • (3) - KATO (S.), YAMAGUCHI (K.), YAMADA (M.) -   Stress distribution at the interface between tool and chip in machining (Distribution de contrainte à l’interface entre outil et copeau en usinage).  -  Journal of Engineering for Industry, p. 683-689, 4 tabl., 12 fig., bibl. (8) réf. (1972).

  • (4) - JOHNSON (W.), SOWERBY (R.), VENTER (R.D.) -   Plane strain slip line fields for metal deformation processes. A source book and bibliography (La méthode des lignes de glissement en déformation plane pour les procédés de mise en forme des métaux. Un ouvrage de base et une bibliographie).  -  364 p., 147 fig., 6 pl., bibl. (892) réf., Pergamon Press, Oxford (1982).

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Travail des matériaux - Assemblage

(175 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS