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