Understanding of cutting tool edge preparations and their impacts on machining process performance

Résumé

La préparation des arêtes des outils de coupe est considérée comme l'une des technologies importantes récemment développées pour le micro-usinage en raison de son impact sur les forces et les contraintes de coupe, la durée de vie de l'outil, la distribution de la température et l'intégrité de la surface. Les préparations d'arêtes d'outils les plus fréquentes sont les arêtes rondes, les arêtes chanfreinées et les arêtes vives. Il n'est pas facile de déterminer, pour un matériau de pièce donné, la préparation appropriée de l'arête de l'outil ou les paramètres d'usinage à utiliser, car ils sont interdépendants et affectent conjointement plusieurs indicateurs de performance de l'usinage. L'objectif de cette thèse est de mener une étude sur les effets de trois géométries d'arêtes de coupe et des paramètres de coupe sur les caractéristiques d'usinage telles que la température de coupe, la contrainte effective, l'épaisseur du copeau et l'usure de l'outil. Les géométries d'arêtes de coupe étudiées sont le rond, le chanfrein et le tranchant. Cette étude a consisté à simuler le processus de coupe orthogonale de l'acier AISI 1045 à l'aide du logiciel DEFORM à éléments finis 2D. Les tests de simulation numérique ont été réalisés à l'aide d'un plan d'expériences (DOE) basé sur un réseau orthogonal de Taguchi qui comprenait différents paramètres de l'arête de l'outil tels que le rayon du nez, la largeur du chanfrein, l'angle du chanfrein, l'angle vif et les paramètres de coupe tels que la vitesse de coupe, la vitesse d'avance. Ce travail de recherche est divisé en trois étapes. Dans la première étape, un modèle de simulation 2D basé sur l'analyse par éléments finis a été développé pour prédire les effets du rayon du nez de l'outil avec de petites et grandes échelles et des paramètres de coupe sur la température de coupe, la contrainte de coupe et l'usure de l'outil. Les résultats obtenus ont montré que la température de coupe, la contrainte et l'usure de l'outil présentaient une dépendance approximativement linéaire avec le rayon du nez de l'outil. Dans un deuxième temps, des tests numériques ont été réalisés pour étudier les effets de la largeur du chanfrein, de l'angle du chanfrein, de l'angle vif, de la vitesse de coupe, de la vitesse d'avance et de leurs interactions sur la température de coupe, la contrainte effective et la profondeur d'usure. Les résultats obtenus ont été évalués statistiquement à l'aide de l'analyse de la variance (ANOVA). Enfin, dans la troisième étape, les facteurs significatifs de la géométrie des arêtes et leurs interactions avec les paramètres d'usinage ont été déterminés ; ensuite, des comparaisons par simulation numérique ont été effectuées afin de déterminer les paramètres optimaux pour obtenir une bonne préparation de l'outil de coupe entre les arêtes rondes, les arêtes chanfreinées et les arêtes vives, afin d'améliorer les performances du processus de coupe.

Date	23 août 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Victor Songmene (Directeur(-trice)) & Thien-My Dao (Codirecteur(-trice))