10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – 18-20 avril 2007 Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeau Cas de la simulation du fraisage

10ème Colloque National AIP PRIMECA La Plagne – 18-20 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. RigalLaMCoS, INSA-Lyon, CNRS UMR5259, F69621, France


Contribution à l'étude dynamique de la formation du copeauCas 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



3

Plan de la présentation

1.Modélisation analytique et expérimentationa.Modèle analytiqueb.Expérimentation

2.Simulation par éléments finisa.Modèle géométrique et maillage

b.Lois de comportement et d’endommagementc.Conditions de contact et thermique

d.Résultats

3.Confrontation expérimental / numérique

4.Conclusions et perspectives



Modélisationanalytique

Expérimentation

Simulationnumérique

Confrontationexpérimental

/numérique

ConclusionsPerspective

s

Page 4/15

yx

FtF

r

ky

kx

cy

cx

N

Vf

Modèle Analytique

Conditions de coupe

ap = 4,3 mm

Vc = 200 m/min

f = 1.fz = 0,1 mm/tr

D = 25 mm

Efforts de coupe

Ft=K

t.a

p.h F

r=K

r.a

p.h

Ki=K

i0.hn h=f

z.cos θ

)()(.)(.)(. tFtUKtUCtUM

θ




Expérimentation



/numérique


s

Page 5/15

Expérimentation

a) Chaîne d'acquisition

Kistler 9257A Acquisition :45000 ech./s

216 échantillons3 entrées synchronisées

LabView

TraitementMatlab




Expérimentation



/numérique


s

Page 6/15

Expérimentation

b) Traitement du signal

Signal brut(Fx,Fy)

Signal transposé(Fr,Ft)

FFT(FFr,FFt)

|FF

T(F

t)|

Problème : vision globale d’un phénomène discontinu (coupe interrompue)




Expérimentation



/numérique


s

Page 7/15

Expérimentation

c) Résultats : Diagrammes Temps-Fréquence

Temps (s)Temps (s)

Fréq (E+4 Hz) Fréq (E+4 Hz)

Utilisation de transformées de Fourier à court terme (TFCT)Outil développé sous Matlab

Amplitude normalisée

(dB)

Diagramme de l’effort théorique

Discontinuités entrée/sortie matière

Diagramme de l’effort expérimental

Bruité BF, taches HF indéterminées

10ème Colloque National AIP PRIMECA



Expérimentation



/numérique


s

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La Plagne – 18-20 avril 2007

α = 12°

γ = 12°

Vc = 200m/min

Matière coupée(=> copeau)

Endommagement(60µm)

Engagement radial

Centre de l’outil

Direction de l’avance

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 : ap = 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




Expérimentation



/numérique


s

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Lois de comportement et d'endommagement

queent thermiAdoucissemViscosité

0plasticitéélasto

1 ln1

m

refmelt

refn

TT

TTCBA

refmelt

reff TT

TTDD

PDDD .1 ln.1 exp. 5

04321

f

D

a) Loi de comportement de type Johnson-Cook

b) Modèle d’endommagement 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 d’écrouissage n coefficient d’écrouissage

C Coeff de dépendance à la vitesse d’écrouissage (Mpa) m Coeff d’adoucissement thermique

D1 ,…,D5 : Coefficients d’endommagement

(+ Tmelt Température de fusion)

contraints-sur éléments des rupture doncet

critique)ement (endommang 1D alors , Si f




Expérimentation



/numérique


s

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Conditions de contact et thermique

... pp

pp t

TCq

max

max

Sinon,

. alors 3

. Si

)2.0( frottement det coefficien le

et contact, depression la pSoit

pA

p

b) Génération de chaleur

copeau le dansrestant chaleur deFraction : J

ndéformatio deTaux :

1)( dissipée énergied'Fraction :

frottementau duechaleur de étriqueFlux volum :

f

fq

0.90)( plastique travaildeFraction :

plastique au travail duechaleur de étriqueFlux volum :

p pq

a) Loi de frottement outil – copeau (du type Coulomb avec seuil)

- par frottement :

- par déformation plastique :

.... Jt

TCq f

fpf

p

max




Expérimentation



/numérique


s

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Résultats : températures, déformations

Conditions de coupe : ap = 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




Expérimentation



/numérique


s

Page 12/15


Résultats : efforts sur l’axe y

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0temps (ms)

eff

ort

(N

)

Entrée en matière de la dent

Le copeau heurte la surface de la pièce

Face de coupe

Vitesse de coupe

Vitesse de coupe

Face de

coupe




Expérimentation


Confrontationexpérimental /

numérique


s

Page 13/15


Comparaison des résultats brutsComparaison des résultats simulation/expérimentation

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1 2 3 4 5 6 7

temps (ms)

effort (N)

Fy expérimental

Fy simulé

AA 2024-T3, Rm=496MPa

AA 5006-T6, Rm=260MPa

Matériaux différents

Efforts différents

Géométries de copeaux similaires




Expérimentation


Confrontationexpérimental /

numérique


s

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Comparaison des résultats corrigés

Comparaison des résultats simulation/expérimentation

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1 2 3 4 5 6 7

temps (ms)

effort (N)

Fy expérimental

Fy simulé corrigé

Concordance Dérive

Interaction entre le copeau et l’outil et

la pièce

Difficultés de calcul

Épaisseurs fines




Expérimentation



/numérique

ConclusionsPerspectives

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Conclusions – Perspectives● Expérimentation

Mise au point d’une méthode expérimentale Utilisation d’un diagramme temps-fréquence pour analyser

la structure du signal d’effort relevé Diversification des essais en fraisage (machines

différentes) pour mieux comprendre les phénomènes observés

● Simulation numérique Mise au point d’un modèle de simulation 2D pour un cas

de fraisage Obtention de résultats encourageants en terme de

géométries et d’efforts Obtention d’informations sur la thermique de la coupe en

fraisage Amélioration du modèle pour simuler la découpe des

faibles épaisseurs



16

Questions?




Expérimentation



/numérique


s

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Expérimentation

)(*.)..2(cos.)(0

101 t

T

ttrecttfCtetF

f

cnt

)..2cos(.)( 0 tffth z

)(.0

..2 fsinc(f.T)e ftfj c

b) Traitement du signal

Formethéorique

Signalthéorique

FFT

Signal brut(Fx,Fy)

Signal transposé(Fr,Ft)

FFT(FFr,FFt)

* )()(2

100 ffff

T

[f0]

)(*.0

1 tT

ttrect

f

c

tct

Documents

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