Modélisation thermomécanique du fraisage de forme et validation expérimentale
Résumé
he prediction of cutting forces in machining is essential to enhance NC codes and then contributing to improve reliability, accuracy and productivity in CNC machining. In fact, it may give information about cutter deflection, machine tool chatter, tool wear and breakage, and then tool life and surface integrity can be optimised in selecting appropriate cutting conditions. The aim of this work is to propose an original and predictive model for milling operations using the oblique cutting approach developed and validated by Moufki et al. (2004) based on the study of adiabatic shear banding in orthogonal cutting conducted by Dudzinski & Molinari (1997). The cutting forces calculation is then achieved by introducing the thermomechanical behaviour of the workpiece material and tool-chip interface friction characteristics. The tool is decomposed into a series of elementary disks, and then the milling operation is supposed carried out by a series of infinitesimal cutting edge elements in oblique cutting position. The geometrical model necessary to perform the forces calculation is developed for a 3-axis milling configuration by considering the tool geometry, tool path, tool engagement in workpiece material and even tool run-out to reproduce its huge effect on cutting forces. The obtained model is applied to slotting and ball-end milling of a sculptured surface and of an inclined surface. These tests are very useful to validate a complete process modelling and to obtain information about the influence of cutting conditions on cutting forces. In addition, this experimental validation gives some information about dry cutting of a 42CrMo4 steel.
Le calcul des efforts de coupe occupe une place centrale dans les travaux de modélisation en usinage car ces informations sont indispensables pour étudier les perturbations liées à l'usinage telles que la déflexion des outils ou des pièces usinées, les vibrations, l'usure des outils ainsi que l'intégrité de la surface obtenue. Dans cette optique, ces travaux ont pour but de proposer une modélisation thermomécanique prédictive du fraisage de forme en utilisant le modèle de la coupe oblique développé et validé par Moufki et al. (2004) basé sur l'étude des bandes de cisaillement adiabatiques en coupe orthogonale menée par Dudzinski & Molinari (1997). Le calcul des efforts de coupe est ainsi conduit à partir du comportement du matériau usiné et des conditions de frottement à l'interface outil-copeau. Les arêtes de coupe de la fraise sont décomposées en arêtes élémentaires rectilignes en position de coupe oblique. Le modèle géométrique est développé pour le cas du fraisage à 3 axes et prend en compte la géométrie des outils et des procédés, la description de l'avance de l'outil le long d'une trajectoire et son engagement dans la matière. Le faux-rond d'outil est modélisé pour intégrer sa forte influence sur les efforts de coupe. Des résultats expérimentaux d'efforts de coupe sont présentés et comparés à ceux du modèle pour différentes opérations de fraisage telles que le rainurage, le fraisage boule d'une surface gauche ainsi que d'un plan incliné. Ces essais permettent d'analyser la pertinence du modèle et l'évolution des efforts en fonction des conditions de coupe. Ils permettent en outre de collecter des informations sur l'usinabilité de l'acier 42CrMo4 sans lubrification.
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