Développements expérimentaux pour la mesure des champs cinématique et thermique en usinage : application aux alliages Ti-6Al-4V et Inconel 718 - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Experimental developments for kinematic and thermal fields measurements during machining : application to Ti-6Al-4V and Inconel 718 alloys

Développements expérimentaux pour la mesure des champs cinématique et thermique en usinage : application aux alliages Ti-6Al-4V et Inconel 718

Haythem Zouabi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1325495
  • IdRef : 25635135X

Résumé

This study focuses on the measurement and understanding of material removal mechanisms in machining of Ti-6Al-4V titanium alloy and Inconel718 alloy. During chip formation, the material undergoes coupled, rapid and local thermomechanical loads. These thermomechanical loads, which are responsible for the appearance of shear bands, constitute a scientific barrier that needs to be overcome in order to better understand the evolution and flow of the material during machining. However, the submillimetric size of the region of interest implies technical difficulties to access it in real time.In order to simplify the problem, the orthogonal cutting configuration is retained in this study. A new orthogonal/oblique cutting and friction bench is designed to perform instrumented tests and in-situ measurements of the kinematic and thermal fields during Ti-6Al-4V and Inconel 718 chip formation. This bench allows to reach cutting speeds representative of those used in industry.Given the high speed of the physical phenomena and the submillimetric size of the region of interest, conventional optical systems cannot reveal the gradients of mechanical and thermal loads and understand the mechanisms governing the chip formation. Thus, a high-speed optical system is designed to allow a real time monitoring of the material located in the vicinity of the tool tip. The application of the digital image correlation technique allowed to determine the temporal evolution of the kinematic quantities (displacement, deformation and equivalent deformation fields) at a local scale. To allow for thermal fields measurements, a coupled optical system is designed for a synchronized acquisition of visual and thermal images. Indeed, it is based on the separation between waves in the visible spectrum and those in the infrared spectrum. A thermal calibration procedure is used to avoid problems related to the emissivity of the material. Thus, a radiometric model is identified to determine the thermal fields during chip formation. Finally, the kinematic and thermal quantities measured during the different phases of chip formation are analyzed.
Cette étude porte sur la mesure et la compréhension des mécanismes d’enlèvement de la matière en usinage de l’alliage de titane Ti-6Al-4V et l’alliage Inconel718. Lors de la formation des copeaux, la matière subit des sollicitations thermomécaniques couplées, rapides et à une échelle locale. Ces sollicitations thermomécaniques à l’origine de l’apparition des bandes de cisaillement constituent un verrou scientifique à lever pour mieux comprendre l’évolution et l’écoulement de la matière en usinage. Cependant, la taille submillimétrique de la région d’intérêt pose des difficultés techniques pour y accéder en temps réel.Afin de simplifier le problème, la configuration de coupe orthogonale est retenue dans le cadre de cette étude. Un nouveau banc de coupe orthogonale/ oblique et de frottement est conçu pour réaliser des essais instrumentés et des mesures in-situ des champs cinématique et thermique lors de la formation des copeaux en Ti-6Al-4V et Inconel 718. Ce banc permet d’atteindre des vitesses de coupe représentatives de celles utilisées en industrie.Face aux vitesses importantes des phénomènes physiques et vu la taille submillimétrique de la région d’intérêt, les systèmes optiques classiques ne permettent pas de révéler les gradients des sollicitations mécaniques et thermiques et d’appréhender les mécanismes gouvernant la formation d’un segment de copeau. Ainsi, un système optique d’imagerie rapide est conçu pour permettre un suivi en temps réel de la matière située au voisinage de la pointe de l’outil. L’application de la technique de corrélation d’images numériques a permis de déterminer l’évolution temporelle des grandeurs cinématiques (champ des déplacements, des déformations et de la déformation équivalente) à une échelle locale. Pour permettre des mesures des champs thermiques, un système optique couplé est conçu pour une acquisition synchronisée des images visuelles et thermiques. En effet, il est basé sur la séparation entre les ondes dans le spectre du visible et celles dans le spectre infrarouge. Une procédure de calibration thermique est employée afin de s’affranchir des problèmes liés à l’émissivité du matériau. Ainsi, un modèle radiométrique est identifié pour déterminer les champs thermiques lors de la formation d’un segment de copeau. Finalement, les grandeurs cinématique et thermique mesurées pendant les différentes phases de formation de copeau sont analysées.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04342784 , version 1 (13-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04342784 , version 1

Citer

Haythem Zouabi. Développements expérimentaux pour la mesure des champs cinématique et thermique en usinage : application aux alliages Ti-6Al-4V et Inconel 718. Mécanique [physics]. Université de Bordeaux, 2022. Français. ⟨NNT : 2022BORD0373⟩. ⟨tel-04342784⟩
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