Titre de la thèse

Étude et modélisation généralisée du fraisage et du tournage-fraisage à grande avance

Résumé

Cette thèse porte sur la modélisation du fraisage à grande avance et du tournage-fraisage à grande avance appliqués à l’usinage de matériaux réfractaires, notamment les alliages de titane utilisés dans les secteurs aéronautique, médical et de la défense. Ces techniques d'usinage offrent des gains de productivité importants mais restent difficiles à maîtriser en raison de la complexité des géométries d’outils, des conditions d’engagement variables et des efforts de coupe générés.
L’objectif de ces travaux est de développer une chaîne de modélisation cohérente, générale et physiquement fondée permettant de prédire l’engagement de l’outil dans la matière, les sections coupées et les efforts de coupe associés. Une méthodologie complète est proposée, depuis la description analytique de la géométrie réelle des outils jusqu’à la simulation des efforts de coupe.
Une première contribution concerne le développement d’une modélisation généralisée des arêtes de coupe des outils de fraisage à grande avance, associée à des méthodes de caractérisation géométrique ex situ par variation focale et in situ sur machine-outil par triangulation laser. Une seconde contribution porte sur la prédiction des épaisseurs coupées en tenant compte de la trajectoire réelle des arêtes de coupe, mettant en évidence les limites des approximations classiquement utilisées en fraisage. De nouvelles formulations analytiques adaptées aux conditions de grande avance sont proposées.
Ces développements sont ensuite intégrés dans un modèle mécaniste des efforts de coupe fondé sur une loi de coupe non linéaire identifiée expérimentalement lors d’essais instrumentés sur un alliage de titane Ti6Al4V. Les résultats obtenus montrent une bonne capacité du modèle à prédire les efforts de coupe dans différentes conditions opératoires. Enfin, la méthodologie est étendue au tournage-fraisage à grande avance, où l’influence de l’excentration entre l’outil et la pièce est analysée et validée expérimentalement.
Les travaux réalisés fournissent ainsi des outils de prédiction et d’analyse contribuant à l’optimisation des conditions de coupe et à l’amélioration de la productivité des opérations d’usinage de matériaux réfractaires.

Encadrants de thèse

• Guillaume FROMENTIN - Director
• Jean-Baptiste GUYON
• Fabien VIPREY

Partenaire

MBDA

Financement

CDSN (contrats doctoraux spécifiques aux normaliens)

Début

1er Septembre 2023

Fin

31 Août 2026