LaBoMaP Directory PhD students HSM Team
KOULEKPA Koffi Samuel
Published on October 24, 2022 – Updated on January 16, 2025
PHD HSM Team
Thesis Topic
Développements expérimentaux pour l’analyse et l’optimisation de l’assistance CO2 supercritique en usinageAbstract
With the emergence of increasingly difficult-to-machine materials and the REACH regulations aiming for less environmentally harmful lubrication solutions, this study focused on machining with supercritical CO2 (scCO2).The first chapter presents wear tests in milling, showing increased tool life with scCO2 assistance compared to conventional emulsion lubrication. In the second chapter, various lubricants (ionic liquids, vegetable oils, water, mineral oils) were combined with scCO2 to evaluate, through tribological tests, the potential of new scCO2-based mixtures. The greatest reductions in friction coefficients were observed for scCO2 + ionic liquid mixtures.
In the third chapter, to understand cooling with scCO2, an optical method called Background Oriented Schlieren (BOS) was used to obtain temperature maps in the jet. This study evaluated the influence of the fluid's upstream physical parameters on cooling at the nozzle exit. The tests contributed to the construction of an empirical model to predict the temperature along the jet axis based on the nozzle diameter, pressure, and upstream fluid temperature.
Finally, the last chapter of the thesis presents a test bench designed to study the heat exchange coefficients between the jet and a solid. This bench aims to analyze the influence of nozzle geometries, jet-solid distance, and jet orientation relative to the solid on cooling efficiency.
All these studies aim to lay the necessary foundations for a thorough understanding, with a view to optimized use of scCO2 assistance in machining.
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Avec l’apparition de matériaux de plus en plus difficiles à usiner et la volonté des réglementations REACH d’aller vers des solutions de lubrifications moins nocives pour l’environnement, cette étude s’est intéressée à l’usinage avec CO2 supercritique (scCO2).
Le premier chapitre présente des essais d’usure en fraisage montrant des gains en durée de vie avec l’assistance scCO2, en comparaison à une lubrification avec émulsion conventionnelle. Ensuite dans le deuxième chapitre, divers lubrifiants (liquides ioniques, huiles végétales, eau, huiles minérales) ont été combinés avec le scCO2, afin d’évaluer par des essais tribologiques, le potentiel de nouveaux mélanges à base de scCO2. Les plus grandes réductions de coefficients de frottement ont été observées pour les mélanges scCO2 + liquides ioniques.
Dans le troisième chapitre, pour comprendre le refroidissement avec le scCO2, une méthode optique nommée Background Oriented Schlieren (BOS), a été utilisée pour obtenir les cartographies de températures dans le jet. Cette étude a permis d’évaluer l’influence des paramètres physiques du fluide en amont, sur le refroidissement en sortie de buse. L’ensemble des essais réalisés a contribué à la construction d’un modèle empirique permettant de prédire la température le long de l’axe du jet en fonction du diamètre de la buse, de la pression et de la température du fluide en amont.
Enfin, le dernier chapitre de la thèse présente un banc d’essai conçu pour étudier les coefficients d’échanges thermiques entre le jet et un solide. Ce banc est destiné à analyser l’influence des géométries de buse, de la distance jet-solide, et de l’orientation du jet par rapport au solide, sur l’efficacité du refroidissement.
Toutes ces études ont pour but de poser les bases nécessaires pour une compréhension approfondie, en vue d’une utilisation optimisée de l’assistance scCO2 en usinage.
Résumé version MT180 : visionnez ici / Summary version MT180: watch here
Mots-clés : CO2 supercritique, Assistance à l'usinage, usinage cryogénique, Ti6Al4V, Background Oriented Schlieren, Echanges thermiques / Keywords: Supercritical CO2, Machining Assistance, Cryogenic Machining, Ti6Al4V, Background Oriented Schlieren, Heat Exchange
Doctoral advisors
- Gérard POULACHON - Director
- Frédéric ROSSI,
- Hélène BIREMBAUX
