Échauffement généré dans les plaques d'aluminium 2024 lors de l'usinage mécanique de la surface : application à l'usinage des poches sur revêtement du fuselage

Il, Alexandre (2015). Échauffement généré dans les plaques d'aluminium 2024 lors de l'usinage mécanique de la surface : application à l'usinage des poches sur revêtement du fuselage. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour la fabrication des pièces constituant la structure du fuselage et son revêtement, l’industrie aéronautique utilise énormément les alliages d’aluminium et le procédé d’usinage par fraisage. Cependant, la multiplicité des paramètres du procédé et des grandeurs physiques fondamentales, intervenant lors de la coupe, rendent ce procédé de fabrication complexe à mettre au point, particulièrement si on le compare au procédé concurrent utilisant la voie chimique.

Suite à la revue de la littérature, le rôle central des effets thermiques sur la performance d’usinage a clairement été dégagé. Ainsi, en agissant sur la température de coupe, il est possible d’optimiser la robustesse du procédé de fraisage.

Afin d’atteindre notre objectif, qui est ciblé sur l’étude de l’influence des stratégies de coupe sur la température dans les plaques d’aluminium 2024, un dispositif de mesure par instrumentation via thermocouples a été mis au point. À l’aide de ce système et à la multitude des thermocouples utilisés, de nombreuses températures locales en sous-couche ont été mesurées durant les passes de fraisage. Les mesures réalisées sous la surface usinée ont clairement prouvé la variance de la température sous différentes conditions de coupe. La tendance, ainsi observée, est un échauffement dans la matière avec la diminution de l’avance par dent de l’outil. Ce dernier facteur a définitivement une grande contribution sur la variation de la température interne, bien plus que la vitesse de coupe. La condition optimum identifiée pour limiter l’échauffement en sous-couche est une haute vitesse de coupe, une avance par dent supérieure ou égale à 0.005’’ et une faible profondeur de coupe axiale, tout en essayant d’éviter les interpolations linéaires lors des changements de trajectoire de l’outil. De plus, en comparant les températures mesurées pour un engagement radial total de l’outil, par rapport à un engagement de 60% du diamètre de ce dernier, on constate une diminution d’environ 10% de la température interne. Enfin, un autre point d’importance est l’hétérogénéité de la température dans la direction transversale à l’avance de l’outil. Ainsi, de même que l’épaisseur du copeau varie lors du mouvement circulaire de coupe, les températures les plus élevées sont concentrées sur et à droite de la ligne médiane d’avance.

Cette dernière observation permet ainsi de faire un lien avec l’hétérogénéité des contraintes résiduelles superficielles dans cette même direction rapportée dans de récentes recherches.

Titre traduit

Internal-heat generated in aluminum 2024 plates during surface machining : application to pocket milling on aircraft skin panel

Résumé traduit

In the aircraft industry, which widely consume aluminum alloy to constitute the aircraft structure, end-milling is mainly used to produce the desired components. However, in order to adjust this mechanical process, several complex factors occurring during the cutting stage have to be considered, making the process development difficult, especially compared with the chemical milling.

Following of the literature review, the optimization and control of milling process ultimately have to build through a heat analysis and comprehension. In other words, to efficiency and robustness end, controlled temperature level is an important issue, which is why the thermal aspect of cutting is a traditional concern in machining process and so often takes part of experimental investigation.

In order to investigate the influence of cutting parameters, a measurement device associated with embedded thermocouples at stationary positions in subsurface have been used. By that method, the local temperatures have been recorded through thermocouples located along the line forming by the tool-path and keeping a constant distance beneath the machined surface. Measurement results, based on the peak value recorded while the cutting edge cross over a thermocouple, have clearly proved the variability of internal-temperature during milling experiments, undertaken under varying factors. Data collected throughout the milling experiments, using a full factorial array, indicated that the work-piece internal-temperatures values rise with the decrease of feed rate. The effect of the chip thickness has one of the most significant influences on subsurface temperature recorded, more than the cutting speed. The optimum milling condition is achieved for low depth of cut, high cutting speed and a feed per tooth equal at least to 0.005’’, in trying to avoid cornerisation with small radius. Also, in regard to investigations carried out, the partial radial tool engagement (60% of tool diameter) shows a substantial decrease compared with the full radial diameter engagement in material. On another point concerns the heterogeneity of measured internal-temperature. Noted through measured position, an increase of the internal-temperature is indicated while the cutting tool is moving into work-piece from the left part (beginning of the cutting stage) to the middle line of the tool-path.

This last observation allows inferring that the uncut chip thickness is one of the most influent factors on the subsurface accumulated temperature from the thermal flux transferred during the tool path.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique" Bibliographie : pages 104-106.
Mots-clés libres:	Aluminium Alliages Usinage Effets de la température sur. Fraisage. Plaques d'aluminium. Aluminium Alliages Chauffage. Thermocouples. Surfaces (Technologie) Aéronautique Appareils et matériel Conception et construction. mesure de température, échauffement, chaleur, aluminium 2024, usinage mécanique par fraisage, instrumentation thermique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chatelain, Jean-François
Codirecteur:	Codirecteur Balazinski, Marek
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	27 mars 2018 18:44
Dernière modification:	27 mars 2018 18:44
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2022

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