Étude expérimentale des phénomènes de broutage en usinage

Résumé du document

Ce rapport concerne le phénomène de broutage que l'on rencontre fréquemment en usinage. La pièce à usiner ou l'outil peuvent en effet entrer en résonance pour certains paramètres de coupe, et ces vibrations conduisent à un mauvais état de surface de notre pièce et peuvent conduire à une détérioration de l'outil voir de la broche. Les usineurs qui désirent pourtant aller toujours plus vite vont donc essayer de déterminer les meilleurs paramètres de coupe, à la fois rapides et sans broutage.
Ce phénomène, que l'on rencontre en fraisage ou en tournage, est dû notamment au fait que lors de la deuxième passe (en tournage) ou du passage de la deuxième dent (en fraisage), la première surface a déjà été usinée de manière irrégulière. Ainsi, si l'on n'usine pas en phase, la section du copeau sera variable et donc l'effort sera variable. Cette variation de l'effort va engendrer une amplification de nos vibrations et donc le phénomène de broutage.

Extraits

[...] Fabrication de la cale : On a pu se procurer un lopin parallepipédique d'acier doux au magasin. Les dimensions de notre cale sont choisies de manière à ce que la largeur soit égale à celle du corps de l'étau et que la hauteur soit assez grande pour que la partie dépassant sortante de la plaque soit suffisante pour avoir une rigidité moyenne lors de l'usinage. La fabrication de la cale a été effectuée sur une fraiseuse traditionnelle avec une fraise deux tailles faisant 120 mm de diamètre. Le mode d'enlèvement de matière s'est effectué en surfaçage. [...]

[...] Nous avons aussi pu facilement remarqué qu'une faible variation des dimensions de la pièce influe peu sur les modes propres. Ceci nous permettra de faire l'hypothèse que l'on peut comparer notre courbe expérimentale obtenue avec des plaques raccourcies d'un mm. Les modes propres trouvés sont : - Simulation sur Cut Pro : Une première opération de sonne de nos plaques était nécessaire pour déterminer la fonction de transfert de ces dernières. Cette opération a été faite pour déterminer la réponse en déplacement à une excitation (force). [...]

[...] La plaque vibre donc selon ses fréquences propres et le broutage a une période assez importante. De plus, les petits lobes que nous observons ne correspondent pas à l'empreinte irrégulière laissée par les dents de la fraise. En effet, l'avance par dents est de 0.05 mm et ces lobes sont de 0.5 mm de large. Ce sont apparemment ces lobes qui créent le mauvais état de surface et ils ont étés créés par les vibrations aux fréquences propres de la plaque. [...]

[...] Cette expérience semble assez facile à mettre en œuvre. Les logiciels de simulation peuvent pour leur part donner un ordre d'idée de ce que l'on va obtenir, mais il semble qu'ils fassent trop d'hypothèses pour fournir des résultats entièrement justes. Il semble donc essentiel de faire une série d'expériences pour choisir ses paramètres de coupe. Afin d'améliorer notre méthode, il faudrait de plus essayer de réaliser quelques expériences : Nous avons pu remarquer que notre broutage était facilement caractérisable par le bruit. [...]

[...] Ceci permet d'usiner en phase avec les vibrations les plus importantes de la plaque. Nous avons trouvé ces fréquences propres en sonnant la plaque et nous les avons vérifiées avec ANSYS. La vitesse de rotation de l'outil devrait donc être la fréquence propre multipliée par le nombre de dents, converti en minutes (pour taper N*6 fois par minutes). Donc : L'idée est peut-être logique, mais de toute façon, la coupe est stable pour toutes les vitesses de cet ordre de grandeur . [...]