Modélisation de la rugosité des surfaces fraisées

Modeling of milled surface roughness

¹ Maître de conférences en Génie Mécanique, Laboratoire de Corrosion et Protection des Surfaces, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis (ENIT), Tunis (Tunisie)
² Maître assistant en Génie Mécanique, Laboratoire de Mécanique des Solides, de Calcul des Structures et des Développements Technologiques, Ecole Supérieure de Sciences Techniques de Tunisie (ESSTT), Tunis (Tunisie)
³ Ingénieur en fabrication mécanique à MIMEA Industrie, Laboratoire de Mécanique des Solides, de Calcul des Structures et des Développements Technologiques, Ecole Supérieure de Sciences Techniques de Tunisie (ESSTT), Tunis (Tunisie)
⁴ Professeur en Génie Mécanique, Laboratoire de Corrosion et Protection des Surfaces, Ecole Nationale d’ingénieurs de Tunis (ENIT), Tunis (Tunisie)

Résumé

L’objectif de cette étude est de déterminer les paramètres de coupe permettant de réduire la rugosité des surfaces fraisées. Deux matériaux ont été étudiées : un acier au carbone et un acier inoxydable austéno-ferritique (duplex). L’outil utilisé est en carbure revêtu, de nuance M15.

En fraisage en bout, un plan complet d’expériences constitué de 25 (5²) essais (uniquement V et fz sont variables), a permis de déduire que le travail en avalant donne le meilleur état de surface. Les résultats des essais de ce plan complet ont été utilisés pour développer un modèle d’évolution de la rugosité en fonction de la vitesse de coupe et de l’avance par dent en utilisant le logiciel d’identification SiDoLo.

En fraisage de face en avalant, un plan factoriel utilisant la table L₂₅(5³) a été utilisé pour déduire pour chacune des deux nuances, la combinaison de paramètres qui minimise la rugosité arithmétique moyenne Ra et la hauteur maximale de rugosité Rr Les résultats expérimentaux de ce plan factoriel ont permis de mettre en place des modèles empiriques pour exprimer la rugosité en fonction des paramètres de coupe. La comparaison des différentes méthodes a montré une bonne cohérence entre les différents résultats.

Abstract

The aim of this paper is to determine cutting parameters which permit to minimize the roughness of milled surfaces. Two different steels have been studied: a carbon steel and a duplex stainless steel. The coated inserts of the tool had an ISO nuance designation of M15. They were clamped mechanically in a rigid tool holder.

In end milling, an experimental design system of 25 experiments (5²), organized of two parameters (cutting speed Vc and feed per tooth f) has permitted to deduct that downcut milling gives small values of roughness. For these tests, each parameter takes five different levels, the cutting depth p remains constant and equal to 0.5 mm. Also, experimental results were used to develop a model of roughness evolution with Vc and fz by using the SiDoLo optimisation software.

For downcut milling, an optimal combination of cutting parameters, giving the best roughness, has been found when using a Taguchi factorial array L₂₅(5³), organized of 3 parameters (Vc, fz, p). Each parameter has five levels. Based on these experimental results, an analytical model has been defined to determine the roughness for all combination of cutting parameters.

A good correlation between analytical model and the Taguchi optimization was found based on experimental values of the roughness.