Modélisation de l’état de contraintes résiduelles en tournage du 304L^⋆

Modeling of residual stress state in turning of 304L

LTDS/ENISE, 58 Rue Jean Parot, 42023 Saint-Étienne, France
e-mail: Valiorgue@enise.fr; Rech@enise.fr; Bergheau@enise.fr

Reçu : 1 Décembre 2010
Accepté : 6 Décembre 2010

Résumé

Les travaux présentés ont pour but de relier le choix des paramètres d’usinage à l’état de contraintes résiduelles et de comprendre les mécanismes responsables des modifications de l’état mécanique des surfaces usinées. Dans un premier temps, les travaux présentés s’appuient sur une campagne expérimentale ayant pour but de reproduire l’opération de tournage de finition du 304L (chariotage) et d’observer l’évolution de l’état de contrainte résiduelle en surface et sur une profondeur de quelques dixièmes de millimètres correspondant à la profondeur affectée par ce type d’opérations. Dans un deuxième temps, l’opération de tournage finition sera simulée numériquement de manière à réaliser numériquement la même étude de sensibilité aux paramètres de coupe. Cette simulation numérique repose sur une démarche hybride de modélisation qui permet de contourner certains des verrous scientifiques propres à ce type d’approches. En effet, le modèle numérique est alimenté par des données expérimentales permettant de reproduire les chargements thermomécaniques équivalents appliqués par l’outil sur la pièce usinée. En outre, la simulation fait intervenir un modèle de comportement du 304L capable de tenir compte des phénomènes de recristallisation dynamique.

Abstract

Research presented in this paper aims to link machining parameters to residual stress state and helps understanding mechanisms responsible of machined surface properties modifications. The first presented works are based on an experimental campaign. They reproduce the finishing turning operation of 304L and allow observing the residual stress state evolution at the work piece surface and for an affected depth of 0.2 mm for such processes. Then, the finishing turning operation is simulated numerically in order to realize the same sensitivity study to cutting parameters. This simulation is based on an hybrid approach mixing experimental data and numerical simulation. This method allows getting round the classical difficulties of turning simulation by applying equivalent thermo mechanical loadings onto the work piece surface without modeling the material separation phenomena. Moreover the numerical model uses an hardening law taking into account dynamic recrystallization phenomena.