Vers une démarche de caractérisation des performances d’usinage d’un acier

Towards a characterization approach of steel machining performances

¹ University of Lyon, ECL, Laboratory of Tribology and Systems Dynamics (LTDS), CNRS UMR 5513, 36 avenue Guy de Collongue, 69134 Ecully, France
e-mail: cedric.courbon@ec-lyon.fr; denis.mazuyer@ec-lyon.fr
² University of Lyon, ENISE, Laboratory of Tribology and Systems Dynamics (LTDS), CNRS UMR 5513, 58 rue Jean Parot, 42023 Saint-Étienne, France
e-mail: joel.rech@enise.fr
³ University of Lyon, INSA-Lyon, Contact and Structural Mechanics Laboratory (LaMCoS), CNRS UMR 5259, 21 avenue Albert Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France
e-mail: tarek.mabrouki@insa-lyon.fr
⁴ ASCOMETAL-CREAS, avenue de France, BP 70045, 57301 Hagondange, France
e-mail: e.deramo@ascometal.lucchini.com; p.daguier@ascometal.lucchini.com

Reçu : 13 Décembre 2010
Accepté : 16 Décembre 2010

Résumé

Cette étude expose les premiers éléments d’une démarche visant à déterminer les performances d’usinage d’un acier C45 pour un outil de coupe donné à l’aide d’un modèle numérique. Elle aborde les points fondamentaux de (i) la caractérisation mécanique du matériau usiné; (ii) l’identification d’une loi de comportement et (iii) son implémentation dans un modèle numérique de coupe. L’évolution de la contrainte d’écoulement du matériau, sur une large plage de déformations et températures, est investiguée par des essais de compression dynamique réalisés sur un simulateur Gleeble^®. L’identification d’une loi de type Johnson-Cook est ensuite réalisée sur l’ensemble de ces données. Les résultats des simulations basées sur cette dernière sont comparés à ceux obtenus par des lois issues de la littérature. Des essais de coupe orthogonale ont été également réalisés et servent de référence pour la validation des simulations effectuées. Il apparaît que, malgré les faibles vitesses de déformations employées lors de la caractérisation (<60 s^-1), la précision obtenue sur les grandeurs macroscopiques est tout à fait comparable à d’autres identifications réalisées à haute vitesse de déformation (barres d’Hopkinson).

Abstract

The present work is describing the first steps in the development a characterization method in machining. The objective is to assess the machining performances in dry cutting of an AISI 1045 steel with coated carbide tools via a numerical model. Study focuses on (i) the characterization of the thermo-mechanical behaviour of the machined material; (ii) the identification of a constitutive model (iii) its implementation in a numerical cutting model. Evolution of the material flow stress is investigated on a wide range of strains and temperatures. Dynamic compression tests are conducted on a Gleeble^® simulator. Collected data are used to identify the parameters of the Johnson-Cook constitutive model. Simulation results involving the latter are compared to those provided by two identifications from the literature. Orthogonal cutting tests are carried out to validate the consistency of the numerical results. Despite of the low strain rates employed in the present analysis (<60 s^-1), precision obtained on the macroscopic outputs is completely comparable to the reference identifications. Values of average cutting forces and heat transfer to the tool are found to be really close to those calculated when constitutive model identified from high strain rates data are considered.