I. Présentation 2. II. Mesure des efforts de coupe 12

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1 MSU DS FFOTS D COUP I. Présntaton I.. Pussanc nécssar à la coup I..a. présntaton ds composants d l acton d l outl sur la pèc I..b. Torsur cnématqu I..c. Pussanc nécssar à la coup I..d. Déformaton du copau (d après nomnclatur d Pomy) I... Géométr d l'outl 5 I..f. Vtss d Coup 5 I.. Phénomèns d coup 6 I..a. Dscontnuté du copau 6 I..b. Phénomèns thrmqus 8 I.. Forc d coup par unté d surfac 9 I..a. fforts d coup 9 I..b. Défntons lés à l outl : angls d'outl 9 I..c. Forc d coup / unté d surfac : prsson spécfqu d coup Kc 0 I.. Facturs nfluant sur la coup n tournag II. Msur ds fforts d coup II.. Msur lors d ssas d détrmnaton d Kc. II.. Msur avc pont d Whatston II..a. Présntaton II..b. Msur à un jaug II..c. Montag à dux jaugs II..d. Montag à quatr jaugs : compnsaton d la tmpératur II.. Détcton d l usur d un outl n producton. 5 II..a. Contrôl d l usur d outl (Sandvk Coromant) 6 II..b. Gston total d outls n producton. 6 Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

2 I. Présntaton (br) (p) (m) (ot) (m) (m) gurs F marqu : l tournag d un tub à l outl coutau prmt d passr d tros à dux dmnsons pas d Fp (coup orthogonal=smplfcaton du problèm). I.. Pussanc nécssar à la coup I..a. présntaton ds composants d l acton d l outl sur la pèc Moynnant l'hypothès d'un contact ponctul ntr outl t pèc, l'acton xrcé par l'outl sur la pèc put êtr rprésnté par un torsur. n décomposant la résultant dans un rpèr lé à la machn, on obtnt : Fp 0 T Outl Pèc Fc ; 0 D Ff 0 D, xm, ym, zm Ls valurs d cs composants dépndnt logqumnt du matérau usné t d la scton du copau usné (produt d l'avanc t d la profondur d coup), mas auss ds angls d coup d l outl, d l épassur du copau, du rayon d bc, du dgré d usur d l outl. Fc Om Ff Fp zm D xm xp ym Fgur : Ms n évdnc ds fforts d coup, d'avanc t d pénétraton ap Fstonnmnt d la surfac llbr dû aux vbratons t à la surfac ntal pu propr f Fgur Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

3 I..b. Torsur cnématqu L mouvmnt rlatf d la pèc par rapport à l'outl st caractérsé par son torsur cnématqu : C pèc / outl D ; Vc. Vf Dxm, ym, zm Cs grandurs sont lés à clls qu vous affchz sur la machn. lls sont rspctvmnt : Vc (Vtss d coup), N (fréqunc d rotaton), f (avanc par tour) t Vf (avanc par mnut). trouvr cs grandurs n USI pus avc ls untés usulls. I..c. Pussanc nécssar à la coup Applqur l théorèm d l'énrg-pussanc à l'nsmbl {broch,vs,outl, pèc} afn d'dntfr ls trms t d far ls hypothèss évntulls. La pussanc consommé par la coup st la pussanc ds ntrfforts ntr l'outl t la pèc. n charotag, ll vaut : P outl T C Fc. Vc Ff. Vf pèc outl pèc pèc / outl L sgn ndqu la résstanc qu offr l outl au mouvmnt. Moynnant l rndmnt du motur, on n dédut la pussanc nécssar du (ds) moturs. Dans la pratqu Ff Fc t f Vc V. Ff.Vf st donc néglgabl. xplqur c qu'l s pass n drssag lorsqu la pont d l'outl s'approch du cntr. Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

4 Fgur : Ls dfférnts forcs d coup (d'après CDCoup) I..d. Déformaton du copau (d après nomnclatur d Pomy) Zon d Fstonnmnt Outl Fgur 5 Séparaton du métal n dux : copau-surfac usné (sur laqull subsst l copau adhérnt ou rapporté) Zon d formaton du copau Zon d glssmnt fac d coup/copau Zon d glssmnt (pu ntns) fac n dépoull/copau Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

5 I... Géométr d l'outl Fgur 6 AD : ar d la scton d coup, ap : profondur d coup, af : ngagmnt d l arêt, f : avanc par tour, h : épassur d coup, b : largur d coup, bd : largur nomnal d coup, Қr : angl d drcton d arêt, D : pont prncpal d l arêt. r f Fgur 7 : smplfcaton d la form du copau n smplfant on admt qu : A D = b.h=ap.f I..f. Vtss d Coup Il st aujourd'hu possbl d'usnr ds pècs mécanqus sur d largs plags d vtsss d coup. Slon l matérau utlsé, cs plags varnt, mas l st toujours possbl d dstngur tros zons d vtsss d coup dstncts : -vtsss d coup d l'"usnag Convntonnl" -vtsss d coup nxplotabls (condtons d coup dégradés) -vtsss d coup corrspondant à "l'usnag Grand Vtss" Par xmpl, lors d'usnag d'acr à ds vtsss d coup d 0 à 00m/mn, on parl d'usnag convntonnl, alors qu ds vtsss d coup d 500 à 000m/mn corrspondnt au doman d l'ugv. Msur ds fforts d coup du /0/0 5/6 B.D.V.S.

6 Fgur 8 : Plags d vtsss d coup pour dfférnts matéraux n augmntant Vc au dlà ds lmts d vtss d l'usnag convntonnl, on commnc par travrsr un zon d vtsss nxplotabls applé «Vallé d la mort» dans laqull ls condtons d coup sont dégradés (usur rapd d l outl, mauvas état d surfac...), pus on arrv dans l doman d l UGV où ls condtons d coup sont xcllnts. La lmt ntr ls zons st arbtrar. I.. Phénomèns d coup I..a. Dscontnuté du copau L'mag c-dssous montr l résultat d'un tst courant applé "Quck Stop Tst" (la pont d l'outl st rtré brutalmnt par un systèm xplosf), qu prmt d'étudr un copau n cours d formaton pour tros vtsss d coup dfférnts. Fgur 9 : voluton ds copaux suvant la vtss d coup (A: copau contnu B; copau sgmnté C: copau dntlé)-la zon d fstonnmnt apparaît clarmnt Pour ls métaux, l procssus d formaton du copau st prncpalmnt basé sur ds déformatons plastqus. n fabl vtss d coup, l copau st contnu, t ls déformatons plastqus dans ls zons d csallmnt sont quasstatonnars (Copau A t fgur c-dssous). Msur ds fforts d coup du /0/0 6/6 B.D.V.S.

7 Fgur 0 Formaton du copau n usnag Convntonnl Avc d hauts vtsss d coup, l copau st dntlé t formé d'élémnts séparés (C), c qu smbl êtr généré par un ruptur du matérau plus qu par un csallmnt. n UGV, ds fragmnts d copaux s détachnt par la propagaton d fssurs, comm l'llustrnt ls fgurs c-dssous. Fgur présntaton schématqu d la formaton d'un lamll d copau Fgur Détal d la formaton du copau n UGV Msur ds fforts d coup du /0/0 7/6 B.D.V.S.

8 I..b. Phénomèns thrmqus Ls sollctatons thrmqus sont générés lors d la coup par l'autoéchauffmnt au sn du matérau d la pèc t par ls frottmnts à l'ntrfac outl/pèc. n usnag convntonnl, l'énrg calorfqu s'évacu dans ls copaux mas égalmnt dans la pèc t l'outl dans ds proportons non néglgabls. Ans, l matérau subt un tratmnt thrmqu local (trmp suprfcll) qu modf ls caractérstqus d la pèc fn. n UGV, la natur d la formaton du copau st dfférnt t l'énrg d la coup s'évacu à plus d 80% dans ls copaux. Bn qu ds énrgs plus mportants sont mss n ju, ls échangs thrmqus ntr l copau t la pèc n'ont plus l tmps d'avor lu : cll-c rst pratqumnt à tmpératur ambant. Ctt dsspaton d l'énrg d coup a un nflunc sur la tmpératur d l'outl. Un smulaton thrmqu d la coup montr la formaton d'un pont chaud n Usnag Convntonnl t n UGV stué à la pont d l'outl. La tmpératur d c pont var d 500 C n Usnag Convntonnl à 000 C n UGV. Il st possbl d'obsrvr sur la fgur c-dssous la cart thrmqu d'un outl pour dfférnts vtsss d coup (00m/mn n haut à drot, 500m/mn n bas à drot). La localsaton du pont chaud pour ds condtons d coup corrspondant à l'ugv st ndqué. Fgur Cart thrmqu d'un outl pour dfférnts vtsss d coup Msur ds fforts d coup du /0/0 8/6 B.D.V.S.

9 I.. Forc d coup par unté d surfac I..a. fforts d coup Ls fforts d coup sont à l'orgn ds déformatons plastqus t donc ds élévatons d tmpératur qu s produsnt au cours d la coup. Pour touts autrs condtons d coup égals, l'augmntaton d la vtss d coup n s'accompagn pas d'un varaton notabl ds fforts d coup (0% d bass nvron), alors qu l'augmntaton d la vtss d'avanc ntraîn un augmntaton d la valur d l'ffort tangntl Ff (rlaton lnéar : l'ffort doubl nvron quand la vtss d'avanc doubl). Fgur : fforts d coup (N/mm d profondur d pass) foncton d l'avanc t d la vtss d coup I..b. Défntons lés à l outl : angls d'outl Ps o Pn Dans Ps Pr Po O-O Arêt s Fgur 5 Msur ds fforts d coup du /0/0 9/6 B.D.V.S.

10 I..c. Forc d coup / unté d surfac : prsson spécfqu d coup Kc r f Fgur 6 : smplfcaton d la form du copau Kr A D Kr f ap A D ap h b f Fgur 7 La forc d coup par unté d surfac d coup st l rapport d la forc d coup Fc xrcé par la part actv d l outl à l ar nomnal d la scton transvrsal d coup A D. Fc Fc Kc Fc KcAD Kc ap f AD a f p Kc st la forc nécssar n nwtons pour coupr mm t s'xprm donc n N/mm On put rmarqur qu la forc d coup st foncton d l'avanc par tour f, d la profondur d pass ap, mas auss d la prsson spécfqu d coup Kc. ll st ndépndant d la vtss d coup dès qu la vtss st suffsant (on qutt la zon dans laqull l y a rsqu d créaton d'un arêt rapporté qu modf ls caractérstqus géométrqus d l'outl). Ctt prsson spécfqu d coup Kc n'st pas un constant. ll augmnt notammnt quand l'angl d coup dmnu. Avc h=f.sn(kr) : épassur du copau Kc C h n.( m. ) m t n dux caractérstqus dépndant du coupl matérau pèc- matérau outl C dépndant du matérau d la pèc = 0 - rf l ssa). rspctvmnt angls d coup orthogonal t d référnc (pour Valurs d n t m Matérau pèc n m Acrs Métaux non frrux Fonts Msur ds fforts d coup du /0/0 0/6 B.D.V.S.

11 Valurs d C Matèr (N/mm ) C(N/mm ) Acrs à usnablté améloré Au Mn S Acrs au Carbon C< 0.5% C< 0.5% C< 0.65% C< 0.90% Acrs allés Cr-Mo N-Cr Bronzs Fonts GL Frrtqus Prltqus Allags alu S-Mg <00 60 Cs valurs prmttnt d détrmnr Kc. lls ont été obtnus à partr d ssas d msurag ds composants d l ffort d coup. Lors d cs ssas, un port-outl équpé d jaugs d déformatons st utlsé. I.. Facturs nfluant sur la coup n tournag L'angl d coup Kr. Il nflunc la prsson par unté d surfac. Il détrmn la longuur ffctv d'arêt ngagé dans la matèr donc l'épassur du copau. n fnton l st varabl car l st formé par l rayon du bc d l'outl. La formaton du copau st mllur avc un grand angl d coup car l copau hélcoïdal st drgé dans la drcton opposé à la zon d coup. L'état d surfac. Il dépnd du rapport ntr l'avanc t l rayon du bc d la plaqutt, égalmnt d l'usur d l'outl t d la vtss d coup. Un grand rayon d bc supérur ou égal à la profondur d pass répartt la prsson sur un plus grand longuur pour produr un mllur état d surfac, cpndant l contrôl du copau n'st pas déal. Ctt soluton dmand plus d pussanc, ls forcs d coup radals sont plus élvés, par conséqunt ds vbratons puvnt apparaîtr. Vbratons. lls apparassnt quand la possblté d mouvmnt dans l montag sur la machn st possbl, ls forcs d coup déséqulbrnt l montag. Ls vbratons puvnt êtr réduts n utlsant un rayon d bc plus ptt, un arêt d coup plus vv, un plus grand angl d coup ayon du bc. Un ptt rayon d bc d'outl affct la précson dmnsonnll, l'usur d l'outl aura un plus fort nflunc sur la poston d l'arêt. Un grand rayon rqurt plus d pussanc, génèr ds vbratons. La profondur d coup dot êtr supérur ou égal à un trs du rayon du bc ; 0, mm st un mnmum. Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

12 II. Msur ds fforts d coup II.. Msur lors d ssas d détrmnaton d Kc. On utls un port outl dynamométrqu équpé d jaugs d déformaton. Fgur 8 Dans la plupart ds cas on n msur qu Fc t Ff n usnant un tub d fabl épassur. Cc évt d faussr ls résultats avc ds rayons d bc dfférnts. D plus, afn d fxr un paramètr, on prnd fréqummnt Kr=90 ; la coup st alors dt orthogonal. n fft l rayon d bc nflu sur l épassur du copau t d fat sur Kc ; On constat cc avc un plaqutt rond mas n règl général on put dr qu quand augmnt, h dmnu t d c fat Kc augmnt donc Fc. h<f h 0 h=f Fgur 9 : évoluton d l'épassur du copau avc un plaqutt rond II.. Msur avc pont d Whatston II..a. Présntaton Dans c qu sut, on xpos la msur d Fc, mas cc s applqu auss à Ff. v c Fgur 0 : Pont d xtnsométr avc crcut xtrn d équlbrag à zéro Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

13 Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S. Modfons ls valurs ds d ] ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (.[ II..b. Msur à un jaug On plac sur l port outl un jaug d déformaton d résstanc varabl tll qu : L L K. Ls tros autrs résstancs sont fxs : = = =. ncastrmnt Fc jaug Fgur Fc st proportonnl à / Il sufft d étalonnr l banc d msur (offst) pus d msurr / pour trouvr Fc. La msur d / st obtnu d après la msur d dans l pont d d xtnsomètr. Fgur : Pont d xtnsométr avc un jaug

14 S st la jaug actv qu var d un résstanc, ls autrs étant dntqus,on obtnt / K. L / L. /. k. L / L Avc K : factur d jaug (vor cours jaugs d déformatons) C typ d montag st applé montag n quart d pont, l a l nconvénnt d n pas compnsr la dérv n T d la jaug. II..c. Montag à dux jaugs Fc jaug ncastrmnt Fgur : Montag n dm-pont Dux jaugs axals dntqus sont utlsés. La jaug nférur s stu précsémnt au-dssous d la jaug supérur. lls msurnt ls déformatons d flxon qu sont d mêm grandur t d sgns opposés. Touts varatons d résstanc ds jaugs actvs résultant d déformatons d sgn smblabl générés par ls chargs axals sront annulés du fat qu ls dux jaugs actvs s stunt dans ls bras adjacnts du pont d Whatston. D mêm, ls varatons d résstanc d'orgn thrmqu (dlataton d l éprouvtt) sront annulés. D plus, ls déformatons produts par ls chargs n flxon étant d mêm grandur mas d sgn opposé, l sgnal d sort du pont st lnéar t nomnalmnt l doubl d clu produt par un sul jaug actv. II..d. Montag à quatr jaugs : compnsaton d la tmpératur Fc ncastrmnt Fgur : Montag n pont complt Ctt vrson à quatr jaugs dntqus st la confguraton d la poutr n flxon qu st la plus courant. La sort lnéar du pont st dux fos cll d la vrson précédnt n dm pont. On notra qu ls dux jaugs stués sur la fac supérur s stunt dans ds bras opposés du pont d Whatston, d mêm qu ls jaugs stués sur la fac nférur. t sur l dssus du port-outl sont sollctés n tracton tands qu t sont sollctés n comprsson. On a donc :. Msur ds fforts d coup du /0/0 /6 B.D.V.S.

15 sot : L. K L La tnson msuré sur l galvanomètr st drctmnt proportonnl à la forc F xrcé sur l port-outl. II.. Détcton d l usur d un outl n producton. L procssus d usnag a toujours nécssté un survllanc qu dans l passé, rlvat d la rsponsablté d l'opératur. Avc l'utlsaton d systèms d producton ntèrmnt automatsés, l s'st avéré ndspnsabl d dévloppr ds systèms d contrôl du procssus d usnag ux auss ntèrmnt automatqus. On survll l procssus d usnag afn d supprmr ls rbus dus aux rupturs d outls n cours d usnag t d'optmsr la duré d v ds outls d coup. Fc KT<0,06+0,.f carburs Fgur 5 Pour un survllanc ffcac, l st mportant qu ls sgnaux obsrvés varnt n foncton d l'usur d l'outl t non pas sulmnt lorsqu l'outl s cass. La forc d coup Fc var n foncton du stad d'usur d l'outl. L'augmntaton d la forc d'avanc Ff st ncor plus mportant proportonnllmnt. Cc prmt d réglr d façon plus précs ls suls d'alarm déclnchant ls sgnaux. Fgur 6 Msur ds fforts d coup du /0/0 5/6 B.D.V.S.

16 II..a. Contrôl d l usur d outl (Sandvk Coromant) L systèm contrôl n prmannc ls suls d'alarm suvants : - L sul I détrmn la valur lmt d'usur d l'outl. C sgnal pourra êtr utlsé pour commandr un changmnt d'outl à la fn d l opératon n cours. - L sul II détrmn l sul d ruptur d l outl. C sgnal d'alarm dot êtr utlsé pour stoppr mmédatmnt la machn. - L sul III sgnal l non ngagmnt d l outl dans un opératon pouvant êtr du a l'absnc d l'outl ou d la pèc à usnr. - L sul IV prmt d détctr ls collsons. Comm l sul II, l dot stoppr mmédatmnt la machn. II..b. Gston total d outls n producton. Il xst dux typs prncpaux d capturs msurant la varaton d Fc : Ls capturs d forc : C sont ds xtnsomètrs pézo-élctrqus ou du typ jaugs d contrants, Ils s montnt drctmnt sur la vs d'avanc ou sous la tourll port-outl. Ils survllnt drctmnt l'évoluton d la forc d'avanc Ff. Ls capturs d courant : Lorsqu l'outl s'us ou cass, l courant consommé augmnt. L captur d courant s mont sur l câbl d'almntaton du motur d'avanc t détct ls varatons d courant. Il st égalmnt possbl d survllr l motur d broch. Dans c cas, l captur d courant survll l'évoluton du coupl xrcé par la forc d coup Fc. Captur d forc d avanc :s mont sur la vs.prmt d contrôlr la forc axal Motur d'avanc Sgnaux d synchronsm d la command Sgnaux alarm lctronqu du montur d'outl Sgnaux capturs Varatur d'avanc Captur d courant :s mont sur l câbl d almntaton.détct ls varatons d courant d alm. ds varaturs d broch t d avanc. Montur d outl smpl canal :gèr ls sgnaux n provnanc d un captur Montur multcanaux : gèr 000 valurs par canaux t comport un cycl d apprntssag, Fgur 7 Msur ds fforts d coup du /0/0 6/6 B.D.V.S.