09 Décembre – Soutenance de thèse Haythem ZOUABI

10 h30 ENSAM - Esplanade des arts et métiers, 33405 Talence, Bordeaux – amphi La Rochefoucauld Liancourt de l’ENSAM de Bordeaux.

Titre de la thèse : « Développements expérimentaux pour la mesure des champs cinématique et thermique en usinage : application aux alliages Ti-6Al-4V et Inconel 718 »

Résumé

La thèse de Haythem Zouabi a été réalisée dans le cadre du projet européen ENABLE (H20202 ITN MSCA GA n°764979).

  • Directeur de thèse : M. Olivier CAHUC
  • Codirecteur de thèse : M. Gilles DESSEIN
  • Encadrants : Mme Madalina CALAMAZ et M. Vincent WAGNER

Résumé : Cette étude porte sur la mesure et la compréhension des mécanismes d'enlèvement de la matière en usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V et l'alliage Inconel718. Ce travail est réalisé dans le cadre du projet européen ENABLE ("European Network for Alloy Behaviour Law Enhancement") H2020 ITN MSCA GA N°764979. Lors de la formation des copeaux, la matière subit des sollicitations thermomécaniques couplées, rapides et à une échelle locale. Ces sollicitations thermomécaniques à l'origine de l'apparition des bandes de cisaillement constituent un verrou scientifique à lever pour mieux comprendre l'évolution et l'écoulement de la matière en usinage. Cependant, la taille submillimétrique de la région d'intérêt pose des difficultés techniques pour y accéder en temps réel. Afin de simplifier le problème, la configuration de coupe orthogonale est retenue dans le cadre de cette étude. Un nouveau banc de coupe orthogonale/ oblique et de frottement est conçu pour réaliser des essais instrumentés et des mesures in-situ des champs cinématiques et thermiques lors de la formation des copeaux en Ti-6Al-4V et Inconel 718. Ce banc permet d'atteindre des vitesses de coupe représentatives de celles utilisées en industrie. Face aux vitesses importantes des phénomènes physiques et vu la taille submillimétrique de la région d'intérêt, les systèmes optiques classiques ne permettent pas de révéler les gradients des sollicitations mécaniques et thermiques et d'appréhender les mécanismes gouvernant la formation d'un segment de copeau. Ainsi, un système optique d'imagerie rapide est conçu pour permettre un suivi en temps réel de la matière située au voisinage de la pointe de l'outil. L'application de la technique de corrélation d'images numériques a permis de déterminer l'évolution temporelle des grandeurs cinématiques (champ des déplacements, des déformations et de la déformation équivalente) à une échelle locale. Pour permettre des mesures des champs thermiques, un système optique couplé est conçu pour une acquisition synchronisée des images visuelles et thermiques. En effet, il est basé sur la séparation entre les ondes dans le spectre du visible et celles dans le spectre infrarouge. Une procédure de calibration thermique est employée afin de s'affranchir des problèmes liés à l'émissivité du matériau. Ainsi, un modèle radiométrique est identifié pour déterminer les champs thermiques lors de la formation d'un segment de copeau. Finalement, les grandeurs cinématiques et thermiques mesurées pendant les différentes phases de formation de copeau sont analysées.

Mots clés : coupe orthogonale, système optique d'imagerie rapide et thermique, Corrélation d'Images Numériques (CIN), mesure des champs cinématique et thermique.

Abstract : this study focuses on the measurement and understanding of material removal mechanisms in machining of Ti-6Al-4V titanium alloy and Inconel718 alloy. This work is carried out in the framework of the European project ENABLE ("European Network for Alloy Behaviour Law Enhancement") H2020 ITN MSCA GA N°764979. During chip formation, the material undergoes coupled, rapid and local thermomechanical loads. These thermomechanical loads, which are responsible for the appearance of shear bands, constitute a scientic barrier that needs to be overcome in order to better understand the evolution and the flow of the material during machining. However, the submillimetric size of the region of interest implies technical difficulties to access it in real time. In order to simplify the problem, the orthogonal cutting configuration is retained in this study. A new orthogonal/oblique cutting and friction bench is designed to perform instrumented tests and in-situ measurements of the kinematic and thermal fields during Ti-6Al-4V and Inconel 718 chip formation. This bench allows to reach cutting speeds representative of those used in industry. Given the high speed of the physical phenomena and the submillimetric size of the region of interest, conventional optical systems cannot reveal the gradients of mechanical and thermal loads and understand the mechanisms governing the chip formation. Thus, a high-speed optical system is designed to allow a real time monitoring of the material located in the vicinity of the tool tip. The application of the digital image correlation technique allowed to determine the temporal evolution of the kinematic quantities (displacement, strain and equivalent strain fields) at a local scale. To allow for thermal fields measurements, a coupled optical system is designed for a synchronized acquisition of visual and thermal images. Indeed, it is based on the separation between waves in the visible spectrum and those in the infrared spectrum. A thermal calibration procedure is used to avoid problems related to the emissivity of the material. Thus, a radiometric model is identified to determine the thermal fields during chip formation. Finally, the kinematic and thermal quantities measured during the different phases of chip formation are analyzed.
 Keywords : orthogonal cutting, high-speed optical systems, Digital Image Correlation (DIC), kinematic and thermal fields measurement.

 

Composition du jury

Jury

M. Guénael GERMAIN

Professeur, ENSAM Angers, LAMPA

Examinateur

M. Yann LANDON

Professeur, Université de Toulouse, ICA

Rapporteur

M. Arnaud DUCHOSAL

MCF-HDR, Université de Tours, LMR

Rapporteur

Mme Madalina CALAMAZ

MCF, ENSAM de Bordeaux, I2M

Examinatrice

M. Olivier CAHUC

Professeur, Université de Bordeaux, I2M

Directeur

M. Vincent WAGNER

MCF-HDR, ENI de Tarbes, LGP

Examinateur

M. Gilles DESSEIN

Professeur, ENI de Tarbes, LGP

Co Directeur Invité

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