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UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des Sciences Appliquée Département de G

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des Sciences Appliquée Département de Génie Mécanique Mémoire MASTER PROFESSIONNEL Domaine : Génie Mécanique Spécialité: Maintenance Industrielle Présenté par: ALIA Riadh GUEMAZ Slimane Thème Soutenu publiquement le : 07/06/2015 Devant le jury: Mr. M. Abdelkrim Mr. F. Bentaleb Mr. A. Belloufi MAA MAA MCB Président Examinateur Encadreur Université Kasdi Merbah Ouargla Université Kasdi Merbah Ouargla Université Kasdi Merbah Ouargla 2014/2015 Optimisation des Paramètres de Coupe pour Minimiser la Consommation d'Énergie Pendant le Fraisage Dédicace À nos parents, À nos familles, À nos amis. Remerciement Remerciement Nous remercions beaucoup le grand dieu miséricordieusement qui nous a donné le courage, la force et la volonté pour continuer ce travail. Nous remercions particulièrement notre encadreur Dr. A. Belloufi qui a dirigé ce travail et pour l’encouragement et les nombreux conseils dont nous ont été bénéfiques. Nous tenons à remercie toute personne ayant donné son aide pour la réalisation de ce modeste travail, surtout Mr. K. Mansouri Nous tenons aussi à remercier Mr. M. Abdelkrim pour l’honneur qu’il n’a fait en présidant le jury. Nos remerciements vont également aux Mr. F. Bentaleb pour s’être intéressé à ce travail et d’avoir bien voulu n’honorer de leur présence dans ce jury. Table des Matières Table des Matières Introduction Générale………………………………………………………………….1 Chapitre I Généralités sur le Fraisage I.1 Introduction : ............................................................................................ 3 I.2 Le fraisage :.............................................................................................. 3 I.3 La fraiseuse ............................................................................................. 4 I.4 La fraises .................................................................................................. 5 I.5 Procédés de fraisage :............................................................................... 6 I.5.1 Fraisage en bout ................................................................................ 6 I.5.2 Fraisage en roulant............................................................................ 6 I.5.3 Fraisage combiné .............................................................................. 7 I.6 Modes de coupe ....................................................................................... 7 I.6.1 Fraisage en opposition ...................................................................... 7 I.6.2 Fraisage en concordance ou fraisage "en avalant" ........................... 8 I.7 Opérations de fraisage : ........................................................................... 8 I.7.1 Surfaçage .......................................................................................... 8 I.7.2 Plans épaulés..................................................................................... 9 I.7.3 Rainure.............................................................................................. 9 I.7.4 Poche ................................................................................................ 9 I.7.5 Perçage.............................................................................................. 9 I.8 Conditions de coupe ............................................................................... 10 I.8.1 Vitesse de coupe ............................................................................. 10 I.8.2 Vitesse de la broche ........................................................................ 10 Table des Matières I.8.3 Vitesse d’avance ............................................................................. 10 I.8.4 Profondeur de coupe ....................................................................... 11 I.8.5 La largeur de coupe ........................................................................ 12 I.9 Paramètres techno-économiques d’usinage ........................................... 12 I.9.1 Energie consommé en fraisage: ...................................................... 12 I.9.2 Le temps de production en fraisage ................................................ 13 I.9.3 La Rugosité ..................................................................................... 13 I.10 Puissance nécessaire pour le fraisage ................................................. 13 I.11 Facteurs influant sur la consommation d'énergie ............................... 14 I.12 Conclusion .......................................................................................... 14 Chapitre II Modélisation d'Énergie Consommée en Fraisage II.1 Introduction : .......................................................................................... 15 II.2 Modélisation de l'énergie dans les processus d'usinage ......................... 15 II.3 La Puissance hors-coupe : ...................................................................... 17 II.4 Formulation des fonctions objectif d'optimisation :............................... 18 II.4.1 Sélection des variables d'optimisation ............................................ 18 II.4.2 Formulation des fonctions objectif pour l'ébauche ......................... 18 II.4.3 Formulation des fonctions objectif pour la finition ........................ 20 II.5 Formulation des contraintes ................................................................... 21 II.5.1 Limitation sur l’intervalle de la vitesse de la broche ...................... 21 II.5.2 Limitation sur l’intervalle d'avance par dent .................................. 21 II.5.3 Limitation sur l'intervalle de la profondeur de passe ...................... 21 II.5.4 La Puissance de coupe .................................................................... 21 II.5.5 Rigidité de l’arbre (force tonnelle) ................................................. 22 II.6 Formulations des problèmes d’optimisation mono-objectif des conditions de coupe en fraisage ................................................................................................. 22 Table des Matières II.6.1 Optimisation mono-objectif pour les opérations d’ébauche ........... 23 II.6.2 Optimisation mono-objectif pour l'opération de finition ................ 24 II.7 Formulation des problèmes d’optimisation multi-objectif des conditions de coupe en fraisage ................................................................................................. 25 II.7.1 Problème d’optimisation multi-objectif pour ébauche ................... 25 II.7.2 Problème d’optimisation multi-objectif pour la finition................. 25 II.8 Méthode de résolution des problèmes d’optimisation multi-objectif .... 26 II.8.1 Principe de la méthode de Front de Pareto ..................................... 26 II.9 Conclusion ............................................................................................. 27 Chapitre III Choix Optimal d'une Méthode d'Optimisation III.1 Introduction ........................................................................................ 28 III.2 Méthodes et algorithmes d'optimisation ............................................. 28 III.3 Algorithmes étudiés............................................................................ 29 III.3.1 Algorithme génétique .................................................................... 29 III.3.2 Essaims particulaires ..................................................................... 29 III.4 Fonctions-tests .................................................................................... 30 III.4.1 Fonction de Himmelblau ............................................................... 31 III.4.2 Fonction de Lapthorn ..................................................................... 32 III.4.3 Fonction d'Easom........................................................................... 32 III.5 Critères d'arrêt .................................................................................... 33 III.6 Résultats et discussion ........................................................................ 34 III.6.1 Nombre d'évaluations .................................................................... 34 III.6.2 Taux de convergence ..................................................................... 35 III.7 Sélection de la meilleure méthode d’optimisation ............................. 36 III.8 Conclusion .......................................................................................... 38 Table des Matières Chapitre IV Modélisation d'Énergie Consommée en Fraisage IV.1 Introduction ........................................................................................ 39 IV.2 Exemple d’application........................................................................ 39 IV.2.1 Modélisation de la puissance de décharge ..................................... 39 IV.2.2 Modélisation de la force de coupe ................................................. 40 IV.2.3 Caractéristiques de l'outil de coupe ............................................... 40 IV.3 Optimisation des paramètres de coupe en ébauche ............................ 40 IV.3.1 Minimisation de la consommation d’énergie ................................ 41 IV.3.2 Minimisation du temps de production ........................................... 41 IV.3.3 Les contraintes ............................................................................... 41 IV.3.4 Problèmes d'optimisation des paramètres de coupe (ébauche) ...... 42 IV.3.5 Algorithme de résolution ............................................................... 43 IV.3.6 Optimisation mono objectif en ébauche ........................................ 44 IV.3.7 Optimisation multi objectif des opérations d'ébauche ................... 46 IV.4 Optimisation des paramètres de coupe en finition ............................. 47 IV.4.1 Minimisation de la consommation d'énergie ................................. 47 IV.4.2 Minimisation de la rugosité ........................................................... 47 IV.4.3 Les contraintes ............................................................................... 47 IV.4.4 Problèmes d'optimisation des paramètres de coupe (finition) ....... 47 IV.4.5 Optimisation mono objectif en finition ......................................... 49 IV.4.6 Minimisation multi objectifs de l'opération de finition ................. 50 IV.5 Conclusion .......................................................................................... 51 Conclusion Générale….….………………………………………….52 Bibliographie...……………………………………………………...54 Liste des Figures Liste des Figures Chapitre I Généralités sur le Fraisage Figure I.1 Figure I.2 Figure I.3 Figure I.4 Figure I.5 Figure I.6 Figure I.7 Figure I.8 Figure I.9 Figure I.10 Figure I.11 Figure I.12 Figure I.13 Figure I.14 Figure I.15 Figure I.16 Figure I.17 Mouvements de coupe et d’avance………………………………. Fraiseuse universelle……………………………………………... Fraisage en bout………………………………………………… Fraisage en roulant……………………………………………… Fraisage combiné………………………………………………… Fraisage en bout en opposition…………………………………... Fraisage en roulant en opposition………………………………... Fraisage en bout en avalant………………………………………. Fraisage en roulant en avalant……………………………………. Surfaçage…………………………………………………………. Plans épaulés……………………………………………………... Rainure…………………………………………………………… Poche……………………………………………………………... Perçage…………………………………………………………… Conditions de coupe en fraisage…………………………………. Avance par dent………………………………………………….. Profondeur et largeur de coupe…………………………………... 1 2 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 9 10 Chapitre II Modélisation d'Energie Consommée en Fraisage Figure II.1 Exemple de Front de Pareto dans un espace à deux critères……... 27 Liste des Figures Chapitre III Choix Optimal d'une Méthode d'Optimisation Chapitre IV Modélisation d'Énergie Consommée en Fraisage Figure IV.1 Figure IV.2 Figure IV.3 Figure IV.4 la pièce a usinée………………………………………...……… Organigramme de la méthodologie d'optimisation……..……… Optimisation multi objectif ébauche (front de Pareto)…………. Optimisation multi objectif finition (front de Pareto)…..……… 39 43 46 50 Figure III.1 Figure III.2 Figure III.3 Figure III.4 Figure III.5 Figure III.6 Figure III.7 Le taux d'utilisation de chaque algorithme…………..………… Présentation graphique de la fonction de Himmelblau………… Présentation graphique de la fonction de Lapthorn……………. Présentation graphique de la fonction d'Easom………………... Nombre d'évaluations couple algorithme/benchmark…………. Taux de convergence couple algorithme/benchmark………….. Matrice de jugement……………………………………………. 28 31 32 33 34 35 36 Liste des Tableaux Liste des Tableaux Chapitre I Généralité sur le Fraisage Tableau I.1 Quelques types de fraises et utilisations……………...…………... 3 Chapitre III Choix Optimal d'une Méthode d'Optimisation Tableau III.1 Tableau III.2 Tableau III.3 Tableau III.4 Tableau III.5 Tableau III.6 Tableau III.7 Descriptif de la fonction de Himmelblau………………………… Descriptif de la fonction de Lapthorn……………………………. Descriptif de la fonction d'Easom……………………………….. Echelle de comparaison…………………………………………. Matrice de jugement de critères de comparaison…….…………. Matrice de jugement des algorithmes pour chaque critère………. Préférence globale de chaque algorithme………………………… 31 32 33 36 37 37 37 Chapitre IV Modélisation d'Énergie Consommée en Fraisage Tableau IV.1 Tableau IV.2 Tableau IV.3 Tableau IV.4 Tableau IV.5 Tableau IV.6 Tableau IV.7 Tableau IV.8 Tableau IV.9 Tableau IV.10 Caractéristiques de la machine……………………………............ Coefficients de la force de coupe………………………………… Caractéristiques de l'outil de coupe………………………………. Paramètres d'usinage….…………………………………………. Paramètres de coupe optimums (critère consommation d'énergie). Paramètres de coupe optimums (critère temps de production)....... Paramètres de coupe optimums (avec la méthode hybride)…..…. Paramètres de coupe optimums (critère consommation d'énergie). Paramètres de coupe optimums (critère de la rugosité)…….…..... Paramètres de coupe optimums (avec la méthode hybride)…..…. 37 39 39 40 44 45 46 49 50 50 Nomenclature Nomenclature Symbole Unité Désignation e a mm Largeur de coupe p a mm Profondeur de coupe max p a mm Profondeur de coupe maximale min p a mm Profondeur de coupe minimale b coefficient de perte d'énergie B mm Largeur de partie usinée zp C Constante de l'équation force de coupe d mm Diamètre extérieur de la fraise a d mm Diamètre d’arbre e Valeur admissible de déviation de l’arbre , v z e e Exposants déterminée empiriquement E 2 / kgf mm Module d'élasticité de la matière arbre i E Joule L'énergie absorbée par la machine c E Joule L'énergie consommée pour enlèvement de matière a E Joule La perte d'énergie supplémentaire dans le moteur m E Joule La perte d'énergie inertielle des composants mobiles 0 E Joule L'énergie d'attente f / min mm La vitesse d’avance z f / mm dent L’avance par dent c F kgf Force de coupe périphérique moyenne d F kgf Force admissible à l'égard de déviation arbre s F kgf Force admissible à l'égard de la force tonnelle h mm Profondeur de partie usinée b k 2 / kgf mm Contrainte admissible de flexion du matériau d’arbre Nomenclature t k 2 / kgf mm Contrainte admissible de uploads/Geographie/ alia-guemaz.pdf