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Sciences & Technologie B – N°25, Juin 2007, 7-13. © Université Mentouri, Consta

Sciences & Technologie B – N°25, Juin 2007, 7-13. © Université Mentouri, Constantine, Algérie, 2007. INFLUENCE DES CONDITIONS D’USINAGE SUR LES EFFORTS DE COUPE LORS DU TOURNAGE DU 100Cr6 (60HRC) AVEC LE CBN Reçu le 11/06/2005 – Accepté le 19/05/2007 Résumé Dans ce travail nous présentons les résultats théoriques et expérimentaux d’une étude qui concerne la mesure des efforts de coupe générés lors de l’usinage d’un acier à roulement trempé 100Cr6 avec un outil en nitrure de bore cubique CBN 7020. Cette étude, basée sur des essais unifactoriel et multifactorielle a permis la mise en évidence de l’influence des conditions de coupe (vitesse de coupe, avance et profondeur de passe) sur les composantes de l’effort de coupe. Le traitement des résultats obtenus a permis la détermination des différents modèles qui expriment la relation entre les paramètres d’usinage étudiés et les composantes de l’effort de coupe. Nous nous somme également intéressés à l’étude de l’influence de l’usure en dépouille de la partie active de l’outil sur l’évolution des efforts de coupe permettant la proposition d’une relation puissance entre l’effort de coupe et l’usure puisque ces deux paramètres s’influencent mutuellement. Enfin, une analyse des différents résultats obtenus a été effectuée. Mots clés: Efforts de coupe, pression spécifique de coupe, usinage dur, CBN, conditions de coupe. Abstract In the present work, theoretical and experimental results of dynamics study of metals cutting are presented. This investigation concern cutting force measurements during machining of a hardened bearing steel 100Cr6 with a Cubic Boron Nitride tool CBN7020. The experimental tests are based on both unifactorial and multifactirial methods, where the parameters are cutting speed, feed rate and depth of cut; led to the determination of cutting conditions effects on the cutting force components. The results treatment obtained allowed us the deduction of different models, which express the relation between the studied machining parameters and the cutting force components. A study of flank wear influence on the cutting force evolution has also been carried out in order to develop a relation between the cutting force and the flank wear. Finally, an analysis of the different obtained results has been made. Keywords Cutting force, Cutting specific pressure, hard machining, CBN, cutting conditions. ’usinage des aciers durcis a connu son développement essentiellement avec l’apparition de nouveaux matériaux de coupe tels que les cermets, les céramiques et le nitrure de bore cubique. Ce dernier se distingue par une dureté élevée [1, 2, 3, 4] et une grande résistance à chaud. Il est à souligner que le tournage dur peut substituer ou être complémentaire à la rectification [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,12]. L’étude des efforts de coupe est à la base de l’évaluation de la puissance de coupe nécessaire pour réaliser l’usinage et permet aussi de dimensionner les organes de la machine et prévoir les déformations de la pièce pendant l’usinage. Plusieurs chercheurs [13] considèrent également les efforts de coupe comme critère d’évaluation de l’usinabilité des matériaux. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce travail où sont présentés les résultats expérimentaux d’une étude des efforts de coupe générés, lors de l’usinage d’un acier à roulement «100Cr6» à l’état trempé (60 HRC) avec un outil en Nitrure de bore cubique CBN7020. Cette étude a permis la mise en évidence de l’influence des conditions de coupe sur les composantes de l’effort de coupe. Pour ce faire nous avons réalisé des essais basés sur la méthode de planification des expériences, où les paramètres variables sont : La vitesse de coupe, l’avance par tour et la profondeur de passe. L M.A. YALLESE1, L. BOULANOUAR2, S. BELHADI1 N. OUELAA1 1Laboratoire Mécanique et Structure (LMS) Université de Guelma 2Laboratoire Mécanique des Matériaux et Maintenance Industrielle Structure (LR3MI) Université de Annaba Algérie ﻓﻲ هﺬا اﻟﺒﺤﺚ ﺗﻢ ﻋﺮض اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﺨﺎﺻﺔ ﺑﺪراﺳﺔ ﻗﻮى اﻟﻘﻄﻊ اﻟﻨﺎﺗﺠﺔ ﺧﻼل ﻋﻤﻠﻴﺔ ﺗﺸﻐﻴﻞ CBN7020) ﺑﻮاﺳﻄﺔ ﻗﻠﻢ ﻣﻦ اﻟﻨﺘﺮﻳﺪ اﻟﺒﻮري اﻟﻤﻜ ﻌﺐ ( 100Cr6اﻟﺼﻠﺐ اﻟﻤﻘﺴﻰ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺳﺮﻋﺔ اﻟﻘﻄﻊ، اﻟﺘﻐﺬﻳﺔ و ﻋﻤﻖ اﻟﺘﻤﺮﻳﺮة وآﺬﻟﻚ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺗﺂآﻞ اﻟﻘﻠﻢ ﻋﻠﻰ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻗﻮى اﻟﻘﻄﻊ اﻟﻨﺎﺗﺠﺔ ﻋﻦ ﻋﻤﻠﻴﺔ اﻟﺘﺸﻐﻴﻞ ﻗﺪ ﺗ ﻤﺖ دراﺳﺘﻬﺎ . ﻣﻦ ﺧﻼل اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﻤﺤﺼﻞ ﻋﻠﻴﻬﺎ ﺗﻢ اﻗﺘﺮاح أوﻻ ﻧﻤﺎذج رﻳﺎﺿﻴﺔ ﻟﺤﺴﺎب ﻗﻮى اﻟﻘﻄﻊ ﺑﺪﻻﻟﺔ ﺳﺮﻋﺔ اﻟﻘﻄﻊ، اﻟﺘﻐﺬﻳﺔ وﻋﻤﻖ اﻟﺘﻤﺮﻳﺮة وﺛﺎﻧﻴﺎ ﻧﻤﺎذج رﻳﺎﺿﻴﺔ ﻟﺤﺴﺎب ﻗﻮى اﻟﻘﻄﻊ ﺑﺪﻻﻟﺔ ﺗﺂآﻞ ﻗﻠﻢ اﻟﻨﺘﺮﻳﺪ اﻟﺒﻮري اﻟﻤﻜﻌﺐ . اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﻴﺔ :ﻗﻮ ى اﻟﻘﻄﻊ- ﺗﺂآﻞ - - CBN اﻟﺘﺸﻐﻴﻞ اﻟﺼﻠﺐ- ﻣﻠﺨﺺ M.A. YALLESE, L. BOULANOUAR, S. BELHADI, N. OUELAA 8 Dans un autre temps nous avons jugé intéressant le suivi de l’évolution des efforts de coupe en fonction du temps, en d’autres termes voir l’influence de l’usure de la partie active de l’outil sur l’évolution des efforts de coupe [14]. 1. PROCEDURE EXPERIMENTALE Les opérations d’usinage, relatives aux essais sur les efforts de coupe ont été effectuées sur des éprouvettes rondes en acier traité de nuance 100Cr6, de 80 mm de diamètre et de 250 mm de longueur. À cause de sa résistance élevée à l’usure, l’acier 100Cr6 connu aussi sous la dénomination AISI 52100 est préconisé surtout pour la fabrication de billes, de rouleaux, de bagues et de cages de roulements. Il est également employé dans la mise en forme à froid comme matrices de formage, cylindres de laminoirs et revêtements d’usure [14]. Sa composition chimique est donnée comme suit : 1,05%C ; 0,38%Mn ; 0,21%Si ; 0,03%P ; 0,009%S ; 0,028%Cu ; 1,41%Cr ; 0,21%Ni. À l’acquisition, la dureté de l’acier avant traitement thermique était de 285 HB. En observant les recommandations du fournisseur, une trempe à 850°C suivie d’un revenu à 220°C ont conduit à une dureté recherchée de 60HRC. Un tour de marque TOS TRENCIN, modèle SN40, d’une puissance de 6,6 kW sur broche a été utilisé pour les opérations d’usinage. Les plaquettes de coupe utilisées sont amovibles et de forme carrée avec inserts CBN en coin ayant la désignation SNGA 12 04 08 et la composition chimique (57%CBN+ 35%TiCN+ 8% autres). Le porte outil est de désignation PSBNR2525K12 avec une géométrie de la partie active matérialisée par les angles suivants: χr = 75°; α = 6°; γ = -6°; λ = -6°. Figure 1 : Dynamomètre pour la mesure des efforts de coupe Pour la mesure des trois composantes de l’effort de coupe (Fv, Fa et Fr) nous avons utilisé un dynamomètre qui se compose d’un outil équipé de capteurs piézoélectriques, d’un transmetteur qui permet l’enregistrement sélectif des trois composantes de l’effort de coupe et d’un amplificateur de mesure à 4 canaux. L’acquisition des données sur PC se fait par une interface analogique numérique Black Star I/O 2308 via un câble RS232 (figure 1). Le suivi de l’usure a été effectué à l’aide d’un microscope optique du type HUND (W-AD), équipé d’une camera CCD. Les essais sur les efforts de coupe ont été réalisés sans lubrification et dans les conditions de coupe suivantes : 0,08 ≤ f ≤ 0,24 mm/tr ; 0,1 ≤ ap ≤ 1 mm et 60 ≤ Vc≤ 350 m/min. 2. RESULTATS 2.1. Evolution des efforts de coupe en fonction des conditions de coupe a) Influence de la vitesse de coupe Les résultats présentés sur la figure 2 illustrent l’évolution des efforts de coupe en fonction des paramètres d’usinage (Vc, f, ap). La figure 2a montre qu’une augmentation de la vitesse conduit à une diminution des composantes de l’effort de coupe, ceci est dû à l’élévation de la température dans la zone de coupe qui rend le métal travaillé plus plastique et par conséquent l’effort nécessaire pour la coupe diminue. Il est à noter aussi que les vitesses employées ne favorisent pas l’apparition de l’arête rapportée. En examinant l’allure des courbes, on remarque que les efforts diminuent jusqu’à 180 m/min, au-delà de cette limite, ils se stabilisent légèrement. Cette diminution des efforts est d’autant plus marqué par les faibles vitesses de coupe. En effet, une élévation de la vitesse de 60 à 180 m/min, conduit à une diminution des trois composantes de l’effort (Fr, fa, Fv) respectivement de (18,4%, 22,3%, 23,7%). Alors qu’une augmentation de la vitesse de 180 à 280 m/min, conduit à une diminution de (11,6% ; 9,47% ; 7,18%). Les résultats montrent aussi que l’effort radial (Fr) est prépondérant par rapport aux deux autres efforts (Fv et Fa). Avec une profondeur de passe de 0,2 mm l’effort principal en tournage dur est bien l’effort radial. Ceci peut être expliqué par le travail de l’outil exclusivement avec son rayon du bec (r > ap). b) Influence de l’avance Les résultats de l’influence de l’avance sur les efforts de coupe (figure 2b), montrent une augmentation des efforts avec l’augmentation de l’avance, puisque cette dernière accroît la section du copeau cisaillée, d’où le métal résiste plus à la rupture et nécessite un effort plus grand pour l’enlèvement du copeau. On remarque que l’effort radial est prépondérant suivi par l’effort tangentiel et en dernier lieu par l’effort axial et cela pour toutes les avances testées. Les conséquences sur le plan pratique de l’influence de l’avance sur les efforts de coupe sont comme suit: L’augmentation de l’avance de 0.08 à 0.16 mm/tr, accroît les composantes de l’effort (Fr, Fa, Fv) successivement de (33%, 51%, 58%). L’augmentation uploads/Histoire/ article-b25-01.pdf