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République Algérienne Démocratique & populaire Ministère de l'Enseignement Supé

République Algérienne Démocratique & populaire Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique THÈSE Présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR de L’université de 08 Mai 1945 Guelma Spécialité : Génie Mécanique Option: Productique Présenté par MEDDOUR IKHLAS Directeur de thèse : Pr. Yallese Mohamed Athmane Devant le jury d’examen composé de : M. Lahmar Professeur - Université de Guelma - Président S. Boutabba Professeur - Université de Guelma - Examinateur H.Hamadache HAMADACHE Professeur - Université d’Annaba - Examinateur K. Bey Professeur - Université d’Annaba - Examinateur I. Amara. Professeur - Université de Constantine - Examinateur M.A. Yallese Professeur - Université de Guelma - Rapporteur PREDICTION DE LA RUGOSITE DE SURFACE, DES EFFORTS DE COUPE ET DES VIBRATIONS DE L’OUTIL EN TOURNAGE DUR PAR LES METHODES RSM ET ANN - APPLICATION AU COUPLE : AL2O3+TiC/ 100Cr6 - DEDICACES A la mémoire de mes parents qui m’ont toujours guidé vers la lumière du savoir Qu’ALLAH les accueille dans son vaste paradis A ma femme qui m’a tellement soutenu A mon cher enfant Abdeldjalil Remerciements Ce travail a été réalisé au Laboratoire de Mécanique et de Structures (LMS) du département de Génie mécanique à l’Université de 08 Mai 1945 Guelma. Sous la direction du Professeur Yallese Med Athmane. Je le remercie vivement de m’avoir fait confiance, efficacement guidé et fortement soutenu durant toute la période de la réalisation de cette thèse. Je remercie également, le Professeur M. Lahmar qui m’a fait l’honneur de présider le jury de thèse. C’est avec grand honneur que cet humble travail soit examiné par le Professeur S. Boutabba, à qui j’adresse mes sincères considérations. Aussi, je remercie les Professeurs H. Hamadache et K. Bey et I. Amara qui m’ont fait l’honneur d’examiner ce travail. J'adresse mes plus vifs remerciements à mes camarades et amis Med. Elbah et H. Aouici qui n’ont épargné aucun effort pour m’aider. Je remercie aussi mes collègues doctorants, je tient à citer O. Zerti, ainsi que tous les membres du laboratoire de Mécanique et de Structures (LMS) sans oublier les techniciens du laboratoire : Aib mimed et Madi Azziz. J’adresse mes sincères remerciements à mon cher ami K. Chouana qui m’a fortement soutenu et encouragé. Cette thèse n’aurait pu voir le jour sans l’aide et le soutien de nombreuses personnes aux quelles je voudrais simplement exprimer ici toute ma reconnaissance et ma gratitude. κΨϠϣ κΨϠϣ ϦϣϑΪϬϟ΍ ϞϤόϟ΍΍άϫ Δγ΍έΩϮϫ ΢τδϟ΍ΔϧϮθΧ ϭ ΩϮϬΟ ϊτϘϟ΍ ϭ ί΍ΰΘϫϻ΍ ΔϴϠϤϋϝϼΧ Δρ΍ήΨϟ΍ ΔΒϠμϟ΍ Ϡϟ ΫϻϮϔ ΐϠμϟ΍ ) AISI 52100 ( Ϛϴϣ΍ήϴδϟ΍Γ΍Ω΄Α ϟ΍ ΔτϠΘΨϤ . ΓΩΎϳΰϟ ΔΑϼλ ϞμΗ ϰϟ· 59 HRC ΖοήόΗ ϊτϘϟ΍ ϱέ΍ήΣΝϼόϟ . ΖϳήΟ΃ϭ ΏέΎΠΘϟ΍ ήϴϴϐΗϝϼΧϦϣ ϊτϘϟ΃Δϋήγ ϟ΃ϖϤϋϭ ϊτϘ ϭ ΔϳάϐΘϟ΍ ήτϗϒμϧϭ ΔϤϗ Γ΍ΩϷ΍ . ϚϟάΑϡΎϴϘϠϟ ϰϠϋΪϤΘϋ΃ ΍ ϢϴϤμΘϟ ΐϛήϤϟ΍ ) CCD ( ϰϠϋϱϮΘΤϳ 30 ΔΑήΠΗ . ήϳϮτΗϢΗˬϻϭ΃ ΝΫΎϤϧ ΩϮϬΟ ΢τδϟ΍ΔΑΎΠΘγ΍ΔϴΠϬϨϣϡ΍ΪΨΘγΎΑ΢τδϟ΍ΔϧϮθΧϭϊτϘϟ΍ ) RSM .( ϞϣΎϋϞϛήϴΛ΄ΗκΤϓϢΗ ϦϳΎΒΘϟ΍ ϞϴϠΤΗ ϡ΍ΪΨΘγΎΑ ΢τδϟ΍ ΔϧϮθΧϭ ϊτϘϟ΍ ΓϮϗ ΕΎϧϮϜϣ ϰϠϋ ) ANOVA ( ΢τδϟ΍ ΔΑΎΠΘγϼϟ ΔϴϧΎϴΒϟ΍ ϡϮγήϟ΍ϭ ˬ . ΔϴΛϼΛΔϴϓ΍ήϏϮΒτϟ΍ς΋΍ήΨϟ΍ϪΗΪϛ΃ϭ΢τδϟ΍ΔϧϮθΧϭϊτϘϟ΍Ε΍ϮϗϙϮϠγϦϴΑΔϗϼϋΩϮΟϭΪϳΪΤΗϢΗˬϚϟΫϰϟ·ΔϓΎοϹΎΑϭ ΔϠϐθϤϟ΍ ΡϮτδϠϟ ΩΎόΑϷ΍ . ϟ Ύπϳ΃ ΢τδϟ΍ ΔΑΎΠΘγ΍ ΔϴΠϬϨϣ ϡ΍ΪΨΘγ΍ ϢΗ ξϔΨϟ ϰϠΜϤϟ΍ ϢϴϘϟ΍ ϰϠϋ έϮΜόϠ ρϭήη ϊτϘϟ΍ ˬΎϴϧΎΛ ήϴΛ΄ΗΔγ΍έΩϢΗΪϗϭ ρϭήη ϊτϘϟ΍ Γ΍ΩϷ΍ί΍ΰΘϫ΍ϰϠϋ . ήΛΆΗϊτϗϖϤϋϭϊτϘϟ΍Δϋήγϥ΃ϦϳΎΒΘϟ΍ϞϴϠΤΗΞ΋ΎΘϧΖΘΒΛ΃Ϊϗϭ Γ΍ΩϷ΍ί΍ΰΘϫ΍ϲϓήϴΒϛϞϜθΑ . ϥ΍ϭ ΔϳάϐΘϟ΍ ϱήτϘϟ΍ϩΎΠΗϻ΍ϲϓΓ΍ΩϷ΍ί΍ΰΘϫ΍ϰϠϋξϔΨϨϣϦϜϟήϴΛ΄ΗΎϬϟ . ϲϓί΍ΰΘϫϻ΍ϝΎΧΩ΍ ϦϴδΤΗ ϰϟ· ϯΩ΃ ΢τδϟ΍ ΔϧϮθΧ ΝΫϮϤϧ . ΃ ϊτϘϟ΍ Γ΍Ω΃ Ε΍ί΍ΰΘϫ΍ϭ ΢τδϟ΍ ΔϧϮθΧ ϦϴΑ Δϗϼϋ ˯Ύθϧ· ϢΗ ˬΎπϳ . ΔϴϋΎϨτλϻ΍ΔϴΒμόϟ΍ΔϜΒθϟ΍ΔϘϳήρϰϠϋΓΪϨΘδϣϊτϘϟ΍ΓϮϗΕΎϧϮϜϣϭ΢τδϟ΍ΔϧϮθΨϟΝΫΎϤϧ˯Ύθϧ΍ϢΗˬΔϳΎϬϨϟ΍ϲϓ . ΕΎϤϠϜϟ΍ Δϴδϴ΋ήϟ΍ : Δρ΍ήΨϟ΍ ΔΒϠμϟ΍ ˬ ANOVA ˬ ΢τδϟ΍ΔϧϮθΧ ˬ ί΍ΰΘϫϻ΍ ˬ Γ΍Ω΃ϰϠΑ ΍ ˬϊτϘϟ΍ϯϮϗˬϊτϘϟ ΔϴΠϬϨϣ ΔΑΎΠΘγϻ΍΢τγ RSM ΔϴΒμόϟ΍ΕΎϜΒθϟ΍ˬ ϦϴδΤΗˬ Résumé Résumé Afin de remplacer les opérations de rectification et gagner quelques avantages, de nos jours, le tournage dur est largement appliqué dans l'industrie. Néanmoins, ce dernier (TD) ne s’est toujours pas répandu dans l’industrie Algérienne, et en particulier dans les usines de fabrication mécanique. Conscient du besoin de la bonne utilisation et de la maitrise de cette nouvelle technologie, nous avons donc réalisé cette thèse, qui s’intéresse en particulier au tournage de finition de l’acier 100Cr6 par un outil en céramique mixte, qui est une alternative économique par rapport au nitrure de bore cubique (CBN). L’originalité de cette thèse réside dans l’investigation de l’effet d’un grand nombre de paramètres et leurs interactions sur la qualité des pièces usinées en terme de rugosité de surface. Ceci a été réalisé par les techniques de la méthodologie de surface de réponse et de l’analyse de la variance, qui ont efficacement abouti à la modélisation de la rugosité de surface, des efforts de coupe et des vibrations de l’outil, et à l’établissement d’une corrélation entre ces paramètres technologiques. Présentant un intérêt industriel, aussi une optimisation multiobjectif des conditions de coupe a été faite. En plus de cela, l’intéressant dans ce travail est l’application de l’approche des réseaux de neurones artificiels dans la modélisation des paramètres technologiques. Cette technique d’intelligence artificielle a prouvé sa grande efficacité à expliquer la non-linéarité existante entre les paramètres d'entrée du processus et ceux de la sortie. Mots clés : Tournage dur • Analyse de la variance (ANOVA) • Méthodologie de surface de réponse (MSR) • Rugosité de surface • Effort de coupe • Usure • Vibration • Optimisation • Réseaux de neurones artificielles (ANN). Abstract Abstract In order to replace grinding operations and gain some advantages, nowadays, hard turning is widely applied in industry. Nevertheless, this process is still not well known in the Algerian industry. Conscious of the need of the fair use of this new technology, thus we carried out this thesis. It is interested in particular in finish hard turning of AISI 52100 steel by the mixed ceramic tool, which is an economic alternative compared to the cubic boron nitride (CBN). The originality of this work lies in the investigation of the effects of a large number of parameters and their interactions on the machined parts quality in term of surface roughness. It was done by the use of response surface methodology (RSM) and the analysis of variance (ANOVA), which resulted in the modeling of the surface roughness, the cutting forces and the tool vibration, and in the establishment of the correlation between these technological parameters. Furthermore, the multiobjectif optimization of the cutting conditions was realized. Other interesting point in this work is the application of the artificial neurons networks approach for the modeling of the technological parameters. This artificial intelligent tool proved its great effectiveness to explain the existing non-linearity between the inputs and the outputs parameters of the hard turning process. Key words: Hard turning • ANOVA • RMS • Surface roughness • Cutting force • Tool vibration • Optimization • Artificial neural network LISTE DES ABRÉVIATIONS CC650 céramique non revêtue (mixte) r rayon de bec de l’outil [mm] D angle de dépouille [degré] Fr angle de direction principale [degré] J angle de coupe [degré] O angle d’inclinaison d’arête [degré] Vc vitesse de coupe [m/min] f avance [mm/tr] ap profondeur de passe [mm] P Puissance [Kw] t temps d’usinage [min] HRC dureté Rockwell [HRC] Fx composante de l’effort de coupe dans la direction d’avance [N] Fy composante de l’effort de coupe dans la direction de pénétration [N] Fz composante de l’effort de coupe dans la direction de coupe [N] Ay amplitude d’accélération de l’outil dans la direction Y [m/s2] Az amplitude d’accélération de l’outil dans la direction Z [m/s2] Ra écart arithmétique moyen [Pm] R2 coefficient de détermination Adj R² R² ajusté Pred R² R² prédit VB usure en dépouille [mm] MSR méthodologie de surface de réponse ANOVA analyse de la variance ANN Réseau de neurones artificiels SS somme des carrés MS moyenne des carrés F Valeur de Fisher P probabilité d'obtenir du résultat par hasard D niveau de signification DL degrés de libertés Con% pourcentage de contribution [%] TD tournage dur INDEX DES FIGURES Figure I.1 Pièce qui a subit des opérations de tournage dur et de rectification sur tour moderne (EMAG VSC) [AST 10]. 18 Figure I.2 Complexité géométrique des pièces usinées en tournage dur [TRA 5]. 19 Figure I.3 Couche blanche formée lors de l’usinage de l’acier 100Cr6 [CHO 04] 20 Figure I.4 Plaquettes de céramique: alumine (blanche), alumine et Si3N4 (grise), alumine et TiC (noire). 25 Figure I.5 Revêtement multicouche d'un substrat carbure [MIT 09] 26 Figure I.6 L'usure en cratère [LIU 02] 27 Figure I.7 L'usure en dépouille [LIU 02] 27 Figure I.8 L’usure en entaille [OLI 09] 27 Figure I.9 L'usure par écaillage [LIU 02] 28 Figure I.10 Rupture brutale du bec [LIU 02] 28 Figure I.11 Mécanisme de formation de copeau (a) tournage conventionnel (b) tournage dur [NAK 88] 30 Figure I.12 Distribution de contraintes (a), et température (b) avant la propagation de la fissure lors de l’usinage de l’acier 100Cr6 (63 HRC) [ELB 96]. 30 Figure I.13 Mécanisme de refoulement de la matière [KIS 99] 31 Figure I.14 Détermination de l'épaisseur minimum [L’VO 68] 31 Figure I.15 Composantes de l'effort de coupe 32 Figure I.16 Diagrammes allongement-contrainte de l'acier 100Cr6 à l’état recuit et à l’état trempé (durci) 33 Figure I.17 Signal temporel d'une vibration aléatoire 35 Figure I.18 Décomposition en série de Fourier d’une réponse vibratoire périodique 36 Figure I.19 Transformée de Fourier pour une réponse vibratoire non périodique. 36 Figure I.20 Transformée de Fourier discrète pour une réponse vibratoire. 37 Figure uploads/Industriel/ these-de-doctorat-meddour-ikhlas-genie-mecanique-2015.pdf