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HAL Id: hal-00422385 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00422385 Submitted on 7 Oct 2009 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Analyses de diﬀicultés d’usinage pour les pièces de formes complexes : concept de viewer Laurent Tapie, Kwamiwi Mawussi To cite this version: Laurent Tapie, Kwamiwi Mawussi. Analyses de diﬀicultés d’usinage pour les pièces de formes com- plexes : concept de viewer. 5ème Assises MUGV, Jun 2008, Nantes, France. 10 p. hal-00422385 1 ANALYSES DE DIFFICULTES D’USINAGE POUR LES PIECES DE FORMES COMPLEXES : CONCEPT DE VIEWER Laurent TAPIE (1,2) Kwamivi Bernardin MAWUSSI (1,2) 1 Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée - ENS Cachan 61 avenue du Président Wilson 94235 Cachan cedex – France Tél. : 33 1 47 40 27 52 Fax : 33 1 47 40 22 20 E-mail: mailto: {laurent.tapie;bernardin.mawussi}@lurpa.ens-cachan.fr 2 IUT de Saint Denis – Université Paris 13 Place du 8 Mai 1945 93206 Saint-Denis cedex – France Résumé : L’adéquation entre la géométrie à réaliser et le processus UGV est au cœur de la démarche de préparation à l’usinage des pièces de formes complexes. Dans cet article nous proposons un outil basé sur le concept de « viewer » permettant d’intégrer les difficultés d’usinage dès l’analyse topologique du modèle CAO de la pièce. Afin d’identifier des entités d’usinage, nous proposons d’analyser le modèle CAO de la pièce à partir de critères issus des difficultés d’usinage ayant un impact direct sur l’intégrité des surfaces usinées. Nous analysons deux difficultés d’usinage directement transposables à la géométrie du modèle CAO : la position de la zone de contact outil/pièce et la pertinence d’une direction d’enchaînement de surface avec des processus d’usinage classiques. Nous introduisons le concept de « viewer » afin de construire des cartographies d’analyse de ces difficultés d’usinage. Deux types de cartographie sont associées : cartographie de contact outil/pièce, cartographie d’enchaînement de surface. Enfin, nous expliquons comment exploiter les résultats des cartographies afin d’identifier des zones d’usinage sous-tendant l’identification d’entités d’usinage sur différents outillages industriels. Mots clés : Pièce de formes complexes – CFAO – UGV – Viewer Abstract: The adequacy between the geometry to be machined and HSM is the core of freeform surface machining preparation. In this article a tool based on the concept of “viewer” allowing to integrate the machining difficulties during the topological analysis of the CAD part model is proposed. To identify machining features, we propose to analyze the CAD part model starting from criteria resulting from machining difficulties having an impact on the machined surfaces integrity. Two machining difficulties directly linked the CAD model geometry are developed: the position of the tool and part area, the relevance of a machining direction with traditional processes of machining. Then the concept of “viewer” is introduced in order to build maps of analysis of these machining difficulties. Two types of map are associated: map of contact area between tool and part, map of surface privileged direction. Last, the maps results are used in order to identify machining areas underlying the machining features identification on different industrial dies. Keywords: Freeform shaped part – CAD – CAM – HSM – Viewer concept 2 1 Préparation à l’UGV de formes complexes 1.1 Problématique L’analyse des contextes technico-économiques de l’usinage de pièces de formes complexes montre la place importante de la phase de préparation à l’usinage dans leurs gammes de fabrication [1]. Le temps de la préparation FAO est quasi équivalent au temps d’usinage. D’autre part, l’expérience du préparateur a une influence non négligeable sur la suite de l’obtention des pièces et reste à l’heure actuelle la seule base de travail du préparateur. S’ajoute à cela la nécessité de réduire les temps et coûts de production. Dans ce contexte, la démarche du préparateur doit s’adapter à des contraintes et choix économiques liés à l’évolution de son travail : complexification des modèles CAO, absence de véritables modules d’aide à la préparation UGV dans les outils de FAO et spécificité de l’usinage (UGV). L’adéquation entre la géométrie de la pièce à réaliser et le processus d’UGV doit ainsi être au cœur de la démarche du préparateur. Une mauvaise adéquation peut faire apparaître une dégradation combinée du temps d’usinage et de la qualité géométrique de la pièce. Une des principales causes de cette dégradation est l’écart entre des conditions de coupe UGV réelles et les consignes : non respect de la vitesse d’avance (importants ralentissements), variation parfois importante de l’engagement outil, non respect de la vitesse de coupe (diamètre effectif de coupe). La préparation à l’usinage doit donc permettre d’élaborer une gamme d’usinage avec des parcours limitant les écarts habituellement observés au niveau des conditions de coupe. 1.2 Concept de « viewer » Afin de répondre à la problématique précédente nous avons élaboré un outil d’aide à l’identification de zones d’usinage critiques vis-à-vis des conditions de coupe. Cette identification est basée sur un ensemble de cartographies du modèle CAO de la pièce construit selon des critères issus de difficultés d’usinage : c’est le concept de « viewer ». 2 Dégradations d’une pièce après UGV Dans cette partie, nous analysons les dégradations constatées sur une pièce après UGV afin d’en déduire les difficultés d’usinage pouvant en être la cause. Dans le cadre de cet article nous nous intéressons plus particulièrement à l’UGV de finition des pièces de formes complexes en acier de dureté élevée et en particulier les outillages de forge. 2.1 État de l’art Les travaux de El-Wardany et al. [2] mettent avant des altérations de la microstructure (microfissures induisant des criques et retassures) du matériau usiné lorsque les vitesses de coupe atteintes sont trop faibles par rapport aux vitesses de coupe spécifiées. Les travaux de Bosheh & al. [3] et de G. Poulachon [4] mettent en avant la formation d’une couche blanche au niveau de la micro structure de la surface usinée. Ce terme, devenu générique, se réfère aux couches de matériau très dur (apparaissants blanches au microscope) se formant dans certaines conditions de coupe. Cette couche blanche peut être préjudiciable à la durée de vie d’une matrice d’outillage (propagation de fissures). Ainsi, minimiser ou éliminer la couche blanche permettrait de réduire le temps et le coût de post finition. Une des observations effectuée dans le cadre de ces travaux est la réduction de l’épaisseur de la couche blanche lors de l’augmentation de la vitesse de coupe. 3 Les travaux de Mativenga & al. [5] confirment la formation d’une couche blanche lors de la finition en fraisage UGV d’acier pour outillage. 2.2 Conclusion : Influence de la vitesse de coupe Les travaux présentés ci-dessus montrent qu’il existe un lien fort entre la vitesse de coupe et les altérations microstructurales subies par les surfaces usinées : microfissures produisant criques et retassures au-dessous de la surface usinée. Plus les vitesses effectives de coupe atteintes sont faibles plus ce phénomène d’altération est prononcé. Ceci engendre une surface usinée hétérogène du point de vue du comportement thermomécanique et des variations de dureté au niveau de la surface de mise en contact de la préforme lors de la frappe dans le cas particulier des outillages de forge. Lors de la simulation du processus de forgeage ces hétérogénéités ne sont pas prises en compte. Il apparaît donc important d’éliminer autant que possible les chutes de vitesses de coupe. 3 Respect de la vitesse de coupe Les phénomènes d’endommagement étant liés au non respect de la vitesse de coupe, nous analysons dans ce paragraphe les paramètres ayant une influence sur les variations de vitesse de coupe en cours d’usinage. 3.1 Processus UGV standard Nous considérons l’usinage d’un outillage de forge dans sa phase de finition. Pour cela nous avons choisi comme ressource d’usinage une machine 3 axes associée à un outil à bout sphérique. Deux stratégies d’usinage largement utilisées dans les logiciels FAO sont analysées : stratégie « plans parallèles » et stratégie de contournage par niveau de Z (Z level). Afin d’analyser les stratégies proposées, nous nous sommes inspirés des nombreux travaux d’étude de la zone de contact outil/pièce [6] [7]. L’analyse de la stratégie « plans parallèles » (figure 1), permet de mettre en évidence les variations de la zone de contact outil/pièce, différentes d’un trajet à l’autre. Pour le trajet outil de la figure 1.a, la position de la surface de contact se situe toujours proche de la pointe de l’outil. Cette position va entraîner des problèmes d’évacuation de copeau, d’arrachement de matière et d’usure prématurée de l’outil. Néanmoins, la forme de l’aire de contact outil/pièce reste quasi constante. Pour le trajet outil de la figure 1.b, la position et la forme de la surface de contact varie de manière significative le long du uploads/Management/ assises-2008.pdf