Les procédés d'usinage induisent des phénomènes mécaniques, thermiques et physico-chimiques fortement couplés qui les rendent extrêmement complexes à modéliser et dont les paramètres énergétiques induits sont difficilement maîtrisables. Le développement par le laboratoire de dynamomètres à 6 composantes permet, à l'échelle macroscopique, la mesure de composantes d'effort alors ignorées et non modélisées. Les bilans énergétiques réalisés révèlent sans ambiguïté possible leur existence et permettent d'en évaluer l'importance. Les multiples campagnes expérimentales conduites ont montré l'influence des paramètres géométriques des outils de coupe et cinématiques des processus d'usinage. Les essais de tribologie ont montré que la génération de moment était également issue des conditions de contact entre surfaces soumises à des frottements intenses. Les observations réalisées à l'échelle microscopique de ces surfaces ont montré que les hypothèses simplificatrices généralement faites en mécanique des milieux continus ne permettent pas de décrire les états de déformations et de contraintes générées par le phénomène de coupe. Il est nécessaire d'utiliser une théorie plus riche en introduisant la notion de gradient de déformation et de couples de contraintes.

L'approche multi-échelle utilisée pour décrire les procédés est initiée par une description fine de la géométrie des outils et de la cinématique de coupe. Deux catégories de modèles sont ensuite développées :

i) les modèles basés sur de l'expérimentation. Un modèle mécanistique de fraisage dans lequel a été introduite la notion de densité de moment est directement applicable à un contexte industriel d'usinage en configuration simple. Des modèles de perçage basés sur des considérations mathématiques ont démontré que les outils de la mécanique des torseurs sont pertinents pour décrire le comportement d'un système usinant et peuvent être utilisés comme marqueur de la qualité des surfaces générées.

ii) les modèles thermomécaniques. L'approche multi-échelle choisie consiste à décrire la coupe élémentaire à l'échelle de l'arête, à partir de paramètres géométriques et cinématiques locaux. Les quantités thermomécaniques sont déterminées et ensuite intégrées à l'échelle de l'outil. Les travaux réalisés dans le domaine de la modélisation thermomécanique des procédés d'usinage ont montré la nécessité de qualifier le modèle élémentaire. Son domaine de validité conditionnera, à l'échelle du modèle global, la pertinence des résultats de simulation. La description de l'écoulement, du contact (pièce-outil-copeau), les relations entre contraintes et déformations intégrant les aspects thermomécaniques constituent les points critiques d'un modèle élémentaire thermo-physique. Les travaux réalisés en mécanique des milieux continus ouvrent la voie à de nouvelles lois de comportement et au développement de modèles beaucoup plus réalistes mais également à de nouveaux défis scientifiques.

 

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