usinage de haute precision

Matériaux & Surfaces, Mécanique et Morphologie des surfaces, 2010
Ref : A_3_1_2_2010_PR_01
USINAGE DE HAUTE PRECISION
Objectif : Caractériser la topographie de surface obtenue par usinage de haute précision d’aciers durs pour roulements.
Etat de l’art et originalité : Le comportement fonctionnel des pièces usinées tels que les roulements dépend
considérablement de leur intégrité de surface qui est sensiblement influencée par le procédé d’usinage. La valeur de la
topographie des surfaces obtenues en tournage dur de haute précision (TDHP) est un critère important pour évaluer leur
intégrité. Pour caractériser cette topographie de surface, plusieurs techniques de mesure basées sur différents principes
physiques existent et est donc nécessaire de choisir la technique optimale. De plus, le choix d’un paramètre de rugosité
pertinent qui caractérise le mieux la surface en relation avec la fonctionnalité (qualité otique, usure par exemple) de
surface demeure délicat.
Lr (%)
Méthodes et Résultats : Pour caractériser la topographie de 2 types de surface, trois instruments de mesures différents
(profilomètre tactile (SP), microscope interférométrique (SWLI) et microscopie à force atomique (AFM)) ont été
utilisés. Les résultats montrent que dans le cas de surfaces de très faible rugosité, par exemple en aluminium, l’AFM et
le SP présentent une bonne cohérence : Ra=9 nm pour différentes fréquences de coupure, 100 µm pour le SP et 50 µm
pour l’AFM. Tandis que la valeur de Ra évaluée par le MI est légèrement inférieure à celle obtenue par l’AFM et le SP :
Ra=7 nm pour une longueur d’évaluation égale à 100 µm. Cette légère sous évaluation est due à un effet
“d’adoucissement“ lié à l’interférométrie optique. Dans le cas de surfaces en acier dur 100Cr6, de rugosité moyenne,
l’AFM et le SP présentent une bonne cohérence : Ra=120 nm pour une longueur d’évaluation égale à 10 µm, tandis que
la valeur de Ra évaluée par le MI est plus élevée : Ra=190 nm pour une longueur d’évaluation égale à 10 µm ; cette
surévaluation est due à la sensibilité du mode de mesure FDA pour les pentes élevées des aspérités.
100.60
Par ailleurs, la pertinence des paramètres de
rugosité est quantitativement déterminée par une
100.55
méthode originale en combinant l'analyse de la
100.50
variance (ANOVA), l’analyse discriminante et la
méthode de bootstrap, appliquée sur 8 surfaces en acier
100.45
dur obtenues en faisant varier les paramètres de coupe
100.40
(vitesse de coupe, avance et profondeur de passe) dans
f (µm/rev )
Vc (m/mn)
ap (µm)
50
210
5
100.35
le cadre d’un plan d’expérience. Le couple de
100
210
5
50
260
5
paramètres de rugosité (Lr, λa) est celui qui discrimine
100.30
100
260
5
50
210
10
le mieux les effets des paramètres de coupe et ce sont
100
210
10
100.25
50
260
10
également des paramètres qui présentent une faible
100
260
10
100.20
corrélation. Une valeur optimale de rugosité est
5
10
15
20
25
30
35
40
45
obtenue pour une faible valeur de Ra et Lr c’est-à-dire
λa (µm)
à une profondeur de passe de 5 µm, une avance de 100
Figure
1
:
Mesures
de
la
rugosité par le couple (Lr, la) :
µm/tr et une vitesse de coupe de 260 m/min.
les résultats des différents échantillons sont bien
discriminés sans être corrélés.
Perspective(s) : utilisation de l’analyse discriminante sur des surfaces de rugosité comparables, mais issues de procédés
différents : tournage de haute précision, polissage, rectification, toilage, ….
Personne(s) impliquée(s) : P. Revel, N. Jouini, M. Bigerelle , et P-E. Mazeran, (Roberval, Compiègne)
Mots Clefs : Usinage Haute précision, Tournage dur, Rugosité, Métrologie, Analyse multi-échelle
Publication(s) Significative(s) :
[1] Jouini, N., Gautier, A., Revel, P., Mazeran, P-E. and Bigerelle, M. (2009) ‘Multi-scale analysis of high precision
surfaces by Stylus Profiler, Scanning White-Light Interferometry and Atomic Force Microscopy’, International. Journal
of Surface Science and Engineering, Vol. 3, No. 4, pp.310–327.
[2] Jouini, N., Revel, P. and Bigerelle, M. (2010) ‘Relevant roughness parameters of precision hard turning surfaces’
Proceedings of 4th CIRP International Conference on High Performance Cutting, Japan 2010.
[3] Jouini, N., Revel, P. and Bigerelle, M. (2010) ‘Analyse multi-critères de surfaces obtenues par tournage dur de haute
précision’, 22èmes Journées Internationales et Francophones de Tribologie Modélisation du contact et de l'usure, Albi.
[4] P. Revel, N. Jouini, A. Gautier, M. Bigerelle ‘classification multi-échelle de surfaces obtenus par usinage de haute
précision’, JIFT’09, Compiègne, France.
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