978-606-8636-78-8 * EQUILIBRAGE DYNAMIQUE; APPORTS D’UNE MÉTROLOGIE À SIX DIMENSIONS EN PRODUCTION

Autori:  Claudiu Bîşu, Olivier Cahuc, Miron Zapciu, Alain Gerad

Anul apariţiei: 2020

Nr. pagini: 251

ISBN: 978-606-8636-78-8

Domeniu: Cercetare

Disponibilitate: La cerere (55 lei)

Citește câteva pagini;

Despre carte: Les pièces fabriquées à symétries circulaires ont toujours des défauts de répartition des masses malgré le soin apporté à leur fabrication. Leurs mises en rotation, notamment rapide, autour de leur axe de symétrie engendre des effets très néfastes en provenance des forces centrifuges. Par exemple, il est bien connu des automobilistes qu’une roue non équilibrée dynamiquement engendre des vibrations, ressenties dans le volant et dans tout le véhicule. Elles sont d’autant plus importantes que la vitesse du véhicule est élevée. Ces vibrations sont très dangereuses, peuvent détériorer certains éléments de structure et aller jusqu’à engendrer la rupture de certaines pièces, elles jouent sur la tenue de route etc. Pour y remédier il est nécessaire de placer des masses judicieusement choisies à l’opposé des balourds pour neutraliser les effets néfastes de ceux-ci en ramenant ainsi le centre de rotation de la roue sur l’axe de rotation de celle-ci. L’équilibrage dynamique des pièces tournantes consiste donc à déterminer le centre instantané de rotation de l’objet à équilibrer, puis à ramener celui-ci sur l’axe de rotation réel de la pièce tournante. L’équilibrage dynamique est un élément très important de la phase de finition de l’élaboration des objets symétriques, qui joue sur les vibrations des machines-outils, l’usure, la sécurité, le confort et surtout sur la préservation des éléments mécaniques soumis aux vibrations. Pour arriver à connaître avec toute la précision nécessaire la position et la nature (poids) du balourd, il est indispensable de posséder des outils de métrologie adaptés. Ces outils doivent pouvoir mesurer simultanément les forces et les moments (ou couples) exercés sur les pièces en rotation. Ces forces et moments sont regroupés en un seul outil mathématique appelé torseur. Ces efforts sont acquis par un dynamomètre à six composantes (Couétard 1993, 2000) qui permet d’obtenir simultanément les trois composantes des forces et les trois composantes des moments agissant dans un repère donné et en un point donné. Le concept de torseur joue un rôle central pour les développements qui suivent. Il fait l’objet d’un rappel dans la première partie : environnement mathématique. De nos jours, le procédé majeur de la fabrication d’objets ou de structures reste encore l’enlèvement de matière même s’il intervient à l’issue d’une génération de brut par fabrication additive. Cependant, dans les processus d’usinage utilisés (tournage, perçage, fraisage etc.), l’enlèvement de matière est généralement accompagné de mouvement de translation (mouvement linéaire) et de rotation (mouvement circulaire). Au travers du principe des travaux virtuels, ces mouvements de translation et de rotation sont mathématiquement parlant les éléments duaux des forces et des moments. La prise en compte de cette dualité nous conduit à ne pas nous restreindre au seul concept de force mais à prendre en compte systématiquement le concept de moment (ou de couple) dans les processus de fabrication par enlèvement de matière au travers de la notion de torseur. Dans de nombreux cas d’usinage, s’affranchir des moments conduit à négliger de 40% à 80% de la puissance mécanique et donc électrique consommée dans le processus d’enlèvement de matière selon les matériaux utilisés (Cahuc et al., 2001). Ainsi, il a été démontré que la prise en compte des forces et des moments conduit à des rendements des machines-outils tout à fait comparable à ceux des moteurs électrique traditionnels (Cahuc et al., 2001; Dargnat et al., 2008) contrairement aux idées reçues issues de la négligence des couples. Avec la considération de ces résultats, il est clair qu’une modélisation complète de l’enlèvement de matière doit tenir compte simultanément des concepts de force et de moment nécessairement concernés dans les processus de fabrication (Cahuc, 2005). En d’autres termes, une réelle modélisation tridimensionnelle de la coupe des matériaux doit nécessairement faire appel aux concepts de force et de moment, ou mieux de torseur, avec toutes les conséquences que cela impose. C’est un des objectifs de ce livre qui est basé sur des travaux de ces dernières décades avec en particulier trois exemples d’applications : le tournage (partie 1), le perçage (partie 2) et le fraisage (partie 3). Evidemment la métrologie joue un rôle fondamental pour atteindre le but d’une modélisation de la coupe tri-dimensionelle. Aussi, un large espace est réservé aux efforts (torseur) de coupe. Ceux-ci sont acquis par un dynamomètre à six composantes qui nous permet d’obtenir simultanément les trois composantes des forces et les trois composantes des moments (couples) agissant dans un repère donné et en un point donné. Le concept de torseur joue un rôle central pour les développements qui suivent. Les translations et les rotations sont mesurées par la même voie. Dans le cas du tournage, en particulier, une excellente corrélation est établie entre les efforts (forces et moments) et les déplacements (translations et rotations). Ce livre est structuré en quatre éléments indépendants. Chacun a sa propre nomenclature. Le premier présente l’environnement mathématique, les outils et les notations utilisés dans la suite de l’ouvrage. L’analyse vectorielle et le concept de torseur y sont rappelés. Aussi, le lecteur familiarisé avec ces concepts peut se rendre directement à la première partie (équilibrage dynamique, tournage). Dans celle-ci, le chapitre 4 rapporte la caractérisation statique d’un tour. Le concept de torseur apparaît avec les petits déplacements de translation et de rotation qui conduisent aux définitions de centres de raideur et de rotation. Les aspects de caractérisation dynamique (équilibrage dynamique) des machines-outils sont traités au chapitre 5. Il est donné un certain nombre de recommandations pour avoir le meilleur contrôle du processus de coupe. La mesure complète du torseur des déplacements de l’outil de coupe est l’objectif du 6ème chapitre. Il est établi, qu’en tournage, l’outil a “en moyenne” une trajectoire localisée dans un plan incliné par rapport aux axes de la machine. Une corrélation apparaît entre le centre de raideur et l’ellipse attachée aux déplacements du sommet de l’outil. Cette ellipse est plus ou moins applatie en fonction du taux des vibrations engendrées par le processus d’usinage. Ainsi, le petit axe de l’ellipse des déplacements est caractéristique du taux des déplacements; c’est un paramètre potentiel de la qualité de surface de la partie usinée. Le chapitre 7 montre la mesure des forces et des moments de coupe. Le concept de moment conduit à de nombreux résultats nouveaux. Le lien est effectué avec le torseur des déplacements. Une étude méticuleuse du torseur des efforts est réalisée. Pour les séries de tests effectuées, l’examen du moment des efforts sur l’axe central montre un lien entre l’évolution de certaines composantes des moments et la direction d’éjection des copeaux par exemple. La deuxième partie relative à l’étude du perçage est divisée essentiellement en trois étapes distinctes et complémentaires pour modéliser les phénomènes physiques induits par le processus de perçage. La première étape (chapitre 11) consiste à décrire des paramètres géométriques réels en fonction des paramètres de rectification de l’outil. Tout en s’appuyant sur la modélisation de la géométrie, le modèle expérimental de découpe permet d’identifier les actions mécaniques de coupe le long du bord du forêt (chapitre 12). Enfin au chapitre 13, l’aspect phénoménologique du procédé associe les paramètres de coupe à la qualité finale de la surface des trous percés. La dernière partie consacrée à l’étude du perçage est constituée de deux étapes principales. La première (chapitre 18) a pour objectif de déterminer et de vérifier les conditions de coupe les plus influentes sur les forces de coupe et les paramètres géométriques associés. Les divers dispositifs pour la mesure des actions mécaniques débouchent sur un nouveau dynamomètre à six composantes adapté aux exigences requises. La seconde partie (chapitre 19) décrit la démarche utilisée afin de développer un modèle expérimental du torseur d’actions mécaniques. De nouveaux critères énergétiques sont introduits au travers des densités des moments de coupe. Enfin, les résultats sont exposés et fournissent un modèle du moment de coupe avant de conclure. Genèse-Remerciements. Les résultats exquisés ci-dessus reposent essentiellement sur la métrologie des torseurs développée par Yves Couétard2 . L’ensemble des apports scientifiques que nous relatons sont en grande partie le fruit d’une intense collaboration entre l’Université de Bordeaux (UB) et l’Université Polytechnique de Bucarest (UPB) issue d’un programme pédagogique3 . Ce programme pédagogique s’est naturellement prolongé en une coopération de recherche entre UB et UPB. L’un des résultats tangibles de cette collaboration est la thèse réalisée en cotutelle par l’un des auteurs (C. B.) appuyée par un travail d’équipe des auteurs et des professeurs Philippe Darnis, Raynald Laheurte et Jean-Yves K’nevez qui ont eux aussi participé à l’encadrement des thèses de Sylvain Laporte et Gaëtan Albert. Les auteurs adressent leurs très chaleureux remerciements à toutes ces personnalités pour leur amicale et intense collaboration..