CFM 2019

Utilisation de l'approche CEL pour la simulation numérique du micro-usinage d'un matériau en cuivre
Chokri Boubakri  1, *@  , Cyprien Wolff  2, *@  , Mohammed Nouari  2@  , Abdelhadi Moufki  3@  , Laurent Dubar  4@  , Michel Watremez  4@  , Cedric Hubert  4@  
1 : Laboratoire d'automatique et de mécanique industrielles et humaines  (LAMIH)
Université Polytechnique des Hauts-De-France, Institut Mines Telecom (IMT), Institut Supérieur d'Ingénierie de la Conception
2 : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux  (LEM3)
Université de Lorraine - LEM3 (UMR7239), Institut Supérieur d'Ingénierie de la Conception
3 : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux  (LEM3)
Université de Lorraine - LEM3 (UMR7239)
4 : Laboratoire d'automatique et de mécanique industrielles et humaines  (LAMIH)
CNRS : UMR8201, Université Polytechnique des Hauts-De-France
* : Auteur correspondant

Le nombre de microsystèmes comme par exemple les micro-capteurs dans le domaine de l'électronique sont en pleine expansion. La fabrication de tels systèmes nécessitent des procédés adaptés comme le micro-usinage. Dans ces procédés, les outils de coupe ont une taille d'environ 50µm et sont très sensible durant l'usinage à la microstructure. En effet, certains auteurs ont observé sur la coupe orthogonale d'un monocristal de cuivre une fluctuation des efforts de coupe quasi-périodique induite par le changement d'orientation cristallographique contrôlé par la rotation de l'échantillon. Les grandeurs physiques comme l'effort de coupe ou la température influençant la durée de vie de l'outil sont difficiles à mesurer à cette échelle. C'est pourquoi certains chercheurs s'orientent vers la simulation numérique par élément finis qui permet d'estimer la distribution et l'évolution de ces grandeurs physiques. Différentes stratégies ont été menées dans la littérature. Certaines utilisent un modèle de plasticité cristalline pour simuler la coupe orthogonale d'un polycristal de titane représentée par un maillage lagrangien. Cette approche combine également un modèle d'endommagement pour former le copeau. Comme toute simulation par éléments finis de l'usinage réalisée avec un maillage lagrangien, la distorsion des éléments est problématique car elle peut conduire à l'arrêt du calcul. Il existe cependant des solutions alternatives pour limiter ce problème comme par exemple l'approche ALE (Adaptative Lagrangian Eulerian). Il est possible avec cette approche d'imposer des conditions aux limites eulériennes pour simuler « l'écoulement de la matière » à travers le maillage. Des chercheurs l'ont utilisé pour modéliser le micro-usinage avec un modèle de plasticité cristalline. Le copeau se forme par des déformations plastiques sévères. Cependant, la surface libre du matériau à usiner, représentée par une frontière « mixte » (lagrangien-eulérien), déforme le maillage et peut conduire à des distorsions. Une approche originale élimine complètement ces distorsions et utilise un maillage eulérien pour représenter « l'écoulement » de matière à usiner et un maillage lagrangien pour l'outil. Cette approche nommée CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) est disponible dans le code ABAQUS. Néanmoins, la technique CEL n'a pas encore été appliquée avec un modèle de plasticité cristalline pour simuler le micro usinage. Le but ce travail est l'utilisation de l'approche CEL pour simuler le micro-usinage d'un matériau en cuivre dans diverses conditions afin d'évaluer l'influence de la microstructure sur les efforts de coupe et de la température sur l'outil et d'analyser la microstructure générée dans le copeau sans être gênée par la distorsion d'éléments. Un modèle de plasticité cristalline combiné à un modèle MTS (Mechanical Threshold Stress) pour décrire le comportement du cuivre a été implémenté dans une subroutine VUMAT.


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