Soutenance de thèse d’Achref Kallel en Amphi Dassault, au Département Mécanique et Conception des Systèmes, 7 Avenue Marcel Dassault, 37200 TOURS
Mots-clés : Ti6-Al4-V, Fraisage, Intégrité de surface, Fabrication additive, Simulation numérique
Résumé : Le Ti-6Al-4V est l’un des matériaux les plus largement utilisés dans le domaine aérospatial où des performances et des propriétés mécaniques élevées sont requises. Néanmoins, l’alliage Ti-6Al-4V présente une faible conductivité thermique, une résistance et une sensibilité aux vitesses de déformations élevées ce qui compliquent sa production par des procédés conventionnels. Pour maîtriser ces limites, des techniques non conventionnelles telles que les procédés de fabrication additive (FA) peuvent être mises en œuvre. Cette technique permet de produire des composants quasi-finis avec moins de gaspillage de la matière en réduisant les étapes d’usinage. Le procédé de Fusion Laser par Projection de Poudre (Laser Metal Deposition LMD) est une technologie de FA émergente qui a prouvé son unique potentiel dans la fabrication et la réparation de pièces fonctionnelles telles que les aubes de turbine. Néanmoins, les propriétés mécaniques et microstructurales des pièces FA varient fortement par rapport à celles produites par des méthodes conventionnelles ce qui peut affecter l’usinabilité du matériau. Afin d’améliorer l’usinabilité du Ti-6Al-4V produit par des procédés conventionnels et LMD, le processus de surfaçage et l’intégrité de surface des pièces usinées ont été étudiés au cours de cette étude.
Tout d’abord, les propriétés et le comportement des matériaux à différentes vitesses de déformation et conditions thermiques ont été étudiés. Les résultats ont montré que les propriétés du matériau telles que la dureté et la microstructure varient au sein de la même pièce et sont différentes par rapport au matériau issu du procédé conventionnel. De plus, l’alliage LMD présente des défauts de porosité et de fusion incomplète. Le traitement de Compression Isostatique à Chaud CIC (Hot Isostatic Pressing HIP) a ainsi été réalisé afin d’éliminer ces défauts. Il a été constaté que le traitement HIP modifiait la microstructure et les propriétés mécaniques de l’échantillon et que les défauts n’apparaissaient plus.
Deuxièmement, le procédé d’usinage a été réalisé sur les pièces conventionnelles ainsi que LMD avant (brut de fabrication) et après le traitement HIP. De plus, l’éprouvette LMD a été usinée sous différentes directions de fabrication afin d’étudier son effet. Il a été constaté que le traitement HIP réduisait les forces de coupe par rapport à l’échantillon dans l’état brut. Aucun effet significatif de la direction de fabrication sur les efforts de coupe n’a été observé. Par ailleurs, les essais d’usinage ont révélé qu’il existe une différence des résultats d’efforts de coupe et de l’intégrité de surface entre les pièces conventionnelles et LMD. Cela était lié à l’effet des propriétés du matériau et de la microstructure. En faisant varier les conditions de coupe en termes de profondeur de passe et de vitesse d’avance, il a été possible de déterminer le domaine qui donne un bon équilibre des résultats d’intégrité de surface mesurés lors de ce travail.
Troisièmement, une analyse de l’effet de la micro-géométrie de l’outil de coupe sur le procédé de la coupe a été réalisée au moyen de simulations numériques afin de réduire le nombre de paramètres et d’essais expérimentaux. Cela a permis d’identifier les principaux paramètres qui affectent les efforts de coupe, la température et les contraintes dans l’outil, qui sont des aspects importants affectant le processus de coupe et l’intégrité de la surface de la pièce. Ensuite, des outils de coupe définis ont été fabriqués et testés expérimentalement. Les résultats en termes d’intégrité de surface et d’effort de coupe ont été analysés afin d’étudier l’effet de la géométrie de l’outil sur l’usinabilité du Ti-6Al-4V conventionnel et LMD. L’évolution des efforts de coupe en fonction de la géométrie était similaire pour les deux matériaux, contrairement à l’intégrité de surface et à la morphologie des copeaux. Cela ouvre une perspective dans le développement d’une géométrie optimisée de l’outil de coupe pour chaque matériau dans le but de donner un bon équilibre entre la durée de vie de l’outil et l’intégrité de la surface.