USINAGE 5 AXES DE SURFACES GAUCHES CARACTÉRISÉES PAR UN CRITÈRE D'ÉTAT DE SURFACE ADAPTATIF.

The scope of activities of the three laboratories, IRCCyN, IRENav, IFMA, where this study was carried out, are linked with both manufacturing and hydrodynamics. The work of the Allocation couplée thesis therefore aims at enhancing the production process for marine propellers. Some of the geometrical specifications initially stated during the design phase definitely lose their functional character when they are translated into parameters linked to the machine-tool during the definition of the manufacturing strategy. This work proposes an alternative to polishing by reinforcing the functional links between the propeller properties and the geometrical parameters linked to milling operations. The first part is dedicated to the study of both the design and the manufacturing phases as well as the ageing cycle of marine propellers. Machining trajectories are commonly obtained thanks to a post-processing of the numerical model. By converting the tool trajectories directly from the hydrodynamic laws the functional particularities of the propeller can be answered. Multi-physical criteria are thus considered for the roughness specifications, for the support of the trajectories and for the choice of all the contributors of a generic machining process. In a second part, a new structure for the different activities is proposed. The new relations between the functional, the digital and the physical domains take into account the functional constraints and lead to a new concept of milling path-planning. Streak lines, considered as the hydrodynamic signature of the propeller, are suggested as a support for the tool trajectories. The hydrodynamic data complexity on the one hand and the propeller geometry on the other hand require the development of a new strategy for machining path planning. Based on the Bézier formalism, the interpolation algorithms thus lead to continuous trajectories at leading edge which is an indispensable functional constraint. Furthermore, these trajectories are exploitable in the machining process. Leading edge crossing requires careful attention because of the cavitation risk that can propagate to the whole blade. In this particular zone, the functional data are not sufficient and thanks to the multi-skills approach, they are compensated by both geometrical and kinematic constraints linked with the propeller and the milling centre. The trajectory having been determined, an analysis of its hydrodynamic pertinence is performed. A division of different zones on the blade is defined where the application of the method can be considered as relevant. The propeller of the French Navy Patrouilleur P400 has been kept as the case studied. An experimental study is carried out to analyse the effects of oriented milling grooves on the flow behaviour at the close vicinity of the blade. A blade that is milled thanks to the proposed strategy is compared to a mirror polished one that is considered as the standard one. A different fluid and a rapid camera are used to complete the mission and to observe the modifications of the behaviour due to the oriented roughness. The results, based on image processing, are detailed and analysed to conclude on the benefits of the method in terms of cost and machining time.Ce travail, réalisé dans le cadre d'une thèse Allocation Couplée et un contexte inter-laboratoires fort : IRCCyN – IRENav – IFMA offrant de multiples ressources en productique et en hydrodynamique, vise à améliorer le processus de réalisation des hélices marines. Certaines des spécifications géométriques établies durant la conception perdent définitivement, lors de l'étape de définition de la stratégie de fabrication en finition, leur caractère fonctionnel au travers de leur traduction en paramètres liés à la machine d'usinage. Cette étude vise à proposer une alternative au polissage en renforçant les liens fonctionnels entre les propriétés de l'hélice et les paramètres géométriques des opérations de fraisage. La première partie du travail est consacrée à l'étude du processus de conception et de réalisation ainsi qu'au cycle de vieillissement des hélices marines. Les trajectoires d'usinage sont généralement obtenues par post-traitement du modèle numérique créé en C.A.O. ; passer directement des lois hydrodynamiques au trajet outil permet de mieux répondre aux exigences fonctionnelles des propulseurs marins. Ainsi des critères multiphysiques doivent être à la source de la spécification de l'état de surface, du format d'interpolation support des trajectoires et, dans le cadre d'une approche générique du processus d'usinage, du choix de l'ensemble des intervenants du processus de réalisation des hélices. Dans un second temps les relations entre les différentes activités du processus de fabrication des hélices sont restructurées et de nouvelles liaisons sont proposées entre les domaines dits « fonctionnel », « virtuel » et « physique » pour prendre en compte des contraintes fonctionnelles et ainsi aboutir à la mise en place d'un nouveau concept de génération de trajectoires d'usinage. Les lignes de frottements, signature hydrodynamique de l'hélice, sont suggérées pour supporter les trajectoires d'usinage. La complexité de ces données d'une part et celle de la géométrie hélice d'autre part nécessitent le développement d'une nouvelle stratégie de génération de trajectoires d'usinage. Ainsi, basés sur le formalisme de Bézier, des algorithmes d'interpolation sont proposés pour aboutir à des trajectoires continues au bord d'attaque, contrainte fonctionnelle incontournable et, chose essentielle, exploitables en usinage. Le passage par le bord d'attaque, lieu où la cavitation ne doit pas apparaître sous peine de se propager à l'ensemble de la pale, est l'objet de toutes les attentions. Les contraintes fonctionnelles insuffisantes en cet endroit sont, dans le cadre d'une approche multimétier, suppléées par des contraintes géométriques et des contraintes liées à la cinématique du centre d'usinage. Le trajet outil étant déterminé, une analyse de sa pertinence hydrodynamique est menée ; un découpage de la pale en zones d'application pertinente de la méthode est défini. Suite à cela, un modèle d'hélice de patrouilleur P400 de la Marine nationale est retenu comme cas d'étude. A partir de celui-ci, une étude expérimentale en bassin est mise en place en vue d'analyser, par comparaison avec une pale d'hélice étalon polie miroir, les effets de stries d'usinage orientées sur le comportement du fluide au voisinage d'une pale usinée selon la stratégie développée. Un fluide différent de celui d'évolution et une caméra rapide sont utilisés pour observer les modifications de comportement du fluide dues à l'état de surface dirigé. Les résultats de la campagne d'essais, qui reposent sur les techniques de traitement d'images, sont détaillés et analysés pour conclure sur les apports de la méthode en terme de coût et de temps de fabrication