Influence of wiper edge inserts on the surface integrity of titanium alloy parts : milling study

Le contexte des travaux présentés porte sur le fraisage en bout sur un centre d'usinage de pièces en alliage de titane Ti-6Al-4V avec des outils présentant une arête de coupe horizontale appelée communément arête de planage. L'étude porte en particulier sur l'influence de cette arête de coupe sur des caractéristiques géométriques, mécaniques et métallurgiques de la surface usinée, caractéristiques pouvant jouer un rôle dans la durée de vie de la pièce en service. L'ensemble de ces caractéristiques sera regroupé sous le terme intégrité de surface. Cette étude se découpe en deux parties. La première partie porte sur l'intégrité des surfaces en fonction des paramètres de coupe opératoires (vitesse de coupe, avance et profondeur de passe) dans un domaine d'utilisation industrielle. Cette première étude a montré des propriétés inattendues de l'arête de planage sur l'intégrité de surface. En effet, celle-ci reste quasiment stable pour tous les jeux de paramètres opératoires testés alors que la littérature montre une influence importante des paramètres de coupe lors du fraisage sur l'intégrité de surface. Cette première étude a permis d'envisager d'étendre les travaux dans un domaine plus vaste des paramètres opératoires afin d'en chercher les limites. La seconde étude a pour objectif de rechercher des paramètres maintenant acceptable l'intégrité de surface dans un domaine à très forte productivité tout en garantissant la bonne tenue de l'outil dans le temps. L'étude dans le domaine étendu a permis d'identifier deux propriétés de l'arête de planage. La première est un effet de saturation de l'outil qui lui permet de générer des intégrités de surface quasiment constantes. Les conditions propices à cet effet nécessitent un choix judicieux de l'avance par dent en rapport avec la longueur de l'arête de planage. En multipliant les passages de l'arête de planage sur une même zone usinée, la surface va subir des sollicitations mécaniques successives jusqu'à atteindre un palier de saturation qui correspond à l'intégrité de surface finale. La seconde propriété de l'arête de planage est la résilience de sa première propriété face à l'usure ou la dégradation de son arête. Le phénomène de dégradation se propage au cours du temps tout le long de l'arête et tant que la totalité de l'arête de planage n'est pas affectée par l'usure ou la dégradation, l'intégrité de surface générée sera similaire à celle d'une arête de planage neuve. Cette propriété est très intéressante pour la durée de vie des outils et le maintien de la qualité de la surface usinée même si une grande partie de l'arête est fortement dégradée. Les travaux de thèse se terminent par une comparaison des différents avantages entre les deux domaines étudiés dans le but d'un intérêt industriel et proposer d'autres domaines paramétriques pour usiner l'alliage de titane Ti-6Al-4V avec l'objectif d'utiliser des outils ayant une arête de planage dans un contexte de très forte productivité dans les opérations de finition.The context of the work presented concerns the end milling on a machining centre of Ti-6Al-4V titanium alloy parts with tools having a horizontal cutting edge commonly called the wiper edge. The study focuses in particular on the influence of this cutting edge on the geometric, mechanical and metallurgical characteristics of the machined surface, characteristics that can play a role in the service life of the part. All these characteristics will be grouped under the term surface integrity. This study is divided into two parts. The first part deals with surface integrity as a function of operating cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) in an industrial application. This first study showed unexpected properties of the wiper edge on surface integrity. Indeed, the surface integrity remains almost stable for all the sets of operating parameters tested, whereas the literature shows a significant influence of the cutting parameters during milling on the surface integrity. This first study made it possible to consider extending the work to a wider range of operating parameters in order to investigate their limits. The aim of the second study is to find parameters that maintain acceptable surface integrity in a very high productivity area while guaranteeing good tool life over time. The study in the extended domain allowed the identification of two properties of the wiper edge. The first is a saturation effect of the tool which allows it to generate almost constant surface integrities. Conditions conducive to this effect require a judicious choice of the feed rate per tooth in relation to the length of the wiper edge. By multiplying the passes of the wiper edge on the same machined area, the surface will undergo successive mechanical stresses until it reaches a saturation level which corresponds to the final surface integrity. The second property of the wiper edge is the resilience of its first property to wear or degradation of its edge. The degradation phenomenon propagates over time along the entire edge and as long as the entire wiper edge is not affected by wear or degradation, the surface integrity generated will be similar to that of a new wiper edge. This property is of great interest for tool life and maintaining the quality of the machined surface even if a large part of the edge is heavily degraded. The thesis concludes with a comparison of the different advantages between the two areas studied with the aim of industrial interest and proposing other parametric areas for machining the Ti-6Al-4V titanium alloy with the objective of using tools with a wiper edge in a context of very high productivity in finishing operations