Mit dem Wälzschälen hat in den vergangenen Jahren ein viel versprechendes Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen Einzug in die Produktionstechnik gehalten. Die Technologie ist nach derzeitigem Stand der Technik gekennzeichnet durch Mehrschnittstrategien mit mehreren radialen Zustellungen bis zur vollen Ausformung der Verzahnung. Dabei werden in der Regel alle Achs- Einstellungen wie Achskreuzwinkel und Spanflächenversatz aus dem finalen Schnitt abgeleitet, welcher Auslegungsgrundlage für Werkzeug und Technologie darstellt. Dadurch herrschen in den vorgelagerten Schnitten keine optimalen Bedingungen, insbesondere im Hinblick auf die sich einstellenden effektiven Freiwinkel. In der vorliegenden Arbeit werden Ansätze zur verbesserten Auslegung von Mehrschnittstrategien beim Wälzschälen vorgestellt. Die Untersuchungen werden anhand eines mathematisches Prozessmodells und mit Hilfe experimenteller Versuchsreihen durchgeführt. Im Rahmen einer Prozessanalyse werden theoretische und praktische Ergebnisse miteinander korreliert sowie systematische Zusammenhänge zwischen technologischen Stellgrößen und Prozesseigenschaften aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Richtlinien zur Auslegung von Mehrschnittstrategien vorgestellt. Dabei wird durch Individualisierung der technologischen Einstellparameter eine Erhöhung des Werkzeugstandwegs bei gleichzeitiger Reduzierung der Fertigungszeit hergeleitet und stichprobenartig experimentell nachgewiesen.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 3 Konkretisierung der Aufgabenstellung 4 Entwicklung des Berechnungsmodells 5 Experimentelle Untersuchungen 6 Prozessanalyse 7 Auslegung von Mehrschnittstrategien

Le processus de rétro-conception (RC), dans la littérature, permet de retrouver un modèle CAO pauvrement paramétré, les modifications sont difficilement réalisables. C’est à partir de ce dernier et d’un logiciel FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) qu’une gamme de fabrication est générée. Cette thèse propose une méthodologie de RC de composants mécaniques dans un contexte de fabrication, nommée « Reverse Engineering For Manufacturing ». Une gamme de fabrication incluant les informations de type opérations d’usinage, posages, phases… est obtenue. Une fois cette gamme générée, elle sera stockée afin d’être réutilisée sur des cas similaires. L’intégration des contraintes métier dans le processus de RC fait penser aux concepts de Design For Manufacturing (DFM) et Knowledge Based Engineering (KBE). La réutilisation de stratégies d’usinage afin de supporter le contexte récurrent fait penser aux travaux sur le « Shape Matching ». En effet, des travaux sur les descripteurs topologiques permettent de reconnaitre, après numérisation, la nature d’une pièce et ainsi appliquer une stratégie d’usinage existante. Cette thèse propose donc un rapprochement entre deux domaines de recherches: la reconnaissance de formes (Shape Matching) et les méthodologies de gestion des données techniques (DFM et KBE). Cette thèse vise à proposer une nouvelle approche de RC dans un contexte d’usinage, et à développer un démonstrateur de RC qui permet de gérer les aspects récurrents de la RC en réutilisant des cas d’études connus / Reverse Engineering (RE) process, in the literature, allows to find a poorly parametrized CAD model, the changes are very difficult. It is from this CAD model and a CAM (Computer Aided Manufacturing) software that a CAPP (Computer Aided Process Planning) model is generated. This thesis proposes a RE methodology of mechanical components in a manufacturing context, called “Reverse Engineering For Manufacturing”. A CAPP model including information like machining operations, fixtures, steps… is obtained. Once this CAPP generated, it will be stored for reuse in similar cases.The integration of design intents in the RE process requires the use of Design For Manufacturing (DFM) and Knowledge Based Engineering (KBE) concepts. The reuse of machining strategies to support the recurrent context requires the use of Shape Matching works. Indeed, works on topological descriptors allow to recognize, after scanning, the nature of a part and thus apply an existing machining strategy. This thesis proposes to combine two research domains: Shape Matching and technical data management methodologies (DFM and KBE). This thesis aims to propose a new RE approach in a machine context, and to develop a RE viewer for managing recurrent aspects of RE by reusing known case studies

Le galetage est une opération de finition et de traitement mécanique de surface, particulièrement utilisée dans le secteur du décolletage. Afin de valoriser pleinement l'opération, les industriels ont besoin d'estimer les caractéristiques des pièces traitées; il s'agit de la rugosité, de la dureté superficielle et de la distribution des contraintes résiduelles. Pour répondre à cette problématique, différentes modélisations ont été construites par le passé. Les deux plus abouties s'appuient principalement sur l'hypothèse d'équivalence entre la sollicitation de galetage et la sollicitation d'indentation. Dans ce rapport, une nouvelle approche de la modélisation de l'opération de galetage est proposée. Elle repose sur une étude fine des phénomènes physiques mis en jeu par la sollicitation de galetage. Dans un premier temps, le problème mécanique posé par la modélisation de l'opération de galetage est résolu sous l'hypothèse de comportement purement élastique. Dans ce cas, l'équivalence entre la sollicitation de galetage et la sollicitation d'indentation est bien re-démontrée. Dans un second temps, l'effet de la plasticité sur cette équivalence est étudié. Un phénomène de formation et écoulement de bourrelet, particulièrement influent sur la sollicitation de galetage, est alors mis en évidence. Ce constat invalide totalement l'hypothèse d'équivalence galetage - indentation formulée précédemment. Ainsi, il est démontré que pour modéliser fidèlement les phénomènes induits par l'opération, il est indispensable de considérer le contact roulant libre du galet sur un solide en trois dimensions. En tirant partie de cette étude, une nouvelle méthode de modélisation de l'opération de galetage par la technique des Éléments Finis est alors proposée. Une attention particulière est portée sur la définition d'une méthode de caractérisation mécanique préalable du matériau, notamment adaptée à la problématique par l'utilisation d'un essai de compression spécifique. En ce qui concerne l'état géométrique de la surface, les résultats numériques sont en bon accord avec les mesures expérimentales. De plus, pour les grandeurs mécaniques (dureté superficielle et contraintes résiduelles), une correspondance qualitative est obtenue. Finalement, il apparaît que ce modèle apporte une contribution notable à la compréhension de l'opération, ouvrant la voie à une modélisation plus fidèle. / Roller burnishing is a cost effective surface enhancement process. To value this process, industry needs a tool to estimate the roughness, the hardness and the residual stress distribution of a burnished workpiece. To achieve this goal, different models have been built in the past. The two most comprehensive are based on the hypothesis of equivalence between normal contact and rolling contact. In this study, a new approach of the modeling of roller burnishing is proposed. For this, physical phenomena that occur around the contact area have been precisely studied. Firstly, the mechanical problem that is posed is solved analytically assuming a perfectly elastic behavior. In this case, equivalence between normal contact and rolling contact is proved. Secondly, the effect of plasticity on that result is studied. A phenomenon of accumulation and flow of material, which effect appears to be particularly important on the mechanical and geometrical characteristics of the burnished surface is highlighted. This observation imposes to reject the hypothesis of equivalence between normal contact and rolling contact. Consequently, it is conclude that any model can't be reliable until it considers the rolling contact of the roller on the workpiece. On this basis, a new finite element model of roller burnishing is established. Finally, numerical results are compared to experimental measurements. Concerning geometrical state, a quantitatively good correlation is observed while a qualitatively agreement is obtained for the two mechanical indicators. It can be concluded that this new EF model give a better understanding of the mechanics of roller burnishing process and will give the opportunity to improve parameters process or to adapt parameters according to the wished mechanical and geometrical characteristics of the workpiece.

Ce travail s'inscrit dans une stratégie d'investigation expérimentale et numérique des mécanismes d'enlèvement de la matière lors de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V. Il aborde un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir la thermique et la mécanique aux petites échelles (micrométrique). Le manque de moyens de mesure dédié à ces échelles de temps et de l'espace (phénomènes rapides et très locaux) ne permet pas, à ce jour, d'appréhender précisément les phénomènes thermomécaniques mis en jeu pendant la formation de copeau. De ce fait, un dispositif spécifique, appelé VISIR, répondant à cette problématique a été mis en place. La partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes d'enlèvement de la matière. Elle a notamment permis de mettre en évidence l'évolution de grandeurs mécaniques et thermiques durant la formation des festons mais surtout le couplage entre la température et la vitesse de déformation. Basée sur les constatations expérimentales, une étude du comportement thermomécanique de cet alliage a été mis en place. Des essais en cisaillement dynamique à travers des éprouvettes chapeau ont permis d'identifier par méthode inverse une nouvelle loi de comportement couplée en température et en vitesse de déformation. De plus, une étude de l'endommagement s'est appuyée sur l'identification et l'évaluation de huit critères communément utilisés dans le domaine de mise en forme a permis de proposer une nouvelle loi, inspirée du critère de Tresca, couplée au comportement. L'intégralité de ces formulations couplée à un modèle de frottement Stick-Slip ont enfin été implémentés dans un modèle EF 3D. La confrontation expérimentale/numérique en termes de grandeurs mécaniques et thermiques a révélé la robustesse et l'aspect prédictif du modèle EF développé. Enfin, les résultats de cette étude ont permis de développer une discussion détaillée sur les mécanismes d'enlèvement de la matière et plus particulièrement les complexes trajet des fissurations. / This work develops an experimental and numerical strategy in order to investigate material removal of titanium alloy Ti-6Al-4V during machining process. It therefore intends to tackle a complex and strongly coupled problem, involving thermal and mechanical aspects at small scales (micrometric). The lack of measuring means dedicated to such scales in terms of time and space (rapid and strongly local phenomena) does not allow yet to precisely apprehend the thermomechanical phenomena involved during the chip formation. As a result, a specific device, called VISIR, that addresses this issue has been set-up. The experimental aspect of this work has therefore been oriented towards a more precise understanding of the material removal mechanisms. It allowed to observe the evolution of mechanical and thermal quantities during the chip formation and more precisely the strong coupling between the temperature and the strain rate. Based on these experimental insights, the thermomechanical behavior of this alloy has been studied through dynamic shear tests using hat-shaped specimens. It allowed to identify through inverse method a new constitutive equation coupled in temperature and strain rate. In addition, a study on damage is conducted. It is based on the identification and the evaluation of eight criteria commonly used in the material forming process. This leads to proposing a new damage equation, inspired from the Tresca criterion and coupled to material plastic behavior. All of these formulations along with a Stick-Slip friction model have finally been implemented in a 3D FE orthogonal cutting model. Experimental/numerical comparison in terms of mechanical and thermal quantities revealed the robustness and predictive aspect of the developed FE model. Finally, the results of this study allowed to develop a detailed discussion on the material removal mechanisms and more particularly the complexe cracks paths.