Le procédé de brochage est aujourd’hui, et depuis plus de cinquante ans, le procédé le plus utilisé par les motoristes aéronautiques pour usiner les alvéoles pied de sapin des disques de turbine. Les travaux présentés dans cette thèse visent à améliorer la compréhension du procédé de brochage dans le but d’améliorer la performance de ce procédé. Ils sont décomposés en quatre étapes, une étude sur la coupe de l’Udimet 720®, la modélisation des broches pied de sapin et des efforts de coupe, une étude expérimentale du brochage des alvéoles pied de sapin et finalement une proposition de surveillance de ce procédé. Une étude de la coupe en brochage de l’Udimet 720® est réalisée pour pallier le manque d’études actuel sur ce superalliage et développer des lois de coupe pour la simulation des efforts. La simulation permet d’associer à chaque partie discrétisée de chaque dent de la broche des efforts spécifiques en fonction des différents paramètres d’usinage. Les essais de brochage d’alvéole pied de sapin instrumentés ont servi à vérifier la pertinence de la simulation et à proposer, à partir de cette dernière, des choix de conception visant à améliorer la performance du procédé. La surveillance en usinage propose une stratégie visant à détecter différentes anomalies d’usinage pour limiter le risque de rebut de pièces à fortes valeurs ajoutées. / From more than fifty years ago, the broaching process is what the aeronautic engine manufacturers use the most to machine turbine disc fir-tree slots. The aim of this thesis is to improve the understanding of the broaching process in order to optimize the efficiency of this process. This study is divided into four steps: a study of Udimet 720® machinability, the modelization of fir-tree slot broaches and of cutting forces, an experimental study of fir-tree slots broaching and finally, a proposed method of process monitoring. A study of Udimet 720® machinability is made to fill the lack of current studies about this superalloy and to develop cutting forces model for the modelization of the broaching process. Modelization allows the association of specific forces to each discretized broach tooth according to various machining parameters. Fir tree slots broaching trials were used to check the accuracy of modelization and to suggest, according to the latter, conception choices aiming at improving the efficiency of the process. Process monitoring, in the broaching field, offers a strategy which purpose is to detect various machining disturbances and to limit the risk of rejected parts with high added value.

La thèse concerne l’usinage à 5 axes de formes complexes. Le but est d’estimer le plus précisément possible les efforts induits par la coupe pour ajuster la vitesse d’avance et gagner en performance. Pour cela, il est nécessaire d’estimer les engagements radial et axial de la fraise à chaque instant. Ce calcul est rendu particulièrement complexe à cause de la forme de la pièce, de la forme du brut et de la complexité de la géométrie de l’outil. Les méthodes usuelles par Zbuffer sont particulièrement couteuses en temps de calcul. Dans ces travaux nous proposons une méthode de calcul rapide à partir d’une modélisation du contact dans toutes les situations envisageables. Différentes simulations et expérimentations ont permis de valider la précision expérimentalement. / This study presents a simple method to define the Cutter Workpiece Engagement (CWE) during sculptured surface machining in five-axis milling. The instantaneous CWE was defined by determining two engagement points, lowermost engagement (LE)-point and uppermost engagement (UE)-point. LE-point was calculated using a method called grazing method. Meanwhile the UE-point was calculated using a combination of discretization and analytical method. During rough milling and semi-finish milling, the workpiece surface was represented by vertical vector. The method called Toroidal–boundary was employed to obtain the UE-point when it was located on cutting tool at toroidal side. On the other hand, the method called Cylindrical-boundary was used to calculate the UE-point for flat-end cutter and cylindrical side of toroidal cutter. For a free-form workpiece surface, a hybrid method, which is a combination of analytical method and discrete method, was used. All the CWE models proposed in this study were verified and the results proved that the proposed method were accurate. The efficiency of the proposed model in generating CWE was also compared with Z-mapping method. The result confirmed that the proposed model was more efficient in term of computational time. The CWE model was also applied for supporting the method to predict cutting forces. The test results showed that the predicted cutting force has a good agreement with the cutting force generated from the experimental work.