Aluminium applications in automotive will increase by 25 % over the next decade, mainly driven by the electrification and the reduction of fuel consumption. This diploma work aims to increase the understanding of the chemical interactions between aluminium alloys and typical tool systems in metal cutting. First the temperature at the tool-chip interface was estimated by FEM simulations, using the software AdvantEdge. Thereafter the chemical interaction of the tool-chip interface was calculated at the simulated temperature using the Thermo-Calc software. The thermodynamic data and descriptions of the multicomponent systems used where found in the literature, assessed by other authors, but critically reviewed for the use in this work. The results of the FEM simulations indicate that the temperature for machining aluminium with PCD and cemented carbide is between 60-80 % of the melting temperature of Al7wt %Si alloy. The calculations of the chemical interaction in turn results in that several hard precipitates can stick to or transform on the surface of the workpiece or tool-chip interface, for example SiC, Al4C3 and evidently diamond from the tool. This work concluded that more predictive modelling is needed to refine the results and the results from this work needs to be confirmed with experiments. The results show that the modelling can predict the reaction phases at the tool-chip interface, this can be used as input for the tool wear mechanisms during development of tooling solutions. / Aluminium användningen inom fordonsindustrin förväntas öka med 25 % under det närmsta decenniet, främst på grund av elektrifiering men också för att för att minska bränsleförbrukning. Målet med detta examensarbete är till att öka förståelsen för de kemiska interaktionerna mellan aluminiumlegeringar och typiska verktygssystem vid metallskärning, framförallt vid bearbetning av aluminiumlegeringar innehållande kisel med ett TiN-belagt PCD-verktyg och icke-belagda verktyg. Detta gjordes genom prediktiva FEM-simuleringar av temperatur, med hjälp av mjukvaran AdvantEdge. Parallellt med detta skapades databaser för simulering av den kemiska interaktionen mellan skär och bearbetningsmaterial i programvaran Thermo-Calc. De termodynamiska data och beskrivningarna av de termodynamiska system som används var bedömda av andra författare men kritiskt granskade för användning i detta arbete. Resultaten av FEM-simuleringarna gav den beräknade temperaturen för bearbetning av aluminium med PCD ligger någonstans mellan 60-80 % av smälttemperaturen för Al7wt % Si-legering. Beräkningarna av den kemiska interaktionen resulterar i sin tur i att flera hårda utskiljningar kan fastna på eller transformera på ytan mellan arbetsstycket och verktyget, till exempel SiC, Al4C3och diamant från verktyget. Resultaten från detta arbete visar att det går att förutsäga fasomvandlingar mellan skär och arbetsstycket, samt att detta kan användas som indata för skärförslitning under utvecklingen av verktygslösningar.

Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'une collaboration internationale entre l'Université de Lorraine (France) et l'Université d'Oujda (Maroc). Les travaux réalisés concernent la modélisation de l'usinage par enlèvement de matière. Deux aspects importants de l'usinage ont été abordés : le processus de la formation de copeaux et les échanges thermiques à l'interface outil-copeau. Dans la première partie de la thèse, une modélisation par élément finis (EF) du processus de la coupe a été mise en place. La segmentation des copeaux a été particulièrement analysée grâce à l'introduction d'un nouveau paramètre, le Rapport d'Intensité de Segmentation, permettant de quantifier ce phénomène. Une corrélation entre la réduction de l'effort de coupe et l'intensité de segmentation a été établie. La deuxième partie de la thèse a été consacrée à l'étude des échanges thermiques à l'interface outil-copeau, qui contribuent entre autres à l'usure de l'outil de coupe. Un des points importants de l'étude est la mise en place d'une procédure d'identification hybride (analytique/numérique) permettant d'estimer le flux thermique transmis dans l'outil de coupe et de remonter au coefficient de partage de la chaleur à l'interface outil-copeau pour chaque vitesse de coupe. Avec les valeurs identifiées du coefficient de partage de la chaleur pour chaque vitesse de coupe, une loi d'échange thermique multi-branches a été proposée et ses paramètres identifiés. Cette loi donnant l'évolution du coefficient de partage de la chaleur en fonction de la vitesse de coupe a également été définie en fonction de la vitesse relative de glissement à l'interface outil-copeau dans le but de l'implanter dans un code de calcul EF. L'interface utilisateur VUINTER du code Abaqus/Explicit a été exploitée pour implanter la loi proposée, afin d'appréhender complètement le contact d'un point de vue mécanique et thermique. Il est désormais possible d'implanter via cette interface-utilisateur n'importe quelle autre loi de contact thermomécanique (frottement, coefficient de partage de la chaleur, etc.). L'implantation via la subroutine VUINTER a été validée sur des cas tests d'abord, et puis ensuite en usinage. Les résultats obtenus pour les flux thermiques avec cette nouvelle procédure sont en très bon accord avec les mesures expérimentales pour le couple outil-matière considéré : AA2024-T351/WC-Co / This PhD. thesis is realised in the framework of an international cooperation between the University of Lorraine (France) and the University of Oujda (Morocco). The work done concerns the modelling of machining process by material removal. Two important aspects of machining have been investigated: the chip formation process and the heat exchange at the tool-chip interface. In the first part of the thesis, a FE modelling of the cutting process has been established. Chips segmentation have been particularly analysed using à new parameter (Segmentation Intensity Ratio) allowing the quantification of the phenomenon. A correlation has been established between the cutting force reduction and the chip segmentation intensity. The second part of the thesis has been devoted to the study of heat exchange at the tool-chip interface, among other phenomena that contribute to the tool wear. One important point of the study is the establishment of a hybrid identification procedure (analytical/numerical) to estimate the heat flux transmitted into the cutting tool, and identification of the heat partition coefficient at the contact interface for each cutting speed. With identified values of the heat partition coefficient obtained by varying the cutting speed, a heat exchange multi-branch law has been proposed and parameters of this law have been identified. This law corresponds firstly to the evolution of the heat partition coefficient as a function of the cutting speed. Thereafter, it was defined in term of the relative sliding velocity at the tool-chip contact interface, in order to implement it in a FE code. The user interface VUINTER of Abaqus/Explicit has been used to implement the proposed law, to fully control the mechanical and thermal contact. It is henceforth possible to implement with this user interface any thermomechanical contact (friction, heat partition coefficient, etc.). The implementation via the user subroutine VUINTER was validated first on adequate tests, then on machining. The obtained results for heat fluxes with this new procedure are in good agreement with experimental measurements for the tool-workmaterial couple considered: AA2024-T351/WC-Co