Techn. Universiẗat, Diss., 2000--Berlin.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet européen ACCENT sur la maitrise de l'intégrité de surface par la surveillance lors de l'usinage des pièces critiques aéronautiques. Des études antérieures ont montrées que des anomalies générées lors de l'usinage peuvent induire un abattement sur la tenue en fatigue des pièces. Dans ce contexte, l'objectif de ces travaux est de modéliser la relation entre l'intégrité de surface et les signaux enregistrés lors du perçage de l'Udimet®720. A partir d'une démarche expérimentale basée sur le Couple-Outil-Matière et les plans d'expériences, une caractérisation de l'usure de l'outil, de l'intégrité de surface et des signaux enregistrés a été effectuées en fonction des conditions d‘usinage et du contexte de l'opération (lubrifiant, dureté matière). Cette caractérisation à permis d'établir des corrélations entre les caractéristiques de l'intégrité de surface et celles des signaux. Ces corrélations ont été modélisées par des méthodes directes et statistiques, afin de mettre en avant la pertinence des capteurs de puissance, d'efforts et d'accélération par rapport aux anomalies d'usinage. Ainsi les capteurs permettent la prédiction de la couche de matière affectée par l'opération quelque soit le contexte d'usinage. / The works presented in this thesis join within the framework of the European project ACCENT on surface integrity control by process monitoring during the manufacturing of aeronautical critical parts.Previous studies showed that anomalies generated during the manufacturing process can reduce the fatigue lifecycle. In this context, the objective of this work is to model the relation between the surface integrity and the signals recorded during the drilling of Udimet®720. From an experimental approach based on Couple-Tool-Material and design of experiments, a characterization of tool wear, surface integrity and recorded signals was made according to the cutting conditions and manufacturing disturbances (lubricant, material hardness).This characterization establishes correlations between the characteristics of surface integrity and those of signals. These correlations were modeled by direct and statistical methods, to advance the relevance of sensors (power, efforts and acceleration) with regard to manufacturing disturbances. So the sensors allow the prediction of the thermo-mechanically affected layer generated by the operation in most of manufacturing conditions.

Les travaux présentés dans cette thèse visent à améliorer la compréhension des phénomènes physiques induits lors d'une opération de brochage. L'objectif final est le développement d'une méthode robuste pour la conception de broches en carbure de tungstène. Pour cela, un état de l'art détaillant les pratiques technologiques ainsi que les analyses scientifiques de ce procédé est réalisé. Une étude élémentaire de la coupe d' Udimet 720 est mise en œuvre avec des conditions expérimentales testées sur un vaste domaine de manière à définir leur influence sur l'évolution des sollicitations d'usinage, de l'usure de l'outil et de la qualité de la matière produite. Une méthodologie de conception adaptée au brochage d'alvéoles pied de sapin par des broches en carbure de tungstène est développée. En s'appuyant sur des modèles empiriques dérivés des campagnes expérimentales et sur un logiciel interne, cet usinage peut être simulé. L'exploitation des résultats permet d'estimer la durée de vie du jeu de broches, de vérifier son dimensionnement et de calculer sa rentabilité. La nouvelle méthode est appliquée sur deux cas industriels : le premier proche des contraintes de production et le second débridé afin d'exprimer le potentiel maximal de cette technologie. Au final, les gains réalisables sur le coût par pièce en développant le brochage avec des outils en carbure de tungstène sont estimés entre 60 et 80 % / The work presented in this thesis aims to improve the understanding of the physical phenomena induced by a broaching operation. The end goal is the development a robust method for designing tungsten carbide broaches. For this purpose, a state of the art detailing the technological practices as well as the scientific analyses of this process is realized. An elementary study of the Udimet 720 cut is carried out with experimental conditions varied over a wide range in order to define their influence on the evolution of the machining stresses, the wear of the tool and the quality of the material produced. A design methodology adapted to the broaching of fir tree slots by tungsten carbide broaches is developed. Based on empirical models derived from experimental campaigns and an internal software, this machining can be simulated. The exploitation of the results makes it possible to estimate the lifetime of the broaches, to verify its dimensioning and to calculate its profitability. The new method is carried out on two industrial cases: the first close to the production constraints and the second unbridled in order to express the maximum potential of this technology. In the end, the achievable gains on the cost per piece by developing the broaching with tungsten carbide tools are estimated between 60 and 80 %.

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.