Les trois principaux phénomènes qui caractérisent la coupe des métaux

Généralités sur l’usinage

Les premiers écrits traitant de la caractérisation de la coupe de métaux figurent dans les travaux de Tresca (1878) concernant le choix de la géométrie de l’outil et de la profondeur de passe (figure 1.1a). Le choix de ces paramètres devant être basé sur l’observation de la déformation générée dans le copeau, Tresca remarqua, pour une géométrie d’outil constante, qu’une profondeur de passe insufisante produisait plus de déformation plastique qu’une pro- fondeur de passe importante. Cette observation ouvrit la voie du développement de machines plus rigides et plus puissantes. Trois années plus tard, Mallock (1881) décrivit la formation du copeau comme le résultat du cisaillement de la matière, dont la déformation est influencée par le frottement entre la face de coupe de l’outil et le copeau (figure 1.1b). Les travaux qui suivirent décrivirent la coupe par trois zones. La première étant la zone de cisaillement primaire initialement décrite, la seconde étant située entre la face de coupe de l’outil et le copeau où se produit le frottement évoqué par Mallock et la troisième se situant au niveau du contact de la face en dépouille sur la surface usinée. Ces travaux introduisirent les trois principaux phénomènes qui caractérisent la coupe des métaux, à savoir..

Les premiers travaux sur la coupe étaient en grande majorité des observations du phénomène dans le but d’améliorer la tenue des outils dans les métaux, technologie alors récente. Datant de cette période, les travaux de Taylor (1907) demeurent encore aujourd’hui une référence pour le suivi de l’usure de l’outil. Il faudra attendre les préparatifs de la seconde guerre. Ces paramètres sont généralement associés à un indice correspondant au plan dans lequel est réalisée leur mesure (cf. annexe A). Dans un soucis de simplification, la coupe des métaux est décrite dans une configuration dite de « coupe orthogonale ». Cette configuration permet de considérer que la formation du copeau est un problème plan. L’avantage principal concerne les hypothèses de modélisation. Les grandeurs mesurées en coupe orthogonale sont, par conséquent, mesurées dans le plan orthogonal PLa coupe des métaux est traditionnellement caractérisée par les trois zones visibles sur la figure 1.2. L’outil pénètre dans la matière, les efforts intenses produits par le mouvement de coupe créent alors un copeau sous l’action de la face de coupe par un procédé de cisaillement appelé cisaillement primaire. Dans la majorité des cas, la zone de cisaillement se présente sous la forme d’une bande dont l’épaisseur tet du matériau usiné.

La localisation de la bande de cisaillement se traduit dans le co- peau par un aspect plus ou moins continu comme l’indique la figure 1.3. Thomsen et al. (1965) affirment également que cette bande peut avoir une courbure modifiant l’évolution de la contrainte normale le long de la bande. Cependant, le rapport entre l’épaisseur de la bande et son rayon de courbure permet dans la grande majorité des cas d’approximer labande comme rectiligne. Dans le cas de vitesses de coupe permettant d’atteindre un régime de cisaillement adiabatique (figure 1.3c), la bande pourra être qualifiée de « plan de cisaille- ment ». Les sollicitations mécaniques auxquelles sont soumises cette bande sont des vitesses de déformation comprises entre 10de la bande, le second étant une conséquence du premier. Par conséquent, la vitesse de déformation s’avère souvent mal évaluée, ce qui nuit à l’emploi de lois de comportement dépendantes.

La première débute au niveau de l’arête pour s’achever à une distance égale à deux ou trois fois l’épaisseur coupée h selon Doyle et al. (1979). Ackroyd et al. (2003) ne statuent pas sur sa longueur mais confirment les observations de Doyle et al. en affirmant que cette sous-zone se caractérise par un frottement d’adhésion. Un régime de grippage — seizure en anglais — est atteint par le matériau qui est cisaillé à une contrainte égale à la limite élastique en cisaillement. La seconde sous-zone constitue la fin du contact outil-copeau. Elle est caractérisée par un frottement de glissement. L’existence de ces deux sous-zones peut s’expliquer, d’après Barrow et al. (1982), par la distribution décroissante de la pression de contact sur la face de coupe. Les auteurs évaluèrent cette pression à l’aide d’un outil segmenté équipé de jauges de déformation, connu sous le nom de split tool.