Strategies in 3 and 5-axis abrasive water jet machining of titanium alloys
Pilotage du jet en 5-axes pour l'usinage du titane au jet d'eau abrasif
Résumé
Titanium alloy is generally used for aeronautical structural parts having a large size and as thin walls while having to withstand considerable effort. Machining these parts is difficult with conventional methods such as milling, because the high cutting forces can easily deform the part. Machining of titanium alloy (Ti6Al4V) by an abrasive water jet (AWJ) process can potentially be used to replace conventional machining methods. However, the understanding of the different aspects of this process is insufficient to allow its industrialization. This thesis presents a model of prediction of the machined depth in two cases of direction of the jet: a jet perpendicular to the surface of the part and an inclined jet. At first, the understanding of the removal material process and the obtained surface quality is studied through the observation of the influence of the process parameters. In a second step, a model based on the Gaussian distribution of abrasive particles in the water jet is proposed to characterize an elementary pass and to predict the pocket bottom profile obtained by a succession of elementary passes. Then, a method to machine pocket corners using an adaptive control of the feed rate is presented. Finally, a new model of the pocket bottom profile taking into account the angle of inclination of the jet is presented. Throughout this thesis work, the experimental validation showed a good agreement between the measured and modeled values and thus demonstrated the ability of the abrasive water jet milling to machine to a controlled depth.
L'alliage de titane est généralement utilisé pour les pièces structurelles aéronautiques ayant une taille importante et ainsi que des parois minces tout en devant résister à des efforts considérables. L'usinage de ces pièces est difficile avec les méthodes classiques telles que le fraisage, car les forces de coupe sont élevées et les parois minces peuvent être facilement déformées. L'usinage de l'alliage de titane (Ti6Al4V) par un procédé utilisant un jet d'eau abrasif (AWJ) peut potentiellement être utilisé pour remplacer les méthodes d'usinage conventionnelles. Cependant, la compréhension des différents aspects de ce procédé est insuffisante pour autoriser son industrialisation. Cette thèse présente un modèle de prévision de la profondeur usinée dans deux cas de direction du jet : un jet perpendiculaire à la surface de la pièce et un jet incliné. Dans un premier temps, la compréhension du processus d'enlèvement de matière et de la qualité de surface obtenue est étudiée à travers l'observation de l'influence des paramètres du processus. Dans un second temps, un modèle basé sur la distribution gaussienne des particules abrasives dans le jet d'eau est proposé pour caractériser un passage élémentaire et pour prédire le profil du fond de poche obtenu par une succession de passages élémentaires. Ensuite, une méthodologie d'usinage des coins de poche utilisant un contrôle adaptatif de la vitesse d'avance est présentée. Enfin un nouveau modèle du profil du fond de poche prenant en compte l'angle d'inclinaison du jet est présenté. Tout au long de ce travail de thèse, la validation expérimentale a montré un bon accord entre les valeurs mesurées et modélisées et a ainsi démontré la capacité du jet d'eau abrasif à usiner à une profondeur contrôlée.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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