19 avril 2007
Contribution à l'optimisation du procédé d'Usinage Assisté par Laser
Différents types d’assistances existent comme l’assistance par jet d’eau haute pression, l’assistance cryogénique ou l’assistance laser. Cette dernière consiste à chauffer la pièce en amont de l’outil de coupe avec un faisceau laser de forte puissance. Ce chauffage abaisse la contrainte d’écoulement des métaux, et permet de passer de l’état fragile à l’état ductile sur les matériaux céramiques. Dans les deux cas, l’usinabilité du matériau est améliorée, ce qui se traduit en cours d’usinage par une diminution de l’effort de coupe. Les premières recherches sur l’Usinage Assisté Laser (UAL) ont débuté aux Etats-Unis dans le début des années 80. Les essais réalisés avec des lasers CO2 ont confirmé l’amélioration de l’usinabilité sur des matériaux aéronautiques (alliage de titane et alliage de nickel), mais le procédé a été jugé non rentable et difficilement industrialisable. En Europe, différentes recherches ont débuté dans les années 90 avec des lasers Nd :YAG et lasers diode, dont le faisceau peut être transporté par fibre optique, ce qui permet une très bonne intégration aux machines-outils.
Les travaux suivants s’intéressent au traitement thermique de la pièce avec le laser pendant une opération d’UAL. Dans les conditions de l’UAL, il est possible d’effectuer une trempe de surface pendant l’opération d’usinage. Ces travaux menés sur l’acier 100Cr6 et sur l’alliage de titane Ti6Al4V ont permis de caractériser les différentes microstructures crées en fonction de la puissance du laser et de la vitesse de déplacement (vitesse de coupe). Enfin, l’évolution de la tenue en service des pièces après UAL a été observée. L’intégrité de surface et la tenue des pièces en fatigue usinées en UAL ont été qualifiées pour l’alliage de titane, ainsi que pour l’acier 100Cr6 avec un traitement thermique simultané à l’usinage. Les évolutions de la limite de fatigue en fonction de l’intégrité de surface des pièces ont été quantifiées dans ces deux cas.
La dernière partie regroupe des observations et commentaires sur la mise en oeuvre de l’UAL et de son industrialisation. Les limitations du procédé liées au chauffage laser sont détaillées. Une modification du procédé (tête laser et outil de coupe) est proposée pour palier ces limitations et minimiser les problèmes de mise en oeuvre. La conclusion reprend les différents résultats et commentaires des travaux réalisés et les perceptives pour les travaux futurs.
Merci beaucoup à l'auteur de ces travaux d'avoir accepter de partager ces travaux.
http://pastel.paristech.org/bib/archive/00002127/