Caractérisation de l'usure de meules CBN et modélisation de son effet sur la certification de pièces aéronautiques NGC
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Abstract EN:
This thesis is focused on improving a paramount grinding process used in the aeronauticindustry. The process is one of the last manufacturing steps of the nozzle guide vanes, whichform the stator of the exhaust of aeroengines. The enhanced physical properties of thematerials which these components are made of, result in adverse conditions during thegrinding process in terms of thermal and mechanical loads. Besides, the short cycle timeneeded for accomplishing the high productivity of this sector promotes the appearance ofissues related with these loads, such as thermal damage and vibration marks.That being said, the scrapping of the nozzle guide vanes at this late state of theirmanufacturing process involves significant economical loses because of the accumulated workcarried out with expensive advanced technologies. The methodology of this thesis has beenestablished in order to understand the influence of the affecting parameters and thus, improvethe productivity while the good quality of the parts is ensured.The wear suffered by the wheels is considered as one of the most influential aspects on thegrinding performance. Therefore, at first, a topographic analysis of the grinding wheel surfacewas conducted on different moments of the grinding wheel life. In this way, the wear typesand their evolution could be detected and measured from a brand-new wheel to a totally wornwheel.Secondly, the process was studied in detail through experiments. Due to the complexity of theindustrial process, a test bench was specially designed for reproducing the grinding conditionsin a controlled manner. In order to enhance the consistency with the industrial process, thesame superabrasive material and workpiece alloy were used. In addition, the value of the inputparameter was calculated taking the industrial process as a reference. In this way, not only theinput, but also the outputs could be controlled and measured. Thus, the forces and the surfacequality were measured in order to understand the influence of the input parameters such asthe grinding speed and contact depth.Finally, the information gathered in the previous two steps was used for developing anumerical model based on the finite element method. The model reproduced the contactbetween a multigrain surface and the workpiece material. Both of them were defined with thephysical properties of the materials used in the industrial process. In addition, the modeladdressed accurately the geometry of the grinding wheel since the real topography wasimported into the model through a procedure specially developed for this study.The results obtained from this study revealed that there was a coherency between theexperiments and the model that can be explained through mechanical and thermal principlesmentioned previously by other authors. Thus, the results obtained from this study allows tounderstand the influence of the input parameters on the process. On this basis, themethodology developed in this thesis present a useful scenario for the study of grindingprocesses by means of experiments and numerical models that comprises some aspects thathave not been comprised previously in bibliography.
Abstract FR:
Cette thèse est axée sur l'amélioration d'un procédé de rectification primordial utilisé dansl'industrie aéronautique. Ce procédé est l'une des dernières étapes de fabrication des aubesdirectrices des tuyères, qui forment le stator de l'échappement des moteurs d'avion.L'amélioration des propriétés physiques des matériaux qui composent ces composantsentraîne des conditions défavorables en termes de charges thermiques et mécaniquespendant le processus de rectification. De plus, le temps de cycle court nécessaire pouratteindre la productivité élevée de ce secteur favorise l'apparition de problèmes liés à cescharges, tels que les dommages thermiques et les marques de vibration.Cela dit, la mise au rebut des aubes directrices de buses à ce stade tardif de leur processus defabrication entraîne d'importantes pertes économiques en raison du travail accumulé effectuéavec des technologies avancées coûteuses. La méthodologie de cette thèse a été établie afinde comprendre l'influence des paramètres affectés et ainsi améliorer la productivité tout enassurant la bonne qualité des pièces.L'usure des meules est considérée comme l'un des aspects les plus influents sur lesperformances de rectification. C'est pourquoi, dans un premier temps, une analysetopographique de la surface de la meule a été effectuée à différents moments de la vie de lameule. De cette façon, les types d'usure et leur évolution ont pu être détectés et mesurésd'une roue neuve à une roue totalement usée.Deuxièmement, le processus a été étudié en détail par le biais d'expériences. En raison de lacomplexité du processus industriel, un banc d'essai a été spécialement conçu pour reproduirede manière contrôlée les conditions de rectification. Afin d'améliorer la cohérence avec leprocessus industriel, le même matériau superabrasif et le même alliage de pièce ont étéutilisés. De plus, la valeur du paramètre d'entrée a été calculée en prenant le procédéindustriel comme référence. De cette façon, non seulement les paramètres d'entrée, maisaussi de sorties peuvent être contrôlées et mesurées. Ainsi, les efforts et l’état de surface ontété mesurés afin de comprendre l'influence des paramètres d'entrée tels que la vitesse derectification et la profondeur de contact.Enfin, l'information recueillie au cours des deux étapes précédentes a servi à élaborer unmodèle numérique fondé sur la méthode des éléments finis. Le modèle reproduit le contactentre une surface multigrains et le matériau de la pièce. Tous deux ont été définis en fonctiondes propriétés physiques des matériaux utilisés dans le processus industriel. De plus, le modèlea abordé avec précision la géométrie de la meule puisque la topographie réelle a été importéedans le modèle par une procédure spécialement développée pour cette étude.Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude ont révélé une cohérence entre lesexpériences et le modèle qui peut s'expliquer par les principes mécaniques et thermiquesmentionnés précédemment par d'autres auteurs. Ainsi, les résultats obtenus dans le cadre decette étude permettent de comprendre l'influence des paramètres d'entrée sur le processus.Sur cette base, la méthodologie développée dans cette thèse présente un scénario utile pourl'étude des processus de rectification au moyen d'expériences et de modèles numériques quitiennent compte de certains aspects qui n'ont pas été vus auparavant en bibliographie.