Machinability and Modeling of Cutting Mechanism for Titanium Metal Matrix Composites

Les composites à matrice métallique de titane (CMMTi) sont une nouvelle classe de matériaux. Le CMMTi possède les caractéristiques des alliages de titane (légèreté, résistance et biocompatibilité) tout en ayant des propriétés physiques accrues lui conférant des avantages sur les alliages de titane. Ses nombreuses applications potentielles dans différents secteurs industriels tels l'aéronautique et le domaine biomédical en font un matériau de l'avenir. Déjà, certains fabricants de turbines montrent un grand intérêt pour de futures applications. Dans le domaine biomédical, le CMMTi offre un avantage pour les greffes osseuses présentant une action de glissement/frottement. Par contre, le CMMTi doit être usiné avant d'être utilisé comme pièce ou partie d'un assemblage, mais les particules solides de céramique ajoutées à l'alliage de titane rendent son usinage très difficile. De plus, l'intégrité de la surface du matériau après usinage est de première importance avant son utilisation dans un assemblage mécanique. La vie de l'outil est donc limitée en raison de son usure par l'action abrasive des particules dures, ainsi qu'à cause de la diffusion en raison de la température élevée de l'interface outil-matériau. Lors de l'usinage, la durée de vie de l'outil et la rugosité de la surface de la pièce sont des préoccupations majeures pour les industriels. Trois approches ont été élaborées afin d'optimiser les paramètres d'usinage du CMMTi. La première approche expérimentale consiste en une méthode de planification d'expériences (TAGUCHI) utilisée afin d'identifier les effets des paramètres de coupe (vitesse, avance, et profondeur de coupe) sur les forces de coupe, la rugosité de surface, et l'usure de l'outil. Dans une deuxième approche, et afin de mieux comprendre le mécanisme de coupe du CMMTi, la formation de copeaux lors de la coupe a été analysée et un nouveau modèle de la bande de cisaillement adiabatique a été développé. Dans la dernière approche, et pour obtenir un meilleur outil d'analyse pour la compréhension du mécanisme de coupe, un nouveau modèle constitutif du CMMTi a été développé, en utilisant un modèle d'endommagement, à des fins de simulation. Les résultats des simulations de Modèle d'Élément Fini (MEF) ont permis de prévoir la température, les contraintes, les déformations et l'endommagement du matériau. Ces dernières informations peuvent être utilisées pour l'analyse de l'usinage ainsi que pour des applications industrielles.