Simulation of the Vibratory Peening Process

Le grenaillage vibratoire est un procédé de finition qui combine deux procédés en un. Il a le même effet que le grenaillage conventionnel qui augmente la durée de vie en fatigue en introduisant des contraintes résiduelles de compression tout en polissant la pièce traitée, ce qui est généralement fait par tribofinition. Ce procédé est également censé améliorer la productivité industrielle puisqu'il combine le grenaillage de précontrainte et la tribofinition en un seul procédé. Cette étude fait partie d'un projet plus général qui vise à expliquer les avantages des technologies avancées de traitement de surface sur les matériaux aérospatiaux. Polytechnique Montréal a collaboré avec Safran France et le Centre technologique en aérospatiale (CTA). Ce travail se concentre sur la réalisation d'une étude préliminaire de simulations par éléments discrets afin d'évaluer les champs de vitesse à l'intérieur de la machine de grenaillage vibratoire pendant son fonctionnement. Il comprend également une étude expérimentale permettant d'instrumenter la machine de grenaillage vibratoire afin de déterminer le mouvement 3D de la machine de grenaillage vibratoire. La revue de la littérature a révélé que l'amplitude et la fréquence de la machine de grenaillage vibratoire étaient les paramètres les plus pertinents pour caractériser les effets du grenaillage vibratoire. La première partie de l'introduction présente le processus de grenaillage vibratoire et les paramètres qui caractérisent le processus tels que la couverture et l'intensité Almen. Les études ont montré que le grenaillage conventionnel et le grenaillage vibratoire peuvent atteindre une gamme d'intensité Almen de 0.12 mmA à 0.25 mmA. La deuxième partie se concentre sur les moyens de contrôler une machine de grenaillage vibratoire. La modélisation cinématique de la machine montre que le mouvement d'une machine de grenaillage vibratoire est vertical. Cette partie montre également les technologies courantes qui permettent de mesurer les vibrations à basse fréquence. La troisième partie de la revue de la littérature a présenté les méthodes de modélisation de l'écoulement granulaire. Elle a montré que la méthode des éléments discrets est la plus pertinente pour mesurer les champs de vitesse à l'intérieur d'une machine de grenaillage vibratoire. Les études réalisées avec la méthode des éléments discrets ont montré que les forces normales entre la grenaille et la pièce contribuent à l'effet de martelage tandis que les forces tangentielles contribuent à l'effet de polissage. Les expériences ont montré que le grenaillage vibratoire a principalement des modes de vibration verticaux tandis que les modes de vibration rotatifs et horizontaux peuvent être négligés. L'amplitude de la machine de grenaillage vibratoire aux fréquences d'arbre imposées de 17.5 Hz à 30 Hz varie de 1.7 mm à 2.6 mm. Pour des fréquences d'arbre spécifiques, le deuxième mode de vibration influence les champs de déplacement et de vitesse des grenailles à l'intérieur de la machine de grenaillage vibratoire. Il s'agit d'un mode de vibration de basse fréquence à 3 Hz pour les fréquences d'arbre de 22.5 Hz et 30 Hz. L'amplitude est respectivement de 5.3 mm et 8.5 mm à 22.5 Hz et 30 Hz. Les simulations basées sur le mouvement mesuré de la machine de grenaillage vibratoire ont montré que la vitesse d'impact normale de la grenaille sur la pièce varie linéairement avec la fréquence de l'arbre de la machine de grenaillage vibratoire. La vitesse d'impact atteint 0.6 m/s à 17.5 Hz et 0.95 m/s à 30 Hz. De plus, une corrélation linéaire a été trouvée entre l'intensité Almen et la vitesse d'impact. Enfin, cette étude préliminaire a permis de conclure que la méthode des éléments discrets était appropriée pour avoir une meilleure compréhension du processus de grenaillage vibratoire et guider les prochaines recherches sur l'interaction entre les grenailles et la pièce avec le processus de grenaillage vibratoire.