[en] It is quite easy to improve the surface finish of a flat surface or a cylindrical one by using a grinding process. But achieving a good finish on a surface of complex geometry is a difficult task. And this is one of the challenges the manufacturing industry faces today. The geometry of many mechanical parts such as moulds and dies is characterised by several complex surfaces. In general almost each trade product has at least one critical component made in a mould or die. That is why this issue has been widely studied by researchers in the manufacturing industry. This thesis aims to research on how to improve the surface finish of complex geometry through a process of plastic deformation; the ball burnishing. This process can replace the one commonly used for this kind of surface, specially the manual polishing. The main feature is an automated process that takes place in the machine itself where the part is actually being produced. To carry out this research three stages need to be defined. At the first one, a physical model is gradually developed for the process. This model allows to describe the phenomenon happening before the ball burnishing. It purpose is to define and to set the parameters required for implementing the process. First an analysis of forces is made on an area differential element and the system variables are then added to the model. The final outcome is a model with theoretical pressure values which are determined by the phenomena happening in the analysed system; such as the speed at which the material is deformed and the hardening effect while the process develops. Once the model has been made, the workpiece characterisation is tested to introduce the properties into the model and after that the required tests are made to validate the results. At a second stage following variables not openly considered up to the previous stage are added to the physical model: the side cut width of the tool, the machining strategy to be applied to the process, the influence on the burnishing strength by the hydraulic pressure system, as well as the penetration depth of the tool head. The model for burnishing of complex surfaces is also fitted. And all this is done by means of the Design of Experiments techniques (DOE). The outcome is offered on a summary sheet that shows what the process can deliver under certain conditions. As goodness indicators for the model the average surface roughness Ra and the total maximum roughness are measured in the evaluation length Rt. At the third and final stage the surface hardness and the residual stress of the tested workpiece material are verified in order to determine the added values that the process is capable of providing. Finally interesting conclusions are drawn about the ball burnishing process and about how to reach the goals outlined in this thesis. Furthermore a range of pending research studies still need to be done to find solutions in the near future.

[fr] RÉSUMÉ L'amélioration de la qualité de surface d'une pièce plane ou cylindrique, peut se faire d'une manière relativement simple, utilisant pour cela un processus de rectification. Cependant obtenir un bon état superficiel sur une surface de géométrie complexe (comme les surfaces gauches), est un problème difficile à traiter et correspond à l'un des objectifs que l'industrie mécanique recherche aujourd'hui. Beaucoup d'éléments mécaniques comme les moules et les matrices comportent dans leur géométrie plusieurs surfaces gauches. De manière générale et quelque soit le domaine concerné (automobile, aéronautique, ferroviaire, etc..) quasiment chaque produit commercial contient, au moins, un composant réalisé à partir d'un moule ou d'une matrice. C'est la raison pour laquelle ce problème est amplement étudié par les chercheurs du domaine de la fabrication mécanique. Dans cette thèse on propose une technique d'amélioration de l'état de surface de géométries complexes à travers d'un processus de déformation plastique: le rodage par déformation plastique à l'aide d'une bille. Ce processus peut remplacer le polissage manuel, long et couteux, habituellement utilisé pour ce type de surfaces. Le rodage par bille a comme avantage principal d'être un procédé automatisé qui peut s'effectuer dans la même machine où la pièce a été élaborée (centre d'usinage à Commande Numérique CN). Pour mener à bien cette étude, on définit trois étapes. Dans la première, on développe, par phases successives, un modèle physique pour le processus; à travers duquel on pourra décrire le phénomène qui se développe durant la déformation plastique. L'objectif final, est de savoir quels sont les paramètres prépondérants et de déterminer leur réglage durant l'opération de finition. L'étude commence avec une analyse des efforts sur un élément différentiel d'une aire élémentaire de contact et on continue en incorporant dans le modèle, les variables présentes dans le système. Le résultat final est un modèle qui montre que les valeurs théoriques de pression sont affectées par des phénomènes présents dans le système analysé, comme : la vitesse de déformation du matériau et l'effet de durcissement superficiel et progressif pendant le processus de rodage. Une fois le modèle obtenu, on effectue la validation à travers d'essais sur différents matériaux et pièces. Pour tenir compte des propriétés de ces matériaux, on a conçu et on a réalisé, les expériences nécessaires pour valider le modèle. Dans une seconde étape, on rajoute au modèle physique, plusieurs variables non considérés explicitement sur le modèle initial, tels que le pas de balayage, la stratégie d'usinage à suivre durant le processus et l'influence sur l'effort de rodage de la pression hydraulique du système et de la profondeur de pénétration de l'outil. Tout ceci se réalise par la mise en place d'un plan d'expériences. Les résultats obtenus sont présentés sur une feuille résumée où l'on peut observer les performances du système, sous certaines conditions de travail. Comme indicateurs de la qualité du modèle on mesure la rugosité moyenne de la surface Ra et la rugosité maximale totale Rt. Dans la troisième et dernière étape, on réalise une étude sur la dureté superficielle et sur les contraintes résiduelles du matériau à partir des différents échantillons pour mesurer les améliorations qu'apporte le procédé de parachèvement étudié. La thèse se termine en proposant un certain nombre de conclusions et perspectives sur le processus de " rodage par bille " étudié et en faisant un bilan par rapport aux objectifs initiaux de la thèse. En guise de perspective, on recommande un certain nombre de pistes d'amélioration qui seront développées dans un avenir proche.