Brevet FR2931956A1 — publié le 20091204

L'invention concerne la détermination d'une gamme d'usinage d'une pièce, ladite pièce étant obtenue à partir d'une ébauche modélisée par un maillage et une répartition des contraintes résiduelles de forgeage sur ce maillage. L'invention permet de prendre en compte l'influence de ces contraintes résiduelles et d'autres contraintes résultant notamment du bridage de la pièce sur la machine d'usinage, ceci pour être en mesure de compenser les déformations correspondantes et d'obtenir une pièce de la forme souhaitée. La mise au point des gammes d'usinage implique des phases empiriques où on usine un certain nombre de pièces. En fonction des cotes mesurées en fin d'usinage et comparées aux cotes souhaitées, on corrige le programme d'usinage, c'est-à-dire on adapte la gamme d'usinage afin de garantir au mieux le respect des tolérances. Pour la réalisation d'une pièce donnée, le temps de la mise au point de la gamme d'usinage est donc important et implique souvent de mettre au rebut un certain nombre de pièces lorsque les écarts sont trop importants. Par ailleurs, un simple changement de fournisseur de l'ébauche peut remettre en question toute la gamme d'usinage si la cartographie des contraintes résiduelles de forge dans les nouvelles ébauches est différente. L'invention permet de déterminer de façon plus sûre les caractéristiques d'une gamme d'usinage, notamment les trajectoires successives des outils, en vue d'éviter la phase de mise au point précédant une production en série. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'usinage incluant la détermination d'une gamme d'usinage d'une pièce à partir d'une ébauche modélisée par un maillage et une répartition de contraintes sur ce maillage, caractérisé en ce qu'il consiste à simuler successivement toutes les passes d'une gamme d'usinage comprenant un nombre donné (p) de bridages et un nombre donné (n) de passes, à recalculer pour chaque passe un nouveau maillage de l'ébauche en cours d'usinage tenant compte du bridage en cours et de l'enlèvement de matière à chaque passe et une nouvelle distribution des contraintes sur ce nouveau maillage, à comparer le maillage issu de la dernière passe de ladite gamme simulée à un maillage théorique correspondant à la forme souhaitée, à en déduire les écarts, à élaborer une gamme d'usinage réelle tenant compte de ces écarts et à mettre en oeuvre cette gamme d'usinage réelle sur une telle ébauche pour réaliser ladite pièce. La gamme d'usinage réelle mentionnée ci-dessus peut être mémorisée dans tout dispositif informatique convenable pour une mise en oeuvre ultérieure permettant de réaliser ladite pièce à partir d'une telle ébauche. La gamme d'usinage reste identique tant que les caractéristiques de l'ébauche ne sont pas modifiées. Une gamme d'usinage à déterminer se compose de n passes impliquant des trajectoires différentes de l'outil et de p bridages différents. On établit d'abord, selon la méthodologie classique une succession de passes d'usinage théorique (c'est-à-dire une succession de trajectoire de l'outil) entre lesquelles interviennent des changements de bridage de la pièce. La succession des n trajectoires ou passes aboutit à la forme voulue de la pièce. Ces données théoriques sont mémorisées pour être utilisées au fur et à mesure du processus de simulation. Pour la compréhension de la simulation, on donne les définitions 15 suivantes : - une opération (OP) est un groupe de passes successives parmi les n passes, entre deux changements de bridages successifs, - la gamme d'usinage est constituée par la succession de tous ces groupes de passes entre lesquels s'intercalent les changements de 20 bridage. Elle comporte donc les n passes et p bridages différents. Le bridage est invariable et prédéterminé dans chaque opération. Pour chaque passe à laquelle correspond un bridage prédéterminé, on va simuler l'enlèvement de matière et recalculer un nouveau maillage décrivant, notamment, la nouvelle forme de l'ébauche en cours 25 d'usinage après la passe. On calcule aussi la répartition des contraintes sur ce nouveau maillage. On poursuit ce calcul sur les n passes en changeant les données du bridage à la fin de chaque opération. Lorsque toutes les passes ont été simulées dans ces conditions, c'est-à-dire lorsque la totalité de la gamme a été simulée, on dispose de la géométrie de la 30 pièce qui serait réellement obtenue par la mise en oeuvre de la gamme d'usinage théorique. On analyse alors les écarts entre la géométrie voulue et celle obtenue par simulation, en comparant les deux formes, c'est-à-dire celle de la pièce terminée, à partir du dernier maillage calculé et la forme idéale souhaitée. On modifie la gamme d'usinage théorique et plus particulière-ment certaines trajectoires d'outils dans certaines passes pour compenser ces écarts. Avantageusement, les modifications doivent être opérées sur la ou les ultimes passes. Typiquement, on modifie au moins le trajet de la dernière passe (et de préférence seulement le trajet de la dernière passe) pour générer la surface de la pièce en "symétrie" de la surface obtenue par la simulation de ladite dernière passe, par rapport à la surface théorique correspondante définie dans la gamme d'usinage théorique. Par exemple, si la forme souhaitée de la pièce est un cylindre et que la simulation de la gamme d'usinage révèle une surface légèrement conique, on modifie la gamme d'usinage théorique initiale et plus particulièrement la trajectoire de l'outil lors de la dernière passe pour obtenir une surface conique inversée par rapport à la surface conique simulée. La correction ne s'effectue sur plusieurs passes finales que si les modifications des passes à apporter sont trop importantes pour pouvoir être obtenues par une intervention sur la seule dernière passe. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle- ci apparaîtront mieux à la lumière de la description détaillée qui va suivre d'un procédé conforme à l'invention, faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma bloc illustrant ledit procédé. On envisage de réaliser la pièce à partir d'une ébauche forgée dont on connaît la forme et une distribution des contraintes résiduelles de forgeage dans cette ébauche. On sait, par exemple, que les professionnels de la production de telles ébauches forgées proposent avec les ébauches qu'ils fabriquent une modélisation de celle-ci, capable de décrire sa forme et la répartition des contraintes résiduelles résultant de ce forgeage sur un maillage volumique de ladite ébauche. Un logiciel capable de définir la modélisation de l'ébauche forgée est connu sous le code FORGE développé par la société Transvalor. Pour la suite de la description, on doit considérer que ce maillage contient en quelque sorte les informations décrivant la forme de la pièce elle-même puisque les noeuds extérieurs de ce maillage permettent de décrire le contour de l'ébauche. On dispose donc en tant que donnée, d'une modélisation M de ladite ébauche. La plupart des modèles décrivant la géométrie des pièces ou ensembles (pièce-machine par exemple) sont élaborées selon la technique dite des éléments finis. La pièce ou l'ensemble est représenté par un ensemble d'éléments formant le maillage. A chaque noeud de ce maillage, on associe le déplacement généré par les sollicitations dues aux phénomènes physiques impliqués. Par ailleurs, dans les données d'entrée, on décrit la forme F de la pièce voulue et on établit, selon les règles habituellement appliquées par l'homme de l'art, une gamme d'usinage théorique GT permettant en principe d'obtenir la pièce voulue à partir de l'ébauche, en n passes et p bridages, comme indiqué ci-dessus. La détermination de la gamme d'usinage réelle GR est obtenue par mise en oeuvre d'un processus itératif 10 qui comprend l'établissement d'un modèle initial MI de l'ébauche placée dans la première configuration de bridage. Ce modèle MI est déduit de M avant toute simulation d'usinage (n = 0) mais en tenant compte des contraintes introduites par le premier bridage (p = 1). Il est donc constitué par un maillage de l'ébauche sur lequel sont réparties l'ensemble des contraintes et dont on peut aisément 20 déduire la forme. Ensuite, on va simuler l'usinage (bloc SU) à partir du modèle initial MI pour toutes les passes successives n et en changeant les caractéristiques du bridage après chaque opération OP. Chaque itération de SU correspond donc à une passe de l'outil 25 dont les caractéristiques sont fournies par GT. Tant qu'une opération OP n'est pas finie, on incrémente seulement n (n = n+1). Si une opération OP est terminée, on incrémente à la fois n (n = n+1) et p (p = p+1). A la fin de chaque itération de SU on obtient un nouveau maillage de l'ébauche en cours d'usinage, tenant compte de l'enlèvement 30 de matière et une nouvelle répartition des contraintes sur ce nouveau maillage. On en déduit la forme réelle de l'ébauche usinée jusqu'à ce stade, c'est-à-dire à la fin de la passe considérée. Plus précisément, chaque simulation de passe comprend les étapes suivantes : 35 a) on calcule la déformation sur l'ébauche en cours d'usinage, générée par le bridage et les contraintes résiduelles correspondant à la passe en cours. Des logiciels informatiques connus peuvent être utilisés pour ces calculs. On peut citer par exemple le logiciel "SAMCEF" développé par la société belge SAMTECH ou encore le logiciel "ABAQUS" développé par la société DASSAULT SYSTEMES. b) On génère un nouveau maillage prenant en compte l'enlèvement de matière de la passe en cours et le contour géométrique correspondant. On peut utiliser pour cela le logiciel "MSC PATRAN" développé par la société MSC SOFTWARE. c) On interpole les contraintes sur le nouveau maillage. Cette interpolation est à la portée de l'homme du métier. d) On calcule la déformée inverse (retrait de la contribution dû au bridage et aux contraintes résiduelles). Cette opération se déduit aisément à partir du même logiciel que celui utilisé dans l'opération a). e) On calcule la déformation due à la redistribution des contraintes après enlèvement de matière. Cette opération peut faire appel au même logiciel que celui utilisé pour l'opération a). Lorsque toute la gamme a été simulée de cette façon, on dispose de la géométrie de la pièce réelle FR à la fin de la gamme d'usinage. Cette forme réelle est comparée à la forme souhaitée F (test 12) pour en déduire des corrections C permettant, en modifiant la gamme d'usinage théorique GT, d'élaborer une gamme d'usinage réelle GR. Cette gamme d'usinage GR est mémorisée, elle sera utilisée pour la commande numérique de l'usinage de toute pièce à réaliser à partir d'une ébauche dont les caractéristiques peuvent être décrites par le modèle M. Typiquement, la correction C est telle que la gamme d'usinage réelle ne diffère de la gamme d'usinage théorique que par les caractéristiques d'un nombre limité de passes en fin de gamme, de préférence uniquement la toute dernière passe, comme indiqué précédemment. REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage incluant la détermination d'une gamme d'usinage d'une pièce à partir d'une ébauche (M) modélisée par un maillage et une répartition de contraintes sur ce maillage, caractérisé en ce qu'il consiste à simuler successivement toutes les passes d'une gamme d'usinage comprenant un nombre donné (p) de bridage et un nombre donné (n) de passes, à recalculer (SU) pour chaque passe un nouveau maillage de l'ébauche en cours d'usinage tenant compte du bridage en cours et de l'enlèvement de matière à chaque passe et une nouvelle distribution des contraintes sur ce nouveau maillage, à comparer (12) le maillage issu de la dernière passe de ladite gamme simulée à un maillage théorique correspondant à la forme souhaitée, à en déduire les écarts, à élaborer une gamme d'usinage réelle (GR) tenant compte de ces écarts et à mettre en oeuvre cette gamme d'usinage réelle sur une telle ébauche pour réaliser ladite pièce. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mémorise ladite gamme d'usinage réelle (GR) pour une mise en oeuvre ultérieure permettant de réaliser ladite pièce à partir d'une telle ébauche. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque simulation de passe d'usinage (SU) comprend : - le calcul de la déformation générée par le bridage et les contraintes résiduelles en cours, - la détermination d'un nouveau contour et d'un nouveau maillage résultant de l'enlèvement de matière, - l'interpolation des contraintes sur ledit nouveau maillage, - le calcul de la déformée inverse, - le calcul de la déformation due à ladite nouvelle distribution des contraintes après enlèvement de matière. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite gamme d'usinage réelle (GR) ne diffère de la gamme d'usinage théorique que par les caractéristiques d'un nombre limité de passes en fin de gamme, de préférence uniquement la toute dernière passe.