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  • N dordre : 2004-18

    LENSAM est un Grand Etablissement compos de huit centres: AIX-EN-PROVENCE - ANGERS - BORDEAUX - CHLONS EN CHAMPAGNE - CLUNY - LILLE - METZ - PARIS

    Ecole Nationale Suprieure dArts et Mtiers Centre de Cluny

    THESE PRESENTEE POUR OBTENIR LE GRADE DE

    DOCTEUR DE

    LECOLE NATIONALE SUPERIEURE

    DARTS ET METIERS Spcialit : Procds de Fabrication

    PAR

    Guillaume FROMENTIN

    ETUDE MECANIQUE ET TECHNOLOGIQUE DU TARAUDAGE PAR DEFORMATION :

    APPLICATION AUX ACIERS PRETRAITES.

    Soutenue le 22 septembre 2004, devant le Jury dexamen :

    M. J-C. GELIN, Professeur, Universit de Franche-Comt, Besanon.... Prsident & Rapporteur

    MM. L. DE CHIFFRE, Professeur, Universit Technique du Danemark...... Rapporteur

    J. GUILLOT, Professeur, INSA de Toulouse......................................... Rapporteur

    M. LAMBERTIN, Professeur, ENSAM Cluny.......................................... Examinateur

    A. MOISAN, Professeur, ENSAM Cluny................................................. Directeur de thse

    G. POULACHON, Matre de Confrences, ENSAM Cluny.................... Co-directeur de thse

    J. GIESSLER, Responsable R&D, PROTOTYP..................................... Invit

    B. JULIEN, Expert procds dusinage, PSA Peugeot Citron........... Invit

  • Plan

    1

    INTRODUCTION ____________________________________________________________ 5 1 GENERALITES __________________________________________________________ 9

    1.1 Normalisation ISO des filets __________________________________________________ 9 1.1.1 Profil de base des filets mtriques ____________________________________________________ 9 1.1.2 Tolrance dexcution des parties tailles _____________________________________________ 11

    1.2 Taraudage par coupe & Taraudage par dformation_____________________________ 12 1.2.1 Gomtrie des tarauds ____________________________________________________________ 12

    1.2.1.1 Gnralits ________________________________________________________________ 12 1.2.1.2 Taraud par coupe ___________________________________________________________ 14 1.2.1.3 Taraud par dformation ______________________________________________________ 14

    1.2.2 Du taraud lopration de taraudage ________________________________________________ 15 1.2.3 Du taraudage au filet taraud _______________________________________________________ 15

    1.3 Description des efforts lors dun cycle de taraudage par dformation _______________ 17 1.3.1 Couple Mz _____________________________________________________________________ 17 1.3.2 Effort axial Fz __________________________________________________________________ 18

    1.4 Taraudage compens, taraudage rigide, taraudage semi-rigide_____________________ 19 1.4.1 Taraudage compens _____________________________________________________________ 19 1.4.2 Taraudage rigide ________________________________________________________________ 20 1.4.3 Taraudage semi-rigide ____________________________________________________________ 21 1.4.4 Conclusion sur les attachements de taraudage __________________________________________ 22

    1.5 Etude des paramtres procds en taraudage par dformation_____________________ 22 1.5.1 Effet vitesse ____________________________________________________________________ 22 1.5.2 Effet du diamtre davant-trou______________________________________________________ 25 1.5.3 Modlisation analytique___________________________________________________________ 29

    1.5.3.1 Mthodologie & rsultats _____________________________________________________ 29 1.5.3.2 Discussion ________________________________________________________________ 32

    2 ETAT DE LART ________________________________________________________ 33 2.1 Les diffrentes procds de filetage____________________________________________ 33

    2.1.1 Taraudage lenfilade ____________________________________________________________ 33 2.1.2 Filetage la filire _______________________________________________________________ 34 2.1.3 Filetage loutil coupant sur tour ___________________________________________________ 35 2.1.4 Tourbillonnage__________________________________________________________________ 35 2.1.5 Filetage la fraise _______________________________________________________________ 36 2.1.6 Rectification des filets ____________________________________________________________ 38 2.1.7 Filetage par lectrorosion _________________________________________________________ 39 2.1.8 Roulage de filet _________________________________________________________________ 40 2.1.9 Comparatifs des procds de filetage_________________________________________________ 41

    2.2 Le taraudage par dformation________________________________________________ 43 2.2.1 Afftage et gomtrie des tarauds par dformation ______________________________________ 43 2.2.2 Modles analytiques en taraudage par dformation______________________________________ 45

    2.2.2.1 Modle analytique de W.E. Henderer (1974)______________________________________ 45 2.2.2.2 1er Modle analytique de S. Chowdhary (2002)____________________________________ 46 2.2.2.3 2me Modle analytique de S. Chowdhary (2003)___________________________________ 48 2.2.2.4 Conclusion sur les modles analytiques __________________________________________ 50

    2.2.3 Influence de divers paramtres _____________________________________________________ 50 2.2.3.1 Diamtre de lavant-trou______________________________________________________ 50 2.2.3.2 Lubrification_______________________________________________________________ 51 2.2.3.3 Rsistance des filets _________________________________________________________ 52

    3 CARACTERISATION ET FORMATION DU FILET ___________________________ 53 3.1 Enjeux et objectifs__________________________________________________________ 53 3.2 Caractrisation du filet______________________________________________________ 53

    3.2.1 Paramtrage dun filet ____________________________________________________________ 53 3.2.2 Analyses micrographiques _________________________________________________________ 54

  • Plan

    2

    3.2.3 Caractrisation de lcrouissage_____________________________________________________ 57 3.2.4 Contraintes rsiduelles ____________________________________________________________ 59 3.2.5 Texture du matriau ______________________________________________________________ 60

    3.3 Formation du filet __________________________________________________________ 62 3.3.1 Formation de la section du filet & crouissage _________________________________________ 62 3.3.2 Etude du bord libre du filet ________________________________________________________ 65 3.3.3 Principe et objectif de la mesure du champ de dplacement _______________________________ 67 3.3.4 Mesure du dplacement tangentiel U ________________________________________________ 68 3.3.5 Mesure du dplacement radial Ur____________________________________________________ 70 3.3.6 Mesure du dplacement axial Uz ____________________________________________________ 72 3.3.7 Calculs de mcanique_____________________________________________________________ 73

    3.3.7.1 Expression des grandes dformations____________________________________________ 73 3.3.7.2 Loi dcrouissage et Tenseur dviateur des contraintes ______________________________ 74 3.3.7.3 Calculs des contraintes _______________________________________________________ 75

    3.3.8 Application de la mthode des grilles la mesure des dplacements Ur et Uz__________________ 76 3.3.8.1 Principe___________________________________________________________________ 76 3.3.8.2 Mesures __________________________________________________________________ 78

    3.4 Conclusions _______________________________________________________________ 78 4 PARAMETRES MATERIAUX ET PROCEDES _______________________________ 81

    4.1 Effet du matriau __________________________________________________________ 81 4.1.1 Matriaux tudis________________________________________________________________ 81

    4.1.1.1 Alliages daluminium ________________________________________________________ 81 4.1.1.2 Alliages base de cuivre _____________________________________________________ 82 4.1.1.3 Alliages base de fer ________________________________________________________ 82

    4.1.2 Caractrisation des matriaux ______________________________________________________ 83 4.1.3 Essais de taraudage ______________________________________________________________ 85 4.1.4 Analyses mtallurgiques __________________________________________________________ 87 4.1.5 Corrlation entre les facteurs _______________________________________________________ 88 4.1.6 Conclusions sur leffet du matriau __________________________________________________ 92

    4.2 Effet du fluide _____________________________________________________________ 93 4.2.1 Caractristiques des fluides ________________________________________________________ 94 4.2.2 Essais de taraudage ______________________________________________________________ 96

    4.2.2.1 Procdure exprimentale _____________________________________________________ 96 4.2.2.2 Effet du fluide sur le couple de taraudage ________________________________________ 96 4.2.2.3 Viscosit et performance dune huile ____________________________________________ 99 4.2.2.4 Influence du mode de lubrification_____________________________________________ 100

    4.2.3 Lubrification et temprature_______________________________________________________ 101 4.2.4 Investigations sur les chantillons tarauds ___________________________________________ 105

    4.2.4.1 Analyses mtallurgiques_____________________________________________________ 105 4.2.4.2 Analyse chimique ___________________________________________