Au sein de notre équipe Recherche avancée nous proposons un sujet de recherche à réaliser en thèse sous contrat CIFRE.

CONTEXTE :

La découpe de différents plis de matériaux flexibles est réalisée par le déplacement d’une lame vibrante. Cette action est la résultante d’un déplacement horizontal (vitesse d’avance V) et d’un déplacement vertical (fréquence de coupe f) suivant une amplitude définie (A).

Il existe un rapport entre vitesse d’avance, fréquence et amplitude de coupe à déterminer pour optimiser les efforts appliqués à l’outils pendant la coupe ; ce rapport conditionne l’usure de l’outil et la qualité de coupe.

Une tête de coupe instrumentée a permis d’obtenir le profil des efforts de coupe frontaux selon différents paramètres de coupe. Nous y constatons une dissymétrie de l’effort entre les montées et les descentes de lame.

Par une combinaison d’avance et d’oscillation, la lame découpe la matière. Pendant sa descente, le fil tranchant incurvé (sous l’effet de l’effort frontal) vient en contact avec la matière et la coupe. C’est au moment de remonter que la dissymétrie de l’effort apparaît.

Si la fréquence de coupe f est rapide et que la vitesse d’avance V est lente, la lame remonte quasiment à la verticale et elle ne coupera pas la même quantité de matière que pendant sa descente. En coupant moins de textile, l’effort diminue, permettant à la lame de moins fléchir et de revenir en contact avec la matière. Cet effet est visible sur la figure suivante où la lame passe successivement de la position 1 à 2.

Dans le cas où la fréquence de coupe f est faible pour une vitesse V élevée, lors de sa remontée, la lame avance malgré tout dans la matière, gardant un niveau de sollicitation supérieur à l’exemple précédent. La quantité de matière découpée, estimée au moment de la montée et de la descente, n’est toujours pas équivalente. Ceci explique qu’il reste tout de même une dissymétrie minime dans l’expression de l’effort frontal. La figure suivante illustre cette réflexion.

Proposition

En raisonnant la coupe sur le plan énergétique, il doit être possible d’optimiser le travail de la lame (effort frontal/vertical) selon son déplacement et son comportement dynamique dans la matière et de compenser de plus les pertes du travail effectif lorsque la vitesse verticale est nulle (passages aux points morts hauts et bas).

Cela peut être par une étude approfondie des méthodes d’analyse et de contrôle de la cinématique afin de conserver un niveau de travail optimal de la lame dans la matière ou plus radicalement par une modification plus profonde de la cinématique de coupe.

L’objectif est de déterminer une modélisation fiable et précise de la loi de coupe qui intègre l’ensemble de la dynamique du système afin d’obtenir, à termes, un démonstrateur ou jumeau numérique de la nouvelle tête à réaliser.

Il est attendu, tout d’abord, une étude de l’état de l’art concernant la découpe par lame vibrante et des tests sur matériel existant pour mieux appréhender les limitations du système et les verrous technologiques à lever. Ensuite, une proposition par contrôle ou modification de la cinématique actuelle sera étudiée. Après mise en pratique et/ou fabrication, de nouveaux relevés d’efforts pendant la coupe mettront à l’épreuve cette proposition.

Mise à disposition

L’entreprise met à la disposition du thésard une machine de coupe équipée d’un capteur pouvant mesurer les efforts de coupes suivant 5 axes. Ces mesures sont complétées par une surveillance des courants moteurs animant les éléments mobiles. Une équipe de développeurs logiciels, concepteurs mécanique et électronique sont disponibles pour apporter leur soutien au travaux nécessaires à la thèse.

Proposition de séquencement

·         Etat de l’art, analyse de l’existant et confrontation des cinématiques (6 mois)

·         Tests sur le système actuel pour compréhension de la cinématique, du comportement dynamique de la lame et de la réaction du système à différents paramètres de coupe (vitesse d’avance, fréquence de vibration lame…) (4 mois)

·         Détermination par des méthodes numériques de la loi de coupe en intégrant la dynamique de la lame (12 mois)

·         Réalisation d’un démonstrateur numérique permettant de valider la cinématique. Validation du démonstrateur numérique par campagnes sur moyens d’essais développés avec la société LECTRA lors de précédentes études (10 mois)

·         Rédaction manuscrit de thèse (4 mois)

Etudiant Bac+5 ou niveau Ingénieur. Le(la) candidat(e) doit avoir une base solide en conception de systèmes mécaniques.

Des connaissances en automatisme, mécatronique et logiciel embarqué seront appréciées également.

La montée en compétence sur les domaines qu’il(elle) maitrise moins pourra se faire avec l’aide des équipes internes de Lectra.