Soutenance de thèse : Adriana QUACQUARELLI

A multi-scale modeling approach for diamond tools wear

Doctorante : Adriana QUACQUARELLI

Laboratoire INSA : LaMCoS
Ecole doctorale : ED162 : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique de Lyon

Les outils diamantés (DIT: outils de carottage, scies à ruban et circulaires) sont largement utilisés pour traiter et dimensionner les matériaux fragiles. Les DIT sont composés de diamants abrasifs noyés dans une matrice métallique par frittage. Lors des opérations de découpe, la matrice retient les diamants qui, grâce à leur dureté, peuvent indenter la pièce. Des débris du matériau découpé se formeront, définissant, avec l'eau utilisée pour les éjecter, une suspension dense. Ce flux de débris est très abrasif pour la matrice et peut l'user. Bien que ce processus d'usure soit nécessaire pour renouveler les diamants, il doit être contrôlé en termes de taux d'usure pour atteindre un équilibre optimal entre la durée de vie et la capacité de découpe. Si plusieurs tentatives ont été faites pour analyser l'usure des diamants, le processus d'usure impliquant la matrice n'est pas encore bien compris. A défaut de mesures expérimentales pertinentes pour décrire ce processus, l'objectif principal est de construire une stratégie numérique multi- échelles pour décrire l'usure abrasive en tenant compte des interactions tribologiques complexes impliquant la matrice, les diamants et le flux de débris. Cette stratégie repose sur deux modèles : (1) le modèle macroscopique, construit à l'échelle du diamant et résolu par la méthode des éléments finis (FEM); le modèle mésoscopique (2), construit à l'échelle des débris et résolu avec un code Eléments Discrets déformables et qui permet d’étudier l'usure localement, en tenant compte de la microstructure polycristalline de la matrice métallique. Dans le contexte de la demande industrielle, le modèle macroscopique (1) donne des résultats encourageants en termes de taux d'usure et peut être utilisé comme modèle prédictif dans la sélection de la matrice métallique optimale. Le modèle mésoscopique (2) décrit les phénomènes principaux qui contrôlent l'usure et qui ne sont pas accessibles à l'échelle supérieure.