L'usinage à grande vitesse présente de nombreux avantages par rapport à l'usinage conventionnel, mais reste soumis aux contraintes économiques et écologiques. L'optimisation des paramètres de coupe doit permettre d'accroître la productivité, de réduire l'usure des outils et d'assurer la qualité de la pièce usinée. Cette démarche nécessite de développer des approches numériques perspicaces de l'interface outil-copeau. Cela impose de déterminer précisément le comportement rhéologique des antagonistes et d'établir des modèles de frottement objectifs. En parallèle, des essais expérimentaux du procédé doivent permettre d'obtenir des données fiables pour garantir la pertinence des valeurs prédites par les modèles numériques. Dans les approches numériques pour l'usinage à grande vitesse, le comportement rhéologique des matériaux usinés est généralement décrit par une loi de Johnson Cook et le frottement à l'interface par un coefficient constant de type Coulomb.

Il est ici proposé de déterminer une loi de frottement à paramètres multiples au moyen de deux tribomètres spécifiques. La méthodologie proposée utilise des modèles numériques des deux types d'essais tribologiques afin de déterminer une valeur de coefficient de frottement de type Coulomb associée à la pression locale, à la température et à la vitesse de glissement au sein du contact. La réalisation de nombreux essais permet d'estimer une loi de frottement dépendante des conditions locales dans le contact. L'implémentation de cette loi dans un modèle numérique permet donc d'affecter une valeur de frottement spécifique en fonction des variables locales de pression, de vitesse de glissement et de température au sein du contact outil-copeau.

Des études ont montré que des phénomènes de recristallisation dynamique apparaissent lors de l'usinage dans l'interface outil-copeau. La loi de Johnson Cook ne permet pas de considérer ces phénomènes. Des modèles rhéologiques spécifiques basés sur la métallurgie sont introduits pour tenir compte de ces phénomènes de recristallisation dynamique. Deux modèles empiriques proposés par Kim [Kim03] et Lurdos [Lur08] sont étudiés. D'autres essais spécifiques sont réalisés sur un banc d'essai de coupe orthogonale afin de juger de l'objectivité de ces approches.

Enfin, un modèle éléments finis de la coupe orthogonale à deux dimensions est développé avec le logiciel Abaqus Explicit en utilisant une formulation ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian). Ce modèle peut alors prédire la formation des copeaux, les températures d'interface, les longueurs de contact et les forces de coupe.

Il est finalement montré dans cette étude qu'il est nécessaire de prendre en compte une loi de frottement à paramètres multiples qui tient compte des pressions, de la température et des vitesses de glissement locales et d'intégrer une loi de comportement rhéologique à base métallurgique pour aboutir à une simulation numérique objective de l'usinage à grande vitesse.