Thèse CIFRE sur la modélisation du procédé de rectification pour les matériaux base Nickel F/H

Les exigences croissantes en matière d'efficacité des moteurs à réaction d'aéronefs entrainent des conditions fonctionnelles sévères, particulièrement pour la turbine haute pression. Les aubes de turbine sont fabriquées à partir de superalliages base nickel pour résister aux forts niveaux de température.
Ces composants mécaniques sont produits par fonderie ; la réalisation des surfaces fonctionnelles se fait par un procédé de rectification. Faisant partie des procédés de mise en forme par enlèvement de matière par abrasion, la rectification permet d'ébaucher et de finir le profil en « pied de sapin » des pieds d'aubes. Ce pied de sapin permet d'assurer la liaison mécanique entre le disque de turbine et l'aube et constitue une zone d'attention pour le dimensionnement. La technique d'usinage par rectification permet ainsi de respecter des tolérances dimensionnelles et géométriques particulièrement serrées. Cela est réalisé avec une meule (i.e. un outil) constituée d'abrasifs agglomérés formés de grains et d'un liant.
Par contre, ce procédé par abrasion implique une génération de chaleur non négligeable pouvant conduire à des modifications microstructurales qui peuvent être néfastes dans un environnement de fonctionnement sévère (fortes contraintes thermomécaniques, atmosphère oxydante par le souffre). La maitrise du procédé est essentielle pour garantir l'intégrité matière des surfaces finies et donc les propriétés du matériau
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Une thèse est proposée en vue d'élaborer une modélisation thermomécanique méso-macro de la rectification plane et de profil pour des aubes de turbine en alliage base nickel au travers de corrélations essais-calculs à l'échelle laboratoire. Cette modélisation sera in fine utilisée dans le processus de selection des paramètres procédés jugés significatifs (i.e. impactant pour le procédé et l'intégrité de la pièce).

L'étude sera décomposée en trois parties majeures :

Première partie : Modélisation macroscopique des efforts de rectification locaux et globaux de profil à générer, fondée sur les caractéristiques géométriques et cinématiques de l'interaction meule/pièce (profils droits, tronconiques et rayonnés).

Deuxième partie : Modélisation des efforts de rectification d'un profil complet en ébauche et finition, avec prise en compte de la topographie locale de la meule pour des profils complets.

Troisième partie : Modélisation en vue de la prédiction des géométries de profil et l'intégrité de surface des pièces usinées, en tenant compte des effets locaux des efforts et de la température.

L'objectif final est de proposer un modèle utilisable en milieu industriel par Safran Aircraft Engines. La définition des règles métier à appliquer seront basées sur des études et justifications spécifiques.

La thèse porposée dépend du Centre de Compétences Matériaux et Procédés en Usinage qui est rattaché à la division Matériaux et Procédés de Safran Aircraft Engines. Le service travaille avec l'ensemble de la direction technique et des lignes de production pour proposer des plans d'amélioration afin de répondre aux divers besoins (développement de nouvelles technologies, contribution à l'industrialisation de nouveaux procédés, soutien technique …).

Le secteur est également en charge de faire évoluer les spécifications nécessaires à la mise en œuvre de l'ensemble des procédés au sein de son domaine de compétences. Celui-ci comprend notamment l'usinage conventionnel (dont la rectification) et non-conventionnel, la mise en compression et la simulation des procédés.

Afin de remplir ses missions, le service est composé d'une vingtaine de collaborateurs et dispose de son propre parc machine.

Le candidat doit être issu d'une formation bac+5 dans le domaine de la mécanique. Un master recherche et des connaissances en modélisation mécanique et en tribologie seraient un plus.
Un bon niveau en anglais est également souhaité (échanges potentiels avec des partenaires étrangers).

La thèse sera effectuée en collaboration avec le Laboratoire d'Etudes des Microstructures et de Mécaniques de Matériaux (LEM3 – Metz). La répartition entre laboratoire (Metz) et entreprise (Sites Corbeil et de Gennevilliers) est estimée à 90-10%.

Safran est un groupe international de haute technologie opérant dans les domaines de l'aéronautique (propulsion, équipements et intérieurs), de l'espace et de la défense. Sa mission : contribuer durablement à un monde plus sûr, où le transport aérien devient toujours plus respectueux de l'environnement, plus confortable et plus accessible. Implanté sur tous les continents, le Groupe emploie 100 000 collaborateurs pour un chiffre d'affaires de 27,3 milliards d'euros en 2024, et occupe, seul ou en partenariat, des positions de premier plan mondial ou européen sur ses marchés.
Safran est la 2ème entreprise du secteur aéronautique et défense du classement « World's Best Companies 2024 » du magazine TIME.

Safran Aircraft Engines conçoit, produit et commercialise, seul ou en coopération, des moteurs aéronautiques civils et militaires aux meilleurs niveaux de performance, fiabilité et respect de l'environnement. La société est notamment, à travers CFM International*, le leader mondial de la propulsion d'avions commerciaux courts et moyen-courriers.
* CFM International est une société commune 50/50 de Safran Aircraft Engines et GE Aerospace.

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