Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Redouane ZITOUNE : Maître de conférences, HdR, Institut Clément Ader, IUT-A de Toulouse, France
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Francis COLLOMBET : Professeur des universités, Institut Clément Ader, IUT-A de Toulouse, France
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Kamel MOUSSAOUI : Docteur de l'université Paul Sabatier de Toulouse, Institut Clément Ader, - IUT-A de Toulouse, France
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Ameur MOHAMED FAYÇAL : Enseignant chercheur à l'École Nationale Supérieure de Technologie d'Alger, - ENST d'Alger, Algérie
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’association par empilement de matériaux comme l’aluminium et le composite matrice époxy/fibres de carbone pose de nombreux problèmes en matière de perçage dus à la différence de leur usinabilité. De fait, on ne peut simplement juxtaposer les études réalisées sur chaque matériau constitutif pour réaliser un compromis acceptable. Il s’agit ici de rappeler brièvement et en préambule les résultats obtenus sur les deux familles constitutives dont les traits majeurs sont pour l’une, l’anisotropie et l’hétérogénéité et pour l’autre, l’isotropie et l’homogénéité.
Dans cet article, est présenté tout d'abord un synopsis de l'état de l'art sur les problématiques associés au perçage conventionnel des matériaux composites, de l'aluminium et des multi-matériaux. Par la suite, les résultats d’une campagne d’essais de perçage à sec d’un multi-matériau de type CFRP/Al permettant d’assurer un usinage avec des copeaux discontinus tout en garantissant un état de surface acceptable sont détaillés. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l’étude de l’usinabilité d’un multi-matériau de type CFRP/Al en utilisant les outils disponibles sur le marché et sur le conseil de fournisseurs d’outils. Les objectifs étaient d’évaluer :
– l’influence des paramètres de coupe (vitesse de rotation et vitesse d’avance de l’outil) sur les efforts de coupe générés ainsi que sur la qualité d’usinage ;
– l’influence du nombre de trous percés sur l’évolution des efforts de poussée et de la rugosité dans le composite et dans l’aluminium ;
– l’intérêt d’utiliser des outils et des revêtements disponibles sur le marché lors du perçage des multi-matériaux de type CFRP/Al ;
– l’apport d’un nouveau revêtement de type nano-composite.
Dans un second temps, on s’est attaché au développement d’une nouvelle géométrie d’outils de coupe, dans le but d’assurer un perçage de composite de type CFRP/Al avec des copeaux métalliques discontinus, tout en garantissant une rugosité moyenne faible dans le composite (
) et dans l’aluminium (
).
Points clés
Domaine : assemblage, usinage, composites
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées :
Domaines d’application : Aéronautique et spatial
Principaux acteurs français :
– Institut Clément Ader de Toulouse
Autres acteurs dans le monde : Université de Washington à Seattle
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Présentation
Étude du perçage avec des outils disponibles sur le marché2. Essais de perçage
Les plaques hybrides CFRP/Al étudiées sont composées d’une plaque composite en carbone/époxy et d'une plaque d’aluminium. La plaque composite usinée est issue d’une nappe unidirectionnelle avec une séquence d’empilement quasi isotrope de 16 plis et une épaisseur de 4,25 mm. La plaque isotrope est en alliage d’aluminium utilisée dans le domaine aéronautique avec la référence Al 2024 (tableau 1).
Le pourcentage des éléments d’addition de l’alliage d’aluminium est respectivement de 93,5% pour Al ; 0,5% pour Si ; 3,8 à 4,9% pour Cu ; 1,2 à 1,8% pour Mg et 0,1% pour Cr. Les essais de perçage réalisés sont organisés suivant un plan d’expérience complet avec trois vitesses d’avance et trois fréquences de rotation (tableau 1).
Les essais de perçage sont effectués sur la machine à commande numérique développée par la société Latécoère Service dans le cadre du projet de recherche OPERA. Cette machine d’usinage a été fabriquée dans l’objectif d’enchaîner les opérations de perçage, encollage, rivetage et vision en 12 s.
Avec la tête OPERA (figure 1), ces opérations peuvent être réalisées dans une configuration d’usinage suivant un axe de déplacement principal horizontal, vertical ou une combinaison des deux axes de déplacement.
L’acquisition des efforts de coupe est réalisée à l’aide d’un capteur d’effort quatre axes de type Kistler (figure 2 b). La fixation du capteur de force sur le support de la machine est réalisée grâce à un montage spécifique (figure 2 a). Le capteur de force Kistler est relié à un amplificateur de charge de type 5019. Le signal de sortie de l’amplificateur est transformé en force de coupe grâce à un ordinateur qui permet l’acquisition et l’enregistrement des signaux (forces et moment de coupe). La pièce hybride à usiner est encastrée sur un support dédié (figure 2 c). Sur ce dernier, un trou de 18 mm est usiné afin de laisser passer le foret et d’interdire la flexion de la plaque sandwich multi-matériaux....
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Essais de perçage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KOËNIG (W.), WULF (Ch.), GRASS (H.), WILLERSCHEID (H.) - Machining of fibre reinforced plastics. - Ann CIRP, 34, pp. 537-47 (1985).
-
(2) - ERIK (P.), INGVAR (E.), LEIF (Z.) - Effects of hole machining defects on strength and fatigue life of composite laminates. - Composite Part A, Vol. 31, pp. 141-51 (1997).
-
(3) - ZITOUNE (R.), COLLOMBET (F.)et al - Experiment-calculation comparison of the cutting conditions representative of the long fibre composite drilling phase. - Composites Science and Technology, Vol. 65, pp. 455-466 (2005).
-
(4) - ZITOUNE (R.), PÉRIÉ (J.N.), COLLOMBET (F.) et al - Coupe orthogonale sur composites fibres longues carbone/époxy : comparaison entre mesures de champs et calculs numériques. - Colloque National de Photo Méca. 2004, École des Mines d’Albi-Carmaux, CD Rom, ISBN 2-9511591 pp. 3-7 (2004).
-
(5) - AROLA (D.), RAMULU (M.), WANG (H.) - Chip Formation in Orthogonal Trimming of Graphite / Epoxy Composites. - Composites :...
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