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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Analyse des résultats3. Étude du perçage avec des outils disponibles sur le marché
Pour réaliser cette étude, les outils sélectionnés sont en carbure de tungstène micro grain de nuance K20 et de diamètre de 6 mm, et caractérisés par une géométrie hélicoïdale. Certains outils sont conçus pour l’usinage des alliages d’aluminium, alors que d’autres sont dédiés à l’usinage des matériaux composites de type carbone/époxy. Comme mentionné dans le tableau 2, nous avons utilisé des outils revêtus de revêtements minces et d’autres non revêtus. En ce qui concerne les revêtements, trois types sont testés. Les deux premiers revêtements sont disponibles sur le marché (plus précisément chez les grands fabricants de forets comme Dormer, Secotools, Sandvik…). Le premier revêtement est de type nitrure de titane d'aluminium TiAlN, c’est un revêtement céramique multi-couche recommandé pour l’usinage à sec, réalisé sur les outils que nous avons nommés Réf. 1. Le deuxième revêtement est de type diamant Dialub particulièrement recommandé pour les alliages d'aluminium recouvrant les outils nommés Réf. 2.
Le dernier revêtement, réalisé sur un outil du commerce référencé par Réf. 3 est spécifique, ce prototype n'étant pas encore commercialisé. C’est un nano composite de référence nc-CrAlN/a-Si3N4, réalisé en collaboration avec la société de République tchèque SHM, et constitué de monocristaux de dimension nanométrique de 10 nm. Ces derniers sont noyés dans une résine céramique de type Si3N4. L’ensemble constitue un revêtement nano-composite caractérisé par une dureté élevée. Les caractéristiques géométriques des outils et le type de revêtement utilisés sont rassemblés dans le tableau 2.
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Étude du perçage avec des outils disponibles sur le marché
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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