Malek HABAK, Raphaël VELASCO, Pascal VANTOMME Usinages des Composites - 23 octobre 2012 - Albert

1. UPRES-EA3899
Usinage Des Matériaux Composites carbone / Epoxy
Malek HABAK, Raphaël VELASCO, Pascal VANTOMME
Journée Technique sur l’usinage des composites 23:10/2012. Lycée Lamarck
Doctorante: Yosra TURKI
Auditeur CNAM : Jean Noêl LAURENT

2. Perçage multi-matériaux Perçage des matériaux composites
M. CHERIF. I2M, Université Bordeaux 1. JEC 2011
2

3. Perçage des matériaux composites
0°
45°
[(0°/45°/90°/-45°)3]S
90°-45°
x3
8 mm
-45°
90°
45° 0°
x3
3

4. Perçage des matériaux composites
70
60
Fz (N) I: Entrée des arêtes
II: Entrée listels
50 IV
III: Engagement pleine matière
40 III IV: sortie arêtes
II V
V: sortie listels
30
I
20 Mz (N.cm)
10
N=3000 tr.min-1
0
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 17,5 f =0,3 mm.tr-1
4

5. Résultats: Perçage
Influence de l’avance
N=1800 tr.min-1 N=1800 tr.min-1
f =0,04 mm.tr-1 f =0,36 mm.tr-1
Entrée
du trou
N=1800 tr.min-1 N=1800 tr.min-1
f =0,04 mm.tr-1 f =0,36 mm.tr-1
Sortie
du trou
5

6. Endommagements Perçage des matériaux composites
Propagation de fissure
6

7. Perçage des matériaux composites
7

8. Détourage
Paramètres étudiés au cours du détourage
Outil
 (°) N (tr.min-1) Vf (mm.s-1) ap (mm)
(=6 mm)
0 Carbure 2 8000 10 0,5
15 dents 13500 30 1
2 dents
8

9. Détourage
Influence sur l’effort de coupe Fc
9

10. Résultats et Analyses
Détourage
Arrachements
Carbure 2 dents
Délaminage
10

11. Coupe orthogonale
11

12. Influence de la vitesse de coupe Coupe orthogonale
Orientation des fibres Orientation des fibres
600 600
Effort de poussée Fp (N)
0° 15° 30° 90° 0° 15° 30° 90°
Effort de coupe Fc (N)
500 500
400 400
300 300
200 200
100 100
0 0
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
Vitesse de coupe Vc (m.min-1) Vitesse de coupe Vc (m.min-1)
0°
15 couches
12

13. 600
ap = 0,1 mm ap = 0,15 mm ap = 0,25 mm
= 0° ap = 0,35 mm ap = 0,5 mm
Effort de poussée Fp (N)
500
400
Rupture
des fibres Propagation
300 de la fissure
200
Sens de l’avance de l’outil Sens de l’avan
100
Grossissement x100
0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Orientation des fibres  (°)
600
ap = 0,1 mm ap = 0,15 mm ap = 0,25 mm
ap = 0,35 mm ap = 0,5 mm
= 15° 500
Effort de coupe Fc (N)
400
Ecrasement
300
des fibres
200
Sens de l’avance de l’outil 100
Sens de l’avan
0
issement x100 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Orientation des fibres  (°) Grossissement x100
13

14. Sens de l’avance de l’outil
Influence de l’orientation des fibres sur la formation [1]
du copeau
= 0°
[1] R. Teti, Machining of composites materials, University of Naples
Frederico II, 2002.
14

15. Sens de l’avance de l’outil
Influence de l’orientation des fibres sur la formation [1]
du copeau
= 45°
[1] R. Teti, Machining of composites materials, University of Naples
Frederico II, 2002.
15

16. Sens de l’avance de l’outil
Influence de l’orientation des fibres sur la formation [1]
du copeau
[1] R. Teti, Machining of composites materials, University of Naples
Frederico II, 2002.
16

17. Coupe orthogonale
Champs de température
Plaquette
Surface usinée
Copeaux θ= 0° θ= 15° θ= 45°
Sens de l’avance de l’outil
θ= 135°
Procédé d’usinage: Coupe orthogonale
Matériau: UD
Vc = 2m/min
ap = 0,25 mm
17

18. 18

19. Paramètres étudiés Détourage
Paramètres étudiés au cours du détourage
Outil
 (°) N (tr.min-1) Vf (mm.s-1) ap (mm)
(=6 mm)
0 Carbure 2 8000 10 0,5
15 dents 13500 30 1
30 Carbure 20500 50 1,5
45 taille
24000 70 2
90 diamant
2 dents Taille diamant
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20. Résultats et Analyses
Détourage
Influence de la vitesse de rotation N sur l’effort de coupe Fc
Carbure 2 dents Carbure taille diamant
20

21. Influence de l’orientation des fibres  sur la rugosité Ra Détourage
Carbure 2 dents Carbure taille diamant
21

22. Coupe orthogonale
22

23. Usinage des composites
[2]
Type des outils
[2] Gohorianu G., Thèse, Université de Toulouse, 2008.
23
23

24. Influence de la géométrie de l’outil à l’intérieur des trous
Délaminage
Ecaillage
Fibres mal
coupées
Arrachement
des fibres
24

25. Perçage des matériaux composites
Endommagements
Fd = Dmax / D
Vitesse de rotation N (tr.min-1) 1800 3000 6000
Entrée du trou 1,7 1,8 1,8
Fd
Sortie du trou 1,6 1,4 1,5
Vitesse de rotation N (tr.min-1) 1800 3000 6000
Entrée du trou 1,2 1,2 1,225
Fd
Sortie du trou 1,5 1,6 1,6
25

26. Conclusion
Perçage multi-matériaux Simulation - Optimisation
Compréhension et prévision du comportement des matériaux pendant la coupe
(définition des paramètres les plus influents)
Obtenir des réponses numériques aux problématiques liées au
développement d’un nouveau procédé ou de nouvelles géométries d’outils
Fc = 11,9445 - 0,0012.N + 0,6611.Vf +19,9542.ap
26

27. Merci pour votre attention