compréhension des mécanismes de coupe des composites
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Compréhension des mécanismes de coupe des
composites
UPRES-EA3899
Malek HABAK, Yosra TURKI, Raphaël VELASCO, Pascal VANTOMME
Usinage et assemblage des matériaux composites
26 septembre 2013
Chambre des Métiers | 2, Circuit de la Foire
Internationale | L-1347 Luxembourg-Kirchberg
2
http://babounette.wifeo.com/pieces-de-monnaie.php
Aile de l'A350 XWB
Thévenin R., « Advanced Repair Technologies to Meet Future MRO Demand », Aircraft composite repair management forum, 2011.
http://www.gifsmaniac.com/gifs-animes/outils/gifs-animes-perceuses.htm
3
Sommaire
Perçage des composites
Coupe orthogonale
Application – Détourage
Application – Perçage
Composite 3D
Conclusion et perspectives
4
Perçage des composites - Conditions de coupe
Effort de coupe Analyse des trous
Rugosité Température de coupe
5
Entrée des trous
F=0,36mm/tr
Perçage des composites - Évolution de Fz et Mz avec N
6
Perçage des composites - Évolution des diamètres trous
7
Perçage des composites - Évolution du facteur de délaminage
8
N = 6000tr/min
L’orientation des fibres est le paramètre le plus influent
Perçage des composites - Étendue des défauts
9 9
0°
15 couches
Coupe orthogonale - Mécanismes de formation de copeau
10 10 10
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25 30
Effo
rt d
e p
ou
ssé
e F
p (N
)
Vitesse de coupe Vc (m.min-1)
0°
15°
30°
90°
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30
Effo
rt d
e c
ou
pe
Fc (N
)
Vitesse de coupe Vc (m.min-1)
0°
15°
30°
90°
Coupe orthogonale - Évolution des efforts
L’orientation des fibres est le paramètre le plus influent
11 11
0
100
200
300
400
500
600
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Eff
ort
de c
ou
pe
Fc (
N)
Orientation des fibres (
)
ap = 0,1 mm ap = 0,15 mm ap = 0,25 mm
ap = 0,35 mm ap = 0,5 mm
0
100
200
300
400
500
600
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Eff
ort
de p
ou
ss
ée
Fp
(N
)
Orientation des fibres (
)
ap = 0,1 mm ap = 0,15 mm ap = 0,25 mm
ap = 0,35 mm ap = 0,5 mm
Coupe orthogonale – Évolution des efforts
= 135°
= 45°
Ecrasement
des fibres Propagation
de la fissure = 0°
Rupture
des fibres
= 15°
Sens de l’avance de l’outil
Ecrasement
des fibres
Propagation
de la fissure
12 12 12
Influence de l’orientation des fibres sur la formation
du copeau
R. Teti, Machining of composites materials, University of Naples Frederico II, 2002. =
0°
Sens de l’avance de l’outil
Coupe orthogonale - Effet de l’orientation des fibres
13 13 13
Influence de l’orientation des fibres sur la formation
du copeau
= 45°
Sens de l’avance de l’outil
Coupe orthogonale - Effet de l’orientation des fibres
R. Teti, Machining of composites materials, University of Naples Frederico II, 2002.
14 14
14
Influence de l’orientation des fibres sur la formation
du copeau
Sens de l’avance de l’outil
Coupe orthogonale - Effet de l’orientation des fibres
R. Teti, Machining of composites materials, University of Naples Frederico II, 2002.
15 15
Observations MEB d’une
stratification d’un trou
Coupe orthogonale - Effet de l’orientation des fibres
16 16 16
Application - Détourage
Paramètres étudiés au cours du détourage
(°) Outil
(=6 mm) N (tr.min-1) Vf (mm.s-1) ap (mm)
0 Carbure 2
dents
8000 10 0,5
15 13500 30 1
30 Carbure
taille
diamant
20500 50 1,5
45 24000 70 2
90 2 dents Taille diamant
17 17 17
Influence sur l’effort de coupe Fc
Application - Détourage
18 18
Influence de la vitesse de rotation N sur l’effort de coupe Fc
Carbure 2 dents Carbure taille diamant
18
Application - Détourage
19 19 19
Carbure taille diamant Carbure 2 dents
Influence de l’orientation des fibres sur la rugosité Ra
Application - Détourage
20 20 20
Application - Perçage
21 21
Application - Perçage : Influence de la géométrie de l’outil
22 22
Vitesse de rotation N (tr.min-1) 1800 3000 6000
Fd Entrée du trou 1,7 1,8 1,8
Vitesse de rotation N (tr.min-1) 1800 3000 6000
Fd Entrée du trou 1,2 1,2 1,222
Fd = Dmax / D
22
Application - Perçage : Influence de la géométrie de l’outil
23 23
Principe de réalisation de la
couture
Composite 3D - Diminution du délaminage en sortie des trous
24 24
Observation macroscopique de l’entrée
de trou percé
f = 0,6 mm/tr ; N = 6000 tr/min
Composite 3D - Diminution du délaminage en sortie des trous
25 25
Observations microscopiques de
l’intérieur des trous
Composite non cousu Composite cousu
f = 0,2 mm/tr et N = 6000 tr/min
Composite 3D - Diminution du délaminage en sortie des trous
26 26
Compréhension et prévision du comportement des matériaux pendant la coupe (définition des paramètres les plus influents)
Perçage multi-matériaux
Obtenir des réponses numériques aux problématiques liées au développement
d’un nouveau procédé ou de nouvelles géométries d’outils
Simulation - Optimisation
Fc = 11,9445 - 0,0012.N + 0,6611.Vf +19,9542.ap
26
Conclusion et perspectives
une corrélation entre les efforts de coupe et l’apparition du délaminage donne la
possibilité d’établir des conditions, au-delà desquelles le matériau est dégradé.
Il s’agit de renforcer localement la zone à usiner, ce qui pourrait avoir comme
conséquence de réduire l’endommagement généré par un usinage d’où une modification
des paramètres d’usinage pour un éventuel gain de productivité.
L’analyse des champs de déformation au voisinage de la zone usinée et permettra de
mettre en évidence le comportement du composite en usinage et de valider
les modèles numériques.
Prédiction des défauts et de l’endommagement
Un nouveau concept pour augmenter la productivité
Valider les simulations numériques
Conclusion et perspectives
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