Influence de la temperature de coupe sur les propriétés mécaniques en traction uni-axiale d'un composite carbone/époxy et étude de l'usinabilité d'un composite lin/époxy

Résumé

Les matériaux composites à matrice plastique renforcée de fibres de carbone présentent un grand intérêt pour l’industrie aéronautique comme remplacement des pièces structurelles métalliques pour la réduction du poids des structures. Malgré l’amélioration continue des méthodes de mise en forme des pièces stratifiées, une opération de détourage est toujours nécessaire pour atteindre les dimensions fonctionnelles requises par le cahier des charges. Cependant, les fibres de carbone sont très abrasives ce qui engendre une usure d’outil rapide et une température de coupe élevée qui endommage la matrice époxy. La première partie de cette étude a pour objectif de mettre en évidence l’influence de la température de coupe engendrée par l’usure d’outil sur le fini de surface et sur les propriétés mécaniques en traction uni-axiale. Pour mettre en évidence les défauts de bord et qualifier l’usinage, des éprouvettes de 6 mm et de 12 mm de large sont réalisées, sur un stratifié Carbone/Époxy, par une opération de détourage afin d’amplifier l’effet des défauts sur les propriétés mesurées. Un outil neuf et un outil usé sont utilisés pour générer des températures de coupe différentes. Une température de coupe de 300°C est atteinte pour l’outil neuf et de 450°C pour l’outil usé. Les résultats montrent que les éprouvettes usinées avec l’outil neuf ne présentent aucun dommage thermique et la coupe est propre. Celles usinées avec l’outil usé présentent une surface dégradée et lisse et une matrice carbonisée étalée sur la surface usinée. Les essais de traction ne montrent aucune variation des propriétés mécaniques pour les éprouvettes de 12 mm quelle que soit la condition d’usinage. On observe une perte de 10% des performances mécaniques pour les éprouvettes de 6 mm. Ces résultats suggèrent que les défauts thermiques et mécaniques occasionnés par l’usure d’outil affectent les propriétés en traction uni-axiale, mais seulement à partir d’une certaine largeur d’éprouvette pour laquelle le défaut d’usinage devient influent sur les propriétés. La deuxième partie de l’étude porte sur les composites à fibres de lin. En effet, ces fibres présentent un grand intérêt économique et environnemental car ce sont des produits naturels biodégradables entièrement recyclables contrairement aux fibres synthétiques. Elles sont aussi beaucoup moins chères que les fibres synthétiques comme le verre ou le carbone. De plus, elles sont peu abrasives ce qui offre une plus grande durée vie de l’outillage et leurs propriétés spécifiques (Résistance vs Poids) sont comparables aux fibres de verre. Elles offrent donc un intérêt économique et environnemental certain pour les entreprises. Malheureusement, la connaissance de l’usinage d’un tel matériau est faible et les recherches en ce sens débutent à peine. L’objectif de cette étude est de qualifier l’usinabilité d’un composite (NFRP) lin/époxy et d’observer l’influence des paramètres de coupe et de l’orientation des fibres sur les efforts de coupe et le fini de surface. Des essais de détourage sont effectués sur des plaques de composites unidirectionnels avec deux outils différents. Les résultats montrent que le fini de surface et les efforts de coupe sont fonction de la vitesse d’avance. La vitesse de coupe n’a aucune influence sur ces derniers. L’outil #2 (outil PCD) fournit les meilleurs résultats avec une coupe propre et nette, un fini de surface de meilleure qualité et des efforts de coupe de 3 à 5 fois inférieurs à ceux obtenus avec l’outil #1 (outil CVD). C’est un matériau facilement usinable avec des efforts de coupe faibles et très peu abrasif car aucune usure d’outil n’est observée. Dans un objectif de minimisation des efforts de coupe, de minimisation de la rugosité et de maximisation de la productivité, une avance intermédiaire (0,3 mm/tr pour l’outil #1 et 0,1 mm/tr pour l’outil #2) et une haute vitesse de coupe (800 m/min) sont des paramètres optimaux.

Date	12 juin 2015
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Jean-François Chatelain (Directeur(-trice)) & Gilbert Lebrun (Codirecteur(-trice))