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Étude de la qualité des pièces, des efforts de coupe et des émissions de particules lors du détourage et du perçage des composites époxy-fibres de carbone

Boutitie, Victor (2016). Étude de la qualité des pièces, des efforts de coupe et des émissions de particules lors du détourage et du perçage des composites époxy-fibres de carbone. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans l’industrie aéronautique, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés pour leurs propriétés physiques exceptionnelles. Les opérations d’usinage sont cependant nécessaires afin de réaliser des pièces dans de tels matériaux, en accord avec le cahier des charges. Ce sont plus particulièrement les opérations de détourage et de perçage qui prédominent. Avec celles-ci vient le problème des émissions de particules dans l’air, mais aussi la qualité de surface et la productivité qui restent importants dans l’industrie. Ainsi, dans ce mémoire nous nous intéressons à la limitation des émissions de particules tout en gardant la meilleure qualité de coupe possible lors du détourage et du perçage de matériaux composites à matrice organique.

Nous avons donc étudié l’effet de différents paramètres de coupe (géométrie de l’outil, avance, vitesse de coupe et profondeur de coupe) sur les émissions de particules et la qualité de coupe lors du détourage et du perçage d’un stratifié carbone/époxy. Les émissions étudiées se composent de particules inférieures à 2,5 μm (PM2,5) et particulièrement de particules comprises entre 10 et 400 nm. Les variables des émissions que nous avons prises en compte sont la concentration en nombre, la concentration en surface spécifique et la concentration en masse.

Le matériau choisi pour cette étude est un stratifié de carbone-époxy utilisé en aéronautique (CYCOM 5320-1), de trois épaisseurs différentes (2, 4 et 6 mm) et avec une orientation de fibres de 0/90 degrés. Pour chaque opération, deux types d’outils ont été testés. Pour le détourage une fraise Onsrud 68-010 et une Guhring 3870. Pour le perçage, un foret Onsrud 85-819 et un foret Guhring de série 160.

Il a été trouvé qu’effectivement, tous ces paramètres agissent sur les différentes valeurs mesurées. Ainsi afin d’obtenir le meilleur compromis entre la qualité des pièces, la productivité et les émissions de poussières, les meilleurs outils et paramètres ont été recommandés pour chacune des opérations analysées : détourage et perçage.

Titre traduit

Study of part quality, cutting forces and particles emissions when routing and drilling epoxy-carbon fibre composite

Résumé traduit

In the Aerospatiale industry, composite materials are increasingly used for their exceptional physical properties. However, machining operations are required in order to shape parts in these materials, which fulfil specifications. There are two operations that predominate: routing and drilling. With these processes, comes the problem of dust emission, cut quality and productivity which are very important in industry. Thus in this dissertation, we look into the limitation of these particles while keeping a consistent finish when routing or drilling organic matrix composites.

So we have studied the effect of different cutting parameters (tool geometry, feed, cutting speed, depth of cut) on particles emissions and part quality while routing and drilling a carbon-epoxy laminate. The emissions are composed of particles less than 2,5 μm (PM2,5) and particularly of particles between 10 and 400 nm. For dust emissions, we looked especially at the concentration in number, in specific area and in mass.

For this study we chose a carbon-epoxy laminate used in aeronautics (CYCOM 5320-1), with three different thickness (2, 4 and 6 mm) and with an orientation of 0/90 degrees for fibers. For each operation, two types of tools are tested. For routing, a mill Onsrud 68-010 and a Guhring 3870. For drilling, a drill Onsrud 85-819 and a Guhring 160 series.

It has been found that all of these parameters have a direct impact on the measured values. In order to machine parts with the best compromise between parts quality, productivity and dust emission, the best tools and parameters are recommended for each machining operations: routing and drilling

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial". Bibliographie : pages 96-98.
Mots-clés libres: Composites à fibres de carbone Usinage. Résines époxydes. Stratifiés. Perçage. Particules (Matière) Aspect sanitaire. Air intérieur Qualité. Coupe. Surfaces (Technologie) Analyse. détourage, carbone-époxy, émission
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Songmene, Victor
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 29 mars 2016 15:30
Dernière modification: 29 mars 2016 15:30
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1647

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