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Optimisation des paramètres de détourage des composites à fibres de lin et comparaison avec le détourage des composites à fibres de verre

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Karabibene, Nouha (2017). Optimisation des paramètres de détourage des composites à fibres de lin et comparaison avec le détourage des composites à fibres de verre. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Avec la croissante préoccupation environnementale, les matériaux composites à matrice plastique renforcée de fibres naturelles telles que les fibres de lin attirent de plus en plus les industriels et les chercheurs. Ils sont particulièrement intéressants comptes tenus de leur biodégradabilité et de leurs propriétés intrinsèques comparables à celles des composites plastiques renforcés de fibres de verre (GFRP). En fait, les fibres de lin représentent un substitut réel aux fibres de verre pour le renforcement des matériaux polymères.

Certains travaux de recherche ont déjà débuté au cours des dernières années concernant l’aptitude à l’usinage de composites à fibres naturelles tels le chanvre, la jute ou le sisal, mais très peu se sont attardés jusqu’à maintenant à la fibre de lin. Cette étude a comme objectif principal de qualifier l’usinabilité des composites à fibres de lin/époxy en ce qui a trait à l’opération de type détourage. L’évolution des efforts de coupe et de l’intégrité de la surface (rugosité et délaminage) est étudiée en fonction des paramètres de coupe, de l’orientation des fibres et de la géométrie des outils de coupe ciblés. L’objectif secondaire de cette recherché est de comparer l’usinabilité en détourage de ce composite à celle du composite verre/époxy.

Pour caractériser l’usinabilité des matériaux, des essais de détourage à sec ont été effectués sur des laminés unidirectionnels en lin/époxy et en verre/époxy à l’aide de deux outils de coupe de géométrie et de matériaux différents. Le plan d’expérience proposé consiste en blocs aléatoires complets avec parcelles subdivisées. Les facteurs d’entrées sont la vitesse de coupe, la vitesse d’avance, l’orientation des fibres et l’outil de coupe. Les réponses sont les efforts de coupe, le délaminage et le profil de la surface.

Les résultats montrent que le composite à fibres de lin est un matériau facilement usinable et très peu abrasif, le détourage générant une usure d’outil quasi nulle et de faibles efforts de coupe. Il a également été montré que les variables dépendantes de l’étude sont bien corrélées avec les facteurs présélectionnés. L’avance s’est avérée le facteur le plus influent sur ces réponses, suivi par l’orientation des fibres. Les fibres orientées à 0° présentent la meilleure qualité de détourage, et cela, quel que soit le type de renfort (lin ou verre). Les conditions de coupe optimales dans le cas du détourage du composite à fibres de lin, pour les outils étudiés, consistent en une faible avance et une vitesse de coupe élevée. Dans le cas du composite à fibres de verre, une avance intermédiaire et une faible vitesse de coupe représentent les conditions optimales. Le potentiel des fibres de lin pour remplacer les fibres de verre comme renforcement dans les composites a été confirmé, en ce qui concerne l’aspect d’usinabilité en détourage.

Titre traduit

Optimization of trimming parameters of flax fiber composites and comparison with glass fiber composites trimming

Résumé traduit

With growing environmental concerns, plastic matrix composite materials reinforced with natural fibers such as flax fibers are increasingly attracting for both the industrial and research communities. They are particularly interesting considering their biodegradability. Moreover, their intrinsic properties are comparable to those of glass fiber reinforced polymers (GFRP), especially their intrinsic modulus and strength. For these reasons, flax fibers have been identified by several researchers as a real substitute for glass fibers, as reinforcement in composite materials.

However, it is known that the machining processes of synthetic and some natural fibers composites generate several defects such as delamination and a poor surface quality. The main objective of this study is to qualify the machinability of the flax fiber composites in order to identify the optimal cutting conditions for given cutting tools (cutting speed and feed rate). The trends of the cutting forces and the surface integrity (roughness and delamination) are studied regarding the cutting parameters, the fibers orientation and the cutting tool geometry. The second objective of this study is to evaluate the potential of flax fibers, in terms of machinability, as a substitute reinforcement material to the glass fibers for some applications.

Dry trimming experiments were both conducted on unidirectional flax/epoxy laminates and glass/epoxy laminates. Two cutting tools with different materials and geometries were selected for this study. The surface finish and material integrity as well as the cutting forces are the two requirements to optimize in this research. The experimentation proposed is based on a split-split-plot randomized complete block design with input factors being the cutting speed, feed rate, fiber orientation and cutting tool. The responses are the cutting forces, the delamination and the surface roughness.

The results show that the flax fiber composite is easily machined and not abrasive. The detouring process lead to approximatively no tool wear and very low cutting forces. It is also shown that the measured responses are correlated with the preselected factors. The feed rate is proved to be the most influent factor on the responses, followed by fiber orientation. The 0° oriented fibers have the best trimming quality and thus regardless the reinforcement nature (flax or glass). Optimum cutting conditions when trimming the flax fiber composite are a low feed rate and a high cutting speed. In the case of the glass fiber composite, an intermediate feed and a low cutting speed are the optimum conditions. The potential of flax fibers to replace glass fibers as reinforcement in composites has been confirmed within a range of intermediate to high feed rates.

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 en génie de la production automatisée". Bibliographie : pages 213-223.
Mots-clés libres: Composites à fibres Usinabilité. Lin. Résines époxydes. Stratifiés. Matières plastiques renforcées à la fibre de verre Usinabilité. Coupe. Surfaces (Technologie) Analyse. Rugosité. Composites Délaminage. Outils de coupe. Usure (Mécanique) usinage, détourage, fibres de lin (FFRP), fibres de verre (GFRP), usure d’outil, efforts de coupe
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chatelain, Jean-François
Codirecteur:
Codirecteur
Beauchamp, Yves
Lebrun, Gilbert
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 11 juill. 2018 19:05
Dernière modification: 11 juill. 2018 19:05
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2066

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