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Étude de l'usinabilité par fraisage d'un nouvel alliage d'aluminium MS43 à très haut pourcentage de silicium

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Chaieb, Oussama (2018). Étude de l'usinabilité par fraisage d'un nouvel alliage d'aluminium MS43 à très haut pourcentage de silicium. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour satisfaire les besoins et les performances des produits, l’industrie aérospatiale a de plus en plus besoin de comprendre le comportement des matériaux et leurs procédés de fabrication, pour assurer une bonne usinabilité ainsi qu’une haute performance de produits et de durée de vie en service plus longue.

Dans ce sens, notre étude a pour objectif d’investiguer les interactions outil/matière et leurs effets sur l’intégrité de surface lors du fraisage des alliages d’aluminium à haut pourcentage de silicium ainsi que l’usinabilité de ce dernier.

Le but alors est d’optimiser les paramètres de coupes afin d’avoir une meilleure intégrité de surface et assurer la fonctionnalité du produit. Pour ce fait, des éprouvettes ont été fraisées sous différentes conditions de coupe (vitesse de coupe et avance par dent) et pour de différents diamètres d’outils dans le but de développer une approche globale pour prédire la rugosité de surface. Suite à une analyse, les résultats ont montré que la rugosité de surface augmente avec l’augmentation de la vitesse d’avance et la vitesse de coupe, qui sont les paramètres les plus significatifs sur la rugosité. Cependant, l’augmentation de l’avance par dent a intensifié la rugosité, mais d’une contribution moins faible que la vitesse de coupe. D’autre part, des contraintes à tendances compressives dans le sens de déplacement de l’outil et des contraintes de traction perpendiculairement au sens de déplacement de l’outil, ont été perçues en surface, en augmentant la vitesse de coupe il y a un point des paramètres de coupe au-delà de laquelle, les efforts de coupe augmentent énormément. On a constaté aussi que la vitesse de coupe influe considérablement la vibration c.-à-d. l’augmentation de la vitesse de coupe provoque la vibration de l’outil et donc une diminution de la qualité de surface. Un choix judicieux de la vitesse de coupe et l’avance par dent permet un état de fonctionnement de l’outil favorable avec des efforts de coupe stables et modérés et moins de vibration.

Des corrélations ont été établies entre l’état de surface, les efforts de coupe, la vibration et les paramètres empiriques de coupe. En se basant sur une analyse statistique qui prend en compte les efforts de coupes, la vibration de la pièce et les défauts de la microstructure, une recommandation des paramètres de coupe optimaux qui favorise l’usinabilité de l’alliage MS43 pour différents diamètres d’outil a été proposée.

Après des tests de validations, un bon accord a été observé entre les valeurs prédites et mesurées avec une erreur maximale de l’ordre de 14,25 %.

Titre traduit

Study of machinability by milling of a new aluminum alloy MS43 at a very high percentage of silicon

Résumé traduit

To satisfy the needs and performance of products, the aerospace industry increasingly needs to understand the behaviour of materials and their manufacturing processes, to ensure good machinability as well as high product performance and longer service life.

In this sense, our study aims to investigate the tool / material interactions and their effects on surface integrity during milling of high silicon aluminum alloys as well as its machinability. The goal then is to optimize the cutting parameters in order to have a better surface integrity and ensure the functionality of the product. For this fact, specimens were milling under different cutting conditions (cutting speed and feed per tooth), and for different tool diameters in order to develop a global approach to predict surface roughness. Following an analysis, the results showed that the surface roughness increases with the increase of the feed rate and the cutting speed, which are the most significant parameters on the roughness. However, the increase in the feed per tooth intensified the roughness but with a lower contribution than the cutting speed.

On the other hand, constraints with compressive tendencies in the direction of movement of the tool, and tensile stresses perpendicular to the direction of movement of the tool were perceived on the surface, increasing the cutting speed there is a point cutting parameters beyond which, the cutting forces increase enormously. It has been found that the cutting speed has a considerable effect on vibration, i.e. the increase of the cutting speed causes the vibration of the tool and therefore a decrease in the surface quality. A judicious choice of cutting speed and feed per tooth, allows a favourable tool operating condition with stable and moderate cutting forces and less vibration.

Correlations were established between surface state, cutting forces, vibration and the cutting parameters. Based on a statistical analysis that takes into account the cutting forces, the vibration of the part and the microstructure defects, a recommendation of the optimal cutting parameters that favours the machinability of the MS43 alloy for different diameters of the tool was proposed.

After validation tests, good agreement was observed between the predicted and measured values with a maximum error 14.25 % for the three samples.

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 mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 152-155)
Mots-clés libres: aluminium silicium MS43, fraisage, rugosité de surface, efforts de coupe
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Songmene, Victor
Codirecteur:
Codirecteur
Jahazi, Mohammad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 31 oct. 2018 14:29
Dernière modification: 31 oct. 2018 14:29
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2127

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