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Étude de l'usinabilité par électroérosion des alliages d'aluminium à faible coefficient de dilatation thermique pour application spatiale

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Bédard, Frédéric (2018). Étude de l'usinabilité par électroérosion des alliages d'aluminium à faible coefficient de dilatation thermique pour application spatiale. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’alliage d’aluminium 6061-T6 présentement utilisé pour la fabrication de composantes de radiofréquence embarquées sur les satellites de télécommunication présente une forte propension typique des alliages d’aluminium à se dilater sous l’effet de la chaleur. Sachant qu’un satellite de télécommunication est quotidiennement exposé à une variation de température de l’ordre de 300 °C, ses performances s’en trouvent inévitablement affectées. Pour pallier ce problème, le remplacement de ce matériau par un alliage d’aluminium à faible coefficient de dilatation thermique est désiré. Seulement, il apparaît qu’un manque flagrant d’information quant à l’usinabilité par électroérosion par enfonçage de ces alliages d’aluminium à très haute teneur en silicium rend incertaine la possibilité les usiner efficacement.

L’objectif de ce projet est, d’abord, de valider les propriétés réelles de trois alliages d’aluminium-silicium présents sur le marché, soit le ALM-450 de la firme Adamco (USA) et le MS43 et MS61 de la firme AMT Technologies (Allemagne) et de sélectionner celui présentant les meilleures performances globales. Le matériau optimal sélectionné, l’optimisation du procédé d’électroérosion en vue de garantir l’obtention d’un fini de surface précis et d’un temps d’usinage minimum est réalisée. Le procédé d’électroérosion étant géré par au minimum dix paramètres, un premier plan d’expérience est réalisé avec pour objectif de déterminer lesquels de ces paramètres affectent significativement quatre réponses, soit le taux d’enlèvement de matière, le taux de formation du rayon d’électrode, la hauteur moyenne arithmétique du profil et la distance vallée-crête maximale du profil. L’analyse de la variance de ce plan de type Plackett-Burman (12 essais + 4 points centraux) a permis de determiner que des dix paramètres étudiés, cinq seulement affectent de manière significative les réponses.

Une fois ces cinq paramètres importants déterminés (durée d’un arc électrique, délai entre deux arcs, courant de décharge, délai entre deux séries d’arcs et tension), un second plan d’expérience (demi-fraction d’un plan factoriel, 16 essais + 2 points centraux) a permis de générer des modèles prédictifs pour les quatre réponses. Finalement, une méthodologie permettant d’optimiser un programme d’usinage initialement généré par le contrôleur du système d’électroérosion est proposée.

Titre traduit

Machinability by electrical discharge machining of low coefficient of thermal expansion aluminum alloys for space application

Résumé traduit

6061-T6 aluminum alloy, is presently used in the manufacturing of on-board radio frequency equipment of telecom satellite. , The latter are exposed, on a daily basis, to temperature variations of around 300 °C, thereby affecting the performance of radio-frequency equipment due to the severe dilatation and contraction (high thermal expansion coefficient) of 6061-T6 Al alloy. In order to minimize this effect, the replacement of this aluminum alloy by new alloys with low coefficient of thermal expansion is studied. On the other hand, the lack of knowledge about the machinability by die-sinking electrical discharge machining of those alloys appears.

The purpose of this project if, first, to validate the exact mechanical properties of three candidate materials which are the ALM-450 from Adamco (USA), the MS43 from AMT Technologies (Germany) and the MS61 from the same place. From those three materials, the one that presents the best performances will be selected as the potential successor to the 6061-T6. The optimal material selected, the machinability optimization process will ensure that the material can be machined in a spec-effective and a cost-effective way. From ten parameters that guide the electrical discharge machining (EDM) process, five appear, from the completion of a sixteen-run Plackett-Burman design of experiments (12 runs + 4 central points) to significantly affect the material removal rate, the electrode’s radius formation rate, the arithmetical mean deviation of the profile and maximum height of the profile. Those five parameters are the duration of an electrical discharge, the delay between two discharges, the discharge current, the delay between two series of discharges and the voltage.

Therefore, a second design of experiments, consisting in a half factorial plan with sixteen runs plus two central points, was developed and carried out. This design of experiment resulted in the generation of four predictive models for the four answers studied in the Plackett-Burman design of experiments. Finally, an optimal methodology is proposed in order to optimize the machining program initially generated by the EDM-Controller.

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 153-156).
Mots-clés libres: aluminium, silicium, usinage, électroérosion, dilatation thermique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Jahazi, Mohammad
Codirecteur:
Codirecteur
Songmene, Victor
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 05 nov. 2018 19:17
Dernière modification: 05 nov. 2018 19:17
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2132

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