Machinability of polypropylene biocomposites reinforced with natural fibers and biocarbon particles

Tran, Dinh Son (2020). Machinability of polypropylene biocomposites reinforced with natural fibers and biocarbon particles. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Biocomposites are increasingly being developed and applied in many engineering fields. Parts made of biocomposites are mostly produced close to their final shape. However, the secondary machining operation is required to achieve dimensional accuracy and surface finish. The machinability of biocomposite is significantly affected by the processing method, the reinforcement, and the matrix used in the biocomposite. Therefore, it is necessary to understand the machining behavior of a particular biocomposite. It could thereby help to choose suitable cutting parameters to obtain the desired surface quality during machining.

This study investigates the key factors that affect the machinability indicators during the dry drilling of new biocomposites. These biocomposites are made of the same matrix (PP/POE/MAPP) reinforced with different weight ratios of chopped miscanthus fibers and biocarbon particles: biocomposite M1 (30wt% biocarbon), biocomposite M2 (30wt % miscanthus), and hybrid biocomposite M3 (15wt% miscanthus, 15wt% biocarbon). A full factorial design was used for the experimental design to study machining behavior during the drilling of biocomposites. The effects of the drilling parameters on the machinability indicators of biocomposites are measured and analyzed.

The results from this research work demonstrated that the cutting parameters and the tool diameters significantly affect the machining process performance indicators (thrust force, specific cutting energy for thrust force, surface roughness, and fine particle emission) for all biocomposites. The type (nature and shape) and the weight ratio of reinforcement used in biocomposite have a significant effect on the machinability indicators. The drilling parameters are not statistically significant for ultrafine particle emission. Surface roughness (Ra) and thrust force in the drilling of biocomposites were predicted using regression analysis and ANFIS-based models. The results showed that predictive models have high predicted accuracy.

Titre traduit

L’utilisabilité du bio-composite polypropylène renforcé par les fibres naturelles et les particules de biocarbone

Résumé traduit

Les bio-composites sont de plus en plus développés et appliqués dans de nombreux domaines de l’ingénierie. La plus part des pièces en bio-composite sont produites tout près de leur forme finale. Cependant, l’opération d’usinage secondaire est nécessaire pour obtenir la précision dimensionnelle et l’état fini de surface usinée. L’usinabilité du bio-composite est significativement affectée par la méthode d’usinage, le renforcement et la matrice utilisés dans le bio-composite. Par conséquent, il est nécessaire de comprendre le comportement d’usinage d’un bio-composite particulier. Il peut ainsi aider à choisir les paramètres de coupe appropriés pour obtenir la qualité de surface souhaitée lors de l’usinage.

Cette recherche est pour but d’étudier les facteurs clés qui affectent les indicateurs d’usinabilité lors du perçage à sec de nouveaux bio-composites. Ces bio-composites sont constitués de la même matrice (PP/POE/MAPP) renforcée avec différentes teneurs en poids des fibres de miscanthus courtes et des particules de bicarbone : le bio-composite M1 (30wt% de biocarbone), le bio-composites M2 (30wt% de miscanthus) et le bio-composite hybride M3 (15wt% de miscanthus, 15wt% de biocarbone). Un plan factoriel complet a été utilisé comme le plan expérimental pour étudier le comportement d’usinage lors du perçage des bio-composites. Les effets des paramètres d’usinage sur les indicateurs d’usinabilité des bio-composites sont mesurés et analysés.

Les résultats obtenus dans cette recherche ont montré que les paramètres de coupe et le diamètre du foret affectent significativement les indicateurs de performance du processus d’usinage (la force axiale, l’énergie spécifique de coupe, la rugosité de surface, et l’émission de poussières fines) à tous bio-composites considérés. Le type (nature et forme) et la teneur en poids du renfort utilisé dans le bio-composite ont l’influence significative sur les indicateurs d’usinabilité. Les paramètres du perçage ne sont pas statistiquement significatifs pour l’émission des particules ultrafines. La rugosité de surface (Ra) et la force axiale lors du perçage des bio-composites sont prédites en utilisant l’analyse de régression et les modèles basés sur l’ANFIS. Les résultats ont montré la haute précision des modèles prédictifs.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 173-183).
Mots-clés libres:	usinabilité, bio-composite, force axiale, rugosité de surface, émission des poussières fines, renforcement naturel
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Songmene, Victor
Codirecteur:	Codirecteur Ngô, Anh Dung
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	02 août 2021 23:01
Dernière modification:	03 nov. 2021 18:52
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2656

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