Usure des aciers outils pour la coupe du bois : influence du revêtement et de la composition chimique

Mbakop Nanshie, Vanella (2023). Usure des aciers outils pour la coupe du bois : influence du revêtement et de la composition chimique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le secteur forestier, constituant un pilier économique majeur au Canada, englobe des opérations de transformation du bois requérant des outils à la fois efficaces et résistants à l'usure. Parmi ces outils, le couteau d'équarrisseur joue un rôle crucial. Ce mémoire se consacre à la caractérisation de l'usure des couteaux d'équarrisseur et sonde en profondeur la performance des aciers à outils lors de la première transformation du bois. L'étude aborde initialement les mécanismes d'usure, explorant les causes et manifestations de l'usure, ainsi que leur impact sur la performance des couteaux d'équarrisseur. Trois aciers à outils ont été examinés. Il ressort de cette étude que ces aciers divers sont soumis à une combinaison de mécanismes d'usure, notamment l'usure par abrasion, l'usure par adhérence, et l'usure par impact. Toutefois, les mécanismes prédominants se révèlent être l'abrasion, visible à travers les rayures et la diminution de la netteté de l'arête de coupe, et l'usure par impact, manifestée par des écaillages et des arrachements de matière.

Par ailleurs, une méthodologie de quantification d'usure a été développée, basée sur une approche tridimensionnelle, permettant d'estimer le volume de matière perdu ainsi que le volume perdu spécifiquement par usure abrasive, soulignant la complexité de l'usinage dans l'industrie du bois. Les résultats mettent en évidence l'importance des revêtements pour améliorer la résistance à l'usure des couteaux. Cependant, la présence d'arrachements de matières sur certains couteaux revêtus suggère une fragilité potentielle dans des conditions d'usinage difficiles.

En outre, une machine de test d'usure par abrasion avec roue en caoutchouc présente chez DKSpec, notre partenaire industriel, a été remise en état, permettant ainsi d'effectuer des tests d'usure selon la norme ASTM G65. De plus, une analyse conformément à la norme ASTM G65 a été menée pour évaluer la résistance à l'usure abrasive des aciers. Les résultats indiquent que l'acier A8mod+1%W revêtu présente la meilleure résistance parmi les aciers revêtus, avec une réduction de l'usure de 49%. En contraste, bien que l'acier W360 ait démontré une excellente résistance intrinsèque, le revêtement n'a pas engendré d'amélioration significative pour cet acier.

Ce mémoire, par son exploration minutieuse et ses découvertes, vise à contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes d'usure des couteaux d'équarrisseur, et à proposer des orientations optimisées pour la sélection des aciers à outils dans l'industrie de la transformation du bois.

Titre traduit

Wear of tool steels for wood cutting: Influence of coating and chemical composition

Résumé traduit

The forestry sector, being a major economic pillar in Canada, encompasses wood processing operations requiring tools that are both efficient and resistant to wear. Among these tools, the squaring knife plays a crucial role. This thesis is dedicated to the characterization of wear on squaring knives and delves deeply into the performance of tool steels during the initial wood processing. The study initially addresses wear mechanisms, exploring the causes and manifestations of wear, as well as their impact on the performance of squaring knives. Three tool steels were examined. It emerges from this study that these various steels are subjected to a combination of wear mechanisms, notably wear by abrasion, adhesion wear, and impact wear. However, the predominant mechanisms turn out to be abrasion, visible through scratches and the blunting of the cutting edge, and impact wear, manifested through flaking and material tear-outs.

Furthermore, a wear quantification methodology was developed, based on a three-dimensional approach, allowing for the estimation of lost material volume as well as the volume lost specifically by abrasive wear, highlighting the complexity of machining in the wood industry. The results underscore the significance of coatings to enhance the wear resistance of knives. However, the presence of material tear-outs on some coated knives suggests potential fragility under challenging machining conditions.

Additionally, an abrasion wear testing machine with a rubber wheel present at DK-Spec, our industrial partner, has been refurbished, thus enabling wear tests according to the ASTM G65 standard. Moreover, an analysis in accordance with the ASTM G65 standard was conducted to evaluate the abrasive wear resistance of the steels. The results indicate that the coated steel A8mod+1%W offers the best resistance among the coated steels, with a wear reduction of 49%. In contrast, although steel W360 demonstrated excellent intrinsic resistance, the coating did not yield a significant improvement for this steel.

This thesis, through its meticulous exploration and findings, aims to contribute to a better understanding of the wear phenomena of squaring knives, and to propose optimized directions for the selection of tool steels in the wood processing industry.

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 201-208).
Mots-clés libres:	caractérisation de l'usure, couteaux d'équarrisseur, aciers à outils, première transformation du bois, mécanismes d'usure, norme ASTM G65, tests d'usure
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Jahazi, Mohammad
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	12 févr. 2024 16:30
Dernière modification:	12 févr. 2024 16:30
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3405

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