Burrs understanding, modeling and optimization during slot milling of aluminium alloys

• Main Author: Niknam, Seyed Ali
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2013
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/1189/1/NIKNAM_Seyed_Ali.pdf; http://espace.etsmtl.ca/1189/2/NIKNAM_Seyed_Ali%2Dweb.pdf

De nos jours, en raison de la compétition mondiale, les industries manufacturières doivent produire des pièces de qualité élevée et à temps pour demeurer compétitives. Les pièces mécaniques de qualité incluent celles ayant un meilleur fini de surface et une meilleure texture, une bonne précision de forme et dimensionnelle, des contraintes résiduelles réduites et des pièces sans bavures. La formation de bavures, l’un des phénomènes indésirables courants rencontrés lors des opérations d’usinage, réduit la qualité des pièces usinées et celle des assemblages. Par conséquent, il est désiré d’éliminer les bavures ou de réduire l’effort requis pour les enlever. Parmi les opérations d'usinage, le rainurage est une opération du fraisage provoquant des mécanismes de formation de bavures plus complexes. Ainsi de multiples bavures apparaissent dans une partie des bords usinés avec des dimensions non uniformes. Le but ultime de ce travail de recherche est la minimisation des bavures en opération de rainurage. À cette finalité, de nouvelles stratégies sont proposées pour la compréhension, la modélisation et l'optimisation des bavures pour le rainurage des alliages d'aluminium, afin d’améliorer la qualité des pièces et la réduction des coûts occasionnés par les processus d'ébavurage. Afin de mieux comprendre les mécanismes de formation des bavures au rainurage, des études statistiques basées sur des plans d’expériences multi-niveaux sont utilisés pour déterminer les effets des conditions de coupe, de l’outil et des matériaux usinés sur la taille des bavures (hauteur et épaisseur) pendant le fraisage à haute vitesse des alliages d’aluminium. Il a été trouvé que les conditions optimales d’usinage permettant de minimiser chacune des bavures diffèrent d’une bavure à l’autre. L’analyse des résultats montre que l’outil de coupe, l’avance et la profondeur de coupe ont une influence variable sur la taille des bavures formées lors du rainurage. Cependant, la plupart des bavures sont fortement influencées par les interactions entre les paramètres des procédés, ce qui complique d’avantage le développement des modèles de prédiction des bavures. Ces résultats peuvent aider pour des travaux subséquents portant sur le fraisage de précision des alliages d’aluminium ou d’autres alliages légers. Ensuite, un modèle analytique est proposé permettant de prédire l’épaisseur des bavures lors du fraisage des matériaux ductiles. Ce modèle est basé sur la géométrie de la bavure lors de la transition entre la formation des copeaux et la formation des bavures au cours de l’usinage et qui prend en compte l’effet de l’énergie de coupe impliquée dans le procédé. Un modèle numérique est aussi développé permettant de prédire l’épaisseur de la bavure de sortie en fraisage basé sur les paramètres de coupe et les propriétés du matériau telles que la limite d’élasticité et les coefficients des forces spécifiques de coupe, qui sont les seuls inconnus dans le modèle. Les deux modèles (analytique et numérique) sont validés en utilisant les résultats expérimentaux obtenus lors du rainurage des alliages d’aluminium 2024-T351 et 6061-T6. L’optimisation des paramètres d’usinage pour minimiser la taille des bavures peut avoir des effets négatifs sur d’autres caractéristiques de performance d’usinage tels que le fini de surface, la vie des outils de coupe et le taux d’enlèvement de métal. C’est la raison pour laquelle le fini de surface est aussi analysé en même temps que la formation des bavures dans cette étude. Pour sélectionner les meilleurs niveaux des paramètres du procédé d’usinage, une nouvelle méthode basée sur les surfaces de réponses et sur les fonctions de désirabilité est proposée et utilisée. La méthodologie proposée est validée sur la minimisation simultanée du fini de surface et de cinq types de bavures pendant le fraisage de l’alliage d’aluminium 6061-T6. Les résultats de cette optimisation démontrent le potentiel et la performance de la méthode proposée.