Usinage de moules en matériaux composites, expression des contraintes liées au procédé

Machining of composite material molds, expression of process constraints

• Auteur / Autrice : Grégory Chardon
• Direction : Emmanuel Duc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 07/07/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Mécanique et Ingénieries
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (LAMI) Laboratoire de Mécanique et Ingénieries
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Hascoët
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Henri Paris, Gérard Poulachon, Hélène Chanal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henri Paris, Gérard Poulachon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gammes d'usinage

Moules (travail des métaux)

Applications industrielles

Composites

Mots clés libres

Usinage de matériaux composites

Finition par outil coupant

Finition par outil abrasif

Moule

Gamme d’usinage

Machining of composites materials

Surface finishing with cutting tool

Surface finishing with abrasive tool

Process planning

Résumé

L’étude présentée dans ce mémoire se focalise sur l’usinage de moules en matériaux composites, en considérant les problèmes d’état de surface et de gamme d’usinage. Les pièces de structure aéronautiques peuvent être obtenues par les procédés de fabrication de la famille LCM (Liquid Composite Molding). Ce procédé impose une température de fonctionnement élevée qui conduit à une dilatation du moule néfaste à la qualité de la pièce injectée. Pour remédier à ce problème, il est nécessaire de réaliser l’outillage dans un matériau à faible dilatation ou se comportant comme le matériau injecté. Pour cela, un matériau composite (Hextool™) est proposé en remplacement des moules métalliques conventionnels. L’étape d’usinage de forme est indispensable car elle donne les dimensions finales de l’outillage et conditionne le temps de polissage manuel nécessaire pour atteindre la rugosité arithmétique visée. Ce travail propose deux voies d’amélioration à travers l’étude micro-géométrique de l’opération de finition par outil coupant puis par outil abrasif. La première voie met en évidence l’existence d’une valeur minimale de rugosité accessible lors d’un usinage avec un outil coupant. L’analyse de ce phénomène permet de proposer une valeur de prise de passe radiale optimisant le ratio rugosité du moule / temps d’usinage. La deuxième conduit à la définition d’un outil abrasif utilisable sur un centre d’usinage. La faisabilité d’une telle opération et les capacités de cette technologie innovante sont discutées. Enfin, le choix des outils, des stratégies d’usinage et de la machine outil sont discutés et aboutissent à la proposition d’une gamme de référence pour l’usinage d’ébauche et de finition de moules en matériaux composites.

Presented research works deal with the milling of mold in composites materials, considering surface roughness and plan of procedure. Aeronautical structure parts could be produced by LCM (Liquid Composite Molding) processes. These processes induce high operating temperature for mold which is harmful for the dimensional quality of manufactured parts. In order to solve this problem, material with low heat elongation or with the same behavior as injected resin should be used for the mold. Thus, a composite material (Hextool ™) is proposed to replace conventional metallic molds. The milling operation produces the final dimensions of the tool and determines the time of manual polishing operation to reach the required arithmetic roughness. This work offers two ways of improvement through the study of micro-geometric surface finishing operation by cutting tool and then abrasive tool. The first way highlights the appearance of a minimum reachable value of roughness during machining with a cutting tool. The analysis of this phenomenon ensures to give an optimal value of radial depth of cut. Indeed, in this case, the best ratio surface quality / machining time is achieved. The second ensures to define an abrasive tool usable on a CNC machine tool. The feasibility of this operation and capabilities of this innovative technology are discussed. Finally, the choice of tools, machining strategy and machine tool are discussed and lead to the proposal of a reference process planning for composite molds roughing and finishing.