Soutenance mémoire
Qualité d’ébavurage
Il y a diverses normes standards pour l’évaluation de la qualité des arêtes des pièces mécaniques et pour le classement des bavures générées par un procédé de mise en forme. Cidessous, les propositions déjà existantes pour le classement des arêtes des pièces mécaniques : La classification de (Schäfer et al., 1975) prévoit neuf classes de qualité d’ébavurage. La limite de classe est déterminée quantitativement en utilisant des séries de nombres préférés afin d’obtenir un espacement homogène et de maintenir le nombre de classes petit. Cela garantit que la classification est applicable dans la pratique. De plus, les paramètres de mesure de la qualité d’ébavurage sont introduits dans quatre quadrants d’un système de coordonnées. Une proposition d’évaluation de la qualité des arêtes issue du point de vue d’ingénierie de la qualité est donnée dans (Ohmori, 1998). Cette proposition de normalisation est basée sur des études de cas. En utilisant des tableaux de codes et des instructions de travail, des hauteurs de bavures acceptables et des états de bavures sont définis.
Une norme supplémentaire pour le classement de la qualité de l’ébavurage est donnée par (Kato, Ohmri, Hatano, & Takazawa, 2007). Ils décrivent les états d’arête de façon uniforme à travers de nombreuses fonctions importantes remplies par les arêtes des composants. Ils présentent des tableaux décrivant des étapes de qualité des arêtes de composants usinés qui sont divisés en arêtes avec des fonctions critiques et non critiques. En outre, le système subdivise les arêtes critiques en cinq étapes de qualité et les arêtes non critiques en trois étapes de qualité. Les dimensions d’arête sont indiquées quantitativement et une plage de tolérance est définie. Un autre système utilise des symboles pour les zones de composant ou les bords qui contiennent toutes les données pertinentes requises pour l’usinage et l’évaluation. Il couvre principalement les différentes applications de l’industrie automobile et de ses fournisseurs. La qualité nécessaire pour une fonction telle que des paramètres géométriques, des tolérances acceptables et des méthodes d’évaluation peuvent être définis en utilisant cette standardisation (Berger, 2004). Enfin, dans ce contexte, il convient de mentionner que l’enquête sectorielle réalisée dans le projet «SpanSauber» (en allemand) a montré qu’en raison de l’absence d’une classification globale des bavures, environ 45% des entreprises utilisent une classification interne (J. Aurich, 2006).
Coupe mécanisée : usinage CNC et ébavurage robotisé
Selon (L. K. Gillespie, 1999) la technique d’ébavurage par coupe mécanisée englobe l’ébavurage par les centres d’usinage (machine CNC), les robots et les machines à usage spécifique, dans le but d’ébavurer des pièces spécifiques (ex : roues dentées).
• Technique d’ébavurage sur les centres d’usinage (machine CNC) Étant donné que la phase d’ébavurage vient directement après la phase de l’usinage, donc c’est mieux de garder le même montage de fixation de la pièce afin d’éviter de perdre du temps, et les problèmes de fixation qui peuvent causer des défauts géométriques de la pièce, augmenter le temps de production et améliorer la qualité de surface. Une grande variété d’outils d’ébavurage ont été adaptés pour être intégrés dans les centres d’usinage. L’outil d’ébavurage appelé Orbitool (figure 1.18) développé par (Avila, Choi, Dornfeld, Kapgan, & Kosarchuk, 2004) , est destiné à l’ébavurage des intersections des trous de perçage. Le principe de fonctionnement de cette technique est de chanfreiner les arêtes à l’intérieur des trous en faisant un mouvement de rotation et d’interpolation à la fois. L’inconvénient de l’ébavurage sur machine à commande numérique est que ce procédé n’est pas capable d’ébavurer les pièces de forme complexes, ce qui oblige l’industriel à faire appel à des méthodes d’ébavurage supplémentaire pour pouvoir accomplir son travail. En plus, les machines à commande numérique et la main-d’oeuvre associée sont très coûteux, car une CNC peut coûter dix fois plus cher qu’une simple machine d’ébavurage. En outre, pour intégrer plus d’opération d’ébavurage dans les CNC, il faut investir dans l’outillage et l’extension du magasin d’outils, ce qui augmente le coût de l’ébavurage.
• Ébavurage robotisé L’ébavurage robotisé devient de plus en plus répandu dans les secteurs industriels grâce à ses multiples avantages. Les tâches principales réalisées par l’ébavurage robotisé sont le chanfreinage des arêtes de la pièce, le brossage et le polissage (figure 1.19). L’avantage de l’ébavurage robotisé est dans la consistance et la répétabilité de la même précision d’ébavurage. La rapidité des robots et leurs capacités de travailler sans arrêt dans des conditions défavorables (bruit, saleté, etc.) les favorisent sur les autres procédés. Ils nécessitent un minimum d’intervention humaine. Cependant, une seule pièce est exécutée à la fois. Les robots sont moins chers, mais moins précis que les machines-outils à commande numérique CNC. La contrainte de ce procédé est qu’il n’est pas capable d’enlever tous les types de bavures et ébavurer certaines pièces complexes. Ils sont capables seulement d’enlever les bavures extérieures, apparentes, uniformes et souvent produites dans de faibles volumes de production. Actuellement, plusieurs industriels commencent à s’orienter vers l’automatisation des cellules d’ébavurage. Cependant le remplacement de l’ébavurage manuel, qui est très utilisé grâce à sa flexibilité, par l’ébavurage robotisé reste un grand défi. Présentement les études de recherches se concentrent sur l’amélioration de la précision de l’ébavurage robotisé.
Conditions de coupe et lubrification
Il est confirmé que la formation des bavures est influencée par la vitesse de coupe, la vitesse d’avance, la profondeur de coupe et le mode de lubrification. Selon (Gwo-Liang Chern, 1993) la hauteur de bavure est importante à faible et à grande vitesse d’avance. Par contre à une vitesse d’avance intermédiaire on peut avoir des hauteurs des bavures minimales (figure 3.4). L’auteur à montrer que la variation de matériau de la pièce et des conditions de coupe influe également sur le profil des bavures obtenu. Les expériences menées par (Dornfeld, 2002) sur quatre matériaux différents « acier faiblement allié 4118, acier inoxydable 304L, alliage de titane TI-6Al-4V et l’alliage de l’aluminium Al 6061», montrent que l’usinage à petites vitesses de coupe et d’avance, génère des bavures de petite taille uniforme, tandis que le perçage à grandes vitesses de coupe et d’avance génère des bavures de grandes tailles non uniformes. Selon(Avila & Dornfeld, 2003), la hauteur des bavures varie d’une manière non régulière en fonction de la variation des conditions de coupe. La figure 3.5 montre que la hauteur de bavure est au maximum lorsque la vitesse de coupe atteint 6400 m/min, cependant si la vitesse de coupe dépasse le 6400 m/min, la hauteur de bavure commence à diminuer jusqu’à atteindre une petite valeur autour de 160 μm. Selon l’auteur, la diminution de hauteur de bavure pendant l’usinage à haute vitesse de coupe peut s’expliquer par un phénomène de transition du matériau d’un comportement ductile à un comportement fragile. Selon (L. Gillespie, 2006) des micros-bavures peuvent être généré lors de l’usinage à grande vitesse de coupe où bien (l’usinage dur). Selon (King & Vaughn, 1984) l’augmentation de la vitesse de coupe, engendre l’augmentation de la température d’usinage, jusqu’à atteindre un certain niveau de température. Une plus grande vitesse de coupe diminue d’avantage la température. L’auteur explique que ce phénomène peut influencer la ductilité du matériau, l’usure de l’outil, la formation du copeau et la génération des bavures.
Selon (Wang & Zhang, 2004), au moment de la génération des petits copeaux à cause de très petites vitesses 53 d’avance, l’outil commence à brouter ce qui génère des larges bavures très difficiles à enlever. (Dornfeld, 2002), (Wygowski, 2006) ont montré que l’augmentation de profondeur de coupe pendant l’usinage permet l’augmentation de la taille des bavures. Cependant cette variation dépend également des autres paramètres de coupe. (Tseng & Chiou, 2003) considèrent que dans certaines situations, l’influence de la profondeur de coupe sur la taille des bavures peut être plus importante que l’influence de la vitesse de coupe et la vitesse d’avance. (Gwo-Liang Chern, 1993), (Olvera & Barrow, 1996) montrent que l’application d’une grande profondeur axiale en cas de fraisage, permet la diminution de la taille des bavures, mais cette méthode peut causer des dommages liés à la pièce, à l’outil et à la machine. Une profondeur de coupe assez importante est recommandée dans le cas d’usinage des matériaux ductiles afin d’éviter la formation des bavures. Selon (Olvera & Barrow, 1996), (Tseng & Chiou, 2003), les conditions de coupe n’influencent pas les bavures supérieures dans le cas du fraisage, car ces bavures sont considérées comme des bavures de poisson, elles sont le résultat de la déformation latérale de l’outil au moment de l’usinage. D’après les études précédentes on peut constater que la formation des bavures est influencée par la variation de paramètres de coupes, particulièrement par la vitesse de coupe et d’avance, toutefois, il serait possible d’optimiser ces paramètres à fin de minimiser la formation des bavures.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Introduction
1.2 Formation de bavure
1.2.1 Définition de bavure
1.2.2 Mécanisme de formation
1.2.3 Classification des bavures
1.2.4 Mesure de bavure
1.2.5 Propriété mécanique de bavure
1.3 Ébavurage
1.3.1 Introduction
1.3.2 Qualité d’ébavurage
1.3.3 Classification des procédés d’ébavurage
1.4 Principaux procédés d’ébavurage
1.4.1 Méthode d’ébavurage manuelle
1.4.2 Ébavurage par brosse
1.4.3 Ébavurage par sablage
1.4.4 Ébavurage par jet abrasif
1.4.5 Finition de masse
1.4.6 Coupe mécanisée : usinage CNC et ébavurage robotisé
1.4.7 Broche de finition
1.4.8 Ébavurage électrochimique
1.5 Coût d’ébavurage
1.6 Sélection des méthodes d’ébavurage
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE DE RECHERCHE
2.1 Introduction
2.2 Construction d’une base de données
2.3 Conception d’un outil d’aide à la décision
2.4 Conception d’une interface graphique
2.5 Établissement d’un modelé d’optimisation d’allocation de ressource
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 ÉTUDE DE L’INFLUENCE DES FACTEURS TECHNOLOGIQUE SUR LA FORMATION DE BAVURE
3.1 Introduction
3.2 Influence des facteurs technologiques sur la formation des bavures
3.2.1 Paramètres liés à la pièce
3.2.2 Conditions de coupe et lubrification
3.2.3 Paramètres d’outil et usures
3.2.4 Paramètres liés à la machine, son environnement et aux stratégies de coupe
3.3 Caractérisation des bavures
3.3.1 Forme de la bavure
3.3.2 Dimension de bavure
3.3.3 Localisation de bavure
3.4 Critères de sélection de méthode d’ébavurage proposés
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 STRATÉGIE DE SÉLECTION DES MEILLEURES MÉTHODES D’ÉBAVURAGE
4.1 Introduction
4.2 Conception d’outil d’aide à la décision
4.2.1 Stratégie de sélection
4.2.2 Exemple d’application
4.2.3 Interface graphique de communication
4.3 Optimisation de l’allocation de ressource
4.3.1 Formulation de problème de sélection
4.3.2 Modélisation de problème de sélection
4.3.3 Résolution de modèle d’optimisation
4.3.4 Analyse de sensibilité
4.4 Conclusion
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
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