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Usinage des composites

Article de référence | Réf : RE237 v1

Méthodologie spécifique à l'usinage des composites par jet d'eau abrasif

Auteur(s) : Redouane ZITOUNE, Francis COLLOMBET, François CÉNAC

Date de publication : 10 oct. 2013

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RÉSUMÉ

Le protocole expérimental d'usinage par jet d'eau abrasif (JEA) proposé et validé sur une pièce isotrope (aluminium) est adapté aux matériaux composites. Sont mises en exergue deux différences majeures liées à l'effet du JEA entre les composites et l'aluminium que sont l'usinabilité et les variabilités. L'usinabilité des matériaux composites étant plus importante que celle de l'aluminium pour le JEA, des plages de paramètres d'usinage différentes sont retenues pour les composites. Plusieurs modèles concernant, d'une part, le débit d'abrasif optimal et, d'autre part, la vitesse d'avance en fonction des paramètres de coupe, sont donc proposés, ainsi qu'un modèle unique applicable aux deux matériaux. Pour finir, la pertinence du procédé d'usinage et des modèles identifiés en présentant des applications industrielles est illustrée.

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ABSTRACT

Specific methodology for machining of composites by abrasive water jet

The experimental protocol of abrasive water jet (AWJ) machining proposed and validated on an isotropic component (aluminum) is adapted to composite materials. This article highlights two major differences linked to the effect of the AWJ between composite and aluminum, namely machinability and variability. The machinability of composite materials being greater than that of aluminum for the AWJ, different machining parameters are selected for composites. Several models concerning the optimal abrasive flow and the feed rate according to cutting parameters are proposed, as well as a unique model applicable to both materials. To conclude, the relevance of the machining process and of models in industrial applications is illustrated.

Auteur(s)

Redouane ZITOUNE : Maître de conférences – HDR à l'IUT-A de l'université Paul Sabatier
Francis COLLOMBET : Professeur à l'IUT-A de l'université Paul Sabatier
François CÉNAC : Responsable recherche et développement de Jedo Technologies

INTRODUCTION

Résumé

Le protocole expérimental d'usinage par jet d'eau abrasif (JEA) proposé et validé sur une pièce isotrope (aluminium) est adapté aux matériaux composites. On met en exergue deux différences majeures liées à l'effet du JEA entre les composites et l'aluminium que sont l'usinabilité et les variabilités. L'usinabilité des matériaux composites étant plus importante que celle de l'aluminium pour le JEA, pour cela, on propose des plages de paramètres d'usinage différentes pour les composites. On établit plusieurs modèles concernant d'une part, le débit d'abrasif optimal et, d'autre part, la vitesse d'avance en fonction des paramètres de coupe. Par la suite, on propose un modèle unique applicable aux deux matériaux et on illustre la pertinence du procédé d'usinage et des modèles identifiés en présentant des applications industrielles.

Abstract

The experimental protocol of Abrasive Water Jet machining of aluminium is adapted to composite materials. Two major differences are emphasized related to the AWJ effect between composites and aluminium which are machinability and variability. As the composite material AWJ-machinability is larger than that of aluminium, we propose to modify the experimental domain in order to respect the maximum feed rate of the standard AWJ cutting machine. It leads to several models concerning on one side, the optimal abrasive flow and on the other side, the feed rate in function of the machining parameters. Thereafter, a general model is proposed and applicable for the two materials and we illustrate the reliability of the machining process and the models by presenting various industrials applications.

Keywords

Abrasive water jet, machining, wear, experimental methodology, mechanism of material removal.

Points clés

Domaine : Aéronautique et spatial

Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité

Technologies impliquées :

Domaines d'application : réparation des matériaux composites

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité : Aerospace valley

Centres de compétence :

Industriels :

Autres acteurs dans le monde :

Contact :

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - HASHISH (M.) - AWJ trimming of 787 composite stringers. - Conference SAMPE 2010, Seattle, WA, 16 p., 17-20 mai 2010.
(2) - CÉNAC (F.), ZITOUNE (R.), COLLOMBET (F.), DÉLÉRIS (M.) - Abrasive water jet machining of composite materials. - Proceedings of 13th European Conference on Composite Materials (ECCM13), Edited by ASP (L.) and GAMSTEDT (K.), USB-Key Paper #1728, Stockholm, Sweden, 9 p., 2-5 juin 2008.
(3) - HASHISH (M.) - Status and potential of water jet machining of composites. - 10th American Water Jet Conference, Houston (1999).
(4) - MENG (H.C.), LUDEMA (K.C.) - Wear models and prediction equations : their form and content. - Wear 443-457, p. 181-183 (1995).
(5) - HASHISH (M.) - A model for abrasive-waterjet (AWJ) machining. - Journal of Engineering Materials and Technology, p. 154-162 (1989).
(6) - FINNIE...

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1.1 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)

Journée scientifique et technique – AMAC – sur l'Usinage des matériaux composites Redouane Zitoune – 23 Mai 2012 – ONERA Chatillon http://www.jst-amac-usinage.iut-tlse3.fr/

Machining of Titanium Alloys and Composites for Aerospace Applications. Volume 763 doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.763 http://www.scientific.net/Title/Preview/2458

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1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

Institut Clément Ader http://www.institut-clement-ader.org/pageperso.php?id=rzitoune

Jedo technologie http://www.jedotechnologies.fr/

Flow water jet http://www.flowwaterjet.com/

Association pour les matériaux composites (AMAC) http://www.amac-composites.org/

The WaterJet Technology Association (WJTA) and Industrial and Municipal Cleaning Association (IMCA) http://www.wjta.org/wjta/default.asp

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