FINITION DU BOIS DE BOULEAU BLANC

Le rabotage orthogonal

Tel que mentionné précédemment, la coupe orthogonale est produite par l’action d’un outil de coupe qui crée une surface parallèle à l’originale. Le rabot de menuisier, la scie à ruban, la scie circulaire, le tour à bois et la trancheuse sont des exemples d’outils et de machines outils travaillant selon ce mode de coupe. Essentiellement, la géométrie de coupe associée avec le rabotage orthogonal permet d’identifier trois angles de coupe (figure 1.1). Premièrement, l’angle d’attaque (α) affecte la pénétration de l’arête tranchante dans le bois et intervient lors du dégagement du copeau suite à la coupe. Il affecte ainsi de manière directe les efforts impliqués durant la coupe. Deuxièmement, l’angle de dépouille (γ) permet d’éviter le talonnement du bois sur l’outil. S’il est trop faible, la face de dépouille va frotter sur le bois, provoquant l’échauffement et l’usure de l’outil. Par contre, s’il est trop grand l’arête tranchante devient plus fragile. Enfin, l’angle du couteau (β) est le complémentaire des deux précédents et conditionne la résistance de l’outil à l’usure. Plus l’angle β est élevé, plus l’outil sera résistant à l’usure. Il est à noter que les angles les plus adéquats sont choisis en fonction du type d’usinage, du matériau usiné et de la composition de l’outil (Jodin 1994). Par ailleurs, la force résultante qui agit sur le bois peut être décomposée en une force parallèle (FP) et une force normale (FN) (figure 1.1).

Bien entendu, la grandeur et la direction des composantes parallèle et normale de la force résultante vont dépendre des divers facteurs propres à l’outil de coupe, aux conditions de travail ainsi qu’au matériau travaillé (Koch 1985). Étant donné que les forces de coupe sont responsables du type de copeau formé et de la qualité de la surface, elles ont été étudiées par plusieurs auteurs. À première vue, la force de coupe augmente avec l’usure des outils de coupe (Huang 1994a; Hernández et Rojas 2002; Hernández et de Moura 2002). À l’inverse, elle diminue avec l’augmentation de l’angle d’attaque (Woodson et Koch 1970; Stewart 1977; 1988; Komatsu 1993; Huang 1994b; Jin et Cai 1996).

La coupe 90°-0°

La coupe orthogonale en direction 90°-0° se présente dans des procédés tels que le tranchage longitudinal et le rabotage manuel. Il s’agit du type de coupe associé à tout travail effectué suivant la direction du fil du bois. Ce genre de coupe engendre trois principaux types de copeaux dénommés type I, type II et type III par Franz (1958). Le copeau de type I est caractérisé par la propagation de la fissure à l’avant de l’outil de coupe. Le copeau est donc maintenu comme une poutre encastrée en porte-à-faux jusqu’à ce que la contrainte de flexion excède la contrainte de rupture du bois (figure 1.3). L’emploi d’un angle d’attaque élevé, supérieur à environ 25°, de même qu’une épaisseur de copeau assez grande favorisent la formation des copeaux de type I.

Le copeau de type II est formé lorsque la rupture du bois se produit le long d’une ligne qui s’étend à partir de l’arête tranchante de l’outil et provoque des contraintes de cisaillement diagonales (figure 1.4). Le copeau est ainsi formé en continu, ce qui limite l’apparition de défauts sur la surface. Les conditions qui permettent la formation de ce type de copeau sont l’emploi d’un angle d’attaque situé entre 10° et 25° et de faibles épaisseurs de coupe. Stewart (1977) a déterminé que l’angle d’attaque optimal correspond à celui qui minimise la composante normale de la force de coupe.

Enfin, le copeau de type III est formé lorsque les forces induites par l’outil produisent des ruptures par compression et cisaillement longitudinal devant son arête tranchante. Le copeau est sans forme précise et il se brise en petits morceaux (figure 1.5). Les conditions qui favorisent la formation de ce type de copeau sont l’utilisation d’angles d’attaque faibles ou négatifs ainsi que l’emploi d’outils de coupe émoussés.

La coupe 0°-90°

Ce type de coupe permet d’usiner le bois avec un minimum d’effort. Effectivement, étant donné que la résistance mécanique du bois est plus faible transversalement que longitudinalement, l’énergie nécessaire à la coupe est minimisée (Stewart 1975a; Stewart et Parks 1980). Deux types de copeaux sont généralement observés pour la coupe 0°-90°, soient le copeau de type A et le copeau de type B (Stewart 1979). Le premier est similaire au copeau de type I de la coupe 0°-90° et il est caractérisé par la propagation de fissures à l’avant de l’outil de coupe. Le type B s’apparente au copeau de type III où il y a compression des fibres à l’avant de l’outil. Afin d’obtenir une surface de qualité, Stewart (1979) propose l’utilisation d’un angle d’attaque élevé combiné à une faible épaisseur de coupe. Néanmoins, des gerces peuvent être créées sur la surface en contact avec la face d’attaque du couteau, comme c’est parfois le cas lors du déroulage. Celles-ci sont provoquées par une contrainte de flexion trop élevée que subit le copeau lors de la coupe. Cette contrainte peut cependant être minimisée grâce à l’emploi d’une barre de pression (figure 1.6). En effet, la barre de pression sert à équilibrer les contraintes dans la zone de coupe, à minimiser la propagation de fissures à l’avant du couteau et à réduire la formation de fendillements (Stewart 1986). La barre de pression permet aussi d’éliminer les défauts de surface engendrés par l’usinage, tel le fil arraché (Stewart 1986; 1989). Par ce fait, cet outil est utilisé dans plusieurs procédés d’usinage afin d’obtenir des surfaces et des copeaux de bonne qualité.

La coupe oblique

La coupe oblique se distingue de la coupe orthogonale par une inclinaison donnée à l’arête tranchante de l’outil de coupe (figure 1.7). L’introduction d’un angle d’inclinaison (i) provoque des changements importants dans la géométrie de la coupe. Une augmentation de l’angle i entraîne ainsi un accroissement de l’angle d’attaque (α), mais une réduction des angles de dépouille (γ) et de l’outil (β) (Ozaki et Kimura 1989; Jin et Cai 1996; 1997). Il en résulte que le pouvoir coupant de l’outil est amplifié par le fait que le rayon de courbure de l’arête tranchante diminue lorsque l’angle i augmente (Jin et Cai 1997). McKenzie et Franz (1964) ont étudié l’effet de la variation de l’angle i et de l’angle α sur la surface rabotée. Les auteurs ont noté que l’utilisation d’un angle i limitait la propagation de contraintes à l’avant de l’outil de coupe. Ainsi, la profondeur des défauts de surface diminue au fur et à mesure que les angles i et α augmentent (McKenzie et Franz 1964; Stewart 1969; Ozaki et Kimura 1989). Cependant, de Moura et Hernández (2007) ont observé que la rugosité de la surface augmente avec l’angle i, mais qu’elle diminue à mesure que l’angle α augmente. Enfin, la force de coupe en jeu lors du rabotage en coupe oblique combiné avec une barre de pression a été mesurée par de Moura et Hernández (2007). Celle-ci augmente avec l’épaisseur de coupe et la diminution des angles i et α.

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Table des matières

Chapitre 1 Revue de littérature
1.1 La coupe du bois
1.2 Le rabotage
1.2.1 Le rabotage orthogonal
1.2.1.1 La coupe 90°-0°
1.2.1.2 La coupe 90°-90°
1.2.1.3 La coupe 0°-90°
1.2.2 La coupe oblique
1.2.3 Le rabotage périphérique
1.2.3.1 La coupe périphérique droite
1.2.3.2 La coupe hélicoïdale
1.2.4 La coupe rotative
1.3 Le ponçage
1.3.1 Les abrasifs
1.3.2 Le procédé de ponçage
1.4 La qualité de surface du bois
1.4.1 Les défauts de surface
1.4.1.1 Le fil arraché
1.4.1.2 Le fil laineux ou fil pelucheux
1.4.1.3 Les marques de copeaux
1.4.1.4 L’écrasement cellulaire
1.4.2 La rugosité de surface
1.4.2.1 Les appareils de mesure
1.4.2.2 Les filtres
1.4.2.3 Le profil de rugosité
1.4.2.4 Les paramètres de mesure
1.4.2.5 L’effet de l’usinage
1.4.3 La mouillabilité de surface
1.4.3.1 La mesure de la mouillabilité
1.4.3.2 L’effet de la rugosité sur la mouillabilité
1.5 L’adhésion à une surface
1.5.1 L’effet de la pénétration
1.5.2 L’effet de la rugosité
1.5.3 L’effet de l’usinage
1.6 L’inactivation des surfaces du bois
1.7 Le vernissage du bois
1.7.1 Les types de solvant
1.7.2 L’effet du vieillissement
1.7.2.1 L’effet de la rugosité et de l’usinage
1.7.3 Les méthodes d’évaluation
1.8 Le bouleau blanc
1.8.1 Les travaux antérieurs sur l’usinage
Chapitre 2 Effects of the cutting parameters on surface quality of paper birch wood machined across the grain with two planing techniques
2.1 Abstract
2.2 Introduction
2.3 Materials and methods
2.3.1 Testing material
2.3.2 Machining treatments
2.3.3 Surface topography measurements
2.3.4 Surface wettability tests
2.3.5 Microscopic evaluation
2.3.6 Coating procedure
2.3.7 Accelerated aging
2.3.8 Adhesion tests
2.3.9 Statistical analysis
2.4 Results and discussion
2.4.1 Surface topography
2.4.2 Surface wettability
2.4.3 Adhesion tests
2.5 Conclusions and recommendations
Chapitre 3 Evaluation of water-borne and solvent-borne coating performance for three surfacing methods on paper birch wood
3.1 Abstract
3.2 Introduction
3.3 Materials and methods
3.3.1 Testing material
3.3.2 Machining treatments
3.3.3 Surface topography evaluation
3.3.4 Surface wettability tests
3.3.5 Microscopic evaluation
3.3.6 Coating procedure
3.3.7 Accelerated aging
3.3.8 Adhesion tests
3.3.9 Statistical analysis
3.4 Results and discussion
3.4.1 Surface topography
3.4.2 Surface wettability
3.4.3 Adhesion tests
3.5 Conclusions and recommendations
Bibliographie