Mécanisme de formation des bavures

REVUE DE LITTÉRATURE, BAVURES D’USINAGE

Les bavures sont définies par un excès ou un manque de matériau au bord de la pièce. Tous les procédés de fabrication génèrent des bavures, et ces bavures se forment partout où il y a des arêtes. Selon Aurich et al. (2005), il est presque impossible d’éviter la formation des bavures. L’auteur explique qu’il existe deux types de bavures : les bavures microscopiques créées par les procédés de finition telle que le brossage, le rodage, et même le meulage. Les bavures macroscopiques créées par les procédés de fabrication conventionnels: l’usinage, le forgeage, l’estampage, le laminage, le moulage, le poinçonnage, etc. Plusieurs études ont été menées pour comprendre la formation des bavures afin d’essayer de les éliminer ou au moins les réduire. De nombreux chercheurs se sont intéressés aux mécanismes de formation, aux facteurs influençant leur création. Durant ces études, de nombreuses classifications ont été présentées se basant sur divers critères. Plusieurs modèles de réduction et de prédiction des bavures ont été également présentés. Les opérations de tournage, fraisage, perçage et meulage étaient les principales opérations approchées pour étudier le comportement des bavures.

Le mécanisme de formation des bavures dépend essentiellement du type d’opération d’usinage; les forces de coupe et leurs directions jouent un rôle important dans le processus de génération des bavures (figure 1.1). Selon Sofronas (1975), les bavures sont formées suite à un flux de déformation plastique du matériau pendant les opérations de coupe. Selon Ko et Dornfeld (1991), l’origine de la formation des bavures est due à l’insuffisance de résistance à la déformation plastique du matériau pendent qu’il est soumis aux forces temporaires de l’outil; le matériau est par conséquent déformé et plié au-delà du bord initial de la pièce. Dépendamment des paramètres d’usinage et du matériau de la pièce utilisé, quatre situations de bord de la pièce peuvent se présenter : (a) déformation complète, (b) déformation avec fracture, (c) fracture avec légère déformation et d- fracture complète (figure 1.2).

Fraisage

De nombreux chercheurs ont étudié la formation des bavures lors des opérations de fraisage. Il se trouve que les mécanismes de formation relatifs aux opérations de rabotage et tournage seront très similaires. Plusieurs modèles ont été présentés pour expliquer les différentes phases par les lesquels les bavures se construisent ainsi que les causes de leurs générations. En général ces différents modèles convergent dans leurs principes de base. Hashimura et al. (1995; 1999), Park (1996) expliquent que la formation des bavures dans une coupe orthogonale est composée de 4 étapes essentielles: initiation des bavures, pivotement, développement et formation finale (figure 1.3). Au stade 1 de la figure 1.3 où l’usinage est continu, aucune déformation du matériau n’est apparente au bord de la pièce; au fur et à mesure que l’outil s’approche de l’arête de la pièce, la bavure commence à apparaître selon une série d’étapes de déformation élastique et plastique jusqu’à la formation finale, et un point de pivotement est créé autour duquel la bavure se décline. Le plan de cisaillement formé juste avant la formation finale de la bavure joue un rôle important dans la détermination de la géométrie finale de la bavure puisque pour un matériau fragile. C’est souvent une bavure négative qu’on voit apparaître au bord de la pièce « Stade : 6-7-8 fragile». Par contre, dans le cas d’un matériau ductile, la bavure a tendance à s’allonger au lieu de se couper, formant ainsi une bavure positive de géométrie parfois assez importante « Stade : 6-7-8 ductile».

De nombreuses recherches ont été réalisées pour comprendre le mécanisme de formation des bavures pendant les opérations de perçage qui sont presque similaires à ceux du taraudage. Partant du principe que les bavures de sortie sont nettement plus importantes que les bavures d’entrée, la majorité des études faites sur les bavures de perçage se sont limitées à traiter le mécanisme de formation des bavures à la sortie du trou. Selon Kim et Dornfeld (2002), Furness (1998), le mécanisme de formation des bavures pendant la phase finale du perçage peut être décrite par un intense processus de déformation du matériau due à la poussée de l’outil. Une petite couche de matériau non coupé (to) reste collée à la sortie du trou usiné, constituant plus tard les bavures de perçage (figure 1.4). Le processus de déformation s’explique par le fait que lorsque l’outil avance vers la fin du perçage, ce dernier ne coupant plus le métal génère un flux plastique du matériau poussé en dehors du trou formant ainsi les bavures. Le matériau poussé est soit déchiré dans le cas d’un matériau ductile, soit projeté sous forme de chapeau dans le cas d’un matériau fragile. Il se peut aussi qu’une forme intermédiaire des bavures soit formée dans le cas de l’usinage de certains matériaux ni ductiles, ni fragiles, ou sous certaines conditions de coupe.

Mesure géométrique

Les deux paramètres importants pouvant décrire la caractérisation géométrique des bavures peuvent être : la forme et la dimension des bavures. Comme mentionné plus haut dans la section classification des bavures d’usinage; Schäfer (1975), Gillespie (1981) et plus tard Hassamontr (1998), Kim (2000) se sont penché sur l’aspect forme des bavures où la continuité, discontinuité et profil des bavures ont été étudiés. Chern (1994) a décri les bavures suivantes: knife burrs, wavy burrs, curl burrs et breakout burrs. Hashimura et Dornfeld (1999) avaient reconnu les bavures uniformes, périodiques, leaned burrs, et random burrs. Kim et Dornfeld (2002), Aurich et al. (2005) avaient identifié plusieurs profils des bavures tels que: le profil spiral, longitudinal, et déchiqueté. Tous les auteurs soutiennent l’idée que la variation de la forme des bavures varie selon le type d’opération et les paramètres d’usinage utilisés. La mesure des bavures est également mentionnée dans plusieurs études puisqu’elle permet d’évaluer leur variation dimensionnelle en fonction des variations des paramètres d’usinage.

La hauteur et l’épaisseur des bavures sont les deux principaux paramètres dimensionnels utilisés dans la caractérisation des bavures; toutefois dans des études plus approfondies, d’autres éléments dimensionnels sont introduits pour compléter l’étude. Przyklenk (1986) a caractérisé les bavures d’usinage selon 5 paramètres dimensionnels (α, bf , bg , rf , ho), où α est l’angle du bord de la pièce, bf est la longueur de la fissure, bg est l’épaisseur de la bavure, rf est le rayon de la bavure et ho est la hauteur de la bavure (figure 1.9). Figure 1.9 Caractéristiques dimensionnelles de la bavure d’usinage. Tirée de Przyklenk (1986) La caractérisation de Aurich et al. (2005) ressemble à celle de Przyklenk (1986) mais elle est plus simplifiée, où la hauteur, l’épaisseur, la longueur de la bavure, et l’angle au bord de la pièce étaient mieux définis (figure 1.10). La symbolisation des paramètres dimensionnels des bavures diffère légèrement d’un auteur à un autre, mais ceci n’affecte pas leur représentation ni même leur étude.

Méthodologie de la mesure géométrique

Plusieurs procédures de mesure ont été générées dans les diverses études des bavures dans le but de permettre la reproduction fidèle et réelle de leur géométrie. Bansal et Lee (2002), Lee (2004) ont montré que l’épaisseur de la bavure bo est proportionnelle à sa hauteur ho. On privilégie souvent l’épaisseur bo dans la mesure, car la mesure de la hauteur ho est moins fiable que la mesure de la racine qui est l’épaisseur bo. Cependant dans la plus part des cas en production, la mesure de la hauteur des bavures ho peut être suffisante et reste plus pratique pour l’inspection des pièces. Selon Hashimura et al. (1999), Shefelbine et Dornfeld (2004), la procédure la plus appropriée pour la mesure des bavures dans le cas des matériaux fragiles présentant des fractures consiste à mesurer l’épaisseur bo correspondant au creux du vide laissé par la rupture de la bavure (figure 1.14). Figure 1.14 Méthode de mesure des bavures à fractures. Tirée de Dornfeld et Shefelbine (2004) Selon Benati (1999), la mesure de la hauteur maximale ho des bavures sur une arête est plus simple et plus représentative que la mesure de la moyenne des hauteurs des bavures sur la même arête. Cependant, si le calcul du volume des bavures est nécessaire, la mesure de la hauteur maximale des bavures ho ne sera pas efficace. Présentement dans l’industrie, un grand intérêt est montré dans implémentation des méthodes de mesure des bavures dans les installations flexibles d’ébavurage, puisque de nos jours l’inspection des pièces reste très manuelle et prend beaucoup de temps.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE, BAVURES D’USINAGE
1.1 Introduction
1.2 Mécanisme de formation des bavures
1.2.1 Fraisage
1.2.2 Perçage
1.2.3 Meulage
1.3 Classification des bavures
1.4 Localisation des bavures d’usinage
1.5 Mesure des bavures
1.5.1 Introduction
1.5.2 Mesure géométrique
1.5.3 Méthodologie de la mesure géométrique
1.5.4 Mesure mécanique des bavures
1.6 Influence des facteurs technologiques sur la formation des bavures
1.6.1 Paramètres liés à la pièce
1.6.2 Conditions de coupe
1.6.3 Paramètres d’outil
1.6.4 Paramètres liés à la machine et son environnement
1.6.5 Stratégie de coupe
1.7 Bavures uniformes et bavures régulières
1.8 Prédiction des bavures
1.9 Autres facteurs influençant la formation des bavures
1.9.1 Force de coupe
1.9.2 La rugosité
1.10 Conclusion
CHAPITRE 2 ÉBAVURAGE ET FINITION DES PIÈCES
2.1 Introduction
2.2 Caractéristiques de l’ébavurage
2.2.1 Exigences de finition
2.2.2 Nombre d’arêtes et quantité linéaire d’ébavurage
2.2.3 Effort d’ébavurage
2.2.4 Système de contrôle de la qualité d’ébavurage
2.3 Classification des procédés d’ébavurage
2.4 Principaux procédés d’ébavurage
2.4.1 Ébavurage manuel
2.4.2 Ébavurage par brosse
2.4.3 Ébavurage par sablage
2.4.4 Ébavurage par jet abrasif
2.4.5 Finition de masse
2.4.6 Coupe mécanisée
2.4.7 Broche de finition
2.4.8 Ébavurage électrochimique
2.5 Coût d’ébavurage
2.6 Analyse et critères de sélection des méthodes d’ébavurage
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 FORMATION DES BAVURES : PROCÉDURE EXPÉRIMENTALE
3.1 Problématique et objectif
3.2 Procédure expérimentale
3.2.1 Pièces et montage
3.2.2 Plan d’expérience
3.2.3 Mesures
CHAPITRE 4 FORMATION DES BAVURES : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
4.1 Introduction
4.2 Forme et mécanisme de formation des bavures
4.3 Analyse statistique des bavures
4.3.1 Bavures d’entrée latérales ED
4.3.2 Autres types de bavures
4.3.3 Sommaire des résultats des autres types de bavures
4.3.4 Autres facteurs
4.3.5 Paramètres d’outil et usure
4.4 Prédiction des bavures
4.5 Régularité et uniformité des bavures
4.6 Conclusion
CHAPITRE 5 ÉTUDE DE CAS EN MILIEU INDUSTRIEL
5.1 Introduction
5.2 Problèmes rencontrés et pistes de solutions
5.3 Expérimentation en milieu industriel
5.3.1 Introduction
5.3.2 Approche expérimentale
5.3.3 Résultats et discussions
5.4 Conclusion
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS