Notions sur les abrasifs

Le jaspe, une pierre très abondante à Madagascar surtout dans la région de Bongolava est en pleine exploitation aujourd’hui. Le constat d’importants déchets concernant cette pierre surtout dans le domaine de la lapidairerie nous a conduit à penser que le recyclage de ces déchets pourrait être bénéfique pour Madagascar tant sur le plan environnemental que sur le plan économique.

A cette fin, connaissant la dureté élevée du jaspe (de l’ordre de 6,5 à 7 sur l’échelle de Mohs), nous avons orienté notre étude sur la possibilité de fabrication de meules en grains de jaspe. En effet, actuellement, les meules s’emploient dans diverses industries comme la sidérurgie, les fonderies, les constructions métalliques, les constructions automobiles, les carrières de pierres et marbres. Chaque étape d’usinage dans des processus de fabrication nécessite l’emploi d’outils performants. La meule intervient dans une phase finale de fabrication et c’est elle qui détermine la qualité des finitions. Une meule mal définie ou mal fabriquée ferait perdre à celle-ci toute sa valeur ajoutée.

NOTIONS SUR LES ABRASIFS

Généralités

Historiques

Connues depuis la préhistoire (âge de la pierre polie), les propriétés abrasives de certains minéraux ont été cantonnées depuis l’antiquité jusqu’à la deuxième moitié du XIX e siècle dans les travaux d’aiguisage et de polissage (des armes, des outils, du marbre, des pierres précieuses). Les meules en grès des rémouleurs et les plateaux à polir des lapidaires sont une survivance de cette époque. Ce n’est que vers 1850 qu’apparaîtront les premières meules réalisées à partir d’abrasifs naturels : quartz, émeri, agglomérés par de la gomme laque, de la magnésie ou du caoutchouc ; il fallut encore un quart de siècle pour que naisse la fabrication industrielle de meules à agglomérant céramique et un autre quart de siècle pour que soient produits en quantité notable les deux abrasifs artificiels encore le plus utilisés de nos jours : l’oxyde d’aluminium et le carbure de silicium. C’est l’avènement de ces abrasifs fabriqués (improprement qualifiés parfois d’artificiels par opposition à naturels) qui a permis, depuis le début du XX e siècle, la réalisation de pièces mécaniques devant présenter à la fois des tolérances géométriques serrées et des états de surface poussés. Enfin, étape récente des plus importantes dans l’évolution des abrasifs, la mise au point vers les années 60 de la fabrication industrielle de deux superabrasifs, le diamant et le nitrure de bore cubique, a permis l’usinage dans des conditions économiques et avec une très grande précision de pièces dans des matériaux de dureté très élevée : céramiques, carbures métalliques, superalliages, alumine frittée, aciers surcarburés, etc., et entraîné ainsi un grand développement de leur utilisation.

Définitions

Abrasif
Un abrasif est un corps dur cristallisé susceptible, par une action mécanique, de découper des copeaux dans un corps moins dur que lui. Il est caractérisé par ses propriétés mécaniques, sa stabilité physico-chimique, sa forme et ses dimensions.

Meule
Une meule est un outil de précision portant des milliers de points de coupe. Elle est constituée de grains d’abrasif maintenus ensemble par une matrice de liant, et séparés par des pores. Les grains d’abrasif constituent les points de coupe tandis que le liant est destiné à maintenir ensemble les grains. Les pores (espaces vides entre les grains) permettent la circulation du liquide de refroidissement et l’évacuation des copeaux du matériau usiné.

Lorsque la meule en rotation est mise en contact avec le matériau de la pièce, les grains abrasifs génèrent des petits copeaux. Sous l’effet des efforts subits pendant le meulage, les grains d’abrasifs s’usent et s’émoussent, provoquant un dégagement de chaleur et une augmentation du frottement et de la pression nécessaire sur la meule. L’augmentation des forces de meulage provoque soit la rupture de l’abrasif, laquelle expose de nouvelles arêtes de coupe, soit une fracture des ponts de liant maintenant les grains d’abrasif. Dans ce dernier cas, de nouveaux grains abrasifs se trouvent exposés pour couper la pièce. D’où l’importance du phénomène d’adhérence grains-liant.

Dans les applications normales des meules vitrifiées, il est nécessaire de dresser la meule, c’est-à-dire éliminer le faux-rond de la meule. En faisant varier les propriétés de l’abrasif, du liant et de la composition de la meule, il est possible d’obtenir des meules avec une grande variété de caractéristiques différentes.

Caractéristiques des abrasifs 

Propriétés mécaniques

Dans le cadre du travail par abrasion, les caractéristiques plus importantes sont la dureté et la résistance à la fracture.

– Dureté :
Cette notion est caractérisée par la capacité d’un corps à en rayer un autre. Deux échelles sont utilisées pour classer les abrasifs selon leur dureté (tableau 1).
● L’échelle de Mohs prolongée classe dans une suite numérique allant de 1 à 15 différents minéraux et abrasifs naturels ou fabriqués, du plus tendre, le talc, affecté du nombre 1, au plus dur, le diamant, auquel on attribue le nombre 15. Cette échelle respecte la notion de dureté mais ne s’appuie sur aucune donnée mesurable.
● À l’inverse, la méthode de Knoop, basée sur la pénétration d’une pointe de diamant au moyen d’un appareil de type Rockwell, permet d’établir une échelle dont les nombres sont proportionnels aux résultats des mesures effectuées.

– Résistance à la fracture :
Lorsqu’il pénètre dans la pièce qu’il usine, le grain d’abrasif subit certaines contraintes mécaniques (choc, effort) et physiques (choc thermique) qui tendent à provoquer sa rupture. Si, pour une application donnée, la résistance à la fracture de l’abrasif est trop élevée, le grain s’use, ses arêtes s’émoussent, son pouvoir de coupe diminue et la chaleur produite augmente. À l’inverse, si sa résistance à la fracture est insuffisant, le grain se fragmente et disparaît rapidement.

Stabilité physico-chimique 

Dans tout travail d’usinage, une partie de l’énergie fournie est transformée en chaleur. Dans le cas d’usinage par abrasion, les températures mesurées dans la zone de pénétration d’un grain peuvent atteindre 700 à 800°C. Pour être efficace, un abrasif porté à ces températures devra conserver sa stabilité chimique et ses propriétés physiques en présence du matériau à usiner et des éventuels agents de refroidissement et de lubrification.

Forme

Certains abrasifs sont susceptibles de cristalliser dans plusieurs systèmes différents, et de présenter des plans de fracture qui engendrent des arêtes plus ou moins vives. Cette notion est à prendre en considération dans le choix d’un abrasif en fonction du matériau à usiner et de l’opération à réaliser.

Dimensions

Les abrasifs sont utilisés sous la forme de grains dont la grosseur est définie suivant des normes. Les plus employées dans l’industrie sont :
– les normes MESH (américaine) et FEPA (européenne) pour les abrasifs conventionnels agglomérés et les superabrasifs agglomérés;
– les normes CAMI (américaine) et FEPA (européenne) pour les abrasifs appliqués conventionnels.

Les grains dont le diamètre moyen est supérieur à 0,1 mm sont sélectionnés par tamisage, alors que les poudres plus fines sont triées par lévigation ou sédimentation. C’est la norme FEPA qui précise le nombre de mailles par pouce de surface du tamis.

Table des matières

Introduction générale
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
Chapitre 1 : NOTIONS SUR LES ABRASIFS
I-1. Généralités
I-1-1. Historiques
I-1-2. Définitions
I-1-2-1. Abrasif
I-1-2-2. Meule
I-2. Caractéristiques des abrasifs
I-2-1. Propriétés mécaniques
I-2-2. Stabilité physico-chimiques
I-2-3. Forme
I-2-4. Dimensions
I-3. Classification des abrasifs
I-3-1. Abrasifs naturels
I-3-2. Abrasifs fabriqués conventionnels
I-3-3. Superabrasifs fabriqués
I-4. Les différents types d’abrasifs
I-5. Abrasifs conventionnels agglomérés
I-5-1. Constitution
I-5-1-1. Types d’agglomérant
I-5-1-1-1. Agglomérants minéraux
I-5-1-1-2. Agglomérants organiques
I-5-1-2. Types d’abrasifs
I-5-2. Fabrication
I-5-2-1. Malaxage
I-5-2-2. Pressage
I-5-2-3. Cuisson
I-5-2-4. Usinage après cuisson
I-5-2-5. Contrôle
I-5-3. Formes et dimensions
I-5-4. Spécifications
I-5-4-1. Nature de l’abrasif
I-5-4-2. Grosseur du grain
I-5-4-3. Dureté ou grade
I-5-4-4. Structure
I-5-4-5. Agglomérant
I-5-4-6. Traitement
I-5-5. Principales applications
I-5-5-1. Décriquage
I-5-5-2. Ebarbage
I-5-5-3. Tronçonnage
I-5-5-4. Rectification
I-5-5-4-1. Rectification cylindrique extérieure
I-5-5-4-2. Rectification sans centre dite centerless
I-5-5-4-3. Rectification intérieure
I-5-5-4-4. Surfaçage
I-5-5-5. Rodage et superfinition
I-5-5-6. Affûtage
I-5-6. Mode d’action d’une meule
I-5-6-1. Théorie de l’usinage à la meule
I-5-6-2. Dureté d’action d’une meule
I-5-7. Mise en œuvre et prescription d’emploi : le code de sécurité
I-5-7-1. Code de sécurité
I-5-7-2. Mise en œuvre d’une meule
I-5-7-2-1. Dressage avant emploi
I-5-7-2-2. Essorage après emploi
I-5-7-3. Recommandations
Chapitre II : QUELQUES GENERALITES SUR LE JASPE
II-1. Gisements
II-2. Propriétés
II-3. Variétés
II-4. Utilisations
Chapitre III : NOTIONS SUR LA RESINE POLYESTER INSATURE
III-1. Les matrices polyesters
III-2. Synthèses des polyesters insaturés
III-2-1. A partir des diols
III-2-2. A partir d’un époxyde
III-3. Copolymérisation
III-4. Viscosité
III-5. Les principaux types de résines polyesters insaturés
III-5-1. Les résines orthophtaliques
III-5-2. Les résines isophtaliques
III-5-3. Les résines au méthyl méthacrylate
III-5-4. Les résines terephtaliques
III-5-5. Les résines au comportement au feu amélioré
III-5-6. Les résines bas retrait ou low profile
III-5-7. Les résines assouplissantes
III-6. Copolymérisation des résines polyesters insaturés
III-6-1. Constituants du système catalytique
III-6-2. Choix du système catalytique
III-6-3. Mise en œuvre des polyesters UP
III-6-4. Copolymérisation à froid
III-6-5. Copolymérisation à chaud
III-7. Principales caractéristiques des matrices polyesters
III-7-1. Propriétés électriques
III-7-2. Résistance aux agents chimiques
III-7-3. Résistance à la fatigue
III-7-4. Dilatation thermique et retrait
III-7-5. Avantages et inconvénients
III-8. Mécanismes de réticulation
Conclusion
ETUDE EXPERIMENTALE
Introduction
Chapitre IV : CARACTERISATION DES MATIERES PREMIERES
IV-1. Le jaspe
IV-1-1. Masse volumique apparente
IV-1-2. Densité absolue
IV-2. La résine polyester insaturé et les constituants du système catalytique
IV-2-1. La résine
IV-2-1-1. Masse volumique apparente
IV-2-1-2. Autres
IV-2-2. L’accélérateur
IV-2-3. Le catalyseur
Chapitre V : REALISATION D’UNE MEULE EN GRAINS DE JASPE
Conclusion générale

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