Etude expérimentale du procédé de détourage sur les agrocomposites à fibres courtes et longues

L’étude bibliographique du Chapitre 1 met en évidence le manque de travaux traitant l’usinage des agrocomposites. Ces travaux se résument à des études empiriques (fraisage et perçage) non approfondies scientifiquement qui se contentent de déterminer l’endommagement global (délaminage, rugosité de surface) en fonction de la cinématique de l’outil (vitesse de coupe, vitesse d’avance) sans une compréhension des mécanismes physiques mis en jeu. Néanmoins, cet état de l’art révèle une sensibilité particulière des agrocomposites à la fibre végétale utilisée lors de l’usinage. Une sensibilité importante a été constatée aux paramètres process, notamment la cinématique de l’outil et sa géométrie. L’objectif de ce chapitre est d’explorer l’usinabilité des agrocomposites avec des études expérimentales exploratoires qui font intervenir, à chaque fois, un paramètre significatif afin d’étudier son effet sur les mécanismes d’interaction outil / matière lors de la coupe et, ainsi, identifier les critères d’usinabilité pour les agrocomposites. Afin d’optimiser ces études expérimentales, chacune a été réalisée avec une structure agrocomposite différente pour mettre aussi en évidence la contribution de la structure du renfort fibreux sur l’usinabilité des agrocomposites. Ces études expérimentales vont introduire une méthode de décomposition multiéchelle de la topographie des surfaces usinées. Une méthode qui permet d’extraire la signature topographique des conditions process aux différentes échelles de la surface usinée, en allant des échelles microscopiques jusqu’aux échelles globales macroscopiques.

Les trois agrocomposites à fibres courtes présentés dans le Chapitre 2 (Bambou/PP, Miscanthus/PP et Sisal/PP) ont subi des essais de détourage sur la machine 5 axes (DMU 60 monoBLOCK®) avec l’outil « AMAYA SA3 » qui ont aussi été décrits dans le Chapitre 2. Les essais ont été réalisés en absence de lubrifiant tout en variant l’avance par dent de la fraise. Les autres paramètres de coupe ont été maintenus constants. Trois valeurs d’avance (0.04, 0.08 et 0.12 mm/dent) ont été considérées. La vitesse de coupe (Vc) a été fixée à 47 m/min et la Lors de cette étude, les efforts de coupe ont été enregistrés à l’aide du système d’acquisition à table Kistler. Les observations microscopiques ont été réalisées avant et après usinage par le MEB en mode LV. La topographie de surface a été mesurée à l’aide du rugosimètre 2D avant et après usinage. La Figure 3.1 présente une comparaison de l’état microscopique des surfaces usinées pour chaque type d’agrocomposite avant et après le procédé de détourage. L’état initial est caractérisé par des stries et des débris dus au polissage. Le renfort fibreux est sous forme de faisceaux de fibres élémentaires (Figure 3.1(a,c,e)). Les fibres de sisal ont un plus grand diamètre.

Après l’opération de détourage, les fibres prennent des aspects morphologiques différents. Le mécanisme de coupe activé pour l’usinage de chacune des fibres semble être à l’origine de la différence constatée. Les fibres de bambou ont une apparence lisse au niveau de la section du faisceau des fibres avec des zones creuses au niveau de la matrice causées par le détachement des fibres (Figure 3.1(b)). Le cisaillement des fibres n’est pas parfait puisque la morphologie des sections des fibres élémentaires n’est pas observable comme pour l’état initial (Figure 3.1(a)). Le même aspect est observé sur les échantillons en fibres de miscanthus en plus de la rupture des interfaces entre les fibres élémentaires qui constitue le faisceau de fibres (Figure 3.1(d)). La morphologie de la section des fibres n’apparait pas comme pour l’état initial (Figure 3.1(c)). Les fibres de sisal font apparaitre clairement la rupture de l’interface entre les fibres élémentaires qui provoque l’apparition de quelques zones creuses (Figure 3.1(f)). Les extrémités des fibres de sisal qui dépassent la surface usinée sont plus longues que dans le cas de bambou ou du miscanthus.