Résultats du délaminage

Les fibres arrachées et les fibres non coupées, particulièrement les fibres des plis de surface, sont le plus gros défaut des composites à fibres naturelles. Dans cette section, l’influence des paramètres de coupe, de la géométrie de l’outil et de l’orientation des fibres est caractérisée.

Les figures 3.23 à 3.25 montrent l’évolution du facteur de délaminage surfacique ( ) du pli supérieur des sections usinées en opposition. Cette évolution est exprimée en fonction de la vitesse d’avance, de la vitesse de la broche, de l’outil de coupe et de l’angle d’orientation des fibres respectivement. Le délaminage est corrélé avec l’avance. Il évolue de la même façon que la rugosité en fonction de . La valeur de la délamination diminue lorsque augmente de 0,025 à 0,1 / é et se stabilise ensuite quand passe de 0,1 à 0,45 / é . Il est à noter que pour minimiser le délaminage, il est préférable de détourer avec une vitesse d’avance intermédiaire de 0,2 / é ( 4). Cette avance génère un délaminage significativement plus faible que le délaminage généré par l’avance 2 (0,05 / é ) (intervalles de confiance ne se chevauchent pas) contrairement à l’avance 3 qui n’est pas significativement différente de 2. La vitesse de coupe s’avère non significative. Elle n’influence aucunement la délamination. L’orientation des fibres et la géométrie de l’outil de coupe s’avèrent très influentes sur l’aire de la zone délaminée ( ). Si l’on regarde les résultats de délaminage des sections usinées avec l’outil #1, ce dernier fournit de bien pires résultats que l’outil #2 et ce quelle que soit l’orientation des fibres. Cette hypothèse est prévisible. En effet, l’outil #1 est moins tranchant à cause de son rayon de coupe (5 ) plus grand que celui de l’outil #2 (4 ). Un plus faible rayon de coupe favorise la découpe par fracture brusque des fibres empêchant leur déformation plastique. Ceci permet de réduire le nombre et la longueur des fibres non coupées. De plus, la géométrie spéciale de l’outil #2 est destinée à favoriser le cisaillement des fibres. L’orientation des fibres est aussi influente sur le délaminage.

La pire intégrité de surface est obtenue lorsque est de −45° pour les deux outils. La meilleure intégrité est obtenue lorsque les fibres sont orientées à 0° puis lorsque est de 45° et ensuite pour de 90°. Cela peut être expliqué par le comportement de la fibre face à la coupe. À −45°

et 90°, les fibres sont comprimées au contact outil/laminé. Elles fléchissent sous le passage de l’outil, ce qui augmente le nombre de fibres non coupées. Ce phénomène est d’autant plus prononcé lorsqu’il est accompagné d’un phénomène de séparation des fibres élémentaires lorsque est de −45°. En revanche, pour les autres orientations, le mode de coupe des fibres est soit par pur cisaillement quand est de 45° soit par délaminage parallèlement aux fibres quand est de 0°.

Figure 3.23 Délaminage du pli supérieur usiné en opposition en fonction de l’avance

Figure 3.25 Délaminage en fonction de l’outil de coupe et indépendamment de et de

Si l’on analyse l’effet de l’interaction entre l’angle d’orientation des fibres et la vitesse d’avance, le comportement du délaminage est différent en fonction de et de . Lorsque l’avance est à son niveau minimum (0,025 / é ), les trois niveaux d’orientation de fibres −45°, 45° et 90° génèrent le pire délaminage. Les laminés à 0° se distinguent par le meilleur fini de surface vis-à-vis du délaminage. Lorsque est de 0,05 / é , le délaminage le plus fort est obtenu lorsque est de −45° ou de 90° alors que le délaminage le plus faible est encore une fois obtenu lorsque les fibres sont orientées à 0°. L’orientation de 45° génère un délaminage moyen. Sur une plage d’avance de 0,1 à 0,3 / é , les 4 niveaux de sont significativement différents. À 3 (0,1 / é ), les orientations de 45° et de 90° sont équivalentes. Pour résumer, quelle que soit l’avance, le délaminage le plus élevé est obtenu pour une orientation de fibres de −45° alors que le délaminage le plus faible est obtenu pour un égal à 0°. Pour les fibres orientées à −45°, l’avance n’a pas d’influence sur et la dispersion des résultats est la plus élevée. Quant aux autres angles, diminue lorsque augmente de 1 à 3 et se stabilise ensuite.

Figure 3.26 Délaminage en fonction de l’avance pour les différentes

À la vue des figures suivantes (Voir Figures 3.27 et 3.28), l’influence de la vitesse de coupe semble être significative dans certains cas spécifiques. Pour les sections usinées avec l’outil #1, le délaminage le plus élevé est généré par une faible avance indépendamment de . Pour les fibres détourées à −45°, la vitesse de coupe est significative lorsque l’avance est élevée. Le délaminage ( ) le plus élevé est obtenu lorsque est de 600 / . Les deux autres niveaux de sont équivalents et génèrent un faible niveau de délaminage. Pour les fibres orientées à 0° et 90°, le même phénomène apparaît quelle que soit la vitesse de coupe, mais avec beaucoup moins d’ampleur. Pour les fibres à 45°, lorsque la vitesse de coupe est de 400 / , décroît linéairement avec (dans la plage de l’expérimentation). Dans tous les autres cas, les points oscillent autour de la moyenne sans aucune tendance. Les barres de confiance de ces courbes représentent, pour chaque point expérimental, l’étendue sur les deux valeurs (deux répétitions) correspondantes.

Figure 3.27 Délaminage des sections usinées avec l’outil #1 en fonction de dépendamment des facteurs de l’étude

Pour les échantillons usinés avec l’outil #2, les tendances sont similaires à celles obtenues avec l’outil #1 pour les fibres orientées à 0° et 90°. Or, pour les deux autres orientations, les tendances lorsque est de 200 / et de 600 / sont inversées. En d’autres termes,

pour ces orientations, l’évolution de des sections usinées avec l’outil #1 à une vitesse de coupe de 200 / est similaire à l’évolution de des sections usinées avec l’outil #2 à une vitesse de coupe de 600 / et vice versa. Ceci pourrait être expliqué par la géométrie de l’outil de coupe et le mode de découpe. Effectivement, lorsque (600 / ) augmente, la quantité de matière à découper à la fois augmente. Le temps de contact fibres/outil diminue (la pression exercée par l’arête de coupe sur les fibres diminue) ce qui défavorise le cisaillement des fibres. Ces dernières fléchissent et passent sous l’outil de coupe sans être coupées lorsque détourées avec l’outil #1. Comme résultat, augmente. En revanche, l’outil #2 est conçu pour travailler en cisaillant les fibres. Le pire scénario de coupe de l’outil #1 semble être le meilleur scénario de l’outil #2. Il faudrait être vigilant vis-à-vis de ce résultat. En effet, les points expérimentaux construisant ces graphes correspondent à la moyenne de seulement deux résultats. Étant donné la variabilité et la forte dispersion caractéristiques des résultats obtenus avec les composites à fibres naturelles, ces résultats peuvent être biaisés. Dans le cas des fibres orientées à 45° et lorsque est de 0,3 / é , l’intervalle de confiance (l’étendue) est très large ce qui laisse croire à un biais de résultats. Une analyse statistique sera effectuée dans la section 3.7 afin de vérifier ces hypothèses.

Figure 3.28 Délaminage des sections usinées avec l’outil #2 en fonction de dépendamment des facteurs de l’étude

Le type II du délaminage (fibres non coupées) est le défaut le plus fréquent suite à l’usinage des composites lin/époxy. Dans le pire des cas, les fibres sont assez denses et dépassent de

10 de la surface dans le cas des fibres orientées à −45° et de 5 de la surface dans le cas des fibres orientées à 90°.

Figure 3.29 Pire état du délaminage de type II lorsque est de : a) 90° et b) −45°

Les tableaux 3.3 et 3.4 représentent quelques clichés d’échantillons pour des conditions de coupe bien précises. Ces clichés confirment les conclusions faites ci-haut. En somme, l'outil #2 coupe mieux avec beaucoup moins de fibres non coupées. De plus, pour les échantillons détourés avec l’outil #1, le pire état de surface est obtenu lorsque les fibres sont orientées à −45° et le meilleur état de surface est atteint lorsque est de 0°. On peut même remarquer le niveau élevé de délaminage occasionné lorsque est de 45° et l’avance est de 0,3 / é (Voir tableau 3.3 et Figure 3.27). Le pire niveau de délaminage est obtenu lorsque est faible. Il diminue lorsque l’avance augmente de 0,025 à 0,1 / é puis se stabilise. Cette tendance est bien visible lorsque est de −45° mais elle est moins évidente pour les autres orientations de fibres. Quant au cas de l’outil #2, la différence entre les échantillons n’est pas assez significative.

Tableau 3.3 Fini de surface des sections usinées avec l’outil #1 en fonction de , de et de (X20)

Tableau 3.4 Fini de surface des sections usinées avec l’outil #2