Retrait radial

4.3.1 Influence des paramètres de moulage sur le retrait radial de l'électrode

4.3.1.1 Essais préliminaires

Le retrait radial (Arlr) de l'électrode est la propriété qui permet de déterminer si un dégagement est possible entre la pièce à usiner et la cavité du moule. Les essais préliminaires tentent d'évaluer l'influence des paramètres de moulages et de la proportion de poudre conductrice sur cette propriété de l'électrode.

Les paramètres de moulages ne semblent pas permettre d'identifier de tendances particulières ou significatives concernant Arlr dans le cas des essais préliminaires (annexe E). L'instabilité du procédé (contrôle manuel de la force de formage), l'omission de certains paramètres, notamment la pression de formage pf et la température de démoulage TD, ainsi que le nombre insuffisant de répétition sont probablement les principales causes de ces résultats. Il serait donc requis d'effectuer d'avantage d'expérimentations pour arriver à de meilleures conclusions (essais finaux section 4.2.3).

4.3.1.2 Essais finaux

Les essais finaux revérifient l'influence des paramètres de moulage (TM, TD et F) sur le retrait radial d'échantillons de diamètre plus grand, diminuant ainsi l'importance de l'incertitude sur la mesure de Arlr. Le matériau utilisé ici est l'UFG5/FA709-00, tel que décrit à la section 3.9.2.1 (tableau 3-13).

0,00310 0,00260 0,00210 0,00160 0,00110 0,00060 - y = 2E-05x + 0,0003 R2 = 0,9902 - ^ \ T ^ ^ ^ ^ i i 60 80 100 TD(°C) 120

Figure 4-21: Retrait radial (Arlr) en fonction de la température de démoulage (TD).

Le paramètre le plus influant sur Arlr est la température de démoulage TD (Figure 4-21). Le

retrait radial tend à augmenter linéairement (coefficient de détermination de 0,99) avec l'augmentation de TD. Cette tendance est confirmée par les courbes PVT (section 2.2.2, Figures

2-13 à 2-16) qui démontrent une augmentation du volume spécifique vs de façon linéaire avec la

température de moulage TM, en dessous de la température de fusion du polymère Tm, ce qui

influence directement le volume final de la pièce. Une température de démoulage plus élevée favorise un meilleur retrait de l'électrode et donc faciliterait les opérations d'usinage par EDM en permettant une distance d'usinage plus grande. L'incertitude maximale sur le retrait radial est de 2,5 x 10_6mm/mm, ce qui est nettement inférieur à l'écart-type maximal de 4,33 x 1 0- 4

mm/mm sur les mesures obtenues. La variance des résultats pour chaque valeur de TD n'est

donc pas due à la méthode de mesure.

Les autres paramètres (Température de moulage TM et pression de formage pf) n'ont pas d'effet

significatif direct sur Arlr (annexe E, Figure E-8 et E-9).

4.3.2 Influence des matériaux de l'électrode sur son retrait radial

4.3.2.1 Essais préliminaires

Les blocs 2.1 et 2.2 des essais préliminaires évaluent de quelle façon Çf influence le retrait radial de l'électrode. Les essais sont réalisés avec des mélanges d'UFG5/FA709-00 et de Cu-

0,009 0,008 _ 0,007 ¥ 0,006 "g 0,005 1 0,004 I 0,003 0,002 0,001 0 y = -1E-04X + 0,0089 R2 = 0,9225 20 40 60 <j>f (vol. %) 80 ₁₀₀

Figure 4-22: Retrait radial (Arlr) en fonction de la proportion volumique de poudre UFG5 ((pf) pour le bloc 2.1.

La proportion de poudre conductrice démontre un effet pratiquement linéaire sur Arlr, dans le cas des composites à base de graphite (UFG5/FA709-00), tel qu'illustré à la Figure 4-22. En effet, une augmentation de (pf semble faire diminuer le retrait radial de l'électrode suivant l'équation Arlr = -0,0099<pf+ 0,0089, avec un coefficient de détermination de 0,923. Lorsque la proportion de graphite approche 80,0%, le retrait devient pratiquement nul. Cette décroissance de Arlr avec l'augmentation de (pf est logique considérant le fait que le coefficient d'expansion thermique du graphite varie entre 0,600 et 4,3 pm/m-°C, tandis que celle du HDPE est entre 20 et 225 pm/m-°C [20]. À faible composition de graphite, il est normal que le retrait radial soit plus élevé, étant donné que le polymère possède un coefficient d'expansion thermique entre 5 et 50 fois plus grand que le graphite. Plus la proportion de graphite augmente, plus l'impact de ce dernier sur les propriétés du composite augmente. C'est pourquoi le retrait tend à diminuer.

Les barres d'incertitudes présentes sur le graphique sont obtenues à partir du calcul d'incertitude sur Arlr (annexe D). En observant la Figure 4-9, il est facile de conclure que l'incertitude de mesure sur Arlr (A(Arlr) = ±0,00001 mm/mm) est très faible par rapport à la valeur même des mesures obtenues. L'écart entre les mesures et la droite de tendance (Figure 4- 9) ne serait donc pas liée à la méthode de mesure. Cette différence pourrait donc être plutôt reliée à une instabilité du procédé de moulage par compression, notamment à cause d'un contrôle manuel de la pression de formage p/. De plus, lors de ces essais, un seul échantillon était moulé pour la prise de mesure, ne permettant donc pas d'identifier la variance du procédé de moulage par compression en termes du retrait radial.

Pour le composite à base de cuivre (Cul01/FA709-00), aucune tendance particulière ne peut être identifiée concernant le retrait radial, car tous les échantillons obtenus ont le même diamètre d = 11,11 mm, donc un même retrait radial Arlr = 0,00135 mm/mm. Ce comportement peut s'expliquer de la même façon que pour les composites à base de graphite. Cependant, une autre hypothèse pourrait être considérée étant donné la porosité plus importante des électrodes composites à base de cuivre (Cul01/FA709-00), contrairement à celles constituées de graphite (UFG 5/FA709-00), tel qu'exprimé aux Figures 4-7 et 4-8. En effet, en considérant que la porosité est principalement causée par la morphologie des poudres de cuivre à proportion élevée (section 4.2.3.2, Figure 4-20), on peut en déduire que le retrait de la pièce est influencé d'avantage par l'expansion thermique du cuivre (16,4 pm/m-°C) que par celle du polymère (entre 20 et 225 pm/m-°C) [20]. La porosité de l'électrode provient du fait que le polymère ne parvient pas à combler tout le vide laissé par la disposition des particules de cuivre. Ceci étant dit, même si il y a rétraction radiale du polymère, elle est nettement moins perceptible à l'échelle de l'électrode, en raison de sa porosité. C'est ce qui pourrait expliquer que le retrait radial des électrodes composites à base de cuivre fortement chargées demeure pratiquement constant.

4.3.2.2 Essais finaux

Le bloc 3 des essais finaux revérifie l'impact des matériaux sur le retrait radial de l'électrode, en faisant varier <pf pour des électrodes de Cul01/FA709-00 et d'UFG5/FA709-00 pour des

échantillons cylindriques.

La Figure 4-23 présente la variation de Arlr (retrait radial) en fonction de r/ypour les deux types d'électrodes composites. On constate qu'ils se comportent sensiblement de la même façon. Le retrait diminue lentement pour atteindre une pente maximale entre ç>/= 15,0% et (pf= 45,0%>. La diminution ralentit ensuite et le retrait atteint finalement une valeur quasi nulle. Il est intéressant de constater également que les deux courbes se croisent à environ Arlr = 0,012 mm/mm, ce qui représente presque la moitié de la plage totale de variation de Arlr. Finalement, le changement du retrait radial est plus abrupte dans le cas d'un composite à base de cuivre que celui à base de graphite.

0,025 0,020 - 0,015 "S 0,010 0,005 0,000 — û CU101/FA709-00 - K--UFG5/FA709-00 20 40 60 (t>f (vol. %) 80 100

Figure 4-23: Retrait radial (Arlr) en fonction de la proportion volumique ((pf) de poudre conductrice pour les composites Cul01/FA709-00 et UFG5/FA709-00.

Le fait que Arlr varie plus abruptement pour le composite de cuivre est tout à fait logique. En effet, le coefficient d'expansion thermique du cuivre (16,4 pm/m-°C) est plus élevé que celui du graphite (0,6 à 4,6 pm/m-°C) [20]. Il est donc de mise que celui-ci influence plus directement le retrait du composite, considérant l'explication de la section 4.3.2.1. Une diminution plus progressive du retrait peut être un avantage considérant le besoin de contrôler la distance d'usinage entre l'électrode et la surface usinée pour le procédé d'EDM. Un contrôle relativement efficace pourrait être fait en modifiant la composition du matériau conducteur. L'électrode composite graphite serait, dans un tel contexte, plus avantageuse que celle à base de cuivre.

Le retrait radial de l'électrode est donc principalement influencé par la proportion volumique de poudre conductrice. Il est également fonction de la température de démoulage. Ce paramètre peut donc être contrôlé à partir du procédé de moulage et à partir des propriétés du mélange afin d'obtenir une distance d'usinage la plus adéquate possible.