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Machinability of Al-(7-11%)Si casting alloys : role of free-cutting elements

Garza Elizondo Guillermo Hernan. (2010). Machinability of Al-(7-11%)Si casting alloys : role of free-cutting elements. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

Deux des alliages d'aluminium les plus utilisés dans les industries de l'automobile et de l'aéronautique sont le 396 et le 319, ce qui s'explique par leur facilité à les mettre en forme et de leur habileté à rencontrer les standards de performances mécaniques du fait que la majorité de la matière première provient du recyclage. Ces alliages, 396 et 319, qui appartiennent au système Al-Si-Cu sont généralement traités thermiquement de façon à obtenir une combinaison optimale de résistance et de ductilité. L'excellente coulabilité et les bonnes propriétés mécaniques des alliages Al-Si-Cu-Mg ont fait d'eux des choix populaires pour les applications industrielles. L'usinage est un procédé courant connu pour l'enlèvement de matière sous forme de copeaux à partir d'une pièce, et il est aussi l'un des plus importants de la fabrication. La réduction du temps d'usinage et l'augmentation de la durée de vie des outils de coupe ont une importance économique. Les essais d'usinage réels sont indispensables pour déterminer les caractéristiques d'usinabilité des alliages et, par conséquent, les essais d'usinage sont devenus une activité essentielle.

La présente étude a été entreprise pour étudier les effets de la composition et le type d'outils de forage sur l'usinabilité des alliages de fonderie Al-Si, à savoir 396 et B319.2 dans l'état traité thermiquement, contenant 10,8% de Si et de 7,5% Si, respectivement, en utilisant quatre différentes forets. Ainsi, un traitement thermique spécifique T6 a été choisi pour établir le niveau de dureté des alliages étudiés dans la plage de 110 ± 10 BHF, conforme à la plupart des niveaux de dureté des applications commerciales des alliages d'aluminium. Les opérations d'usinage de forage ont été conçus pour être effectués dans des conditions fixées en vue d'examiner les éléments suivants: (i) les effets des intermétalliques de fer à savoir a-Fe, P-Fe, et « sludge », ainsi que ceux des éléments de décolletage , tels que Sn, sur l'usinabilité des alliages sélectionnés; (ii) la force de forage, le moment et l'accumulation de chaleur (BUE), ainsi que les caractéristiques des copeaux, (iii) les effets de la composition des outils sur la durée de vie et sur l'usure des outils, et (iv) une évaluation des quatre forets pour savoir lequel fournit une meilleure performance en ce qui concerne les forces de forage et de moments, de manière à obtenir des combinaisons d'usinage optimale.

Les essais de forage ont été effectués sur un Huron K2X 8 Five centre d'usinage vertical à des conditions d'usinage fixes, qui comprennent la vitesse de coupe, la vitesse de pénétration, la profondeur du trou, la géométrie de l'outil, la composition de l'outils et le lubrifiant pour étudier les effets du forage sur l'usinabilité des alliages de fonderie Al- Si à savoir G2: 396 + 0,15%Sn, G3: 396 + 0,25%Fe + 0,25%Mn, et G12: B319.2 + 0,15%Sn dans l'état traité thermiquement. Les quatre forets employés sont de type : « Solid Carbide », « Special Solid Carbide », « Cobalt Grade » et « High Precision Solide Carbide ». Il convient de mentionner ici que les critères pertinents usinabilité se rapportent aux forces et moments de coupe ainsi qu'à la durée de vie des outils, la configuration des copeaux et l'arête rapportée (BUE) évolution.

Les résultats obtenus à partir des essais de forage indiquent que le foret « High Precision Solid Carbide » a obtenu les plus faibles forces et moments de forage pour les essais avec les alliages G2 et G3; alors que pour l'alliage G12 le foret « Cobalt Grade » a obtenu les plus faibles forces et moments de forage. Le foret « High Precision Solid Carbide » affiche un comportement stable lors du perçage et il est recommandé pour les alliages G2 et G3. Également, le foret au cobalt est recommandé pour l'alliage G12.

Les résultats révèlent que les alliages G2 et G3 présentent une augmentation rapide des forces et moments de forage à mesure que le nombre de trous percés augment. Cela peut s'expliquer par leur teneur plus élevée en Si (10,8%). Les différences de comportement d'usinage des alliages 396 et B319.2 peuvent être attribuées principalement aux différences de dureté de la matrice, de composition des alliages obtenus au moyen d'ajouts et de niveau de silicium qui est de 10,8% pour les alliages G2 et G3 et de 7.5% pour G12.

L'addition de 0,15% de Sn aux alliages 396 et B319.2 a un effet bénéfique sur la durée de vie des quatre foret en carbure, ce qui peut être attribuée à la précipitation des particules de la phase P-Sn ayant un faible point de fusion. La présence de « sludge » dans l'alliage G3 avec des ajouts de 0,25%Fe et 0,25%Mn, conduit à une augmentation extrêmement rapide des forces et moments de forage, et a également un effet défavorable sur la durée de vie des outils laquelle diminue avec le nombre de trous percés et présente plus de variations dans l'ensemble des résultats obtenus.

L'examen des photographies de l'arête rapportée indique qu'il y a un minimum de changements dans la largeur de la BUE pour différents nombres de trous dans le cadre du processus de forage pour chaque alliage et foret. Ceci peut être attribué au fait que les dépôts de BUE va progressivement augmenter en taille et qui, si elle excède une taille critique, se sépare de la face de coupe et d'adhérer à la surface inférieure des copeaux. Un examen visuel des copeaux révèle que la forme d'éventail est de loin la forme prédominante au cours du forage des alliages étudiés, aussi, la forme d'éventail est idéale pour la plupart des applications de forage en raison de sa taille compacte. La fragmentation de copeaux provenant du foret au cobalt a été supérieure à celle des forets « Special Solid Carbide » et « High Precision Solid Carbide » pour les alliages G2, G3 et G12.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:2010
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Maîtrise en ingénierie
Nombre de pages:151
ISBN:9781412316705
Identifiant unique:10.1522/030146821
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Samuel, Fawzy Hosny
Samuel, Agnès Marie
Mots-clés:Aluminium--Alliages--Usinabilité, Aluminum alloys--Machinability, 396, B319.2, 319, AL-SI-CU, OUTIL, FORAGE, USINAGE, FONDERIE
Déposé le:01 janv. 2010 12:34
Dernière modification:07 mai 2013 22:03
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