Study of the structural choice of cutting tools coated with diamond or polycrystalline solid for competitive and environmental machining of metal matrix composites with ceramic particle reinforcement (CMMp Al / SiC)

Étude du choix structurel d'outils coupants en diamant revetu ou polycristallin massif pour l'usinage compétitif et environnemental des composites à matrice métallique et renfort céramique particulaire (CMMP AI/SiC.)

Arnaud Kremer (1)

1 LMPF - Laboratoire de Mécanique et Procédés de Fabrication

The objective of this work is to study the machinability of CMMP as a structural material in substitution for refractory alloys and to understand the mechanisms generating dust related to their dry machining. The different levels of reinforcement of CMM (5, 15, 25, 35% of SiCp) and the variety of PCD tools and nanostructured diamond coatings studied, assessed in a first step the structural choice of tools in relationship with the industrial feasibility of their use in high speed dry machining of CMM Al / SiC. The feasibility study and recommendation tool were made taking into account different criteria: the energy, the structural and environmental quality. Damage modes and the performance of cutting tools have been observed and analyzed in tests of wear and durability. The presence of adhesive wear mode followed by an abrasive consumption interface increases the importance of the structure of the tool (homogeneity, multiple interfaces ...) The dust emission is finally analyzed in terms of structural modification of the composite material (heat treatment) and the reinforcement rate. Environmental sustainability of its machining is also assessed by an analysis of tool life. The process of dust generation is strongly related to tools behaviour, and the predominance of friction phenomena that arise at the tool / chip interface.

L'objectif de ce travail est d'étudier l'usinabilité des CMMp comme matériau de structure en substitution aux alliages réfractaires et de comprendre les mécanismes générateurs de poussière inhérents à leur usinage à sec. Les différents niveaux de chargement en céramique du CMM (5, 15, 25, 35 % de SiCp) ainsi que la variété d'outils PCD et des revêtements diamants nanostructurés étudiés, a permis d'évaluer dans un premier temps le choix structurel d'outillages en liaison avec la faisabilité industrielle de leur usage en usinage grande vitesse à sec d'un CMM Al/SiC. L'étude de faisabilité et la préconisation d'outillages ont été effectuées en prenant en compte des critères énergétiques et de qualité structurelle et environnementale. Les modes d'endommagement ainsi que les performances d'outils coupants ont été observés et analysés lors d'essais d'usure accélérée et de durabilité. La présence d'une usure adhésive suivie d'un mode abrasif de consommation d'interface accroit l'importance de la structure de l'outil (homogénéité, multiplicité des interfaces

Mots clés: Diamond tool; Dust emission; Pcd; Cvd

Mots clés: Outils diamants; émission de poussière

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Arnaud Kremer. Étude du choix structurel d'outils coupants en diamant revetu ou polycristallin massif pour l'usinage compétitif et environnemental des composites à matrice métallique et renfort céramique particulaire (CMMP AI/SiC.). Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2009. Français. ⟨NNT : 2009ENAM0009⟩. ⟨pastel-00005407⟩