Investigation expérimentale et modélisation du processus de coupe en utilisant les plans d’expériences – application lors du tournage du polyamide-

Abstract

Les polymères sont omniprésents dans pratiquement toutes les industries d’aujourd'hui. Leur utilisation est devenue inévitable dans la vie quotidienne, cela est dû aux larges gammes de propriétés physiques et chimiques, qui en font souvent des concurrents de l'acier et des autres métaux. Malgré cela, ils présentent également des défis lors de leur usinage en raison de : (l’accumulation de chaleur, l'écaillage, le gauchissement, etc…) qui nécessitent des techniques et des paramètres de coupe appropriés.C'est pourquoi nous avons choisi de concentrer notre étude sur l’usinage du polyamide (PA66), et d’étudier l'influence des paramètres de coupe sur les performances d'usinage. L'objectif est d'optimiser les conditions d'usinage afin de réduire les coûts de fabrication et d'améliorer la qualité de la surface des produits finis.Pour cela, deux outils de coupe (carbure métallique et PCD) ont été utilisés. Le travail est subdivisé en quatre parties distinctes : La première partie, présente une étude statistique qui repose sur l’analyse de la variance ANOVA et l’analyse de régression, afin de déterminer les modèles mathématiques des différents phénomènes étudiés tels que : la rugosité de surface, les efforts de coupe, la puissance de coupe et le débit de coupeau. Le plan de Taguchi L27 a été utilisé pour cette partie. Ainsi la valeur de coefficient de corrélation et les constantes associées aux modèles ont été calculées. Une comparaison entre les valeurs des paramètres de sortie obtenues par les modèles de prédiction avec ceux trouvées expérimentalement a été faite. Dans la deuxième partie, nous avons utilisé les ANN et RSM comme des méthodes de modélisation. Les modèles trouvés ont été comparés afin de déterminer la précision des deux méthodes. Dans la troisième partie de ce travail, cinq (05) approche d’optimisation multi-objective telles que ; (Df, GRA, DEAR, ACP et TOPSIS couplée avec l'ACP), ont été exploités afin de maximiser le débit du coupeau enlevé (MRR) et minimiser l’effort de coupe (Fz), la puissance de coupe (Pc) ainsi que la rugosité arithmétique (Ra) simultanément. A la fin une comparaison entre les régimes optimaux obtenus par les cinq méthodes d’optimisation a été réalisée. La dernière partie présente une étude statistique de couple outil/matière (PCD/PA66), qui repose sur l’ANOVA et l'analyse de régression, afin de déterminer les modèles mathématiques des différents phénomènes étudiés tels que : l'effort de coupe (Fz), la rugosité de surface (Ra), l’effort spécifique de coupe (Kc) et le débit de coupeau (MRR). Le plan d'expérience utilisée est le plan de Taguchi L16 (16 essais) avec quatre facteurs (ap, Vc, f et r). Une étude d'optimisation a été faite sur la base du trois méthodes connues (fonction de désirabilité, PCA et MARCOS). Une comparaison entre les résultats du trois méthodes, a été effectuée.