Evaluation des paramètres de performance lors de l’usinage d’un polymère composite (POM-C GF25%) : aspects de modélisation et d’optimisation

Abstract

Les polymères renforcés, grâce à leurs propriétés mécaniques améliorées, sont de plus en plus utilisés dans des applications industrielles. Le polyoxyméthylène chargé à 25 % de fibres de verre (POM C GF25 %) présente un fort potentiel en usinage, bien que son comportement nécessite une approche spécifique pour garantir une qualité optimale des surfaces et une meilleure efficacité du processus. Cette étude s’inscrit dans ce cadre, elle explore l’usinabilité du POM C GF25 % en tournage à sec, en analysant l’influence de quatre paramètres : la vitesse de coupe (Vc), l’avance par tour (f), la profondeur de passe (ap) et le rayon de bec de l’outil (r). L’impact de ces facteurs est évalué sur (Ra, Fx, Fy, Fz,Ec et Q). Dans une première partie, une étude paramétrique a été réalisée afin de déterminer l’influence de chaque facteur d’usinage sur les efforts de coupe, la rugosité des surfaces et l’énergie consommée. Dans une deuxième partie, une analyse statistique approfondie est réalisée avec un plan orthogonal de Taguchi L32, suivie d’une modélisation et optimisation des conditions d’usinage. L’analyse de variance (ANOVA) a été utilisée pour évaluer l’impact des facteurs d’entrée sur les paramètres de sortie, et des modèles prédictifs ont été développés avec la méthode des surfaces de réponse (RSM) et les réseaux neuronaux artificiels (ANN). Finalement, une optimisation multi-objective est effectuée en appliquant plusieurs méthodes, notamment la fonction de désirabilité (DF) ainsi que des techniques de prise de décision multicritères (MCDM) telles que GRA, TOPSIS et MABAC. De plus, deux algorithmes métaheuristiques, MOAHA et NSWOA, sont appliqués visant à affiner les conditions de coupe et à optimiser la performance du processus sous différents critères. Dans une troisième partie, une autre série d’expérience a été effectuée selon un plan Taguchi L18 est réalisée pour l’usinage à sec du POM C GF25 %, en utilisant deux outils diamantés (PCD). Une modélisation prédictive est développée pour anticiper l’impact des conditions de coupe sur la rugosité, l’effort de coupe et la puissance de coupe. L’optimisation est réalisée à l’aide de la méthode WASPAS pour minimiser la rugosité et l’effort de coupe tout en optimisant l’efficacité énergétique. Cette étude améliore la compréhension de l’usinage à sec du polymère renforcé POM C GF25% et ouvre la voie à des améliorations en productivité et durabilité des outils, tout en offrant des perspectives pour l’usinage d’autres polymères renforcés. Mots clés : Usinage, Polymères, Modélisation, PCD, Optimisation.