Machinability of Titanium Metal Matrix Composites (Ti-MMCs)

Les composites à matrices métalliques de titane (Ti-MMCs), en tant que nouvelle génération de matériaux, ont plusieurs applications potentielles dans les domaines industriels de l'aérospatiale, et l'automobile. La présence de particules de céramique améliore les propriétés mécaniques et physiques de la matrice. Cependant, ces particules sont dures et abrasives par leur nature, ce qui cause de multiples difficultés pour leur usinabilité. L'usure sévère des outils ainsi que la vie utile très brève de ceux-ci représentent les inconvénients les plus importants de leur usinabilité. La littérature indique très peu d'études concernant leur usinabilité, en particulier pour l'estimation de la durée de vie utile et de l'usure des outils de coupe. Les outils de diamant polycristallin (PCD) semblent être le meilleur choix pour usiner les MMCs du point de vue des chercheurs. Malgré ceci, en raison de leur coût élevé, des alternatives abordables sont fort souhaitables. Les plaquettes de nitrure de bore cubique (CBN) demeurent les outils les plus durs après celles de PCD, démontrent d'excellentes qualités dont une grande résistance à l'usure, une bonne dureté à température élevée, un bas coefficient de friction et une température de fusion élevée. Toutefois, les outils de CBN n'ont pas encore été étudiés dans le contexte de l'usinage des Ti-MMCs. La présente étude élabore en profondeur les mécanismes d'usure des plaquettes de CBN durant le tournage des Ti-MMCs. La morphologie unique des faces usées des outils a été étudiée pour la première fois, menant à une nouvelle compréhension dans l'identification des mécanismes d'usure chimiques durant l'usinage des Ti-MMCs. De plus, la pleine exploitation de la vie utile des outils de coupe est critique en raison des dépenses importantes liées au remplacement non-optimal des outils de coupe. Ceci encourage fortement le développement d'une modèle fiable pour l'estimation de la vie utile pour toutes conditions de coupe. Cette étude élabore une nouvelle méthode découlant de la méthodologie d'analyse de survie (survival analysis) pour estimer les états d'usures successives des outils pour toutes conditions d'usinage des Ti-MMCs. Ce modèle statistique prend en compte la durée de l'usinage en plus des effets des paramètres de coupe. De cette manière, les résultats obtenus ont démontré un excellent accord avec les résultats expérimentaux. De surcroît, un modèle plus avancé a été développé en rajoutant l'usure des outils comme variable au modèle précédent. Il en sort un nouveau modèle proposé pour estimer la durée de vie utile restante des plaquettes usées pour des conditions d'usinage variables, en incluant l'usure actuelle des outils dans les données d'entrée. Les résultats de ce modèle ont été validés par expérimentation et le modèle concorde très bien avec les essais expérimentaux.