Numerical and experimental analysis of CFRP machining process in orthogonal cutting

Analyse numérique et expérimentale du processus d'usinage CFRP en coupe orthogonale

Farid Miah (1)

1 ICA - Institut Clément Ader

The composite materials, including CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), are increasingly used in aeronautics and automotives which is currently raising many complications in the machining processes. As those materials are made with multiple phases, they are accountable for poor machining quality and undesired defects. This thesis seeks to better understand the fundamental physical technique involved in chip formation mechanism in orthogonal cutting of CFRP machining by combined numerical and experimental studies. Then, the analysis focuses to how certain cutting parameters, e.g., cutting depth, affect to the cutting efforts, surface quality, interply delaminations, inner crack generation and to generated chip shape and size. Moreover, an experimental observation has been made to find out the minimum cuttable depth below which the material does not get cut smoothly over the whole surface. This research work has been finished by a preliminary study on cutting tool wear mechanism.

Les matériaux composites, y compris le PRFC (polymère renforcé de fibre de carbone), sont de plus en plus utilisés en aéronautique et dans l'automobile, ce qui soulève actuellement de nombreuses complications dans les processus d'usinage. Comme ces matériaux sont fabriqués en plusieurs phases, ils sont responsables d'une mauvaise qualité d'usinage et de défauts indésirables. Cette thèse vise à mieux comprendre la technique physique fondamentale impliquée dans le mécanisme de formation de copeaux dans le découpage orthogonal d'usinage en PRFC par des études numériques et expérimentales combinées. Ensuite, l'analyse se concentre sur la manière dont certains paramètres de coupe, par exemple, la profondeur de coupe, affectent les efforts de coupe, la qualité de surface, les délaminations entre couches, la génération de fissures internes et la forme et la taille de copeaux générées. De plus, une observation expérimentale a été faite pour déterminer la profondeur de coupe minimale en dessous de laquelle le matériau ne peut pas être coupé en douceur sur toute la surface. Ce travail de recherche a été complété par une étude préliminaire sur le mécanisme d'usure des outils de coupe.

Mots clés: Orthogonal Cutting; CFRP; Numerical Model; Experimentation; Machining Defects; Chip Formation; Cutting Depth; Fiber Orientation

Mots clés: Coupe orthogonale; CFRP; Modèle numérique; Expérimentation; Défauts d'usinage; Formation de copeaux; Profondeur de coupe; Orientation des fibres

Domaines: Génie mécanique [physics.class-ph]

Farid Miah. Numerical and experimental analysis of CFRP machining process in orthogonal cutting. Mechanical engineering [physics.class-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2020. English. ⟨NNT : 2020TOU30005⟩. ⟨tel-02971888⟩