Étude de l’affûtage des lames vibrantes et évolution de leur pouvoir coupant dans le cadre de la découpe de materiaux textiles souples

Sharpening of vibrating blades and evolution of their cutting performances during the cutting of flexible textile materials

• Auteur / Autrice : Intissar Farah
• Direction : Philippe Darnis, Olivier Cahuc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 02/02/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Fromentin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Darnis, Olivier Cahuc, Guillaume Fromentin, Benoît Furet, Yann Landon, Tarek Mabrouki, Raynald Laheurte, Didier Chabirand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Furet, Yann Landon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détérioration

Outils de coupe

Affûtage

Lames vibrantes

Mots clés libres

Lame de découpe

Matériaux textiles

Usure de l’outil de coupe

Affûtage et stratégie expérimentale

Cutting blade

Textile materials

Industrial textile cutter

Cutting edge

Harpening and experimental study

Résumé

L’état de surface de la lame évolue au cours de leur service et surtout durant la coupe des matériaux abrasifs comme le denim. Les faces de la lame sont exposées à l’usure et elles perdent, au cours du temps, leur capacité à couper et leurs propriétés d’usage. Cette dégradation des performances de l’outil induit des défauts de qualité de coupe. Il est, de ce fait, primordial de restituer les performances de coupe de l’outil. Généralement, cela se fait par affutage.Les exigences en matière de qualité des pièces coupées, temps et performances de coupe rendent l’opération de l’affutage plus en plus importante et délicate. A ceci s’ajoute le fort gradient de dureté des aciers rapides. Donc, l’aptitude à la rectification du matériau utilisé pour l’outil de coupe est un paramètres clé pour restituer les performances de la lame selon un cahier des charges défini.Ainsi, l’objectif de cette recherche est de comprendre le mécanisme d’usure et de maîtriser la qualité de coupe et la productivité de la lame. Pour ce faire, il est nécessaire de définir les paramètres qui doivent conduire au réaffutage et les conditions de contact géométrique ou micro-géométrique qui favorisent l’usure de l’outil. Une étude expérimentale conduira à une meilleure compréhension des phénomènes physiques engendrés par la coupe. L’approche scientifique a pour but de définir une démarche et un outils physiques pour étudier la relation entre les éléments de l’affutage de la lame, l’usure et la qualité de coupe, en gardant à l’esprit les contraintes du milieu industriel. Cette étude permet de déterminer les paramètres qui caractérisent le comportement de la lame à la coupe. Les modèles expérimentaux permettent de caractériser l’usure et l’opération d’affûtage. Les objectifs principaux du projet sont : Etablir une stratégie expérimentale pour étudier les effets de l’affutage sur la lame (type d’abrasif, taille/orientation des grains, etc.) et d’étudier l’évolution de l’usure et les modes et types de dégradation de la lame.

Blade wear is an essential factor that influence textile cutting quality and precision and it is important to seek an appropriate method to predict the cutting tool conditions. In this study, the relationship between cutting force against the abrasive wear is studied and identified through the evolution of the roughness and the cutting edge radius, which provides a technical foundations for online monitoring of the blade’s wear conditions and cutting quality. Moreover, this study analyzes the sharpening conditions of three different HSS blade in order to regenerate the suitable tool’s cutting edge. An instrumented sharpener was installed in an industrial textile cutter, in order to investigate the influence of the sharpening parameters and process time in the quality of the cutting edge.This study analyzes the cutting conditions of superimposed plies of a flexible material “Denim” by a vibrating blade. To investigate the cutting performances of the tool, an experimental study have been performed to study the sharpening process of three different HSS blades. Hence, an industrial sharpener is equipped with numerous sensors, to assess the influence of the sharpening parameters on the resulting blade geometry. Next, we investigate the cutting behavior of textile material and the wear evolution of the blades through measuring the cutting efforts and controlling the tool geometries. The blade’s vertical effort range has been found the most significant.Yet, to investigate the performances of the cutting tool an experimental study about the blade sharpening process has been established. The blade is sharpened several times during the cut to regenerate its cutting ability. Hence, a sharpener is equipped with numerous sensors, to assess the influence of the sharpening forces on the resulting blade geometry. The factors affecting the blade’s grindability were investigated by observing the grinding surfaces.Generally, the cutting blades are made with high-speed steel, which has high wear resistance and hardness, making it particularly difficult to grind than softer steels such as the stainless steel.Next, a model of physical phenomena about the cutting tool wear is proposed, taking different parameters into account the geometry of the blade, the cut parameters, and the mechanical properties of the textile material.