Transfert métallique lors des opérations de toilage à sec des aciers : effet des charges actives

• Auteur / Autrice : Laura Vernhet
• Direction : Philippe Kapsa, Clotilde Minfray
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 09/07/2015
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Compagnie de Saint-Gobain
• Jury : Président / Présidente : Hédi Hamdi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Viviane Turq, Céline Delwaulle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Denape, Mohamed El Mansori

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier

Usinage

Mots clés libres

Abrasion

Toilage

Charges actives

Transfert métallique

Grinding

Active fillers

Metal capping

Résumé

Dans les industries automobile et aéronautique, les opérations de finition des pièces métalliques sont souvent réalisées avec des bandes abrasives ; on parle alors de « toilage ». Lors des opérations de toilage à sec des aciers, les conditions à l’interface entre l’outil abrasif et la pièce métallique usinée sont très sévères en termes de pression et de température. Un transfert métallique, communément appelé « chargement métallique » est observé à la surface des grains abrasifs en céramique de la bande abrasive, entrainant une chute de ses performances de coupe. L’objectif de ce travail est de comprendre ce phénomène de chargement métallique et notamment de mettre en évidence les paramètres l’influençant. L’effet de la nature des grains, de la nature des aciers ou encore de la présence de charges actives dans la bande abrasive ont donc été étudié. Une étude a donc été réalisée à différentes échelles : à l’échelle globale du contact bande abrasive / métal sur un dispositif industriel de toilage, puis à l’échelle plus locale du contact entre la céramique (du grain abrasif) et du métal, grâce à un dispositif tribologique adapté. Des caractérisations physico-chimiques par XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) et TEM-EDX (Transmission Electron Microscopy couplée avec la spectroscopie Energy Dispersive X-ray) des bandes abrasives ont également été réalisées. L’influence des charges actives, produits fluorés ajoutés à la résine de la bande abrasive, sur l’adhésion du métal sur le grain céramique a ainsi été mise en évidence, notamment dans le cas de l’acier inoxydable 304 où le chargement métallique a été fortement limité. Les mécanismes d’action de ces charges actives sont ensuite discutés.

In automotive and aeronautic industries, grinding operations can sometimes be done with abrasive belts. During dry metal grinding, conditions at the interface between the abrasive tool and the metal workpiece are very hard in terms of pressure and temperature. Metal transfer, known as “metal capping”, is observed at the surface of the abrasive ceramic grain inducing a drop in the cutting efficiency. The objective of this work is to understand this metal capping phenomenon and to highlight the parameters which have an influence on it. The effects of abrasive grain nature, metal nature or active filler presence in the abrasive belt are then studied. A study has been done at different scales: at the global scale of the abrasive belt / metal contact thanks to an industrial grinding test, and then at the more local scale of the contact between ceramic (from the abrasive grain) and metal, thanks to a suitable tribological device. Physicochemical characterizations by XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) and TEM-EDX (Transmission Electron Microscopy coupled with Energy Dispersive X-ray spectroscopy) were carried out on worn abrasive belts. The influence of the active fillers – fluorinated products added in the resin of the abrasive belt – on metal adhesion on the ceramic grain was then observed, especially in the case of the 304 stainless steel grinding where metal capping was significantly reduced. Action mechanisms of these active fillers were finally discussed.