Experimental analysis of the defects of drilling woven CFRP

International audienceIn this paper, experimental analysis has been done to study delamination phenomenon when drilling 4 shaft satin weave carbon fiber and epoxy matrix using twist drill. The composite is exposed to generate damage during processing due to delamination phenomenon. It was found that the increase of the feed rate was related to the apparition of superficial defects. Indeed, this increase gave birth to new types of drilling defects

Contribution à l'optimisation du perçage des multi-matériaux CFRP/Al2198 et CFRP/Ti6Al4V

The manufacturing of hybrid structures composite and metal parts aims to combine resistance to multiple stresses and to limit overall weight, particularly in the aviation industry. The significant differences in mechanical behavior that exist between the two types of materials must be taken into account in drilling operations of a hybrid structure. The objective of this thesis is to develop, based on the experimentation, tools and an associated drilling strategy for the CFRP/Al2198 and CFRP/Ti6Al4V hybrid structures. A study of the impact of the morphology of the tool and the machining strategy revealed a link between the morphology of the drill used and the cutting conditions, on the one hand, and the quality of the hole drilled and the thrust force, on the other hand. The tools proposed, at the first step, combine different existing morphologies (twist, square and step drill). In a second step, a tool meeting the requirements was developed and associated with a new machining strategy comprising three phases (roughing, ½ finishing and finishing). Finally, delamination at the exit of the hole remains a major concern when drilling carbon composites, an analytical model allowing the calculation of the critical force before delamination has been proposed. This work is part of Industrilab project financed by the Hauts de France Region and led by STELIALa fabrication de structures hybrides associant pièces métalliques et composites vise à combiner résistance aux sollicitations multiples des pièces de structure et poids global limité, notamment dans l'industrie aéronautique. Les différences importantes de comportement mécanique qui existent entre les deux types de matériaux doivent être prises en considération lors de la mise en place d'une opération de perçage d'une structure hybride. L'objectif de cette thèse est de développer, en se basant sur l'expérimentation, des outils et une stratégie de perçage associée, pour les structures hybrides CFRP/Al2198 et CFRP/Ti6Al4V. Une étude de l'impact de la morphologie de l'outil et de la stratégie d'usinage a révélé un lien entre la morphologie du foret utilisée et les conditions de coupe d'une part, et la qualité du trou percé et les efforts de coupe d'autre part. Les outils proposés dans un premier temps ont combiné différentes morphologies existantes (hélicoïdal à deux lèvres, pointes extrêmes et étagé). Dans un deuxième temps, un outil répondant aux exigences a été développé et associé à une nouvelle stratégie d'usinage comprenant trois phases (ébauche, ½ finition et finition). Enfin, le délaminage en sortie de trou restant une préoccupation majeure lors du perçage des composites carbone à matrice polymère, un modèle analytique permettant le calcul de la force critique avant délaminage a été proposé. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'un projet Industrilab financé par la Région Hauts de France et piloté par STELIA-AEROSPAC

Contribution to the optimization of multi-material drilling CFRP/Al2198 and CFRP/Ti6Al4V

La fabrication de structures hybrides associant pièces métalliques et composites vise à combiner résistance aux sollicitations multiples des pièces de structure et poids global limité, notamment dans l'industrie aéronautique. Les différences importantes de comportement mécanique qui existent entre les deux types de matériaux doivent être prises en considération lors de la mise en place d'une opération de perçage d'une structure hybride. L'objectif de cette thèse est de développer, en se basant sur l'expérimentation, des outils et une stratégie de perçage associée, pour les structures hybrides CFRP/Al2198 et CFRP/Ti6Al4V. Une étude de l'impact de la morphologie de l'outil et de la stratégie d'usinage a révélé un lien entre la morphologie du foret utilisée et les conditions de coupe d'une part, et la qualité du trou percé et les efforts de coupe d'autre part. Les outils proposés dans un premier temps ont combiné différentes morphologies existantes (hélicoïdal à deux lèvres, pointes extrêmes et étagé). Dans un deuxième temps, un outil répondant aux exigences a été développé et associé à une nouvelle stratégie d'usinage comprenant trois phases (ébauche, ½ finition et finition). Enfin, le délaminage en sortie de trou restant une préoccupation majeure lors du perçage des composites carbone à matrice polymère, un modèle analytique permettant le calcul de la force critique avant délaminage a été proposé. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'un projet Industrilab financé par la Région Hauts de France et piloté par STELIA-AEROSPACEThe manufacturing of hybrid structures composite and metal parts aims to combine resistance to multiple stresses and to limit overall weight, particularly in the aviation industry. The significant differences in mechanical behavior that exist between the two types of materials must be taken into account in drilling operations of a hybrid structure. The objective of this thesis is to develop, based on the experimentation, tools and an associated drilling strategy for the CFRP/Al2198 and CFRP/Ti6Al4V hybrid structures. A study of the impact of the morphology of the tool and the machining strategy revealed a link between the morphology of the drill used and the cutting conditions, on the one hand, and the quality of the hole drilled and the thrust force, on the other hand. The tools proposed, at the first step, combine different existing morphologies (twist, square and step drill). In a second step, a tool meeting the requirements was developed and associated with a new machining strategy comprising three phases (roughing, ½ finishing and finishing). Finally, delamination at the exit of the hole remains a major concern when drilling carbon composites, an analytical model allowing the calculation of the critical force before delamination has been proposed. This work is part of Industrilab project financed by the Hauts de France Region and led by STELI