Modelling of the polishing process : identification of the induced effects and the phenomenology of the abrasive material removal

Modélisation du processus de polissage : identification des effets et des phénoménologies induits par l'usinage abrasif

François Goossens (1)

1 I2M - Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux

The polishing is a process of manufacturing by abrasion which aims at establishing a precisemicro-geometry on the surfaces of solids. To introduce the specificities of this process, anoverview on the manufacturing by abrasion is proposed. As a result, the parameters which cancharacterize an operation of polishing are identified. The existing scientific studies aresynthesized and analysed with regard to the pursued objectives. For the testing, an experimenttest bench was developed. The proposed methodology is applied on the polishing process ofthe AISI 316L using pyramidal abrasive belts. A measurement method of the abrasivepyramids wear is finalized. A method of measuring the abrasive pyramids wear is provided. Aremoving material rate model based on the Preston's law is presented and experimentallyvalidated. A study based on the design of experiment is conducted using as output the cuttingforces, the roughness and the wettability criteria. The results point out the dominatinginfluence of the size of the abrasive grains. On the other hand, the study indicates the fact thatthe applied pressure on the abrasive grains, the belt speed and the abrasive level do not playan important role on the previously cited characteristics. On the other hand, the studyhighlights that the applied pressure on the abrasive grains, the belt speed and the abrasivelevel do not have a significant effect on the previously cited characteristics. These resultsconstitute valuable indications for the industrial polishing process optimization.

Le polissage est un procédé d’usinage par abrasion qui vise à établir une micro-géométrieprécise sur les surfaces de solides. Pour introduire les spécificités de ce procédé, un tourd’horizon sur l’usinage par abrasion est proposé. Il en découle les paramètres pouvantcaractériser une opération de polissage. Les études scientifiques existantes sont synthétisées etanalysés au regard des objectifs poursuivis. De manière à faire émerger une méthodologiepour établir des modèles et des bases de données dédiées au polissage, un banc expérimental aété mis en place et des essais ont été menés sur une tôle en inox 316L avec un abrasifstructuré de forme pyramidale. Une méthode de mesure de l’usure des pyramides abrasives aété mise au point. Les premiers essais ont mis en évidence la nécessité pour les grains abrasifsd’exercer sur la matière une pression supérieure à une valeur minimale. Un modèle deconsommation matière issu de la loi de Preston a été présenté et validé par des essais. L’étudepar des plans d’expériences factoriels complets des efforts induits, de la rugosité au traversdes critères proposés par la norme ISO et de la mouillabilité a permis de mettre en évidencel’influence prépondérante de la taille des grains abrasifs. Par contre, la pression exercée parles grains, leur vitesse de défilement et le taux d’usure des pyramides abrasives n’ont qu’unrôle secondaire sur ces critères. Ces résultats constituent de précieuses indications pour lesbureaux des méthodes devant établir des gammes de polissage.

Mots clés: Polishing; Abrasion; Structured abrasive; AISI 316L; PRESTON; Roughness; Wettability; Design of experiment

Mots clés: Polissage; Abrasion; Abrasif structuré; Inox 316L; PRESTON; Rugosité; Mouillabilité; Plan d’expériences

Domaines: Mécanique [physics]; Mécanique [physics.med-ph]

François Goossens. Modélisation du processus de polissage : identification des effets et des phénoménologies induits par l'usinage abrasif. Mécanique [physics]. Université de Bordeaux, 2015. Français. ⟨NNT : 2015BORD0335⟩. ⟨tel-01286157⟩