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Facult des Sciences et
Technologies
Licence de Technologie et Mcanique
2004 2005
FABRICATION MECANIQUE
Anne 2004-2005 Philippe DEPEYRE
fabrication mcanique La coupe des mtaux
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Chapitre 1
Usinage par enlvement de matire
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Sommaire
.1. Gnralit sur lusinage.........................................................................................................5
.2. Les machines ..........................................................................................................................5 .2.1. Le fraisage......................................................................................................................................... 6 .2.2. Le perage ......................................................................................................................................... 8 .2.3. Le tournage ....................................................................................................................................... 8
.3. Les matriaux des outils ......................................................................................................11 .3.1. Matriaux ........................................................................................................................................ 11 .3.2. Choix du matriaux des plaquettes.................................................................................................. 13
.4. Contrle de la position de la pice par rapport loutil...................................................14 .4.1. Les moyens de contrle................................................................................................................... 14 .4.2. Rfrentiels ..................................................................................................................................... 14
.5. La formation des copeaux ...................................................................................................15 .5.1. Gnralit dans le cas du tournage.................................................................................................. 15 .5.2. Les diffrents types de copeaux ...................................................................................................... 16 .5.3. Evolution du copeau en fonction de Vc .......................................................................................... 16 .5.4. Evolution du copeau en fonction de sa section ............................................................................... 17 .5.5. Angles doutil.................................................................................................................................. 18
.6. Usure des outils ....................................................................................................................20 .6.1. Phnomnes dusure ....................................................................................................................... 20 .6.2. Manifestation de lusure.................................................................................................................. 21 .6.3. Dure de vie .................................................................................................................................... 21
.7. Conditions de coupe.............................................................................................................23 .7.1. Les paramtres de coupe ................................................................................................................. 23 .7.2. Choix des paramtres de coupe....................................................................................................... 24 .7.3. Influence des conditions de coupe sur la rugosit........................................................................... 24 .7.4. Optimisation des conditions de coupe............................................................................................. 25
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.1. Gnralit sur lusinage Lusinage par enlvement de matire est le moyen le plus fiable pour obtenir des pices de prcision, partir de pices moules, extrudes ou forges. Le procd est, par contre, coteux (machine, outils, hommes qualifis) et relativement lent. Cest pourquoi on essaye dobtenir maintenant des pices de moulage ne ncessitant pas dusinage. Cela est possible avec le plastique ou le Zamac (Zn, Al, Mg), mais les qualits techniques : rsistance la chaleur ou limite lastique sont encore loin dgaler celles de lacier ou des alliages daluminium. Actuellement parmi tous les axes de recherche en fabrication, on peut en citer deux : lUGV (ou usinage grande vitesse) et les machines axes parallles qui offrent une grande mobilit de la tte dusinage. Avec le travail grande vitesse, la machine-outil passe la vitesse suprieure. La pice usine par UGV est d'une prcision suprieure. Tout d'abord, les efforts de coupe sont rduits. Donc, la pice subit moins de dformation. Ensuite, les calories sont dissipes dans les copeaux avant d'avoir le temps de pntrer dans la pice. Moins sollicite en temprature, la pice conserve sa stabilit dimensionnelle originelle. L'tat de surface de la pice usiner est amlior par l'coulement plastique du matriau dans la zone de cisaillement. L'augmentation du dbit des copeaux autorise une meilleure productivit, qui peut tre multiplie par un facteur de 3 10. Enfin, l'UGV autorise l'usinage de pices qu'il tait impossible d'usiner auparavant avec les moyens conventionnels (comme les voiles minces en aronautique, par exemple). Aprs avoir dvelopp l'usinage grande vitesse (UGV), les industriels se concentrent
aujourd'hui sur le travail grande vitesse. Avec l'apparition de l'UGV, le secteur de la machine-outil a tourn une page de son histoire et entam une irrversible volution. Les pices sont dsormais usines trs rapidement, avec une prcision toujours croissante. Seulement, l'usinage ne reprsente que 15 % du temps du cycle total de production. Changement d'outils, acheminement de la pice, positionnement broche/outil, vacuation de la pice, etc. Pour une performance maximale, le centre d'usinage doit prendre en compte, non seulement le temps d'usinage proprement dit (temps copeau), mais galement - et surtout - le temps hors usinage, qui reprsente lui seul les 85 % restants du temps du cycle total de production. Aujourd'hui, l'UGV a laiss la place au travail grande vitesse dans la liste des priorits des constructeurs de machines-outils.
.2. Les machines Les machines sont classs en deux catgories : Fraisage : Loutil tourne, la pice se dplace par rapport loutil. Cela permet de raliser des formes planes, des moules Tournage : La pice tourne, loutil se dplace par rapport la pice : pour raliser des pices de rvolution. Bien entendu, des industriels fabriquent des tours, o les outils peuvent tourner, ou des centre de fraisage o les pices peuvent tre entrans en rotation ce sont des machines hybrides, mixtes, ou machine multi-axe.
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.2.1. Le fraisage Dans le cas du fraisage : loutil tourne, la pice se dplace. Les centre de fraisage comportent gnralement 3 axes (que lont peut commander individuellement pour faire des formes complexe : hlices) et un plateau tournant pour prsenter toutes les faces de la pice devant la broche. On peut aussi imaginer de monter loutil au bout un bras de robot. Voir exemple ci-contre. Loutil tourne, la pice se dplace par rapport loutil. Cela permet de raliser des formes planes, des moules
Usinage en roulant Usinage en bout Usinage mixte
.2.1.1. Fraiseuses
Centre de fraisage axe vertical. On voit le changeur doutil sur la gauche.
Centre de fraisage 5 axes Willemin. La broche peut pivoter autour de laxe X et de laxe Y.
Double tte de fraisage pour usiner les maquettes de voiture en rsine
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Fraiseuse grande capacit sur portique
Fraiseuse broche horizontal
fraisage avec un bras de robot
.2.1.2. Les outils de fraisage Fraise deux tailles ARS Usinages de
plans. La fraise est en ARS. Cette fraise, une des plus courante, est remplace par des fraises carbure.
Fraise deux tailles plaquettes rapportes
Fraise carbure, de dfonage. Cette fraise permet des bauches rapides, mais ne permet pas de plonger dans la matire (pas de coupe au centre )
Fraise 3 tailles Fraise pour usiner les rainure. 3 plans sont usins dans une seule passe.
Fraise surfacer Fraise carbure
surfacer pour usiner des grands plans.
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Fraise conique de forme Fraise de forme pour usiner des rainure de queue daronde.
.2.2. Le perage Le perage est une forme de fraisage avec une caractristique particulire : loutil doit plonger dans la matire. Il faut donc quil soit capable de couper au centre (zone ou la vitesse de coupe est nulle). Le foret le plus courant est en ARS, il peut tre revtu dune couche de carbure (couleur or), mais il existe des fraises percer, larte de coupe tant forme de deux plaquette se chevauchant au centre, afin de pouvoir couper le centre du trou.
.2.3. Le tournage La pice tourne, loutil se dplace par rapport la pice ; Cette opration permet de raliser des pices de rvolution.
.2.3.1. Les machines de tournage
Tour conventionnel
Dtail du tour conventionel : on voit la broche gauche et le trainard sur lequel est mont loutil.
Tour commande numrique
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Tour de grande capacit
.2.3.2. Les outils de tournage On choisit la forme de loutil en fonction de lopration ffectuer (bauche ou finition) et de la forme de la pice raliser.
.2.3.2.1.Outils ARS Outil Norme Silhouette outils ARS Outil dresser dangle NFE 66 364
Outil couteau NFE 66 363
Outil fileter NFE 66 369
Outil saigner NFE 66 367
Outil charioter NFE 66 362
Outil pelle NFE 66 366
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Outil retoucher NFE 66 365
Outil alser - dresser
Foret
Alsoir
Outil chambrer
Outil fileter intrieur
.2.3.2.2.Outil carbure
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Plaquettes carbure
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.3. Les matriaux des outils
.3.1. Matriaux
.3.1.1. ARS Les outils ARS (Acier Rapides Suprieurs) sont labors partir dun acier faiblement alli subissant un traitement thermique. Il est toujours utilis pour certains types doutils comme les forets, ou les outils ncessitant un angle de tranchant trs faible. Ils ne permettent pas une vitesse de coupe leve car un chauffement trop important limine la trempe de loutil, et cre donc un effondrement rapide de larte de coupe. Fabrication : par coule en coquille ou par mtallurgie des poudres Composition : 0,7 % de Carbone minimum 4 % de Chrome environ Tungstne, Molibdne, Vanadium Cobalt pour les plus durs. Duret : de 63 66 Hrc
.3.1.2. Carbures Le outils carbures sont les plus utiliss actuellement. Il en existe de toutes formes pour chaque type de matriau et pour chaque type dusinage. Ils se prsentent sous la forme dune plaquette que lon vient fixer sur un porte outil. Le remplacement de la plaquette est donc trs rapide. Ils sont souvent revtus dun carbure plus dur. On obtient ainsi une plaquette dont le noyau est tenace et dont la surface extrieure est trs dure. Fabrication : par frittage de poudre, puis revtement Composition : Noyau en carbure de tungstne (T de fusion 2600)
Ou en carbure de titane (3100), ou tantale (3780) ou mobium (3500) Liant : cobalt : le plus courant ou nickel.
Revtement en oxyde daluminium (cramique appele corindon : Al2O3)
Duret
Diamants
ARS Tnacit
Carbures
Cermets
Cramiques
Nitrures de bore
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.3.1.3. Cermets Ce nom vient de cramique-mtal car il reprsente les carbures ayant des particules de Titane, de carbonitrure de Titane ou de nitrure de Titane. Ces outils doivent tre allis du carbure de Molibdne pour augmenter leur tnacit. Ils sont utiliss pour des grandes vitesses de coupe associes de faibles avances, donc pour de la finition. Le matriau tant fragile, il ne faut pas dinterruption de coupe (plan de joint).
.3.1.4. Cramiques Ce sont, pour les outils de coupe, les oxydes et les nitrures : oxyde daluminium et nitrure de silicium. Les cramiques ont une grande duret (donc une faible tnacit) avec une grande stabilit haute temprature et aucune raction avec la matire usine. Les cramiques permettent un grand dbit de matire, mais ncessitent une grande stabilit de la machine, un strict respect des conditions de coupe et une mthode dusinage adapte (approche de loutil).
.3.1.5. Nitrure de Bore Cubique (CBN) Le CBN offre une trs grande duret, cest le matriau le plus dur aprs le diamant. Il comporte lavantage par rapport au diamant de ne pas soxyder haute temprature. Il est aussi utilis pour faire des meules de rectification, pour usiner les pices dures Son utilisation requiert
Une machine stable Une grande rigidit de la pice et du porte pice Un arrosage .3.1.6. Diamant
Lutilisation du diamant est fortement rpandu comme constituant des meules, ou des grains de r-afftage des meules. Il a un faible coefficient de frottement ce qui limite lapparition darte rapporte (donc peut dencrassage). Par contre, son norme inconvnient rside dans sa non-stabilit haute temprature. Un diamant soumis une temprature de plus de 650 se transforme en un vulgaire morceau de graphite On ne peut donc pas lutiliser pour les matriaux ferreux. Par contre, il convient aux matriaux non ferreux susinant base temprature : alliage daluminium, de cuivre, de magnsium, rsines thermodurcissables
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.3.2. Choix du matriaux des plaquettes
P01 P10 P20 P30 P40 P50 M10 M20 M30 M40 K01 K10 K20 K30
Tournage Fraisage Perage
Doc. Sandvick-Coromant
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.4. Contrle de la position de la pice par rapport loutil
.4.1. Les moyens de contrle Le moyen le plus simple est le vernier : tambour gradu sur lequel on lit les dplacements de loutil. Cest loprateur qui contrle la position de loutil, et qui arrte lavance de loutil lorsque la position est atteinte. Ces machines sappelle les machines conventionnelles. Les pices fabriques sont limits des formes simple. Ces machines sont de plus en plus rare dans lindustrie, car elles sont peu productives. On les trouve dans les ateliers de rparation. La machine la plus courante est la machine commande numrique. Un codeur permet de connatre la position de loutil, et une boucle dasservissement permet de contrler lalimentation des moteurs davance pour atteindre la position dsire. Ces machines ncessite donc une programmation pour tre mise en uvre, mais la programmation devient de plus en plus transparente grce aux logiciels de FAO (fabrication assiste par ordinateur) qui gnrent le programme partir du fichier CAO de la pice, ou grce une nouvelle gnration de machine dites par apprentissage .
.4.2. Rfrentiels Z+
Y X
Les machines tant diriges par un programme, il est important davoir une dfinition commune des rfrences et des axes. Laxe Z est toujours laxe tournant. Z+ doit loigner la pice de loutil :
laxe de rotation de loutil en fraisage laxe de rotation de la pice (mandrin) en tournage
Laxe X est laxe du plus grand dplacement Laxe Y forme un repre direct avec X et Z Remarques :
En tournage laxe Y nexiste pas. Deux dplacement suffisent faire toutes les pices une rvolution.
X
Z Les axes supplmentaires et demis axes. Tous dplacement analogique est appel axe. Cest dire que la position relative entre la pice et loutil doit pouvoir varier de faon continue (outil tournant sur un tour, plateau tournant asservi ) Les mouvements incrmentaux sont appels demi-axe (plateau tournant gradu tous les degrs).
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.5. La formation des copeaux
.5.1. Gnralit dans le cas du tournage. Lors de la coupe, loutil vient sparer le mtal en deux. La facilit de la coupe, donc lusure et la puissance ncessaire, dpend dune srie de paramtres :
- les matriaux en prsence, - les angles de loutil, - la vitesse de coupe - la section du copeau.
Pour trouver linfluence des diffrents paramtres sur lusure des outils, Monsieur Taylor a usin des kilomtres de barre dacier. Nous verrons ses thories plus loin dans le cours. Etude dans le cas du tournage. Lors de la sparation de la matire, le copeau glisse sur la face de coupe de loutil. Il y a une forte dformation plastique que lon peut observer dans le plan P, parallle laxe de rotation de la pice, et passant par le milieu du copeau.
P
Outil
Copeau
fig. 1
Copeau Outil
Pice
Surface usine
Surface brute
Vue dans la plan P de la fig. 1
On observe, en faisant une coupe et une attaque chimique, le glissement plastique des filets qui sont parallles entre eux, ainsi que la formation de vagues : le festonnage. En affinant lobservation, on peut dcomposer la formation du copeau en plusieurs zones.
Sparation du mtal
Glissement plastique Glissement
sur la face de coupe
Glissement sur la face de dpouille
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.5.2. Les diffrents types de copeaux Une norme existe pour classifier les copeaux obtenus en usinage (NFE 66 505).
1 : copeau ruban
2 : copeau tubulaire
3 : copeau en spirale
4 : copeau hlicodal en rondelle
5 : copeau hlicodal conique
6 : copeau lmentaire
7 : copeau aiguille
8 : copeau en arc
11 : Long
21 : Long
32 : plat
41 : Long
51 : Long
61 : Enchevtr
12 : Court
22 : Court
32 : Conique
42 : Court
52 : Court
62 : dtach
13: Enchevtr
23: Enchevtr
43: Enchevtr
53: Enchevtr
.5.3. Evolution du copeau en fonction de Vc La vitesse de coupe influe fortement sur la formation du copeau. Une vitesse de coupe trop faible entraine un copeau collant (ou arte rapporte). Une vitesse trop grande dclanche une usure acclre de loutil.
Copeau collant
Copeau
f
Vc = 65 m/min Vc = 200 m/min
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.5.4. Evolution du copeau en fonction de sa section La forme du copeau influe sur lusinage. En effet un copeau filant risque dabmer la surface usiner, et sera difficile vacuer vers les bacs copeaux. Pour chaque forme doutil, on peut tablir un diagramme qui donne la forme du copeau en fonction de la vitesse davance et de la profondeur de passe. La zone intressante se situe au centre (forme de chaussette).
Lors de lutilisation dun nouvel outil, il est important de se reporter aux spcifications du fabricant de loutil.
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.5.5. Angles doutil Les angles doutils sont dfinis dans deux rfrences : Rfrence outil en main : qui est utile pour la fabrication de loutil et son afftage ! Rfrence outil en travail : qui dfinit les angles de loutil en fonction dun repre li lorientation du vecteur vitesse de coupe et vitesse davance !
.5.5.1. Gomtrie de loutil
.5.5.2. Dfinition des plans de loutil
.5.5.2.1.Plan doutil en main Pr : plan contenant la face dappui de loutil. Ps : plan tangent larte et perpendiculaire Pr Po : plan contenant la vitesse de coupe thorique Vc au point de larte et perpendiculaire Pr et perpendiculaire Ps (attention Po est inclin par rapport Vf). Pn : plan perpendiculaire Po et normal larte. Pf : plan perpendiculaire Pr et parallle la vitesse davance Vf. Pp : plan perpendiculaire Pr et Pf (cela donne une section de loutil perpendiculaire au corps de loutil) Ces plans permettent de dfinir des systmes dangles en gardant toujours les dnominations de base :
: angle de dpouille principal : angle de taillant : angle de coupe : angle de direction complmentaire de larte
Vus dans le plan Po : ces angles deviennent 0, 0 ,0
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.5.5.2.2.Plan doutil en travail Les angles en travail prennent en compte la vitesse de coupe effective : composition de Vc et Vf. Les angles et les plans sont ensuite dfinis de la mme faon en ajoutant un indice e aux angles. Pre : plan perpendiculaire la rsultante de la vitesse de coupe . Poe : plan contenant la rsultante de la vitesse de coupe au point de larte et perpendiculaire Pre. Pne : plan perpendiculaire Poe et normal larte. Pse : plan tangent larte et perpendiculaire Pre Pfe : plan perpendiculaire Pre et parallle la vitesse davance Vf.
.5.5.2.3.Angles doutil en main
Face de coupe
r
Po
Section vue dans
Section vue dans Pn
o
o
o
n
n
n
s
Pn
Face de dpouille
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.5.5.2.4. Les diffrents systmes de mesure des angles Systme 1 : dans un plan de section orthogonal : Po (ou Poe) Systme 2 : dans un plan de section normal larte : Pn ( ou Pne) Systme 3 : angles latraux vers larrire : dans le plan Pf et dans le plan Pp (ils sont orthogonaux lun par rapport lautre). Systme 4 : angles daffutage.
.6. Usure des outils
.6.1. Phnomnes dusure
.6.1.1. Usure par effet mcanique Usure adhsive (rgie par lquation de Burwell et Strang). Soit Ar surface relle de contact, Aa surface apparente de contact, on peut avoir Ar/Aa=10-5. Les pressions de contact sont donc trs grandes et le risque davoir adhsion important. Usure abrasive ( sec) : les particules de mtal se glissent entre loutil et la pice. Usure rosive : mme phnomne que prcdemment, en prsence dun lubrifiant.
.6.1.2. Usure par effet physico-chimique Usure corrosive : au contact de lair, dun lubrifiant, haute temprature. Transfert des particules de loutil vers le copeau. Usure par diffusion : apparat pour des vitesses leves.
Corrosion Adhsion
Diffusion
Abrasive - rosive
Usure
T de coupe
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.6.2. Manifestation de lusure Nom Allure Effets Cause Remde Usure en dpouille VB
Lusure en dpouille est la plus importante. Elle influence directement la cote fabrique, et ltat de surface.
Vc trop important.
Rduire Vc ou changer de nuance de plaquette. Revtement Al2O3(Pour les matriaux rfractaires avec des plaquettes cramiques, il faut au contraire augmenter Vc)
Usure en cratre
Elle entrane une fragilit de larte. Lorsque lusure a progress jusqu larte secondaire, ltat de surface devient mdiocre.
Usure par diffusion due une temprature trop importante sur la face de coupe.
Choisir une plaquette avec un positif. Prendre une plaquette revtue. Rduire Vc puis Vf.
Dformation plastique (fluage)
Larte de coupe sest dforme entranant une dpression de larte et un renflement sur la face de dpouille.
Efforts de coupe trop importants. Temprature de coupe trop importante
Lubrifier. Rduire Vf Rduire Vc
Ecaillage
Petite fracture entranant un tat de surface mdiocre et une usure en dpouille excessive.
Nuance trop fragile Gomtrie trop fragile Arte rapporte
Prendre une nuance tenace.Augmenter et le chanfrein de bec. Rduire lavance au dbut de la coupe.
Usure en peigne
Des fissures perpendiculaires larte entranent son effritement.
Elle est due des fluctuations thermiques lors de lusinage : Arrosage intermittent Usinage intermittent.
Slectionner une nuance tenace offrant une bonne rsistance aux chocs thermiques. Pratiquer un arrosage abondant ou usiner sec.
Arte rapporte
Un copeau se dpose sur la plaquette, entranant un tat de surface mdiocre.
Vc trop faible Gomtrie mal adapte au matriau
Augmenter Vc. Revoir les catalogues (cas de linox, de certains aluminium)
Rupture
Risque dendommager la pice, le porte outil.
Nuance trop fragile. Charge excessive sur la plaquette. Choc lors de lusinage (plan de joint).
Prendre une nuance tenace.Rduire Vf et a. Dans ce cas : augmenter la profondeur de passe pour absorber le choc.
.6.3. Dure de vie La dure de vie est mesure sur lusure en dpouille : dans la zone b : VB en mm. On adopte comme critre dusure VB*=0.3.
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.6.3.1. Modle de Taylor (1907)
AB - Forte usure : stabilisation
T en min
VB en mm
VB*=0,3
V1 V2 V3 V4
D
C B A VB*
T4 T3 T2 T1
T en min
V en m/min
BC - Usure constante CD - Usure acclre En gardant uniquement la partie CD sur une feuille log,
VB* Cv
Log V
Log T
T nCvV=avec Cv et n constant. La dure de vie est donne pour une usure VB* = 0.3 mm Remarque : n ngatif.
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.6.3.2. Autres modles Modle de Gilbert (1950) (ou Taylor gnralis)
Il prend en compte linfluence de lavance et de la profondeur de passe : nyx VasCvT ...=Modle de Kronenberg (1968) Il donne une vitesse finie pour une dure de vie nulle : nVCKT ..1=+Modle de Kning Depiereux (1969) Modle trs proche des rsultats exprimentaux mais ncessitant des moyens de calculs
importants : )( asVeT =
.7. Conditions de coupe
.7.1. Les paramtres de coupe Tournage symbole Dsignation Unit Calcul Vc La vitesse de coupe m/min Impos par le fabricant doutil N la vitesse de broche trs/min
1000DNVc =
f lavance par tour mm/trs
Fonction de la rugosit dsire, du copeaux mini
a la profondeur de passe radiale mm 1/3 de la largeur de la plaquette maxi. Fonction du diagramme brise copeaux
hm Epaisseur moyenne du copeaux mm D Diamtre usin T le temps de coupe min
fNlT =
Fraisage symbole Dsignation Unit Calcul Vc La vitesse de coupe m/min Impos par le fabricant doutil Vf Vitesse davance pour le fraisage mm/min NnfVf **= N la vitesse de broche trs/min
1000DNVc =
f lavance par dent mm/dents Fonction de la rugosit dsire, du copeau mini
n Nombre de dents sur la fraise a la profondeur de passe radiale mm 1/3 de la largeur de la plaquette maxi.
Fonction du diagramme brise copeaux hm Epaisseur moyenne du copeaux mm D Diamtre usin tc le temps de coupe min
fnNlT =
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.7.2. Choix des paramtres de coupe Lorsque lon fait un usinage unitaire, il nest pas ncessaire doptimiser les conditions de coupe. On se contente alors de choisir les conditions pour que lusinage se passe bien. Lors que lon fait une srie de pices, il devient intressant dessayer doptimiser un des paramtres (voir chapitres suivants).
Diagramme brise copeaux
Choix de a
Rugosit dsire Choix de f
Fabricant doutil ou Veco
Choix de Vc
.7.3. Influence des conditions de coupe sur la rugosit Ltat de surface dpend de
la combinaison : avance-rayon de bec. la stabilit de la machine, vibration, variation thermique la qualit de la coupe : prsence de lubrifiant, dune arte rapporte
.7.3.1. Rgles gnrales On peut amliorer ltat de surface par des choix de vitesses de coupe plus leves et par des angles de coupe positifs En cas de risque de vibration, choisir un rayon de bec plus petit. Les nuances revtues donnent de meilleurs tats de surface que les non revtus.
.7.3.2. Valeur thorique de la rugosit
On peut calculer la rugosit en tournage avec les formules :
10008
maxrfR = avec Rmax
en m
rfRa
8.3.18= et
Rmaxf r
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.7.4. Optimisation des conditions de coupe Loptimisation des conditions de coupe peut se faire suivant diffrents critres :
Cot Temps dusinage Usure minimale Qualit maximale
.7.4.1. Optimisation pour avoir un cot minimum
.7.4.1.1.Cot de lusinage dune pice Une premire approche permet de calculer le cot dune pice faisant partie dune srie. Notations :
Pa = cot montage et rglage pour une pice tc = temps dusinage pour une pice Pm = cot machine plus oprateur par minutes Po = cot dune arte de coupe et de changement doutil T = dure de vie de loutil
TtcPoPmtcPaCp ++= .
.7.4.1.2.Calcul de Po Le cot dune arte de coupe prend en compte le fait quil y a plusieurs artes par plaquettes.
Ppl = prix dachat dune plaquette Na = nombre darte par plaquette Ppo = prix du porte outil Np = nombre darte de coupe qui peuvent tre mont sur le porte outil avant
changement Tvb = temps de changement doutil et de rglage.
PmTvbNpPpo
NaPplPo .
8/7.++=
Temps de coupe : VcsDl
Nsltc
.1000..
.== Do
VcsDl
VcasCvPoPm
VcsDlPaCt nyx .1000
......
..1000
.. ++=
Licence de Technologie et Mcanique Universit de la Runion V : 2004-2005
Ordre dide de prix : Tvb = 1min en bauche et 3 min en finition Ppl = 4,5 ; Ppo = 35 ; Np = 400 ; Pm = 60/h Courbe pour s constant Ct=f(V):
10
10,002
10,004
10,006
008
10,01
10,012
10,014
10,016
10,018
0 200 400 600 800 1000
10,
plaquette carbure : n = -4, y = 0, x = -2.4, Cv = 5.25 1012
fabrication mcanique La coupe des mtaux
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.7.4.1.3.Calcul du cot conomique en faisant varier V Le cot minimum est donn pour le point tangente horizontale : dCt/dVc=0
Do : n yxeco asCvPmPonV..
)1( += et PmPonTeco )1( += : quation 1
.7.4.1.4.Calcul du cot conomique en faisant varier s Le cot mini peut tre calcul en faisant varier s : il faut alors chercher : dCt/ds=0
Do : n yxseco asCvPmPoxV..
)1()(
+= et PmPoxTeco )1( += : quation 2
Le point de moindre cot doit donc respecter V et s conomique. Cela revient annuler les deux
drives : nxdsdCt
dVdCt === 0 . Or cette condition ne peut pas tre respecte puisque x et n
sont des constantes de loutil avec 5n et 4,1x . .7.4.2. Optimisation pour avoir un temps de production minimum
TuTTvbTuTrTt .++= avec
Tt : temps de production par pice Tr : temps de montage dmontage par pice Tvb : temps de changement de plaquette Tu : temps dusinage
111000..
1000 ++++= nyx
v
vb
VasCDLT
sVDLTrTt
.7.4.2.1.Production maxi en faisant varier V
0=dVdTt
do n yxvb
i asCvTnV
..)1(
max+= et vbeco TnT )1( += : quation 3
.7.4.2.2.Production maxi en faisant varier s
0=dsdTt
do n yxvb
i asCvTxV
..)1(
max+= et vbeco TxT )1( += : quation 4
Rcapitulatif v = f(s), plaquette carbure : n = -4, y = 0, x = -2.4, Cv = 5.25 1012
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fabrication mcanique Chapitre 2 Mise en position - Gamme
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Chapitre 2
Mise en position des pices
Gamme dusinage
Auteur
P. DEPEYRE
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fabrication mcanique Chapitre 2 Mise en position - Gamme
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fabrication mcanique Chapitre 2 Mise en position - Gamme
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Sommaire
.1. Etude de lisostatisme ............................................................................................................5 .1.1. Mise en position de la pice .............................................................................................................. 5
.1.1.1. Principe ..................................................................................................................................... 5
.1.1.2. Equivalences isostatiques.......................................................................................................... 5
.1.1.3. Rgles pour choisir la mise en position..................................................................................... 5 .1.2. Maintien en position de la pice........................................................................................................ 7
.1.2.1. Les technologies de maintien en position.................................................................................. 7 .1.3. Symbolisation technologique ............................................................................................................ 7
.1.3.1. Exemple 1 : FRAISAGE........................................................................................................... 9
.1.3.2. Exemple 2 : TOURNAGE ........................................................................................................ 9 Exemple 3 : TOURNAGE ........................................................................................................................ 9 Exemple 3 : TOURNAGE ...................................................................................................................... 10
.1.4. Modification de la pice pour le montage dusinage ...................................................................... 10 .2. Gamme dusinage ................................................................................................................11
.2.1. Analyse dun dessin de dfinition ................................................................................................... 11
.2.2. Phase et sous-phase......................................................................................................................... 11
.2.3. Choix dun outil .............................................................................................................................. 12
.2.4. Exemple : tournage ......................................................................................................................... 12
.1.
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fabrication mcanique Chapitre 2 Mise en position - Gamme
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Etude de lisostatisme Le montage dusinage doit remplir plusieurs rles :
Positionner toutes les pices dune srie de la mme faon, Maintenir la pice pendant lusinage (lempcher de se dplacer, de flchir ou de vibrer).
.1.1. Mise en position de la pice Un solide dans lespace peut se dplacer suivant 6 directions. Lobjectif du montage est donc de bloquer (positionner) ces 6 mouvements : 3 rotations et 3 translations. Reprsentation avec des normales de reprage (correspondant des liaisons ponctuelles).
.1.1.1. Principe Pour positionner totalement un solide,
il faut 6 reprages lmentaires il faut que chaque reprage limine un mouvement
Si le nombre de reprage est infrieur 6, le reprage est partielSi le nombre de reprage est suprieur 6, le reprage est hyperstatique
.1.1.2. Equivalences isostatiques Liaison Ponctuelle Plane Linaire
rectiligne Pivot glissant
Pivot Rotule
Type de surface
Point Plan Ligne Cylindre Cne Sphre
Nbr de normales
1 3 2 4 5 3
.1.1.3. Rgles pour choisir la mise en position La mise en position doit faciliter la ralisation des cotes du dessin de dfinition. Elle doit donc
Sappuyer au maximum sur des surfaces usines. Faire concider la mise en position de la pice avec la cotation du dessin de dfinition :
cela vite les transferts de cote. Choisir des surfaces suffisamment grandes pour pouvoir positionner correctement la pice Limiter les dformations et vibrations de la pice : tre proche de la zone usine.
Exemple pour limiter les vibrations
Wx Vx
Wz
Vz
Vy
Wy
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Exemple de choix de prise de pice en fonction de la cotation gomtrique
CENTRAGE LONG CENTRAGE COURT
Il faut raliser une cocentricit entre les deux cylindres, on prend donc la pice en mors doux : centrage long
Il faut raliser une perpendicularit entre la face et le cylindre usin, on choisira donc un appui plan sur la face et un centrage court.
La rfrence principale est donne par le cylindre A qui dfinit laxe de rvolution. Lappui sur la face est la rfrence secondaire, pour dfinir la position de la pice le long de laxe.
La rfrence principale est donne par le plan A qui dfinit la normale au plan. Le centrage court sur le cylindre dfini la position de laxe.
Mise en position de la pice relle avec ses dfauts
Solution technologique
Surface usine
Mandrin
Surface usine
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.1.2. Maintien en position de la pice Pour empcher la pice de bouger lors de lusinage, il faut la maintenir en contact avec les zones de mise en position. Quelques rgles respecter pour les mettre en place.
Sopposer aux forces de coupe. Ne pas dformer la pice lors du serrage. Adapter le systme en fonction de la srie (utilisation de bridages polyvalents ou
automatiss).
.1.2.1. Les technologies de maintien en position Centrifuge Adhrence Magntisme Frottement et obstacle
Dformation
Mandrin serrage concentrique
Surface conique Plateaux magntiques
Systme mcanique, pneumatique ou hydraulique
Pinces expansibles
Voir les deux photos ci-dessous.
.1.3. Symbolisation technologique 1 Type de technologie 2 Nature de la surface repre 3 Fonction de llment technologique 4 Nature de la surface de contact 1 2 3 4
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1 -Type de technologie Appui fixe Pice dappui,
touche Touche de pr-
localisation, d-trompeur
Centrage fixe
Centreur, broche Pr-centreur
Systme serrage
Mise en position et serrage symtrique
Bride, vrin
Systme serrage concentrique
Mandrin pinces expansibles
Entraneur
Systme de rglage irrversible
Appui rglage de mise en position
Appui rglable de soutien
Systme de rglage rversible
Vis dappui rglable
Antivibreur
Centrage rversible
Pied conique Pied conique, broche conique
2 -Nature de la surface repre Surface usine (1 trait)
Surface brute (2 traits)
3 - Fonction de llment technologique Mise en position
Maintien en position
4 - Nature de la surface de contact Contact ponctuel Contact
surfacique Contact stri Pointe fixe Pointe tournante
Contact dgag Cuvette V Palonnier
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.1.3.1. Exemple 1 : FRAISAGE
Cf2
Cf1
5 & 6
1 2 3
CBE2
CBE1
A
CBE sont les cotes dfinies par le bureau dtude Cf sont les cotes fabriques La prise de pice propose
une mise en position prpondrante sur la face infrieure : appui plan
une mise en position secondaire sur le cot : linaire rectiligne
Remarque 1 : Il ny a que 5 appuis. En effet la position suivant la dernire direction na pas dimportance, le dernier mouvement est bloqu par adhrence. Remarque 2 : La surface A est ralise avec une fraise 2 tailles en tangentant sur la face suprieure de la pice. La cote ralise est donc Cf1. Ce nest pas la mme cote que celle dfinie par le bureau dtude, il faudra donc faire un transfert de cote (cf suivant).
.1.3.2. Exemple 2 : TOURNAGE
Cf2
Cf1
2 Touches
Ccf2Centrage court avec appui plan.
3 Touches 120
Ccf1
A
CBE2
CBE1
A
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Exemple 3 : TOURNAGE Centrage long avec appui ponctuel
A
CBE1
CBE2
A
.1.4. Modification de la pice pour le montage dusinage Il est courant de modifier la pice en vue de faciliter son montage sur la machine. Trou de centrage pour positionner une contre pointe tournante. Cette modification mineure est trs courante pour viter aux pices longues de flchir lors de lusinage.
A
A A
A
Surlongueur ou surpaisseur : il sagit de rajouter de la matire pour permettre la prise de pice. La surpaisseur est enleve lors des derniers usinages. Exemple 1 : Pour usiner le diamtre 16h7, il faut tenir la pice avec une contre pointe. Mais le taraudage M6 serait endommag. On la rallonge, elle est ensuite coupe par trononnage.
Pice modifie, avec le centrage pour la contre pointe.
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Exemple 2 : Pour usiner les rainures en toile dun rotor de pompe palettes, on utilise une fraise deux tailles de diamtre 6, en usinant, en bout, sur une commande numrique. Pour tenir la pice simplement en tau, il faut rallonger le brut et faire deux mplats (fig1). La zone non fonctionnelle sera enleve par surfaage.
Mplats pour lesmors de ltau
Fig 1
.2. Gamme dusinage L objectif de la gamme est de dfinir lordre des oprations dusinage et les diffrentes prises de pices associes.
Pice termine, les surfaces dappui ont t fraises.
Fig 2
Les contraintes sont nombreuses : Utilisation du parc machine prsent Utilisation des outils prsents Respect des spcifications du dessin de dfinition Cot minimum
.2.1. Analyse dun dessin de dfinition Etudier dans lordre :
Le nombre de pices raliser La matire Les formes globales de la pice Tracer en rouge les surfaces usines Analyser les spcifications suivant les trois axes : valeurs des IT, spcifications gomtriques,
surfaces fonctionnelles. Choisir la prise de pice pour chaque phase
.2.2. Phase et sous-phase Chaque phase correspond un poste dusinage donn Une fraiseuse, un tour
Les sous phases correspondent une srie dusinage sans dmonter la pice
Les oprations correspondent aux diffrents usinages Chaque changement doutil.
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.2.3. Choix dun outil Mode de
ralisation Rugosit - Ra
Qualit
Moulage au sable 10 - 25 Moulage cire
perdue 0.8 - 3.2
Moulage sous pression
0.8 6.3
Matriage 1.6 20 filage 1.6 20
Fraisage ARS 1.6 6.3 > 7 0.05 0.03 0.005
Fraisage carbure 0.4 1.6 > 6 0.01 0.02 0.02 Tournage 0.8 3.2 > 6 0.01 0.02 0.005 Perage 1.6 6.3 9 12 0.2 0.1 0.1
Outil alser 0.8 3.2 5 8 0.005 0.01 0.01 Alsoir 0.4 3.2 5 8
Brochage 0.4 3.2 0.002 0.002 rectification 0.2 1.6 5 7 0.001 0.001 0.002 Superfinition 0.025 0.1 4 - 5 0.0005 0.001 0.002
.2.4. Exemple : tournage
Analyse du dessin La surface A est surface de rfrence pour B et C. Il faut donc
Usiner ces surfaces dans la mme sous-phase.
Ou se reprendre sur A pour usiner B et C.
Dans notre cas; il sera facile dusiner A, B et C sans dmontage de pice. Il ny a pas de tolrances particulirement serres.
:
B A
C
D
E
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Phase 000 Sciage du brut : Diamtre
40 - Longueur : 94
Phase 100 Sous-phase 110 Tournage Mandrin en mors durs
Ebauche et finition de E et D
Outil charioter dresser
Sous phase 120 Tournage
Mandrin mors doux sur E appuie sur D
Perage Ebauche et finition de C, A et B
Outil charioter dresser
Phase 200 Taraudage Manuel Taraud Phase 300 Sous phase 200 Fraisage
Prise en mandrin mors doux sur A et en bute sur B
Perage du diamtre 5 Foret
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Phase : 120 Nom : Ensemble : Pompe Contrat de phase Date :
Pice : Arbre Machine Tour manuel N pgr : Matire C32E Porte pice Mors doux Atelier : Nombre 50 Brut
opration Condition de coupN Rep Dsignation Vc f N 121
T0 T1 T2
Perage Ebauche 10 Ebauche 18 Ebauche 36 Finition 10 Finition 18 Finition 36
25 315 315 315 440 440 440
0.1 0.4 0.4 0.4 0.1 0.1 0.1
150 350350260350350305
Licence de TechnologieSP 110 e Porte pice
a np Lub Outil Contrle 0 Oui Foret 5 Page 14
0 0 0 0 0 0
3 2 1 0.2 0.2 0.2
Oui Oui Oui Oui Oui Oui
CNMM 12 04 08 CNMM 12 04 08 CNMM 12 04 08 DCMW 11 04 08 DCMW 11 04 08 DCMW 11 04 08
Pac Pac Pac Pac Microm. Microm.
Remarque Sur cette simulation, il manque les cotes de fabrication qui seront dfinies au chapitre suivant.
Brut
T1
T0
T2
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
Page 1
Chapitre 3
COTATION
P. DEPEYRE
Remerciements Ce polycopi fait largement rfrence aux ouvrages de S. RAYNAUD (INSA de Lyon), P. BALLUET ENISE) et de D.CHAISE (INSA de Lyon). Bibliographie Montage dusinage R. Pazot ed. Desforges Memo Formulaire Fabrication Mcanique ed. Educalivre Guide pratique de la productique Chevalier - ed. Hachette Mthode avant projet isostatisme Rigal & Mabrouki INSA de Lyon Liaisons et mcanismes : modlisation et tolrancement - Luc CHEVALIER
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
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Sommaire .1. Introduction____________________________________________________________________ 4 .2. Mise en place de la cotation sur le dessin de dfinition _________________________________ 4 .3. Tolrances _____________________________________________________________________ 5
.3.1. Origine du tolrancement ________________________________________________________ 5
.3.2. Inscription des tolrances ________________________________________________________ 5 .4. Principes de tolrancement. _______________________________________________________ 5
.4.1. Principe de lindpendance. [Norme NF E-04 561/ ISO8015]. ___________________________ 5
.4.2. Exigence de lenveloppe E______________________________________________________ 6
.4.3. Exigence du maximum de matire M______________________________________________ 6 .5. Tolrances gomtriques. _________________________________________________________ 7
.5.1. Elment de rfrence. ___________________________________________________________ 7
.5.2. Types de rfrence. _____________________________________________________________ 7 .6. Les Ajustements ________________________________________________________________ 9
.6.1. Dfinition ____________________________________________________________________ 9
.6.2. Le systme dajustement I.S.O.____________________________________________________ 9
.6.3. Position. _____________________________________________________________________ 9
.6.4. Dimensions nominales _________________________________________________________ 10
.6.5. Reprsentation des carts _______________________________________________________ 11
.6.6. Qualit______________________________________________________________________ 12
.6.7. Les ajustements recommands. ___________________________________________________ 13
.6.8. Inscription sur le dessin. ________________________________________________________ 14
.6.9. Valeurs standards _____________________________________________________________ 14 . Chanes de cotes_______________________________________________________ 15
.1. Condition fonctionnelle__________________________________________________________ 15
.2. Cotes fonctionnelles_____________________________________________________________ 16
.3. Mthode des chanes de cotes_____________________________________________________ 16 .3.1. Exemple 1 : liaison glissire._____________________________________________________ 16 .3.2. Exemple 2 : liaison pivot. _______________________________________________________ 18
.4. Critres de choix des conditions fonctionnelles ______________________________________ 20 . Etats de surface _______________________________________________________ 21
.1. Dcomposition en 4 ordres _______________________________________________________ 21
.2. Origine des dfauts._____________________________________________________________ 22
.3. Mesure _______________________________________________________________________ 22
.4. Critre dtats de surface ________________________________________________________ 23
.5. Spcification et choix des tats de surface au BE. ____________________________________ 24
.6. Choix et valuation des critres. __________________________________________________ 25 . Cotation de fabrication _________________________________________________ 27
.1. Les diffrentes cotes de fabrication ________________________________________________ 27 .1.1. Cote machine Cm _____________________________________________________________ 27 .1.2. Cote outil : Co ________________________________________________________________ 27 .1.3. Cote appareil : Ca _____________________________________________________________ 28
.2. Les causes de dispersion _________________________________________________________ 28
.3. Transfert de cote _______________________________________________________________ 28 . Contrat de phase ______________________________________________________ 30
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
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Cotation des dessins .1. Introduction Lorsque lon conoit un systme, on est amen le dimensionner pour respecter les conditions de fonctionnement. Il faut donc indiquer les dimensions des pices afin de les fabriquer. Le but de la cotation est de fournir les dimensions et formes respecter en fonction de conditions fonctionnelles.
.2. Mise en place de la cotation sur le dessin de dfinition ) On indique toujours les cotes relles de la pice dessine (sans tenir compte de lchelle de trac). ) Ne pas couper une ligne de cote par une ligne dattache.
.3.
Ligne dattache
Ligne de cote
Intervalle de tolrance
A FG
toRa 1.25
18f7
10 30
0.1
0.01
A
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
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Tolrances
.3.1. Origine du tolrancement Il nest pas possible en fabrication dobtenir une dimension demande par un constructeur avec une absolue prcision. Tout au plus peut-on donner deux bornes entre lesquelles se situera la dimension fabrique.
.3.2. Inscription des tolrances On inscrira, la suite de la valeur nominale, la plage de variation autorise pour cette dimension, par exemple :
98 0 2 , signifie que la dimension fabrique devra se situer entre 97,8 et 98,2 mm On dit que lintervalle de tolrance (IT) de cette dimension est de 0,4 mm La valeur nominale ne correspond pas forcment ( pas souvent ) au milieu de
l'intervalle de tolrance. Tolrancement symtrique :
35 0 5 , Tolrancement asymtrique :
+
0.20.343 0.4 055 00.3+18
Tolrancement unilatral :
15mini
.4. Principes de tolrancement. Suite lvolution des normes de cotation et de tolrancement des pices mcaniques ces dernires annes, on utilise et on rencontre de plus en plus sur les plans de dfinition une cotation faisant appel: - au principe de lindpendance, - aux exigences de lenveloppe et du maximum de matire, - aux localisations et aux rfrences.
.4.1. Principe de lindpendance. [Norme NF E-04 561/ ISO8015]. Chaque exigence dimensionnelle ou gomtrique spcifie sur un dessin doit tre respecte en elle-mme (indpendamment) sauf indication particulire . Il y a indpendance entre les dimensions et la gomtrie des lments. Il faut dcomposer et mesurer sparment les diffrents types de dfauts en mtrologie (voir FIG26). Cest le principe utilis par dfaut . Exemple La spcification 30 porte entre deux plans parallles (ou sur un cylindre) signifie que toutes les dimensions locales des surfaces relles doivent avoir les valeurs di comprises dans lintervalle
+
0 10 1..
[29.9 ; 30.1]. Remarque Le principe de lindpendance est parfaitement adapt aux grandes pices..
30 +
0 10 1..
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
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.4.2. Exigence de lenveloppe E Elle se traduit par la mise en place dune relation entre la dimension et la forme dun lment. Elle dit que lenveloppe de forme parfaite au maximum de matire ne doit pas tre dpasse. Exemple Les deux surfaces du paralllpipde ne doivent pas dpasser lenveloppe de forme parfaite correspondant deux plans parallles et distants de 30.1 et aucune dimension locale relle doit tre infrieure 29,9. Remarque Le principe de lenveloppe est bien adapt aux pices destines tre assembles. Par contre : il nest pas adapt lorsque les pices sont longues. Il ajoute une restriction gomtrique, ce qui peut aller lencontre des impratifs conomiques. Il ne faut donc pas gnraliser le principe de lenveloppe toute la pice mais uniquement aux surfaces le ncessitant.
.4.3. Exigence du maximum de matire M Elle se traduit par la mise en place dune relation entre la dimension et la position ou lorientation dun lment. Elle permet daugmenter la tolrance gomtrique dun lment ou dun groupe dlments en fonction de la dimension des lments concerns par la tolrance gomtrique. Exemple
La cote de 16.5 correspondant lassociation entre la cote linaire et la perpendicularit est fixe, ce qui permet daugmenter la tolrance de la condition gomtrique (perpendicularit de 0.4 0.6) en fonction de la dimension linaire de la pice. Remarque Il est noter que le principe de lenveloppe doit tre appliqu la cote
linaire16 . Pour viter des formes comme ci-contre, car la perpendicularit est mesur sur laxe moyen du cylindre, et permet donc des
+0101..
carts de forme importants. La cotation au maximum de matire est parfaitement adapte aux pices devant sassembler.
16.1
Fig 2 Fig 1
16.1
16.5
0.4
15.9
16.5
0.6
0.4 M
A
A16
+0101.. E
0.4
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fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation
Page 7
.5. Tolrances gomtriques. Les tolrances gomtriques limitent lcart de llment rel par rapport sa forme, son orientation, sa position thoriquement exacte sans tenir compte de la dimension de llment [ISO8015]
.5.1. Elment de rfrence. Il est dsign par une flche inverse. Les lments de rfrence peuvent tre des lignes ou des surfaces relles. Ils servent la construction de rfrences simples, communes ou de systmes de rfrence.
.5.2. Types de rfrence. Les diffrents types de rfrences les plus utiliss sont rsums dans le tableau suivant :
Rfrence simple
Elle est construite partir dun lment
gomtrique : point, droite ou plan que lon associe au mieux la
surface relle de rfrence (A)
Rfrence commune
Systme de rfrence ordonn
A
A0.4
Surface relle de rfrence
Plan de rfrence
0.4
B A
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Symboles et caractristiques tolrancer. Exemples dapplication. Indication sur le dessin. Zone de tolrance. Interprtation.
Rectitude dune ligne ou dun axe
Laxe du cylindre dont la cote est relie au cadre de la tolrance doit tre compris dans une zone cylindrique de diamtre 0,03 .
Planit dune surface
La surface tolrance doit tre comprise entre deux plans parallles distants de 0,05.
Circularit dun disque, dun cylindre, dun cne, etc...
Le pourtour de chaque section droite doit tre compris dans une couronne circulaire de largeur 0,02.
Cylindricit
La surface considre doit tre comprise entre deux cylindres coaxiaux dont les rayons diffrents de 0,05.
Forme dune ligne quelconque
Dans chaque section parallle au plan de la projection, le profil considr doit tre compris entre deux lignes envelopps des cercles de diamtre 0,04 dont les centres sont situs sur une ligne ayant le profil gomtrique correct.
Forme dune surface quelconque
La surface considre doit tre comprise entre 2 surfaces enveloppes des sphres de diamtre 0,03 dont les centres sont situs sur une surface ayant la forme gomtrique.
Paralllisme dune ligne (axe) ou dune surface par rapport une droite de rfrence ou un plan de rfrence
Laxe suprieur doit tre compris dans une zone cylindrique de diamtre 0,1 parallle laxe infrieur A (droite de rfrence).
Perpendicularit dune ligne (axe) ou dune surface par rapport une droite ou un plan de rfrence.
Laxe du cylindre dont la cote est relie au cadre de tolrance doit tre compris entre deux droites parallles distantes de 0,05 perpendiculaires au plan de rfrence et se trouvant dans le plan indiqu sur le dessin.
Inclinaison dune ligne (axe) ou dune surface par rapport une droite ou un plan de rfrence.
Laxe du trou doit tre compris entre deux droites parallles distantes de t = 0,1 et formant avec le plan de rfrence un angle de 60.
Localisation de lignes, axes ou surface entre eux ou par rapport un ou plusieurs lments.
Laxe du trou doit tre compris dans une zone cylindrique dun diamtre de 0,05 dont laxe est dans la position thorique spcifie de la ligne.
Coaxialit (concentricit) dun axe ou dun point par rapport un axe ou un point de rfrence
Laxe du cylindre dont la cote est relie au cadre de tolrance doit tre compris dans une zone cylindrique de diamtre 0,03 coaxiale laxe de rfrence A.
Symtrie dun plan mdian ou dune ligne mdiane (axe) par rapport une droite ou un plan de rfrence.
Le plan mdian de la rainure doit tre compris entre deux plans parallles distants de 0,06 et disposs symtriquement par rapport au plan mdian de llment de rfrence A.
Battement simple dun lment sur laxe de rvolution.
Le battement simple radial ne doit pas dpasser 0,02 dans chaque plan de mesure pendant une rvolution complte autour de laxe de rfrence commune A - B.
Battement total dun lment sur laxe de rvolution.
Le battement total radial ne doit pas dpasser 0,1 entre chaque point de la surface spcifie durant plusieurs rvolutions autour de laxe de rfrence A - B et avec un mouvement axial relatif entre la pice et linstrument de mesure. Le mouvement doit tre guid le long dune ligne de contour de forme thoriquement parfaite tant en position correct de laxe de rfrence.
BATTEMENT
TOLERANCE S DE POS ITION
TOLERANCES DE FORME
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.6. Les Ajustements
.6.1. Dfinition Un ajustement est un systme de cotation normalis concernant un assemblage de deux pices.
.6.2. Le systme dajustement I.S.O. Systme international normalis, il permet au concepteur dindiquer dune faon rapide et pratique le type dassemblage souhait. En ce qui concerne la maintenance, linterchangeabilit des pices est largement amliore. Du point de vue de la fabrication, les cots sont abaisss par la diminution du nombre doutillage et de moyens de contrle. Le systme I.S.O. utilise plusieurs paramtres : La dimension nominale La position : cest dire la situation de lintervalle de tolrance de larbre ou de lalsage par
rapport la ligne zro de la dimension nominale. Elle est repre par une lettre. La qualit : cest dire la dimension de lintervalle de tolrance. Elle est repre par un nombre.
.6.3. Position. ) On repre par une LETTRE MAJUSCULE, la position de lalsage par rapport la dimension nominale. ) On repre par une lettre minuscule, la position de larbre par rapport la dimension nominale
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.6.4. Dimensions nominales Les dimensions nominales des pices sont choisir principalement dans des sries de dimensions standards, de faon rduire les outils, outillages et moyens de mesure ainsi que les cots de fabrication.
Sries Renard de 10 100 mm R10 R20 R40 Ra10 Ra20 Ra
4010 10 10 10 10 10
11,2 11,2 11 12,5 12,5 12,5 12 12 12
13,2 13 14 14 14 14 15 15
16 16 16 16 16 16 17 17 18 18 18 18 19 19
20 20 20 20 20 20 21,2 21 22,4 22,4 22 22 23,6 24
25 25 25 25 25 25 26,5 26 28 28 28 28 30 30
31,5 31,5 31,5 32 32 32 33,5 34 35,5 35,5 36 36 37,5 38
40 40 40 40 40 40 42,5 42 45 45 45 45 47,5 48
50 50 50 50 50 50 53 53 56 56 56 60 60
63 63 63 63 63 63 67 67 71 71 71 71 75 75
80 80 80 80 80 80 85 85 90 90 90 90 95 95
100 100 100 100 100 100
Ces sries sont appeles sries Renard. On utilisera dans lordre de prfrence les sries R10, R20, R40 ou en cas de besoin les valeurs entires des sries Ra10, Ra20, Ra40. On remarquera que les valeurs des diamtres des roulements, par exemple, sont bien issues de telles sries (Ra10), de mme que les diamtres nominaux des tuyauteries. La norme NF E 01-001 prcise lobtention de ces valeurs : srie gomtrique partant de 101 et de raison 10(1/10) pour les R10 et Ra10, 10(1/20) pour les R20 et Ra20 ... .
.6.4.1. Systme alsage normal. On utilise trs frquemment le systme alsage normal, dans lequel lalsage reste constant et gal H.
) Pour obtenir un ajustement libre (avec jeu positif important), on choisira un arbre e ou f. ) Pour obtenir un ajustement glissant (avec jeu positif faible), on choisira un arbre g ou h. ) Pour obtenir un ajustement serr (avec jeu ngatif), on choisira un arbre m, p ou s.
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.6.4.2. Systme arbre normal Dans le systme arbre normal, beaucoup plus rare, cest lalsage quon fait varier, tandis que larbre reste sur la dimension nominale. ) Le dessin ci-dessous montre la position de larbre et de lalsage par rapport la valeur nominale.
.6.5. Reprsentation des carts
ALESAGE Ecart suprieur
ES = D maxi - D nom Page 11
Ecart infrieur EI = D mini - D nom
ARBRE Ecart suprieur es = d maxi - d nom
Ecart infrieur ei = d mini - d nom
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.6.6. Qualit Elle sexprime par un nombre qui va de 1 16 pour les valeurs les plus courantes. La qualit est dautant meilleure que le nombre qui la reprsente est petit. En mcanique gnrale, 6 et 7 reprsentent des qualits trs soignes, 8 et 9 des qualits moyennes,11 une qualit ordinaire et 13 une qualit trs ordinaire.
Qualit DIMENSIONS (en mm) de 0 3 6 10 18 30 50 80 120 180
(inclus) 3 6 10 18 30 50 80 120 180 250 qualit TOLERANCES FONDAMENTALES IT (en m)
5 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 6 6 8 9 11 13 16 19 22 25 29 7 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 8 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 9 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115
10 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 11 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 12 100 120 150 180 210 250 300 350 400 460 13 140 180 220 270 330 390 460 540 630 720 14 250 300 360 430 520 620 740 870 1000 1150 15 400 480 580 700 840 1000 1200 1400 1600 1850 16 600 750 900 1100 1300 1600 1900 2200 2500 2900
P rix a p p ro x im a tif d 'u n u s in a g e e n fo n c tio n d e la q u a lit
0123456789
5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3
Q u a lit
Prix
rela
tifs
.6.7.
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Page 13
Les ajustements recommands.
Assemblage ralis
Mcanique de
prcision
Fabrication soigne
Fabrication courante
Fabrication ordinaire
Fabrication trs
ordinaire
Montage Cas demploi
1. Assemblage
libre
H9/d9 H11/c11 Montage la main trs
facile
Pices dont le fonctionnement
ncessite un grand jeu, par suite de dilatation, mauvais alignement, portes trs longues,
etc. 2 .
Assemblage tournant
H6/f6 H7/f7 H8/f8 H8/f7
H9/e9 Montage la main facile
Cas ordinaire de pices tournant dans une
bague ou dans un palier (bon graissage assur).
3. Assemblage
glissant
H6/g5
H7/g6 H8/h8 H8/g7
H9/h9 Montage la main assez
facile
Pice en translation demandant un guidage
prcis ; pice en rotation de grande prcision.
4. Assemblage
glissant juste
H6/h5 H7/h6 H8/h7 H9/h8 Montage la main possible
par forte pression
Assemblage fixe trs prcis.
5. Assemblage lgrement
dur
H6/j5 H7/j6 H8/j7 Mise en place au maillet
Dmontage et remontage possibles
sans dtrioration ; mais lemmanchement nest
pas suffisant pour transmettre un effort.
6. Assemblage
bloqu
H6/k5 H6/m5
H7/m6 Mise en place la masse
Dmontage et remontage possibles sans dtrioration ;
lemmanchement peut transmettre de faibles
efforts. 7.
Assemblage serr
H6/p5 H6/r5 H6/s5
H7/p6 H7/r6 H7/s6
Mise en place la presse ou par dilatation
Dmontage impossible sans dtrioration des pices ; possibilit de transmettre des efforts
importants (frettes, jantes de roues, douilles
en bronze, etc. . . .).
J>0
J0
J ?
J
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Page 14
.6.8. Inscription sur le dessin.
.6.9. Valeurs standards
12 H7
Dessin de dfinition de 2
12 g6
Dessin de dfinition de 1 2
1
12 H7g6
Dessin densemble
Arbres
de 0 3
inclus
de 3 6
inclus
de 6 10
inclus
de 10 18
inclus
de 18 30
inclus
de 30 50
inclus
de 50 80
inclus
de 80 120 inclus
de 120 180 inclus
de 180 250 inclus
de 250 315 inclus
de 315 400 inclus
de 400 500 inclus
d
- 20 -
- 30 -
- 40 -
- 50 -
- 65 -
- 80 -
- 100 -
- 120 -
- 145 -
- 170 -
- 190 -
- 210 -
- 230 -
e
- 14 -
- 20 -
- 25 -
- 32 -
- 40 -
- 50 -
- 60 -
- 72 -
- 85 -
- 100 -
- 110 -
- 125 -
- 135 -
f
- 6 -
- 10 -
- 13 -
- 16 -
- 20 -
- 25 -
- 30 -
- 36 -
- 43 -
- 50 -
- 56 -
- 62 -
- 68 -
g
- 2 -
- 4 -
- 5 -
- 6 -
- 7 -
- 9 -
- 10 -
- 12 -
- 14 -
- 15 -
- 17 -
- 18 -
- 20 -
h
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
- 0 -
js
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
IT/2
k
+ + 0
+ + 1
+ + 1
+ + 1
+ + 2
+ + 2
+ + 2
+ + 3
+ + 3
+ + 4
+ + 4
+ + 4
+ + 5
m
+ + 2
+ + 4
+ + 6
+ + 7
+ + 8
+ + 9
+ + 11
+ + 13
+ + 15
+ + 17
+ + 20
+ + 21
+ + 23
n
+ + 4
+ + 8
+ + 10
+ + 12
+ + 15
+ + 17
+ + 20
+ + 23
+ + 27
+ + 31
+ + 34
+ + 37
+ + 40
p
+ + 6
+ + 12
+ + 15
+ + 18
+ + 22
+ + 26
+ + 32
+ + 37
+ + 43
+ + 50
+ + 56
+ + 62
+ + 68
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Assemblages de plus de 2 pices .Chanes de cotes
.1. Condition fonctionnelle Sur le plan densemble dun mcanisme compos de plusieurs pices, on fait apparatre des conditions ncessaires lobtention dune fonction : ce sont les conditions fonctionnelles. Chacune de ces conditions se reprsente par un vecteur comportant deux lignes de cotes. )Ce vecteur est toujours orient positivement vers la droite pour les conditions horizontales et vers le haut pour les conditions verticales. Une condition fonctionnelle, quon appelle souvent un jeu, sera chiffre par le concepteur et reprsente un intervalle qui peut varier de quelques microns plusieurs millimtres suivant la fonction considre. Remarque : Reprsenter une condition fonctionnelle par un vecteur sur un dessin densemble est
une norme claire mais il est utile de pouvoir dcrire cette condition par une phrase prcise.
- Pour serrer efficacement lcrou 5, il faut disposer dune partie excdentaire de filetage de larbre de chaque cot aprs montage :
rA et
rB sont des conditions de garde. r
C est une condition de jeu . - Larticulation de la bielle 1 autour de laxe 3 ncessite un jeu axial : - La liaison complte dmontable de laxe 3 ncessite le non contact de la rondelle 4 et dun paulement de larbre :
rD est une condition de serrage.
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.2. Cotes fonctionnelles Une fois la condition fonctionnelle identifie, il est ncessaire de dterminer les cotes qui interviennent sur la valeur de cette condition. Ces cotes sont des dimensions relles, mesurables et usinables des pices constituant le mcanisme. On les appelle cotes fonctionnelles et chacune delles relie deux surfaces fonctionnelles de la pice. Une surface fonctionnelle est une surface en contact avec une autre pice du mcanisme, gnralement perpendiculaire au vecteur condition que lon tudie. Exemple
a3
a2
a1
rJa
1 2 3
1 : Axe
2 : Circlips
3 : Support
Lors du montage de laxe (1) dans le support (3), il est ncessaire de disposer dun espace (jeu positif) Ja pour pouvoir engager le circlips (2) dans la gorge de laxe (Condition de montage). Il est simple de voir que les cotes fonctionnelles qui interviennent sur ce jeu sont a1, a2 et a3, dimensions respectives des pices (1), (2) et (3). On constate de la mme faon que lon a, en valeur absolue : Ja = a1 - a2 - a3 Mais Ja et les ai reprsentent des dimensions relles dont on peut seulement dire qu'elles doivent se trouver lintrieur dun intervalle. Aussi il est plus correct de remplacer lquation prcdente par les deux suivantes : J a a aaMax Max= 1 2 3min min J a a aa Maxmin min= Max1 2 3
.3. Mthode des chanes de cotes Lorsquun mcanisme compos de nombreuses pices ncessite une condition fonctionnelle, pour tablir la liste des pices et des cotes concernes par cette condition fonctionnelle, on utilise une mthode systmatique : la chane de cotes .
.3.1. Exemple 1 : liaison glissire. Dans le dessin ci-contre, on souhaite raliser une liaison glissire entre la pice (1) et la pice (4). Afin damliorer le frottement, on interpose des cales (2) et (3).
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Le bon fonctionnement dune telle liaison impose quil
subsiste un certain jeu rJa dans une direction
perpendiculaire au dplacement.
Etablissement de la chane de cote. Le but de la mthode est de trouver une somme vectorielle
gale rJa , dans laquelle chacun des vecteurs reprsente
une cote fonctionnelle dune pice.
On part de la base du vecteur condition rJa
e
. La base de ce
vecteur est appuye sur la pice (3). On r cherche une surface de contact, perpendiculaire la direction
de rJa , entre la pice (3) et une autre pice.
Il existe une telle surface entre (3) et (1).
On trace le vecteur ra3 , ainsi baptis car il fait partie de la chane
de cote relative la condition rJa , et quil est mesurable sur la
pice (3). A partir du contact entre (3) et (1), on recherche une autre surface de contact entre la pice (1) et une autre pice. A partir du contact entre (1) et (2), on recherche une autre surface de contact entre la pice (2) et une autre pice.
Il existe une telle surface entre (2) et (4). On trace le vecteur ra ,
qui fait partie de la chane de cote relative la condition
2rJa et qui
est mesurable sur la pice (2).
ra3
ra3ra2 ra1
rJa
4 1 2 3
rJa
4 1 2 3
rJa
4 1 3 2
On a bien ainsi ralis une chane de cotes ferme, dont la
somme vectorielle est gale la cote condition rJa .
Remarques importantes:
Chaque composante de la chane ( Vecteur ra ) nappartient
qu une seule pice : Cest une cote fonctionnelle de la pice. i
Il ny a quune seule cote par pice et par chane. ) si le mme indice apparat deux fois, les deux cotes doivent pouvoir se rduire une seule (sauf si deux exemplaires dune pice dun mme type apparaissent dans la mme chane de cote). La chane de cotes doit toujours tre minimale.
ra3rJara1
ra2
ra4
4 1 2 3
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Equations. Lquation vectorielle peut tre projete sur un axe
rx , parallle rJa , et de mme direction : r r r r rJ a a a aa = + + +3 1 2 4
en projection sur rx : J a a a aa = +3 1 2 4 (1)
Chacune des cotes composant la chane de cote est entache dune certaine incertitude due la fabrication (voir p.5). On peut donc crire : J a a a aaMax Max= 4 1 2 3min min min (2) J a a a aa Max Max Maxmin min= 4 1 2 3 (3) Enfin, en faisant (2)-(3), on obtient :
J JaMax amin 4Max 4min 1Max 1min 2Max 2min 3Max 3min(a a ) (a a ) (a a ) (a a ) = + + + On crit, en gnralisant :
ITJ ITaa ii
n==1
.3.2. Exemple 2 : liaison pivot. Dans lexemple qui suit, le raisonnement est conduit jusqu son terme, cest dire jusquau report des donnes issues de la cotation fonctionnelle sur les dessins de dfinition de pices. Trac de la chane de cotes :
rJ
4 5
rJ
rara ra
rara
321
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criture des quations : J a a a a aa = 1 2 3 4 5 (1)
donc : J a a a a aaMax Max= 1 2 3 4 5min min min min (2)
et J a a a a aa Max Max Max Maxmin min= 1 2 3 4 5 (3)
ITJ ITaa ii
n= = 1
(4)
Donnes : a4=102mm ) le fabricant de circlips donne a2=1h11 a2 = 1 0 060+ ,) le fabricant de bagues donne a3=a5= 3 js14 = 3 0,125 Dmarche du concepteur : - Je choisis la condition fonctionnelle (en fonction de lexprience que jai ou de celle de
lentreprise). - Attention de ne pas choisir ITJ trop petit, sinon on aura ai min>ai Max ! - Jexamine les consquences de mon choix sur les cotes de la chane. Application de la dmarche du concepteur : Choix : Ja=10,5 On choisit de rpartir lintervalle de tolrance disponible de faon gale sur les cotes de la chane. (celles qui ne sont pas dj tolrances) (4) IT Ja = ITa1+ITa2+ITa3+ITa4+ITa5 1= ITa1+0,06+0.25+ITa4+0.25 ITa1+ITa4=0,44 donc ITa1=ITa4=0,22 (1) 1=a1-1-3-102-3 a1=110 et a1=1100,11 (2) 1,5=110,11-0,94-2,875-a4min-2,875 a4min=101,92
a4= 102 0 080 14
+
,,(3) 0,5=109.89-1-3,125-a4Max-3,125 donc
a4Max=102,14 Report de la cotation issue de la cotation fonctionnelle sur le dessin de (1).
1100,11
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.4. Critres de choix des conditions fonctionnelles Les performances gomtriques du mcanisme serviront dfinir les valeurs maximales des conditions fonctionnelles. Elles dpendent des performances attendues du mcanisme (prcision adapte lusage). Exemple : Le tableau suivant donne les valeurs des dplacements maximals que peut avoir un solide par rapport un autre, en fonction de la nature du mcanisme (type dutilisation) et des mouvements relatifs autoriss de lun par rapport lautre.
Liaison glissire : T : jeu transversal R : angle de rotulage Liaison pivot :
T1, T3 : jeu radial T2 : jeu axial
R
T
R
T1
T2
T3
R : angle de rotulage
Liaisons glissire pivot mouvements parasites
T
(mm) R ()
T1,T3 (mm)
T2 (mm)
R ()
catgories horlogerie
machines-outils prcises
0,003
0,005
0,002
0,003
0,005 machines-outils
classiques moteur automobile
0,005
0,01
0,005
0,005
0,01
robots de prcision
0,08
0,05
0,04
0,06
0,1
bicyclette engins de chantier
0,2
0,1
0,2
0,08
0,15
outillage amateur main
0,5
0,5
0,2
0,1
0,3
appareils lctro-mnagers
0,3
0,5
0,2
0,2
0,5
matriel agricole
1
0,5
0,5
0,3
1
menuiserie assemblage de meubles
2
1
0,5
0,5
2,5
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.Etats de surface .1. Dcomposition en 4 ordres
SURFACE SPECIFIEE
ORDRE DESIGNATION ILLUSTRATION Dessin Signification par rapport
la
dexcution fonction
1 ECART DE FORME Exemple :
Ecart de
- rectitude
- circularit
- etc . . .
PRESCRIPTION GEOMETRIQUE (voir NFE 04-552)
1er et 2me ordre influent sur : - roulement.. - tanchit dynamique et statique. - etc . . .
2 ONDULATION
SYMBOLISATION DES ECARTS GEOMETRIQUES Du 2me au 4me ordre
- usure - grippage diminuent: - dure de vie des organes - etc . . .
3 R U
G
O
S
I
STRIE, SILLON
(priodique ou
pseudopriodiqu
e)
(voir NF 05-016)
3me et 4me ordre influent sur : - coulement des fluides - tanchit dynamique et statique - revtement
4 T E
Arrachement
Marque doutil
(apriodique)
- dpt lectrolytique
- rsistance aux efforts alterns . . .
Somme
des
carts du
1er au
4me
ordre
PROFIL TOTAL
Ensemble des dfauts de surface dont lanalyse permet de dterminer leur influence spcifique sur une fonction donne
Il ne sert rien daffiner la rugosit si lcart de forme et londulation ne sont pas rduits au niveau admissible pour une fonction donne.
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.2. Origine des dfauts.
N SURFACE REELLE ORDRE Origine des carts au cours de llaboration Moyens dvaluation des surfaces
mesures par exploration. - Procd dusinage
- Matriau usin - Machine - Installation
Dune surface globale ou limite
Dun profil total ou partiel
1 - Dformation de la pice Pendant lusinage, indpendamment du procd. Aprs lusinage, dpendant du matriau (libration des tensions internes).
-Dfaut de bridage. -Flexion des lments de la machine. - Qualit du guidage des lments coulissants. - Usure des organes.
- Porte au marbre. - Tampon. - Bague. - Machine mesurer - Appareil de mesurage dcart de forme. - Etc . . .
- PALPAGE en discontinu lunette autocollimatrice. - Comparateur. - Machine mesurer, etc. - PALPAGE en continu : Appareil lectronique capteur avec rferencede mesure (palpeur-touche ou aiguille)
2 - Fraisage (pas de londulation, par exemple, avance par tour de fraise) inclinaison de la fraise (en bout). Mauvais afftage. Mauvais rglage des dents (en bout, en roulant). Rectification : mauvais diamantage de la meule.
- Vibrations de basses frquences : de la pice, de loutil. des deux, dues aux flexions,mauvais guidage et quilibrage des lments de machine, et galement linsuffisance de linstallation de lisolement passive et active.
- Echantillon de comparaison viso-tactile : estimation de londulation et de la rugosit des pices fraises. - Microscope stroscopique - Appareil de mesurage dcart de forme.
- Microscope coupe optique - Appareil lectronique capteur, avec rfrence de mesure. Palpeur : touche . . . aiguille.
3 rugosit
- Procd par enlvement de copeaux : STRIES, SILLONS, dus lavance de larte coupante de loutil ; lavance par tour de la matire ou de la meule, etc . . . - Procd de formage froid ou chaud : BOSSES et CRATERES juxtaposs.
-Vibrations de hautes frquences (causes analogues celles numres ci-dessus). - Installation de lubrification: - Lubrifiant : nature , qualit lubrifiante, action de
- Echantillon de comparaison viso tactile : estimation de la rugosit. - rugomtre : pneumatique.
- Microscope coupe optique. - Microscope interfrentiel.- Appareil lectronique capteur : (palpeur-aiguille)
4 rugosit
- Gomtrie dafftage de loutil : qualit de la meule. - Htrognit, plasticit du