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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR, DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET DE LA TECHNOLOGIE DIRECTION DES ETUDES TECHNOLOGIQUES Institut supérieur des études technologiques de Nabeul DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE NIVEAU 2 Élaboré par : M’HEMED SAMIR Année universitaire : 2004-2005

Cours Techniques de Production

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Page 1: Cours Techniques de Production

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT

SUPERIEUR, DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE ET DE LA TECHNOLOGIE

DIRECTION DES ETUDES TECHNOLOGIQUES

Institut supérieur des études technologiques de Nabeul

DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE

NIVEAU 2

Élaboré par :

M’HEMED SAMIR

Année universitaire : 2004-2005

Page 2: Cours Techniques de Production
Page 3: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Table des matières

PRESENTATION GENERALE DU COURS

DUREE :

22,5 heures

OBJECTIF

Au terme de ce cours, l'étudiant doit être familiarisé avec les techniques de production

mettant en valeur les procédés de mise en forme par déformation et/ou par

assemblage.

CONTENU DE PROGRAMME

• Mise en forme des métaux • Mise en forme par déformation plastique des

métaux en feuille (pliage, roulage, emboutissage...)

• Mise en forme par déformation plastique à chaud (forgeage, laminage, estampage...)

• Obtention des bruts par moulage (moulage en sable, e coquille,...)

• Mise en forme par assemblage (soudage) • Soudage à énergie électrique • Soudage à énergie thermochimique • Soudage à autre type d'énergie

Pré- requis

Techniques de production niveau 1.

Bibliographie

• Précis de construction mécanique, édition : AFNOR • guide du technicien en productique, Edition : Hachette • J. P TROTIGNONS, Précis de construction mécanique, Edition AFNOR • R. VARISELLAZ, Soudage : éléments de conception et de réalisation, Ed

DUNOD • J. TRIOULEVRE, Procédés de forgeage, Ed DELAGRAVE • L. GIAI, BRUERI, Fonderie, Ed DUNOD • G. POMEY, G. SANZ, Aptitude à l'emboutissage des tôles minces • Pierre PIGNIOL, Soudage - collage • Jean CORNU, Soudage en continu

Page 4: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Table des matières

TABLE DES MATIERES

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : LE PLIAGE ....................................6

1 PLIAGE .........................................................................................................7

1.1 GENERALITES ...............................................................................7

1.2 DETERMINATION DE L’EFFORT DE PLIAGE EN V ..............................7

1.3 RETOUR ELASTIQUE ......................................................................8

1.4 ANALYSE DE LA DEFORMATION ......................................................9

1.5 LONGUEUR DEVELOPPEE ............................................................10

1.6 APPLICATION...............................................................................13

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : EMBOUTISSAGE.......................14

1 EMBOUTISSAGE......................................................................................15

1.1 DEFINITION .................................................................................15

1.2 PROCEDES D'EMBOUTISSAGE.............................................15

1.3 EFFORT D'EMBOUTISSAGE...................................................16

1.4 CALCUL DES FLANS ...............................................................19

1.5 REDUCTION ADMISSIBLE EN PLUSIEURS PASSES. .........................25

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : CISAILLAGE- POINÇONNAGE.........................................................................................................................................27

1 CISAILLAGE- POINÇONNAGE..............................................................28

1.1 CISAILLAGE .................................................................................28

1.2 POINÇONNAGE .......................................................................29

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : LE SOUDAGE.............................32

1 SOUDAGE..................................................................................................33

1.1 DEFINITION .................................................................................33

1.2 DIFFERENTS MODES DE SOUDAGE ...............................................34

Page 5: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Table des matières

1.3 CLASSIFICATION DES PRINCIPAUX PROCEDES DE SOUDAGE.........35

1.4 SOURCES D ’ENERGIE DE SOUDAGE ET APPLICATIONS INDUSTRIELLES..............................................................................................36

1.5 PROCEDES DE SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE ............................42

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : LE MOULAGE.............................58

1 MISE ŒUVRE DE ALLIAGE PAR COULEE – LE MOULAGE..........60

1.1 MOULAGE EN CONTINU ................................................................60

1.2 MOULAGE AVEC EMPREINTE ........................................................60

1.3 COMPARAISON DES TOLERANCES USUELLES DES DIFFERENTS PROCEDES DE TRANSFOR MATION DES METAUX ..............................................66

1.4 APPLICATIONS.............................................................................67

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : FORGEAGE LIBRE ...................69

1 FORGEAGE LIBRE ..................................................................................70

1.1 MATERIEL UTILISE EN FORGEAGE LIBRE.......................................70

1.2 ANALYSE DES DEFORMATIONS.....................................................70

1.3 ETUDE DU FORGEAGE LIBRE PAR PRESSE....................................71

1.4 ETUDE DU FORGEAGE LIBRE PAR MARTEAUX...............................71

1.5 EVOLUTION D’UNE FORME PRISMATIQUE......................................72

1.6 APPLICATIONS PRATIQUES DU FORGEAGE ....................................74

1 EXAMEN 2003/04 SEMESTRE 2...............................................................

2 DEVOIR SURVEILLE 2004/05 SEMESTRE 1 .........................................

3 ÉLEMENTS DE CORRECTION DU DS 2004/05 SEMESTRE 1..........

4 DEVOIR SURVEILLE 2004/05 SEMESTRE 2 .........................................

5 EXAMEN 2004/05 SEMESTRE 1...............................................................

6 EXAMEN 2004/05 SEMESTRE 2...............................................................

7 EXAMEN 2003/04 SEMESTRE 2 : CORRECTION ................................

Page 6: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 fiche de préparation : leçon 1

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 6

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : LE PLIAGE

MATIERE:

Techniques de production

OBJECTIFS TERMINAUX:

• Détermination de la longueur développée d’un flan • Détermination des caractéristiques géométrique

de l’outillage.

OBJECTIFS SPECIFIQUES:

• Analyse des déformations, • Présenter les méthodes théoriques et empiriques

pour la détermination des flans.

PREREQUIS:

• Résistance des matériaux • Mathématiques élémentaires

AUDITEURS:

Etudiants des I.S.E.T, Profil : Génie mécanique, Option : tronc commun, Niveau : 2

DUREE:

1heure 30min x 2

EVALUATION:

Formative, Sommative.

SUPPORTS MATERIELS:

Tableau ; Rétroprojecteur,

Page 7: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 7

11 PPLLIIAAGGEE

1.1 GENERALITES

Le pliage permet l'obtention de pièces développables dont les plis sont obligatoirement

rectilignes (figure 1).

Deux techniques sont utilisées :

Pliage en l'air (figure 2)

Poinçon et matrice en Vé dont l'angle est inférieur à celui du pli à réaliser.

Ce dernier est donné par la profondeur de pénétration du poinçon dans la matrice.

Pliage en frappe

Poinçon et matrice en Vé dont l'angle est sensiblement égal à celui du pli à réaliser.

L'épaisseur de la tôle est réduite à l'endroit du pli. Cette réduction est fonction du rayon

R de pliage et de l'épaisseur e du matériau.

F = effort vertical calculé

figure 1

figure 2

1.2 DETERMINATION DE L’EFFORT DE PLIAGE EN V

Formule utilisée pour le calcul de l'effort vertical de pliage

Page 8: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 8

Pliage en l'air

aRmLe

kF2

1 = où :

k = 1,40 pour a =6e; e = épaisseur à plier (mm),

k = 1,33 pour a = 8e; L = longueur du pli (mm),

k = 1,24 pour a = 12e; a = ouverture du vé (mm),

k = 1,20 pour a = 16e ; Rm = résistance à la rupture du métal à plier (daN/mm2).

- Le rayon R obtenu est voisin de a/6 à condition que Rp ≤ R.

Pliage en frappe

L'effort F2 à fournir progresse avec l'épaisseur. Il peut atteindre

F2 = 2 F1

1.3 RETOUR ELASTIQUE

Lorsque cesse l'effort de pliage, le produit garde une déformation permanente, qui est

d'autant plus éloignée de celle obtenue par le fléchissement maximum que l'élasticité

du métal est grande. Ce retour élastique est appelé «ressaut».

Ces formules s'appliquent dans le cas de pliage de tôle sans frappe à fond, dans le cas

de pliage en frappe le retour élastique est quasiment supprimé.

1.3.1 Détermination des rayons

ER

e2

er31

1

2er

2er

e

o

oo

oo

++

=+

+

Page 9: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 9

Valable lorsque 10er

o≥

1.3.2 Détermination des angles

2er

2er

AA

o

oo

o +

+=

−π−π

Caractéristiques mécaniques de la tôle

Re : limite d'élasticité

E : module d'élasticité (ou module

d'Young)

ro : rayon initial

r : rayon intérieur après retour

élastique

figure 3 Géométrie du pliage

1.4 ANALYSE DE LA DEFORMATION

Sous l'action du poinçon, le métal compris dans la section I est soumis aux forces de

compression et de traction pour H, leur intensité s'annule sur la fibre neutre et leur

valeur maximum est atteinte en E et K. Le maintien de l'équilibre des sections (l'une qui

augmente, l'autre qui diminue) provoque un déplacement de la fibre neutre vers le

rayon intérieur.

- Approximativement, la fibre neutre est située à :

e/2 si R/e ≥ 3

2 e/5 si R/e ≈ 2

e/3 si R/e ≈ 1

Page 10: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 10

figure 4

à partir de cette remarque et toujours avec approximation, il est possible de définir :

- l'allongement supporté par les fibres les plus tendues,

- le développement du flan théorique.

Allongement de la fibre extérieure

Il est défini par la relation.

( )3eRsi100

a2eR

a2e

RaeRA% ≥×

+

+−+

= soit encore 100

2e

R

2e

A% ×

+

=

1.5 LONGUEUR DEVELOPPEE

1.5.1 Décomposition en éléments géométriques simples

Si R1 et R2 sont les rayons de la fibre neutre (figure 5)

La connaissance de la position de la fibre neutre permet d'obtenir avec une bonne

approximation le développement du flan.

( )°+π

= ++ enal360

aR2l

360aR2

lL 322

21

11

Page 11: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 11

figure 5

1.5.2 Formules fondées sur la norme DIN 6935

( ) ( )( )jojj

ojj

jn

1i

1n

1ji

Aekr2Aancoter2l

llLtot

−−

=

=

π++=∆

∑ ∑∆−=

avec :

Ltot : longueur développée totale

li : longueur d'une ligne de segment droit n° i définie sur la figure ci-après

rj : rayon intérieur du pli n° j compté à partir d'une extrémité de la tôle

eo : épaisseur de la tôle

Aj : angle intérieur correspondant au pli n° j

k : coefficient prenant en compte le déplacement de la fibre neutre et défini par

k = 0,1134 Ln (rj/ eo) + 0,3505 pour rj/ eo ≤ 3,8

k=0,5 pour rj / eo > 3,8

Page 12: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 12

figure 6 Tôle pliée

figure 7 Tôle déplies

1.5.3 Détermination de la longueur développée : abaque

figure 8

Page 13: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 1 : le pliage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 13

La figure 8 est extraite de l'ouvrage : Die Design Handbook, American Society of Tool

and Manufacturing Engineers, édité par Mc GrawHill Book Company, p. 2-15.

Exemple d'utilisation

Données :

Rayon de pliage : r=5 mm; angle de pliage : a= 30° (ouvert); épaisseur de tôle : e = 1,5

mm.

Résultat

La valeur de C est donnée par la courbe située à l'intersection de la droite qui joint les

valeurs de r et de e et l'horizontale passant par a. Ici C = 1,5 mm

1.6 APPLICATION

Calculer la force de pliage en vé de la pièce donnée par la fig. 9 et montrer à l'aide

des schémas, le nombre et l'ordre des opérations.

On donne e = 3 mm ; Rm = 46 daN/mm2 ;

k = 1,4 ; a = 6e ; (a= 90° ; R = 10 mm (le rayon au niveau de la fibre neutre)

figure 9

Page 14: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Fiche de préparation : leçon 2

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 14

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : EMBOUTISSAGE

MATIERE:

Techniques de production

OBJECTIF TERMINAL:

Détermination de diamètre d’un flan

OBJECTIFS SPECIFIQUES:

• analyse des déformations, • calcul des flans par différentes méthodes, • problèmes d’emboutissage

PREREQUIS:

• Résistance des matériaux • Mathématiques élémentaires

AUDITEURS:

Etudiants des I.S.E.T, Profil : Génie mécanique, Option : tronc commun, Niveau : 2

DUREE:

1heure 30min x2

EVALUATION:

Formative, Sommative.

SUPPORTS MATERIELS:

Tableau ; Rétroprojecteur, Polycopie.

Page 15: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 15

11 EEMMBBOOUUTTIISSSSAAGGEE

1.1 DEFINITION

L'emboutissage est un procédé de formage par déformation plastique d'une surface de

métal entraînée par un poinçon dans une matrice. Cette déformation est difficilement

réversible; de ce fait, on considère que la pièce obtenue n'est pas développable.

.

figure 10

figure 11

1.2 PROCEDES D'EMBOUTISSAGE

Il existe deux procédés d'emboutissage suivant la forme de pièce à obtenir.

1.2.1 Emboutissage en expansion

Si la pièce a une forme complexe mais de faible profondeur on peut bloquer le flanc

entre serre flan et matrice, si besoin est avec des joncs. La tôle ne se déforme alors

que sur le poinçon en s'allongeant dans une ou plusieurs directions et en

s’amincissant, nous disons que nous travaillons en expansion (Fig. 12).

1.2.2 Emboutissage en rétreint

Si la pièce a une forme cylindrique droite (base circulaire ou quelconque) de forte

profondeur on laisse glisser le flan entre serre flan et matrice, la déformation sur le

poinçon est limitée aux rayons de poinçon, la majeure partie de la déformation se fait

par rétrécissement sur la matrice, c'est l'emboutissage en rétreint (Fig. 13).

Une opération d'emboutissage quelconque est la combinaison de ces deux modes

Dans une opération mixte, un des gros problèmes est de régler le glissement sous

Page 16: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 16

serre flan suffisamment faible pour permettre les déformations et éviter les plis ,

suffisamment fort pour éviter un étirage trop important qui conduirait à la rupture.

figure 12 Emboutissage en expansion

figure 13 Emboutissage en rétreint

1.3 EFFORT D'EMBOUTISSAGE

1.3.1 Analyse des déformations

Au cours de l'opération d'emboutissage la tôle est soumise à des contraintes très

complexes : de compression de direction tangentielle et de traction de direction radiale

(figure 14).

Pour qu'il y ait emboutissage sans déchirure, il faut que le fond de l'emboutissage

résiste à la pression du poinçon (fig.15), si on prend (Fd) comme effort nécessaire pour

découper le fond, on peut admettre que l'effort d'emboutissage (Fe) ne doit pas

dépasser la moitié de cet effort : Fe <1/2 Fd

figure 14

figure 15

Pour la détermination de l'effort nécessaire à l'emboutissage on doit tenir compte

Page 17: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 17

• De la forme de l'emboutis

• De la qualité et de l'épaisseur de la tôle

• De la vitesse d'emboutissage (de 0.2 à 0.75 mm/s selon la nature de la

matière)

• De la géométrie de l'outil

• De la pression du serre flan

• De la lubrification

1.3.2 Détermination des efforts et énergies nécessaires au formage

des tôles

Le choix d'une presse découle directement de la connaissance de l'effort total (Ff) et

de l'énergie totale (Wf) requis par le formage de la pièce. Cet effort (et cette énergie)

résulte de la somme de l'effort de formage proprement dit (F) {d’énergie (W)} et de

l'effort serre flan (Fst).

Le tableau 2 donne les formules permettant de calculer F et W dans les cas usuels et

le tableau 1 les valeurs de pressions serre flan Psf selon la nature du matériau.

MATIERE

Psf

N/mm2 bar

Acier doux 2.5 à 3 25 à 30

Laiton 2 20

Cuivre 1.5 15

Aciers inoxydables 3.5 à 7 35 à 70

Aluminium 1.2 12

Tableau 1

Ces valeurs sont minimales elles sont parfois insuffisantes pour éviter la formation des

plis

Opération. Effort (N) énergie (J) Observations

Page 18: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 18

p.d.e.Rr.kFe = 1000Fe.k.h

W1

E =

d/D 0.5

5

0.6 0.6

5

K 1 0.8

6

0.7

2

K1 0.8 0.7

7

0.7

4

d/D 0.7 0.7

5

0.8

K 0.6 0.5 0.4

K1 0.7 0.6

7

0.6

4

Pièce cylindrique

1er passe

nme passe

.e.Rr.dQFe.5,0Fe n1-nn π+= 1000

Fe.k.hW

1E =

dn/dn-1 0.7 0.75 0.8 0.85

Q 0.8 0.6 0.5 0.35

Pièce

quadrangulaire

h = hauteur

L = 2(a+b)

)L.Kr.K.2.(Rr.eFe BA += 1000Fe.h.7,0

WE =

KA=0.5 pour les emboutis peu

profonds

=2 pour les emboutis dont h=5

à 6r

KB=0.2 pour un jeu important et

pas de SF

=0.3 à 0.5 si écoulement facile

et faible SF

=1 si fortes pressions SF.

Pièce quelconque Rr.e.pFe = 1000

Fe.hWE =

tableau2

Page 19: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 19

1.4 CALCUL DES FLANS

La première étape avant de lancer la fabrication (série) consiste à déterminer les

dimensions du flan, ceci pour des raisons économiques (calcul de la quantité de

matière, détermination du nombre de passe) et pour des raisons techniques (forme la

mieux adaptée à un bon écoulement du métal dans l’outil).

Il existe un grand nombre de méthodes de calcul de flan, toutes basées sur le même

principe (que l'emboutissage s'effectue avec ou sans diminution de l'épaisseur), le

volume en matière de la pièce produite est égal au volume du flan.

Plusieurs abaques et tableaux sont aisément utilisables pour la détermination des flans

suivant la forme de l'emboutis.

1.4.1 Méthode analytique

Théorème de Guldin.

La surface engendrée par une ligne plane tournant autour d'un axe situé dans son plan

et ne le traversant pas, est égale au produit de la longueur développée de cette ligne

par la circonférence décrite par son centre de gravité.

Exemple : (cas des emboutis cylindriques à fond plat)

figure 16 sans collerette

figure 17 avec collerette

En négligeant le rayon de raccordement de la paroi et du fond, si 10d

r ≤

4ddDhet4dh2dD

22 −=+= )rc0.52(r-0.57rc0.57r4d(h2dD 22 −+++=

Pour d’autres formes, voir tableau 3 page 21

Page 20: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 20

Tableau 3

Exemple : recherche du diamètre du flan de l'embouti suivant en négligeant le

rayon de raccordement de la paroi et du fond, négligence acceptable si 10d

r ≤

4d

dDhet4dh2dD22 −=+=

Page 21: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 21

1.4.2 Détermination graphique du diamètre du flan.

Dans le cas de la figure 18, si r est le rayon du flan cherché, on peut donc écrire

Surface du flan = surface de l'embouti

p r2=2pR (l1+l2+l3+...+l8)

ou encore r2 = 2R.Sl.

figure 18

Méthode de traçage

voir page 23.

Pour rechercher R, on utilise la méthode du polygone funiculaire. Après avoir divisé le

demi profil de la pièce en éléments simples, de dimension facile à estimer et situé leur

centre de gravité (c.d.g.), on les représente comme des forces qui permettent de

construire le dynamique.

Les intersections des parallèles aux rayons polaires avec les lignes verticales passant

par les c.d.g. précédents permettent de tracer le polygone funiculaire et de trouver la

distance R du C.D.G. de la fibre neutre à l'axe de rotation 0'0.

Après avoir ajouté 2 R dans le prolongement de AB (dynamique), on obtient la droite

AC et le demi-cercle de rayon AC/2

La ⊥ élevée en B coupe le cercle en D et devient la hauteur du triangle rectangle

ACD.

La hauteur étant moyenne proportionnelle, entre les segments qu'elle détermine sur

l'hypoténuse, on peut écrire : r2 = 2R.Sl.

Qui démontre que r est bien le rayon du flan.

Page 22: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 22

figure 19

Remarque : La position du c.d.g. des arcs élémentaires peut être située par les

relations suivantes.

2a

tana2a

tan)pa

sinaR180(b

pasinaR180

a

==

=

1.4.3 Méthode utilisant des abaques

Voir page 24 et 25

Page 23: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 23

Abaque de détermination du diamètre de l’embouti sans collerette

Page 24: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 24

Abaque de détermination du diamètre de l’embouti avec collerette

Page 25: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 25

1.5 REDUCTION ADMISSIBLE EN PLUSIEURS PASSES.

Elle est limitée par le phénomène d'écrouissage

[ 100s

sSe% ×

−= ]. Ce dernier augmente la résistance du

métal, mais diminue ses capacités d'allongement. Elle

peut être continuée si on élimine e par un recuit de

recristallisation.

Sans recuit, on obtient approximativement pour h/d.

Acier doux : 3 à 4 - Cuivre : 6 à 7

Aluminium : 4 à 5 - Laiton : 7 à 8.

La mise en équation de ce paramètre étant délicate, on

utilise des coefficients pratiques permettant le calcul

rapide de la réduction de première passe (transformation

du flan en embouti). De passes suivantes s'il y a lieu,

(transformation de l'embouti en un autre embouti de

diamètre inférieur) et cela jusqu'à obtention du diamètre

cherché.

figure 20

Si l'épaisseur a été maintenue constante, la

hauteur du produit est simultanément

obtenue.

Deux cas peuvent cependant se présenter :

Réduction avec outillage muni de serre flan

Utilisation du tableau :

Première passe 1

mD1

d ×=

figure 21

Page 26: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 2 : Emboutissage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 26

Passes suivantes

2m1)(ndndet2m1d2d ×−=×=

Matière m1 m2

Tôle d’emboutissage

Ordinaire

Spéciale

Tôle acier inoxydable

Austénitique

Ferritique

Cuivre

Laiton

Aluminium recuit

Duralumin recuit

0,60

0,55

0,51

0,57

0,58

0,53

0,50

0,55

0,80

0,75

0,80

0,80

0,85

0,75

0,80

0,90

figure 22

Coefficients de réduction de 1re passe=m1, de passes suivantes=m2

Réduction avec outillage sans serre flan ( figure 22)

20edD ≤−

Page 27: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Fiche de préparation : Leçon 3

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 27

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : CISAILLAGE- POINÇONNAGE

MATIERE:

Techniques de production

OBJECTIFS TERMINAL:

• Choix d’un mode de débitage.

OBJECTIFS SPECIFIQUES:

• Principe de cisaillage, • Principe de poinçonnage • Réussir les applications

PREREQUIS:

Les outils mathématiques (notions de géométrie) RDM

AUDITEURS:

Etudiants des I.S.E.T, Profil : Génie mécanique, Option : tronc commun, Niveau : 2

DUREE:

1heure 30min

EVALUATION:

Formative, Sommative.

SUPPORTS MATERIELS:

Tableau ; Rétroprojecteur,

Page 28: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 3 :Cisaillage- poinçonnage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 28

11 CCIISSAAIILLLLAAGGEE-- PPOOIINNÇÇOONNNNAAGGEE

1.1 CISAILLAGE

1.1.1 PRINCIPE

- Sous l'action de la contrainte imposée par

la partie active des lames, il se produit une

déformation élastique, puis un glissement

avec décohésion du métal suivant deux

directions formant l'angle ß (fig. 23).

- L'angle ß, ainsi que la profondeur de la

décohésion, varient suivant la nuance du

métal et son état.

- La lame poursuivant sa course provoque la

rupture complète par celle du métal

intercalaire.

figure 23

1.1.2 MÉTHODES CLASSIQUES DE CISAILLAGE

1.1.2.1 Cisaillage avec lames parallèles (fig.2).

Cisaillage simultané de toute la

longueur. Coupes généralement

rectilignes. Effort important.

figure 24

Page 29: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 3 :Cisaillage- poinçonnage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 29

1.1.2.2 Cisaillage avec lame oblique.

Intérêt à avoir un angle a

important puisque F décroît.

Si a > 15° : le métal peut se

dérober (fig.25). Nécessité

d'établir un compromis. La

partie découpée est fortement

fléchie, donc déformée (fig.26).

figure 25

figure 26

1.2 POINÇONNAGE

1.2.1 PRINCIPE

Un poinçon et une matrice (fig. 1)

remplacent les lames de cisaille.

Même mécanisme de rupture.

Force à appliquer :

F = L.e.Rc ,

avec en fabrication pour compenser

frottements et usure des parties

actives Rc remplacé par Rm. L =

périmètre découpé.

figure 27

Page 30: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 3 :Cisaillage- poinçonnage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 30

1.2.2 DÉSIGNATION DES OPÉRATIONS (fig. 2)

a. Poinçonnage : le déchet est appelé débouchure, trous de petit diamètre.

b. Découpage : le produit obtenu est un flan (récupéré pour emboutissage ou pliage).

c. Crevage : découpage partiel.

d. Encochage : découpage débouchant sur un contour.

e. Grignotage : poinçonnage partiel par déplacement progressif de la pièce ou du

poinçon.

f. Arasage : découpage en reprise (précision de cotes et d'état de surface).

g. Détourage : finition d'un contour déjà ébauché, modifié au cours d'une déformation.

figure 28

1.2.3 Applications

1/Soit une série de pièces à emboutir (fig.29). En supposant que les pièces sont en

acier inoxydable, épaisseur de tôle e = 0.5 mm, déterminer,

a) le diamètre du flan,

b) l'effort de découpage du flan.

Pour le calcul prenez RR, = 22 daN/mm,

Page 31: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 3 :Cisaillage- poinçonnage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 31

2/ Soit une série de 25 000 pièces à emboutir (fig. 30).

En supposant que les pièces sont en acier inoxydable, déterminer

a) le diamètre da flan,

b) l'effort de découpage du flan,

c) le nombre d'opérations,

d) l'effort, d'emboutissage pour la 1ere opération,

Pour les calculs prenez

M1 = 0,52 ; m2 = 0,8 : Rm = 22 daN /mm2 .

Coefficient de réduction K selon le tableau suivant

d/D <0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80

K 1 0,86 0,72 0,60 0,50 0,40

figure 29

figure 30

Page 32: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Fiche de préparation : Leçon 4

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 32

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : LE SOUDAGE

MATIERE:

Techniques de production

OBJECTIF TERMINAL:

• appliquer les différentes techniques de soudage.

OBJECTIFS SPECIFIQUES:

• présenter les différentes techniques de soudage, • désignation normalisée d’une technique de

soudage • détermination des conditions de soudage.

PREREQUIS:

Les outils mathématiques Lecture d’un dessin technique Notions d’électricité.

AUDITEURS:

Etudiants des I.S.E.T, Profil : Génie mécanique, Option : tronc commun, Niveau : 2

DUREE:

1heure 30min x 3

EVALUATION:

Formative, Sommative.

SUPPORTS MATERIELS:

Tableau ; Rétroprojecteur, Polycopie.

Page 33: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 33

11 SSOOUUDDAAGGEE

1.1 DEFINITION

Les termes : soudure, brasure, soudo-brasure désignent assemblage.

Soudage, brasage. soudo-brasage concernent l'exécution de l'opération.

La soudure est un assemblage

caractérisé par l'effacement des

contours primitifs des bords à

assembler. Fig.31

figure 31

La brasure est un assemblage différent

de la soudure, les bords du joint

conservent leur contour primitif il y a

toujours complément de métal d'apport

plus fusible que les métaux à assembler

(l'assemblage est à joint

capillaire).Fig.32

figure 32

La soudo- brasure est une brasure

exécutée de proche en proche par

déplacement de la source de chaleur.

(L'assemblage est à joint ouvert.)Fig.33

figure 33

Le métal de base constitue les parties à assembler, de même nature ou de nature

différente.

Le métal d'apport identique ou différent du métal de base peut intervenir partiellement

ou en totalité dans l'élaboration du joint.

Page 34: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 34

Le métal du joint comprenant le métal déposé et les bords fondus sont dilués.

Certains éléments peuvent diffuser dans les parties adjacentes : enfin, au-delà du joint,

une zone plus ou moins étendue (dite Z. A. T.), zone thermiquement affectée, peut

subir des modifications de structure.

1.2 DIFFERENTS MODES DE SOUDAGE

Pour obtenir la continuité atomique entre les deux parties à assembler, on peut

envisager 2 modes de soudage

1.2.1 Par pression en phase solide

La liaison est obtenue

par déformation à

froid, si le métal est

suffisamment ductile,

ou à chaud pour

amollir le métal. La

déformation due à la

pression concourt,

dans certains cas, à

satisfaire la condition

de propreté.

figure 34 Soudage en phase solide; (a) : par pression; (b) : par friction puis pression.

1.2.2 En phase liquide

Les deux faces à assembler sont

mises en contact avec du métal

liquide ou sont elles-mêmes

amenées superficiellement à l'état

liquide. La plupart des procédés de

soudage emploient ce mode qui

permet d'obtenir la fusion locale du

joint.

figure 35

Page 35: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 35

1.3 CLASSIFICATION DES PRINCIPAUX PROCEDES DE SOUDAGE

Le tableau suivant classifie à partir de la source d'énergie et des éléments de

protection. Le nombre entre parenthèses correspond au code numérique affecté à

chaque procédé de soudage par l'Afnor (NF E 04 021).

Tableau 1. CLASSIFICATION DES PRINCIPAUX PROCÉDÉS DE SOUDAGE

Part de marché actuellePart de marché dans 3 ans Sources d'énergie

Flux solide Gaz inerte Gaz actif Sous vide Sans protection

Arc électrique

(1)

Electrodes enrobées (111)

Automatique sous flux solide M.A.G. avec fil fourré (136)

T.I.G.* (141)

M.I.G.** avec fil électrode fusible (131)

Electrogaz(73)

Plasma (15)

M.A.G.*** avec fil électrode de fusible(135)

Soudage des goujons (731)

Avec électrode au carbone (181)

Résistance électrique (2)

Par point (21) Par bossage (23)

Par étincelage (24)

En bout,résistance pure (25)

Optique (7) Laser (751)

Bombardement

électronique (76)

Laser (751)

Thermochimique (3) Aluminothermie (71)

Plasma-arc non transféré

Oxyacétylénique (311)

Oxypropane (312)

Oxhydrique (313)

Mécanique (4) Par pression à froid (48)

Par friction (42)

Par pression à froid (48)

Par ultra sons (41)

Par explosion (441)

A la forge (43) * Tungsten electrod - Inert Gas ** Métal Inert Gas ***Métal Active Gas

Page 36: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 36

1.4 SOURCES D’ENERGIE DE SOUDAGE ET APPLICATIONS INDUSTRIELLES

1.4.1 Arcs électriques

1.4.1.1 Principe

Un courant électrique de

caractéristiques définies, nature et

intensité, fait jaillir sous une tension

donnée un arc entre 2 électrodes,

au travers d'une colonne de gaz

ionisés, appelée plasma d'arc.

Dans les procédés de soudage à

l'arc, les plus courants, l'une des

électrodes est constituée par la

pièce à souder. La quantité de

chaleur dégagée par l'arc (5000 à

8000°c) électrique permet une

fusion instantanée des bords des

pièces à souder et du métal

d'apport.

figure 36 Mécanisme de l’émission électronique dans les arcs électriques libres

1.4.1.2 Énergie de soudage 1.4.1.2.1 Énergie nominale (En)

C'est l'énergie fournie au niveau de l'arc pour exécuter une soudure. Elle est fonction

de la tension d'arc entre les 2 électrodes (U), de l'intensité du courant de soudage (I) et

de la vitesse de soudage (?), vitesse à laquelle s'effectue le cordon de soudure

νIU

En⋅

=

Elle s'exprime en joules/cm, avec U en volts, I en ampères et ? en cm/s.

Exemple

Soit U = 30 V I = 600 A ? = 0,5 cm/s

Page 37: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 37

cm/J000365.060030

En =×

=

On peut également l'exprimer en kilojoules/cm

ν⋅

=1000

IU60En

avec En en kJ/cm et ? en cm/min, soit pour l'exemple choisi (v = 30 cm/min)

cm/kJ363010006003060

En =××

=

1.4.1.2.2 Énergie dissipée dans le joint soudé (Ed)

L'énergie fournie au niveau de l'arc n'est pas entièrement transmise aux pièces à

souder en raison des pertes par rayonnement et par convection de la colonne d'arc.

η⋅= nd EE

Le rendement énergétique de l'arc ?, varie en fonction du procédé de soudage, de la

nature du courant, de celle du matériau et de l'épaisseur des pièces à souder.

De nombreuses études expérimentales ont été faites dans ce domaine. On peut retenir

pour le rendement les valeurs données dans le tableau 2

Procédés de soudage Métaux Rendement de l'arc (?) Automatique sous flux solide Aciers 0,90 à 0,99

A l'arc, avec électrodes enrobées Aciers 0,70 a 0,85

Acier doux 0,65 à 0,85 M.I.G. Aluminium 0,70 à 0,85

T.I.G. Acier doux 0,22 à 0,48

courant continu Acier doux 0,36 à 0,46 courant alternatif Aluminium 0,21 à 0,43

Tableau 2

1.4.1.2.3 Énergie équivalente (Eq)

Elle est définie par la relation

Page 38: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 38

η⋅⋅= kEE nd

où k est un coefficient de correction qui tient compte de la géométrie du joint à souder.

La valeur du coefficient k est donnée par le tableau suivant. Conventionnellement le

rendement d'arc ? est pris égal à 1 pour les procédés à électrodes enrobées ou sous

flux solide, à 0,7 pour le M.I.G. et à 0,5 pour le T.I.G.

Sur plats k=1

sa

0 0.25 0.5 0.75 1

k 1 0.97 0.89 0.78 0.67

avec chanfrein

forme a 60° 75° 90° 105°

K 0.60 0.63 0.67 0.70

K 1.50 1.72 2 2.38

k 0.75 0.85 1 1.20

Tableau 3

1.4.2 Résistance électrique

1.4.2.1 Principe

Les différents procédés de soudage électrique par résistance s'appuient sur la loi de

Joule

tIRE 2 ⋅⋅=

On crée, localement, une résistance importante au passage du courant électrique afin

de concentrer l'échauffement en un point. La résistance dépend de la résistivité et de

la géométrie du conducteur.

Page 39: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 39

La résistivité est fixée par la nature des pièces à souder. On crée une résistance

élevée en réduisant la section offerte au passage du courant entre les pièces à

assembler (réduction de la section des électrodes au contact des pièces à souder

La résistance de contact dépend de l'effort de compression, de la température et de la

nature du matériau. Plus la pression augmente, plus la résistance de contact diminue.

A mesure que la température croît, sous l'effet de la pression la surface de contact

augmente, ce qui entraîne une diminution de la résistance. C'est entre les deux pièces

à souder que la résistance de contact est maximale : R2 > R1 ; il s'en suit un grand

dégagement de chaleur et c'est donc dans cette zone que se localisera la fusion.

figure 37 .Soudage par points, principe (1. électrodes en cuivre, 2. zone affectée par la chaleur, 3. zone fondue).

1.4.2.2 Principaux procédés 1.4.2.2.1 Soudage par points ou par points multiples (Fig.39)

Ce procédé s'applique au soudage des tôles d'acier, d'acier inoxydable, de cuivre,

d'aluminium, etc. Les épaisseurs à souder peuvent atteindre selon les métaux : e = 20

mm.

Pour le soudage des tôles

d'acier, la distance entre 2

points (pas), afin d'éviter

que le courant soit shunté

par le point voisin, doit être

d'environ P ≥ 3 Ø. La pince

d > 2 e + 4 évite

l'affaissement du métal sur

les rives de la tôle

figure 38 Soudage par points multiples : distance entre deux points et distance entre bord et point

Page 40: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 40

Applications (Fig.39) : tubes et fils en croix (bossages naturels) ; treillis soudés,

chaises et tabourets en tubes métalliques, fixation d'attaches sur tôles ou pièces

embouties. Soudage à la molette (Fig.40)

2 molettes ou 2 galets tournant en sens inverse remplacent les électrodes de soudage

par points. On effectue les soudures soit en points espacés (interruption du passage

du courant électrique), soit en soudure continue (sans interruption du passage du

courant électrique).

figure 39

Applications: Assemblage de tôles par recouvrement (e ≤ 3 mm), fabrication des tubes

métalliques à partir d'un feuillard, formés et soudés entre galets.

figure 40

1.4.3 Énergie thermochimique

1.4.3.1 Soudage au gaz

L’énergie est fournie par une flamme obtenue à partir de 2 gaz : un gaz combustible

(l’acétylène, l’hydrogène, le propane) mélangé à un gaz comburant (l’oxygène).

Page 41: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 41

Le chalumeau de soudage permet de collecter en proportion adéquate ces gaz et de

les faire passer par une buse à l'extrémité de laquelle se forme la flamme.

1.4.3.1.1 Puissance spécifique de la flamme.

Le diamètre de l'orifice de la buse et la pression des gaz déterminent la puissance

calorifique de la flamme, ainsi que la vitesse des gaz. Ainsi on défini les tailles de buse

donnant le débit en litres de C2H2 par heure.

n° 00 - de 10 à 63 I/h,

n° 0 - de 100 à 400 1/h,

n° 1 - de 250 à 1 000 1/h,

n° 2 - de 1 000 à 4000 1/h,

n° 3 > 4000 1/h

figure 41

1.4.3.1.2 Vitesse de soudage.

La vitesse à laquelle s'effectue le soudage dépend essentiellement de la température.

La chaleur se transmet de la flamme aux pièces à souder par convection forcée et,

dans une moindre mesure, par rayonnement (15%).

En soudage bout à bout, on peut l'exprimer par la relation V = k/e

V en m/h, e = épaisseur en mm , avec k = 12 pour acier doux, k = 30 pour cuivre, k =

60 pour aluminium

1.4.4 Soudage par aluminothermie

Pour obtenir la chaleur nécessaire à la fusion du joint à souder, on utilise la propriété

de la réduction de l'oxyde ferrique par l'aluminium suivant la réaction

Fe2O3+2 AI →A12O3+2 Fe+181500 cal.

Le soudage par aluminothermie s'applique aux très fortes sections soudées bout à

bout (rails, pièces massives en constructions lourdes).

Page 42: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 42

Les pièces à assembler sont désoxydées, enveloppées dans un moule, au droit du

joint. Après préchauffage des extrémités à souder, la charge en fusion est introduite

dans le moule (pour que la réaction exothermique se produise, le mélange doit être

porté à 1 300 °C environ).

figure 42 Soudage par aluminothermie; (a): moule prêt pour la coulée; (b): soudure avant ébarbage

1.5 PROCEDES DE SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE

C’est de loin la source d’énergie la plus utilisée ; il sera, donc, étudié de manière plus

approfondie.

Les procédés de soudage qui utilisent l'arc électrique comme source d'énergie diffèrent

dans leur principe en fonction d'un certain nombre de critères

• le type d'arc utilisé (arc libre ou plasma d'arc), • le mode de protection du bain de fusion (flux solide ou gaz), • le type d'électrode (fusible ou non fusible), • la mise en oeuvre opératoire (manuelle, semi-automatique ou automatique).

figure 43 Soudage à l'arc avec électrodes enrobées : schéma de principe

Page 43: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 43

1.5.1 Type d'arc utilisé

1.5.1.1 Arc libre

Voir arc électrique – Principe (Fig.36)

1.5.1.2 Plasmas d’arc

Si la colonne d'arc est soumise à une

convection forcée, à travers un orifice

de faible diamètre, l'étranglement de

l'arc "arc étranglé" (Fig.44) conduit à un

effet de striction et à une concentration

de l'énergie dans la zone centrale de

l'orifice de la tuyère, ce qui a pour effet

d'accroître la température (8000 à

25000°k).

figure 44

1.5.2 Type d'électrode

1.5.2.1 Électrodes enrobées

L’électrode comprend deux parties distinctes : l'âme métallique et l'enrobage.

1.5.2.2 Ame métallique

Elle sert de conducteur du courant de soudage et de métal d'apport, elle est

généralement en acier. Son diamètre caractérise celui de l'électrode.

1.5.3 Mode de protection

1.5.3.1 Enrobage

Il protège le bain de fusion. C'est un mélange très complexe qui conditionne très

largement la qualité du joint soudé.

1.5.3.1.1 Différents types d'enrobage

Enrobage rutile

Page 44: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 44

Le produit de support de l'enrobage est à base d'oxyde de titane (Ti O2) naturel (rutile)

avec très souvent une faible proportion de cellulose.

C'est l'électrode d'emploi général ; très maniable en toutes positions, elle fonctionne en

courant alternatif à basse tension à vide (U0 = 45 à 50 V) et en courant continu. Le

dépôt de métal d'apport est de belle présentation, avec de bonnes caractéristiques

mécaniques et une vitesse de soudage excellente.

Enrobage volatil, ou cellulosique

Il est du type rutile, mais fortement chargé en cellulose. Cela favorise le soudage

rapide, en position descendante, et permet, dans certains cas, une très forte

pénétration.

Enrobages acide et oxydant

A base de silicate de potassium (acide) ou d'oxyde de fer (oxydant) stabilisant l'arc,

ces électrodes sont à bas prix, produisant des soudures (soudage à plat seulement)

appropriées pour des travaux très ordinaires. Elles sont actuellement peu utilisées.

Enrobage basique

Cet enrobage est à base de carbonate de chaux, avec addition de fluorure de calcium

pour fluidifiant. L'enrobage basique, qui nécessite un arc court, donne une fusion en

grosses gouttes.

Les électrodes basiques présentent les meilleures caractéristiques mécaniques,

notamment en ce qui concerne la résilience. Elles sont utilisées pour les assemblages

de haute sécurité et à chaque fois que l'on a affaire à des aciers difficilement

soudables (aciers mi-durs, certains aciers faiblement alliés, etc.).

Enrobages spéciaux

Ils sont très souvent de type basique. En fait, chaque type d'enrobage correspond à

une nuance particulière d'acier ou à un emploi particulier.

Électrodes à apport par l'enrobage et électrodes à poudre de fer

On introduit des éléments sous forme de poudres métalliques dans le bain de fusion, à

partir d'une âme en acier doux. Les électrodes à poudre de fer ont surtout pour but un

Page 45: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 45

apport supplémentaire de métal (rendement de 120 à 200 %) d'où leur intérêt

économique (plus de métal, plus grande vitesse de soudage).

1.5.3.2 Flux de protection

Il remplit les mêmes fonctions que l'enrobage de l'électrode. Conducteur du courant

électrique, à chaud, il participe à la formation du bain de fusion, et assure sa

protection.

Les flux sont en général de deux type : solide ou gazeux.

Soudage automatique sous flux électroconducteur solide (arc submergé)

Le flux en poudre est déversé autour du fil électrode. Un arc électrique, libre, jaillit à

l'intérieur du flux, assurant la fusion simultanée des pièces à souder et du métal

d'apport. Le transfert du métal fondu dans l'arc de soudage a lieu par gouttelettes

enrobées de flux fondu. Protégé par sa gangue de laitier, le métal déposé est lisse et

brillant. L'excédent de flux qui n'a pas été fondu est récupéré par aspiration.

Soudage semi-automatique sous protection gazeuse (M.I. G. ou M.A.G.)

La chaleur nécessaire à la fusion des pièces à souder est fournie par un arc électrique

libre qui jaillit entre le fil électrode et les pièces. La protection de l'arc et du bain de

fusion est assurée par un gaz inerte (argon) ou un gaz actif (C02) qui donnent leur nom

aux procédés : M.I.G. (Métal Inert Gas) ou M.A.G. (Métal Active Gas).

figure 45 Soudage sous flux solide : schéma de principe

figure 46 Soudage sous flux gazeux : schéma de principe

Page 46: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 46

1.5.4 Détermination des conditions de soudage

1.5.4.1 Principaux paramètres de soudage

Les paramètres de soudage dans le cas de ces types de procédés sont :

1.5.4.1.1 Énergie de soudage

Elle ne doit être ni trop faible, ni trop élevée ; par exemple, pour les aciers, elle se situe

en général entre 20 et 35 kJ/cm, en fonction de la nature de l'acier à souder.

1.5.4.1.2 Tension d'arc

Elle agit, dans une certaine mesure, sur la largeur du dépôt ; cette dernière augmente

quand la tension de soudage croît. C'est elle qui conditionne le régime de transfert du

métal en fusion dans l'arc.

La tension d'arc dépend de l'intensité et varie de 20 à 40 V environ, en fonction du

procédé.

1.5.4.1.3 Dimension du fil ou de l'électrode

En soudage semi-automatique et automatique à paramètres (U, I, v) constants, la

pénétration est plus importante avec un diamètre de fil plus faible.

1.5.4.2 Détermination des conditions de soudage

1.5.4.2.1 Pénétration

La pénétration est directement proportionnelle à l'intensité. La figure 47 reproduit un

abaque qui donne la valeur de la pénétration en fonction de l'intensité, pour un

diamètre de fil donné et pour différentes vitesses de soudage.

Page 47: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 47

figure 47 Courbes de détermination de la pénétration en soudage automatique sous flux solide.

Exemple

Soudage de deux tôles en acier E24 d'épaisseur e = 8 mm, bord à bord sans chanfrein

et en deux passes (endroit, envers). Pour obtenir une pénétration totale, on prendra:

1re passe, I=400 A, v=50 cm/min., soit une pénétration P = 4 mm;

2e passe, I= 500 A, v = 50 cm/min, soit une pénétration P= 6

figure 48 .(P1+P2) > e

1.5.4.2.2 Largeur

La largeur du cordon est inversement proportionnelle à la vitesse à laquelle se déplace

la torche. L'abaque de la figure 49 (page suivante) indique, pour plusieurs valeurs de

l'intensité, la variation de la largeur du cordon en fonction de la vitesse de soudage.

Exemple

Page 48: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 48

Pour le soudage de deux tôles avec chanfreins, la dernière passe de remplissage

devra, si cela est possible, avoir au moins la largeur des chanfreins au bord des tôles.

Si, pour les deux tôles, e= 20 mm, avec des chanfreins en V à 60 °, la distance entre

les bords sera l≈ 22 mm ; l'abaque nous indique alors : v=40 cm/min pour 500 < I <

600 A.

1.5.4.2.3 Détermination de la masse de métal d'apport

Pour chaque type de chanfrein ou de soudure d'angle, existent des tableaux ou

abaques qui indiquent la masse linéique nécessaire.

A titre d'exemple, la figure 50 (page suivante) reproduit un abaque qui permet de

déterminer la masse linéique de métal d'apport pour des soudures d'angle en fonction

de leur forme (concave ou sensiblement plate) et de la hauteur a de leur gorge, avec

un rendement d'environ 0,95 % (fils ou électrodes enrobées classiques).

figure 49 Abaque de détermination de la largeur

Page 49: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 49

figure 50 . Abaque de détermination de la masse de métal à déposer pour les cordons d'angle.

La figure 51, elle, donne, pour les soudures exécutées avec des chanfreins en V, la

masse de métal d'apport nécessaire en fonction de l'épaisseur des pièces à souder.

(Pour apprécier par excès la quantité de métal d'apport pour des joints avec chanfreins

en X, il suffira de doubler la quantité nécessaire pour des chanfreins en V.) Ce type

d'abaque ne s'applique pas aux électrodes dont l'enrobage contient des éléments

métalliques d'addition (poudre de fer, chrome, nickel, etc.), qui ont un "rendement"

supérieur à 100 %, pouvant aller jusqu'à 200 % .

Exemples

Pour exécuter une gorge de hauteur a = 8mm (cordon concave) et de 1 m de longueur,

il faudra environ 6x 100=600 g de métal d'apport (Fig. 50). Pour souder deux tôles

d'épaisseur e=20 mm et chanfreinées à 70 ° sur une longueur de 1m, 22,5 . 100=2 250

g seront nécessaires (Fig. 51).

Page 50: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 50

figure 51 . Abaque de détermination de la masse linéique du cordon, en fonction de l’angle des chanfreins et de l’épaisseur des tôles.

1.5.4.2.4 Détermination du nombre d'électrodes nécessaires

La masse de métal d'apport déposé par électrode s'exprime en g, pour une longueur

d'électrode donnée. En général on considère la longueur totale de l'élec trode diminuée

de 50 mm. Exemple : électrode en acier doux Ø4, longueur 350 la masse de métal

déposé par l'âme métallique sera d'environ 28 g, poids correspondant à une longueur

de 300 mm.

Certaines électrodes ont un enrobage qui cotent des éléments d'addition (poudre de

fer, chrome, etc.) qui viennent s'ajouter à la masse de l'âme métallique, d'où un

"rendement" qui varie d'un type d'électrode à l'autre. Ce dernier est égal au rapport de

la masse de métal déposé à la masse de métal de l'âme qui a été fondu, et s'exprime

en pourcentage

100fondueâmel'demétaldemasse

déposémétaldemasser ×=

Les électrodes enrobées classiques ont en général un "rendement" d'environ 95 % ;

celui des électrodes dont l'enrobage contient des poudres métalliques peut atteindre

180 à 200 %*.

Page 51: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 51

Exemple

Pour exécuter une gorge de hauteur a=4 mm (cordon concave) sur une longueur de 1

m, la masse de métal d'apport devra être d'environ 150 g. Si l'on utilise des électrodes

Ø5, r= 95 %, longueur = 450 mm, ce qui correspond à une masse de métal fondu

d'environ 62 g, la masse de métal déposé sera 62x95/100≈ 58 g, soit un nombre

d'électrodes nécessaires : 150/58≈ 2,6 électrodes.

1.5.4.2.5 Détermination du nombre de passes 1.5.4.2.5.1 Soudage automatique

Les courbes de la figure 52 (page suivante) permettent d'apprécier, pour différents

diamètres de fils en acier doux et pour un courant de soudage continu, la masse de

métal d'apport déposée par minute en fonction de l'intensité.

Exemple

Pour exécuter une gorge de hauteur a=5 mm, cordon concave, il faut déposer 2,5 g/cm

de métal d'apport (Fig. 50). Avec I=600 A, le dépôt est d'environ 140 g/min ; si l'on

prend v=110 cm/min, le dépôt par cm de cordon sera donc de : 140/110=1,27 g. Aussi

serait-il nécessaire pour obtenir le résultat recherché d'exécuter 2 passes (1,27 x 2 =

2,54 g/cm). Cette solution est à écarter ; nous adopterons une autre vitesse de

soudage, qui permette un dépôt de métal d'apport suffisant en une seule passe, soit : v

=140/2,5 = 56 cm/min.

1.5.4.2.5.2 Électrodes enrobées

On détermine le nombre de passes pour déposer une masse de métal d'apport

nécessaire à partir du tableau 4, connaissant l'énergie de soudage minimale et la

consommation d'électrode pour une longueur de cordon.

Exemple

On souhaite exécuter un cordon d'angle concave, gorge de hauteur a=8 mm. Les

conditions de soudage imposées (facteurs métallurgiques) exigent une énergie

nominale En ≥ 18 kJ/cm. On peut obtenir cette énergie avec une électrode Ø5, à

condition que pour 10 cm d'électrode consommée, le cordon de soudure mesure 7 cm

(tableau4). D'autre part, pour exécuter un tel cordon, la masse de métal déposé doit

être de 6 g/cm (Fig. 50). Celle d'une électrode en acier Ø 5 de longueur utile 40 cm

Page 52: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 52

étant de 58 g, une consommation de 10 cm de cette électrode correspond à 58/4 =

14,5 g. A chaque passe, la masse de métal déposé sera donc de : 14,5/7 = 2 g/cm.

D'où un nombre de passes égal à : 6/2= 3.

figure 52 . Courbes de fusion. (Courant continu, polarité + à l’électrode). En (kJ/cm)\ Ø mm 2,5 3,2 4 5 6,3

6 6,4 10 16 21,2 -

8 4,7 8 12 16 23

10 3,8 6,5 9 12,7 18,3

12 3 5,2 8 10,6 16,8

14 2,5 4,5 6,5 9 14,4

16 - 3,8 5,6 7,9 12,7

18 - 3,4 5 7,1 11,2

20 - 3 4,4 6,3 10,1

25 2,4 3,5 5 8

30 - - 2,7 4,3 6,7

40 - - 2 3,2 5

50 - - - 2,6 4

Tableau 4.Valeurs de la longueur de cordon correspondant à 10 cm d'électrode

consommée, en fonction du diamètre de l'électrode et de l'énergie nominale du

soudage. Les valeurs usuelles sont dans la zone colorée. (D'après NF A 36.000.)

Page 53: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 53

1.5.4.2.6 Temps consacré au soudage

Le temps total consacré au soudage comprend d'une part le temps de fusion (temps

pur de soudage), d'autre part les temps morts (temps de non soudage) pendant

lesquels s'exécutent les manutentions des pièces, les mises en position, les réglages,

le piquage du laitier, le changement d'électrode, etc.,

1.5.4.2.6.1 Temps de fusion

1.5.4.2.6.1.1 Soudage automatique

Le temps de fusion est lié à la vitesse d'avance du chariot porte-tête de soudage. Cette

vitesse v s'exprime en cm/min ou en m/h, et l'on a la relation

fusiondetempssoudéelongueur

Cette vitesse peut s'exprimer aussi en masse de métal déposé par minute.

1.5.4.2.6.1.2 Soudage semi-automatique

La vitesse de fusion du fil est souvent exprimée en m/min, en fonction de l'intensité du

courant de soudage. On en déduit facilement le temps de fusion, connaissant la masse

de métal d'apport déposée par minute.

Exemple

Exécution d'une gorge de hauteur a=6 mm et d'une longueur de 1 m. La masse de

métal d'apport nécessaire est d'environ 3,2 g/cm (Fig. 50); il faudra donc 320 g pour un

cordon de 1 m. Si l'on prend les paramètres I= 600 A, fil Ø 4, la vitesse de fusion sera

de 140 g/min (Fig.52). On en déduit le temps de fusion : 320/140=2,28 min.

1.5.4.2.6.1.3 Soudage manuel avec électrodes enrobées

Le nombre d'électrodes nécessaires étant établi et connaissant le temps de fusion

d'une électrode, on peut déterminer aisément le temps pur de soudage. L'abaque de la

figure 53 donne pour différentes classes d'électrodes le temps de fusion en fonction de

l'intensité du courant de soudage.

Exemple

Page 54: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 54

Pour exécuter une gorge de hauteur a = 6 mm et de longueur 1 m, on prend une

électrode en acier Ø 6,3, enrobage rutile, r=95 % et de longueur utile 40 cm, ce qui

correspond à une masse de métal déposé de 93 g par électrode. Comme 320 g de

métal sont nécessaires (voir exemple ci-dessus), le nombre d'électrodes nécessaires

est de: 320/93=3,5 électrodes. Pour une intensité I=240 A, l'abaque (Fig. 53) nous

indique : t= 2,6 min/électrode Ø 6,3. Le temps de soudage est donc : 2,6 x 3,5 = 9,1

min.

figure 53 .Abaque de détermination du temps de fusion d'une électrode.

1.5.4.2.6.2 Temps morts

Au temps pur de soudage doivent s'ajouter les temps de non soudage : manutentions,

mise en position, réglages, changement d'électrodes, piquage du laitier, etc.

Pour le soudage à l'arc avec électrodes enrobées, on admet un coefficient d'utilisation

du poste de soudage (facteur de marche) qui peut varier de 25 à 60 % environ suivant

les travaux. Le tableau 5 donne quelques valeurs.

Page 55: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 55

Nature des travaux Atelier Chantier % % Charpente-chaudronnerie :

soudures courtes 30 20 soudures longues 35 à 25 Travaux de série, sur positionneur 50 à Travaux de rechargement 50 à 50 à 55 Soudage de tôles épaisses 50

Tableau .5. Coefficients d'utilisation d'un poste de soudage à l'arc

Si nous reprenons l'exemple précédent, le temps total de soudage, pour un coefficient

d'utilisation de 40% (soudures longues), sera donc de

min7,2240

1001,9t =

×=

1.5.4.2.7 Consommation d'énergie électrique

Pour évaluer la consommation d'électricité nécessaire aux opérations de soudage à

l'arc, il faut tenir compte à la fois de la consommation de l'appareil de soudage à vide

et en marche.

1.5.4.2.7.1 Consommation à vide

Le poste étant branché sans qu'il ne soit généré d'arc (non soudage), la consommation

est fonction des pertes à vide, elle se situe entre 0,1 et 0,6 kWh environ.

1.5.4.2.7.2 Consommation en marche

Si on néglige les pertes dans les câbles et en tenant compte du rendement de

l’appareil ?, on a:

tIU

tPonconsommati a ×η×

=×=

avec Pa puissance absorbée

Dans le cas du soudage avec électrodes enrobées, si l'on ne connaît pas avec

suffisamment de précision U et I, on peut utiliser directement les valeurs données dans

le tableau 6

Page 56: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 56

Classe Ø 2,5 Ø 3,15 Ø 4 Ø 5 Ø 6,3

R-B (rutile- 0,040 0,090 0,135 0,215 0,340 C (cellulosique) 0,036 0,080 0,120 0,190 0,300 A (acide) 0,030 0,068 0,105 0,160 0,260

Tableau 6.Consommation d'électricité, par électrodes d'acier en kWh

Exemple

On considère un temps de soudage de 20 min, les pertes dans les câbles secondaires

étant négligées.

1. Soudage automatique : U= 30 V, I= 500 A, rendement moyen du transformateur : ?

= 0,6. On en déduit kW25

6,050030

Pa =×

=

kWh3,86020

25tPéélectricit'donconsommati a ≈×=×=

2. Soudage avec électrodes enrobées de type basique Ø4, I=160 A, nombre

d'électrodes pour 20 min : 11, soit, d'après le tableau précédent,

kWh5,111135,0éélectricit'donconsommati ≈×=

Page 57: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 57

Normalisation des procédés de soudage

Page 58: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 fiche de préparation : Leçon 5

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 58

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : LE MOULAGE

MATIERE:

Techniques de production

OBJECTIF TERMINAL:

Appliquer les différents procédés de moulage

OBJECTIFS SPECIFIQUES:

• Présenter les différents procédés de moulage, • Critères de choix. • Comparaison des différents procédés de moulage,

PREREQUIS:

Dessin technique

AUDITEURS:

Etudiants des I.S.E.T, Profil : Génie mécanique, Option : tronc commun, Niveau : 2

DUREE:

1heure 30min x 2

EVALUATION:

Formative, Sommative.

SUPPORTS MATERIELS:

Tableau ; Rétroprojecteur,

Page 59: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 fiche de préparation : Leçon 5

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 59

Polycopie.

Page 60: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 60

11 MMIISSEE ŒŒUUVVRREE DDEE AALLLLIIAAGGEE PPAARR CCOOUULLEEEE –– LLEE

MMOOUULLAAGGEE

1.1 MOULAGE EN CONTINU

L’alliage maintenu liquide, alimente une filière refroidie à l'eau, l'avance du jet solidifié

se fait par séquences successives (le pas d'avance est lié au type de filière).

figure 54 Coulée d’un jet creux en alliage métallique

figure 55 Ensemble de coulée continue de jets pleins en fonte.

1.2 MOULAGE AVEC EMPREINTE

Obtention des pièces mécaniques par remplissage d'une empreinte avec un alliage

métallique en fusion.

Il existe deux formes de moulage

Moulage en moule non permanent : en sable (il est détruit après l'obtention de la pièce

décochage)

Page 61: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 61

Moulage en moule permanent : métallique (coquille : il permet le moulage d'un grand

nombre de pièces)

1.2.1 Moulage en moule non permanent

1.2.1.1 Moulage en sable

Le moulage en sable est un procédé simple, adapté

• au travail en petites séries • a la masse de la pièce • a la matière de la pièce • aux épaisseurs de parois de la pièce.

1.2.1.1.1 Moule

Les moules de ce type ne servent qu'une fois. Ils sont détruits (décochés) lors de

l'extraction de la grappe solidifiée.

Le sable est constitué d'un mélange de sable réfractaire, d'un liant (argile +résine) et

d'adjonctions susceptibles d'influencer les réactions entre la paroi et le métal liquide.

Le sable maintenu dans un châssis, est serré sur un modèle (forme de la pièce +

retrait). On donne de la dépouille au modèle afin de l'extraire facilement. Un jet de

coulée permet le remplissage du moule.

figure 56

figure 57 noyaux interne

Page 62: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 62

1.2.1.1.2 Obtention de l’empreinte

1.2.1.1.2.1 Moulage avec noyaux

Les formes intérieures

des pièces moulées

sont obtenues par

noyaux réalisés en

sable aggloméré

Les moules sont

réalisés à partir de

modèles ou de

plaques-modèles en

bois, en résine ou en

métal selon

l'importance de la

série et le type de

procédé de fabrication

du moule.

figure 58 noyau externe

Les noyaux sont construits à partir des boites à noyaux

figure 59

1.2.1.1.2.2 Moulage en carapace

C'est un procédé utilisant un mélange de sable siliceux sec 90% et de résine

thermodurcissable, ce mélange est mis en contact avec une plaque modèle

préchauffée à 300°c pendant 15 à 20 s la carapace ainsi formée, sèche et rigide

constitue un demi moule. L'assemblage de deux parties constitue le moule complet.

Page 63: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 63

Après coulée et refroidissement, la carapace est détruite, ensuite la pièce subit un

ébarbage.

Etape 1 : fermeture Etape 2 :

chauffage

Etape 3 :

retournement et

maintient

Etape 4 : ouverture Etape5 : Ejection de la carapace

figure 60 Exemple de préparation de la carapace

Cadence 50 à 60 pièces / heure ; IT = 0.15 mm ; Carapace de 4 à 8 mm

1.2.1.1.2.3 Moulage en cire perdue

Moule en une seule partie, réalisée autour d'un modèle sans possibilité de démoulage,

le modèle comporte la forme de la pièce ainsi du système de remplissage et

d'alimentation, le moule et le modèle sont détruits dans le cycle de fabrication de la

pièce moulée.

les conditions d'emploi sont

• pièces complexes et lourdes (jusqu'à 30kg) • Pas de joint • Excellent état de surface et précision dimensionnelle.

1.2.1.2 Cycle de fabrication

• Préparation du modèle ou des plaques modèles et des boites à noyaux • Confection de l'empreinte dans le châssis inférieur. • Extraction du modèle. • Confection du châssis supérieur avec le châssis inférieur • Confection du système de remplissage et d'alimentation (évents,

masselottes, chenaux, descentes) • Confection des noyaux

Page 64: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 64

• Remoulage (fermeture des moules) • Coulée de l'alliage liquide • Décochage de la pièce • Ebarbage • Reprise de la confection de l'empreinte d'un nouveau moule.

1.2.1.3 Définition du brut moulé

Plan de joint (plan dans la plus grande section de la pièce)

Dépouille intérieure et extérieure (modèle et noyaux)

1 à 3° pour les moules

5° pour le noyau, sont nécessaires pour le démoulage.

Surépaisseur d'usinage

Sens de coulée

Système d'alimentation (pour éviter la formation de retassures, il est composé de

masselotte: de refroidisseurs)

1.2.2 Moule permanent

On peut citer principalement trois techniques en moule permanent

• Le moulage en coquille par gravité • Le moulage en coquille sous pression • Le moulage par centrifugation • La coulée continue

On peut remarquer des points communs à ces différents procédés d'obtention de brut.

En particulier l'empreinte creuse qui donnera la forme définitive à la pièce réalisée de

telle sorte qu’elle soit utilisable pour un grand nombre de coulée. Ceci impose

principalement des contraintes géométriques sur les formes moulantes de telle sorte

que les pièces une fois solidifiées soient encore extractibles.

1.2.2.1 Moulage en coquille par gravité

Un moule métallique appelé « coquille » dans lequel on verse un métal à l'état liquide

Page 65: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 65

qui pénètre dans les différentes cavités formées par le moule sous l'action de la

pesanteur. Avantage :

• Meilleur état de surface (dû à la qualité des surfaces du moule)

• Meilleur tenu mécanique grâce à des vitesses de refroidissement élevées.

figure 61 Coulée gravitaire dans une coquille.

figure 62 Remplissage d’une coquille gravitairement, moule à joint vertical.

1.2.2.2 Moulage sous pression

figure 63 Moule métallique en coulée sous pression sur machine à chambre

froide à piston horizontal

1 Moule 2 Plateau mobile 3 Plateau fixe 4 Creuset 5 Groupe générateur d'énergie 6 Vérin d'injection 7 Colonnes de guidage 8 Système de genouillères

figure 64 Machine à couler sous pression à chambre chaude

Le métal en fusion est injecté dans le moule par l'intermédiaire d'un piston d'injection.

On peut distinguer deux procédés de moulage sous pression en fonction de la situation

du vérin d'injection par rapport au métal. Si le système d'injection est immergé dans

l'alliage en fusion, alors on parlera de coulée sous pression en chambre chaude, dans

Page 66: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 66

le cas contraire on parlera de moulage sous pression en chambre froide. La coulée

sous pression présente un intérêt pour les grandes séries

Fermeture du moule Injection Éjection

1 Colonnes 5 Partie moule fixe 9 Four et creuset 2 Plateau fixe 6 Ejecteurs 10 Chemise d'injection 3 Plateau mobile 7 Piston d'injection plongeur 11 Grappe moulée 4 Partie moule mobile 8 Col de cygne ou Gooseneck

figure 65 Moule d'une machine à chambre chaude

1.3 COMPARAISON DES TOLERANCES USUELLES DES DIFFERENTS

PROCEDES DE TRANSFORMATION DES METAUX

figure 66

Page 67: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 67

1.4 APPLICATIONS

1/Soit à réaliser la pièce suivante par moulage. Quantité 50 pièces (figure 67)

On demande de

• choisir le procédé de moulage adapté.

• donner la représentation du modèle.

• représenter la boite à noyaux.

• représenter le moule prêt au moulage

figure 67

2/Soit à réaliser la pièce suivante par moulage. Quantité 1000 pièces. Les trous de

diamètre 4 sont à réaliser par usinage. On demande de

• choisir le procédé de moulage adapté.

• représenter le moule prêt au moulage

figure 68

Page 68: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 68

3/ Soit à réaliser la pièce suivante par moulage. Quantité 1000 pièces. On demande de

• Choisir le procédé de moulage adapté.

• Localiser le plan de joint

• De représenter le moule prêt au moulage

figure 69

Page 69: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Fiche de préparation : Leçon 6

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 69

FICHE DE PREPARATION D’UNE LEÇON : FORGEAGE LIBRE

MATIERE:

Techniques de production

OBJECTIF TERMINAL:

Appliquer les différentes techniques de forgeage.

OBJECTIFS SPECIFIQUES:

• connaître les différents procédés de forgeage • analyse des déformations, • dimensionnements des presses.

PREREQUIS:

Les outils mathématiques élémentaires comportement des matériaux (notions élémentaires)

AUDITEURS:

Etudiants des I.S.E.T, Profil : Génie mécanique, Option : tronc commun, Niveau : 2

DUREE:

1heure 30min x 2

EVALUATION:

Formative, Sommative.

SUPPORTS MATERIELS:

Tableau ; Rétroprojecteur, Polycopie.

Page 70: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 6 : Forgeage libre

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 70

11 FFOORRGGEEAAGGEE LLIIBBRREE

1.1 MATERIEL UTILISE EN FORGEAGE LIBRE

Deux types d'engins

• engins travaillant par choc

• engins travaillant par pression.

figure 70

1.2 ANALYSE DES DEFORMATIONS

En comparant les formes et les diamètres entre les deux types d'action, on constate

que le choc a un effet plus superficiel, alors que la pression prolonge l'action jusqu'au

coeur de la pièce.

Si on conduit plus avant l'investigation par un examen macrographique (fig.71), on

remarque que les fibres sont déviées à une certaine distance de la surface, que le

métal se comporte comme si, à l'intérieur de la section, un volume resté rigide servait

de complément aux outils de déformation.

Ces volumes sont fréquemment désignés par «solides de frottement», leur enveloppe

limitant la séparation entre la matière en mouvement et celle immobile.

figure 71 Macrographie avant et après déformation

Page 71: Cours Techniques de Production

Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 6 : Forgeage libre

Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 71

1.3 ETUDE DU FORGEAGE LIBRE PAR PRESSE

1.3.1 Effort de déformation

On l'exprime par

p S F ⋅=

p la résistance

spécifique à la

déformation, est déduite

par le seuil de plasticité

(figure 72)

1

1

dh

k =

Connaissant la surface

finale sur laquelle on

figure 72

l'applique et la température du métal, il est facile de situer la presse capable de fournir

l'effort

1.3.2 Energie nécessaire

1

0

hh

V.p.LogE = où V :volume V déplacé par la résistance spécifique à la déformation p.

Ce résultat peut être exprimé par excès par la relation pratique

C.FE =

où F est la force précédente, C le déplacement de h0 à h1(E = énergie)

1.4 ETUDE DU FORGEAGE LIBRE PAR MARTEAUX

1.4.1 Energie nécessaire

Etant donnée la viscosité du métal travaillé, l'augmentation de la vitesse de frappe

entraîne celle de l'effort nécessaire pour la déformation demandée.

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Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 6 : Forgeage libre

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Cette remarque conduit, dans des conditions limites (presse très lente et vitesse

d'impact élevée) à multiplier l'énergie de la presse par 2,5 pour produire le même effet

par choc.

Il est ainsi possible de situer l'engin suffisant.

1.5 EVOLUTION D’UNE FORME PRISMATIQUE

Les solides de frottement orientent le cheminement de la matière par la direction des

contraintes normales à la surface de leur enveloppe.

Le métal s'écoulera vers la surface libre la plus proche, par le plus court chemin.Voici

quelques exemples.

1.5.1 Aplatissement total

Avec la diminution de h (à ≈h/3), le prisme à base carrée tendra vers une base

circulaire. Le prisme à base rectangulaire tendra vers une forme elliptique.

figure 73

1.5.2 Augmentation de la longueur par diminution de l'épaisseur

La surface S est soumise à une réduction de h0 qui tend vers h1, il se produit un

décollement Y des parties extérieures non déformées par étirage.

L'égalité des volumes (volume avant les coups = volume étiré + volume restant à

étirer), définit la forme géométrique de cette évolution qui est une courbe logarithmique

d'expression

?= 1/2 Log hl/h0

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Cette expression est faussée par l'élargissement C', sa précision croît si C" devient

grande devant L ou C ou si l'élargissement est évité par un outillage.

figure 74

1.5.3 Augmentation de la longueur par diminution de la section

Entre chaque action de l'outil, le lopin subit une rotation de, p /2. On observe une forme

en « marches d'escalier » qui est d'autant plus prononcée que le rayon d'angle R est

petit, et que les frappes sont plus amplifiées et moins nombreuses.

Si ces défauts sont atténués, on obtient une courbe d'expression

? = I Log( hl/h0)

à chaque rotation, l'élargissement précédent est réduit; ceci implique une suite

d'actions progressives qui éliminent l'utilisation d'une presse mécanique à course fixe.

figure 75

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1.5.4 Augmentation du diamètre par diminution partielle de

l’épaisseur.

Les formes extérieures n'évoluent pas librement. Elles sont tributaires de l'étirage de

l'anneau qui tend à diminuer h0 (courbe C1) alors que le frettage de ce même anneau

sur le métal chassé par le poinçon, tend à l'augmenter (courbe C2); d'où la tendance à

la section de forme trapézoïdale et à la courbe C théorique intermédiaire.

? = d/4 Log (hl/h0).

figure 76

1.6 APPLICATIONS PRATIQUES DU FORGEAGE

(Seul, sera examiné le forgeage au marteau-pilon ou à la presse).

1.6.1 Étirage.

Opération fondamentale du forgeage qui consiste à diminuer la section d'un lingot ou

d'une pièce pour augmenter sa longueur.

figure 77

Remarque.

L'écoulement unidirectionnel produit des fibres. Ces dernières sont bénéfiques pour la

résilience en long, néfastes en travers.

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Le taux de corroyage S/s = Section initiale/section finale qui est associé à ces résultats

est souvent limité, en grosse forge, entre 3 et 8 pour équilibrer les résiliences.

1.6.2 Étampage.

Opération terminale de l'étirage destinée à mettre au rond une section (fig. 12c). Pour

les moyennes et petites sections.

figure 78

1.6.3 Refoulement.

A l'inverse de l'opération précédente, il réduit la longueur pour augmenter la section.

Combiné avec l'étirage, il permet d'améliorer l'orientation du fibrage (cas du

refoulement des gros lingots en forge).

Il est intéressant dans certains cas où la

différence des sections est importante et

où les fibres doivent être parfaitement

orientées

Il est utilisé comme méthode de

fabrication sur les machines horizontales

à forger.

.

figure 79

1.6.4 Dégorgeage.

Opération permettant d'obtenir une brusque diminution de section. Selon la forme

désirée, un ou deux outils peuvent être utilisés, leur partie active étant plus ou moins

arrondie (fig. 15).

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figure 80 .Exemple : dégorgeage- étirage.

1.6.5 Poinçonnage.

Opération qui permet de percer un trou de diamètre déterminé dans une pièce pour

obtenir une pièce creuse.

figure 81 poinçons pleins pour petites pièces

figure 82 poinçons creux pour grosses pièces

1.6.6 Mandrinage.

Agrandissement des trous, calibrage

intérieur, souvent utilisé après un

poinçonnage

figure 83

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1.6.7 Bigornage.

Permet l'accroissement du diamètre intérieur d'une ébauche en créant une orientation

des fibres dans le sens tangentiel.

figure 84

Remarque : les opérations citées se pratiquent à chaud, à une température qui se

situe entre 800 et 1200 °C suivant les aciers.

L'intérêt que l'on porte au fibrage peut être montré par l'exemple de la fabrication d'un

vilebrequin.

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11 EEXXAAMMEENN 22000033//0044 SSEEMMEESSTTRREE 22

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22 DDEEVVOOIIRR SSUURRVVEEIILLLLEE 22000044//0055 SSEEMMEESSTTRREE 11

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33 ÉÉLLEEMMEENNTTSS DDEE CCOORRRREECCTTIIOONN DDUU DDSS 22000044//0055

SSEEMMEESSTTRREE 11

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44 DDEEVVOOIIRR SSUURRVVEEIILLLLEE 22000044//0055 SSEEMMEESSTTRREE 22

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55 EEXXAAMMEENN 22000033//0044 SSEEMMEESSTTRREE 22

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