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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
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
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
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 ................................
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,
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
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
++
=+
+
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
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
+π
= ++ enal360
aR2l
360aR2
lL 322
21
11
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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 −=+=
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.
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
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
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
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
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 ≤−
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,
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
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
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,
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
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.
Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage
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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.
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
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
Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage
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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
Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage
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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
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.
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
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).
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).
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
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
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
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
Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage
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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.
Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage
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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
Techniques de production -CI Niveau2 leçon 4 : Le soudage
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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
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).
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 %*.
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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
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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.)
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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
=ν
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
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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.
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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
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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 ≈×=
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Normalisation des procédés de soudage
Techniques de production -CI Niveau2 fiche de préparation : Leçon 5
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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,
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Polycopie.
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage
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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)
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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
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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.
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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
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage
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• 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
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage
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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
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
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 5: Le moulage
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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
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
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.
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
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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.
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 6 : Forgeage libre
Préparé par M’HEMED SAMIR ISET de Nabeul 09/11/2005 72
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
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 6 : Forgeage libre
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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
Techniques de production -CI Niveau2 Leçon 6 : Forgeage libre
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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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66 EEXXAAMMEENN 22000044//0055 SSEEMMEESSTTRREE 11
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77 EEXXAAMMEENN 22000044//0055 SSEEMMEESSTTRREE 22
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