Historique : traitements de grandes séries · 2018. 7. 19. · Assemblage par soudage laser Et le futur ? Gérer et minimiser les solutions de continuité Produire plus vite le traitement

Historique : traitements de grandes séries

Christian TOURNIER

Plan de l’exposé

• Quelques exemples historiques de passage à la grande série

• Enseignement de l’histoire et définitions sur les grandes séries

• Exemple d’évolution des traitements de trempe dans la masse et cémentation de pièces mécaniques de type engrenage

Séminaire Bodycote Air Liquide 18-19 octobre 2012

• 2100-1950 avant JC : première fabrication d’acier identifiée, morceau de couteau (site archéologique de Kaman Kaleoyuk (100 Km sud Ankara) (ref (1))

• 1400-1200 avant JC : Pièces cémentées avec objectif de durcir 900 avant JC : Hache Egyptienne cémentée durcie par trempe, avec arrêt de trempe (ref (2))

• 4ème siècle avant JC : herminette de El Mina (comptoir grec en Turquie) avec utilisation d’acier produit par cémentation (ref (3))

La production de l’acier par cémentation

Quelques points de repère




D’après (4)


Un problème de grandes séries

Au sujet du bon fer pour lequel vous m’avez écrit, le bon fer n’est pas disponible dans ma maison de Kizzuwatna. C’était une mauvaise période pour la production du fer. Ils produisent du bon fer maintenant mais il n’ont pas fini. Lorsqu’ils auront fini, je vous en enverrai. Aujourd’hui, je vous envoie une lame de dague en fer

Hattusil III, roi des Hittites, vers 1270 avant JC

La production d’acier par cémentation

Quelques dates relatives à l’acier obtenu par cémentation

Epoque romaine : pratique courante

1540 : Vanoccio Birunguccio publie De la Pirotechnia : production d’acier par cémentation dans la fonte

1614 : Brevet accordé à William Ellyott et Mathias Meysey pour « conversion du fer faite dans un four à réverbère avec des pots fermés contenant une certaine quantité de fer avec d’autres mélanges de substance…)17-19ème siècle : Production en grande série(1740 Hunstman, acier au creuset)1850-1850 : Apparition des procédés Martin et Bessemer pour la fabrication de l’acier..

1860 : Début du déclin de la production d’acier cémenté puis arrêt total des fabrication milieu du 20ème siècle



Le four de Derventcote1740. En service jusqu’à la fin du 19ème siècle

D’après (5)



Le four de Derventcote1740. En service jusqu’à la fin du 19ème siècle

D’après (‘4)



Usine de Peter Stubs and Co6 fours de cémentation de 22T, une halle de fusionDessin de 1842, usine maintenue en production jusqu’après la grande guerre

D’après (‘5)

La production des katanas




•Acier de base•Forgeage•Traitement thermique•Traitement de surface



Production de l’acier de base

Forgeage

Traitement thermique


Polissage


Avant le 7ème siècle : Jokoto, lames droites souvent fragiles7 au 14ème siècle : koto, raffinement de la forge, développement de la courbure, variation des dimensions, naissance d’un modèle commun15ème au 19ème siècle : shinto, ère d’échanges et de commerce (Momoyama) diminution de la qualité de l’approvisionnement en fer, perte des techniques de forge, quelques grands maîtres19ème siècle à nos jours : shin shinto, retour aux traditions, (titre de trésor national vivant 1890) disparitions des samouraïs, législation sur le port du sabre2ème guerre mondiale : showato, grande production; Période contemporaine : gendaito la tradition


La production des katanasQuelques dates relatives à production des katanas

Marché de la 2ème guerre mondiale :2.150.000 personnes susceptibles de porter un sabre (estimation des production koto, shinto, shin shinto : env 2.000.000 de lames produites)Coût d’un sabre traditionnel Yasukuni 100-125 YenCoût d’un showato 25 à 60 YensConséquences (production Arsenaux SEKI) :Abandon des aciers traditionnels au profit aciers souvent de récupération (utilisation de rails d’anciennes voies !)Barres usinées puis écrasement à la presse, meulage à la forme recherchéeTraitement thermique trempe dans la masse, ou traitement traditionnel, cémentation.



• Une pièce ou un composant, c’est – Une forme– Des caractéristiques d’emploi


Enseignement de l’histoire et définitions sur les grandes séries


• L’évolution des grandes séries dépend du composant et non du traitement

• Sur un composant complexe l’augmentation des productions conduit souvent à une segmentation des opérations de fabrication

• Le traitement peut n’être qu’une faible partie de la fabrication d’un composant et son importance peut varier


Exigences techniquesForme,

caractéristique, qualité fiabilité

Exigences de production Cout, délai, quantité

Exigences de milieu Concurrence, environnement - Réglementation


Quelques paramètres des traitements de grandes séries


• Artisanat– faibles quantités, grande diversité, personnel

qualifié (compagnons)• Produire puis vendre

– De la fin du 19ème siècle à 1975 (incluant les 30 glorieuses). Forte demande, très grande série, faible diversité (cas de la Ford T : n’importe quelle couleur pourvu qu’elle soit noire – Henri Ford)


Aspects économiques des séries


• Produire ce qui sera vendu– C’est l’après choc pétrolier (1975 à 1985) : gestion

des productions• Mondialisation

– Marchés concurrentiels, offre supérieure à la demande, séries importantes mais diversifiées. Produire ce qui est vendu mais renforcement de l’importance : qualité, cout délai


Aspects économiques des séries



Exemples d’évolution des traitements des pièces mécaniques


Elaboration acier

Traitement pour usinage(recuit isotherme)

Mise en forme par forgeage

Traitement pour caractéristiques finales

Usinage ébauche

Composant conforme aux dimensions et aux

caractéristiques d’emploi

cont

rôle

Demi produit

Usinage finition

Exemple de gamme de fabrication

Gérer et minimiser les solutions de continuité

Raccourcir la gamme (suppression intégration de phases de fabrication)

Améliorer la précision du traitement final ou les caractéristiques ou sa fiabilité

Produire plus vite le traitementExigences techniques

Forme, caractéristique, qualité fiabilité

Exigences de production

Cout, délai, quantité

Exigences de milieu

Concurrence, environnement - Réglementation

Exemples d’évolution des traitements des pièces mécaniques Optimisation des grandes séries

Changement du milieu de traitement

Produire plus vite le traitement






• 1825 : Brevet Mac Intosh pour l’emploi du gaz d’éclairage provenant de la distillation de la houille

• 1841 : début des recherches sur les gaz (Leplay, Gay Lussac…Giolitti)

• Années 1930 : installations industrielles





Four des usines Renault pour le traitement de petites pièces (en 1935) : le cément utilisé est soit du cément solide enrobé soit un hydrocarbure dilué dans un mélange d’azote et d’hydrogène obtenu par dissociation d’ammoniaque

D’après (6)

Produire plus vite le traitementAutomatiser et augmenter les

capacités


Atelier de cémentation de l’usine Citroën de Gutenberg en 1932D’après (7)Séminaire Bodycote Air Liquide 18-19 octobre 2012



Four sous atmosphère de Cowan (1931) Installé ensuite chez Chrysler


Automatiser et augmenter les

capacités

D’après (‘6)





Exemples : possibilité de supprimer des opérations de finitions, rectification …Maîtrise des déformations minimisation des opérations de redressage etc.

Compréhension des traitements

Améliorer la précision du traitement final ou les caractéristiques ou sa fiabilité

D’après (‘6)




-Apparition des traitements dans la chaude de forge : années 1980- Facilitation de l’usinage : aciers resulfurés aciers prétraités, années 1970

Progrès des autres phases de la gamme de fabrication



• Indication de la possibilité de cémenter sous vide 1890 (8)• Premiers travaux en RFA cémentation sous vide et sous plasma Dr Wuning 1976• Début des travaux PSA en 1976 et constitution d’une équipe PSA interne et

coopération ECM• 1977 : Document Y Pourprix sur la cémentation BP• 1977-8 : Essais de Jean Naudot INFRAFOURS cémentation sans plasma• 1978 : thèse Pierre Colignon sur la cémentation ionique• 1980 : ECM INFRAFOURS fournit un four à Paroi Froides Vertical, diamètre 300 mm

avec injection propane au centre de recherche de PSA Belchamp• Publication Y. Pourprix en 1982 sur la cémentation basse pression trempe gaz• Machine THOR STEIN HEURTEY en 1987, installée à SMAE Borny, en 1989, en

ligne d’usinage (abandonné en 1992)• 1988 : Développement d’un prototype appelé ICBP par ECM. La même année :

première application du procédé sur une pièce automobile de série pour la surcarburation de linguet de distribution moteur XUD11ATE en acier fritté

Changement de milieu

Pour traitement en ligne

Gérer et minimiser les solutions de continuité

D’après (‘9)



Exemple : Projet Européen 1990 Atelier flexibleEngrenage en tôles découpées sous flux pour traitement thermiqueAssemblage par soudage laser

Et le futur ? Gérer et minimiser les solutions de continuité



En conclusion• Le traitement est un élément de la construction d’un

composant, son existence est lié à la vie du composant.• Les évolutions des grandes séries agissent sur un grand

nombre de facteurs liés aux qualités exigées sur le composant

• Le traitement est un élément de gamme de fabrication et sa promotion passe par l’amélioration de sa précision et de ses performances ; la minimisation des solutions de continuités de fabrication, l’intégration d’éléments de la gamme

• Les différents procédés permettent de s’adapter aux exigences sur les gammes et celles relatives aux composants (exigences techniques de production et d’environnement )


Références• (1) The Hindu, 26 mars 2009• (2) H.C.H Carpenter, J.M Robertson. The metallography of some Ancient Egyptian

Implement. JISI CXX1 (1930) p 442• (3) R.Maddin, J.H Muhly, T.S. Wheeler, Scientific American (octobre 1977• (4) R. F Tylecote. A history of metallurgy. The Metal Society. Londres 1976• (5) K.C Barraclough. Steelmaking before Bessemer. Volume 1 Blister steel the birth of an

industry. The metal society 1984.• (6) Léon Guillet. La cémentation des produits métallurgiques et sa généralisation. Tome 1 :

cémentation des aciers par le carbone. Dunod. Paris 1935.• (7) La cémentation aux usines Citroën. Revue la Trempe Hougton. Numéro 1 avril 1932• (8) Robert Austin. JISI, 1,p 81 et 91• (9) M. Martin. Chronologie du traitement thermique de la pignonnerie de boite de vitesse du

groupe PSA Peugeot Citroen (à paraître dans traitement des matériaux)


Documents

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