Master Mecatronique Cours Fabrication Akourrigenie-indus.e-monsite.com/medias/files/cours-fabrication-akourri.pdf · 5-4- Calcul de la contrainte tangentielle ..... 14 5-5- Calcul

UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAADI

FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES

TANGER

FACULTE DES SCIENCES

TETOUAN

ACTIVITES PRATIQUESACTIVITES PRATIQUESACTIVITES PRATIQUESACTIVITES PRATIQUES

Module : Matériaux et Fabrication Mécanique

Partie : Technologie de Fabrication Mécanique

Par : Pr. O. AKOURRI

Enseignant – chercheur au département de génie mécanique

2008 / 2009

Par : Pr. O. Akourri Page 2

SOMMAIRESOMMAIRESOMMAIRESOMMAIRE

Chapitre 1- Génération de surfaces par enlèvement de matière ................................................................. 4 1- Tournage ...................................................................................................................................... 4

1-1- Les opérations et surfaces ......................................................................................... 4

1-2- Les opérations et les outils ....................................................................................... 4

1-3- Les conditions de coupe ........................................................................................... 5

2- Fraisage ........................................................................................................................................ 5

2-1- Les opérations et les surfaces ................................................................................... 5

2-2- Les outils .................................................................................................................. 6


3- Perçage ......................................................................................................................................... 7

3-1- Mode d’action........................................................................................................... 7


Chapitre II- Théorie de coupe ........................................................................................................................ 8

1- Usinage par enlèvement de copeaux ............................................................................................ 8

2- Conditions de coupe ..................................................................................................................... 8

3- Constatations expérimentales ....................................................................................................... 9

4- Usure des outils ............................................................................................................................ 9

4-1- Mécanismes de formation de l’usure ........................................................................ 9

4-2- Manifestations de l’usure ....................................................................................... 10

4-3- Lois expérimentales de l’usure « modèle de Taylor » ............................................ 11

5- Modélisation de la coupe ........................................................................................................... 12

5-1- Calcul de la section cisaillée ................................................................................... 13

5-2- Equation d’équilibre ............................................................................................... 14

5-3- Relation entre τ et σ ............................................................................................... 14

5-4- Calcul de la contrainte tangentielle ........................................................................ 14

5-5- Calcul de la résultante ............................................................................................ 15

5-6- Hypothèse de puissance minimale .......................................................................... 15

5-7- Expression des efforts de coupe ............................................................................. 15

6- Calcul pratique des efforts de coupe .......................................................................................... 16

6-1- Cas du tournage ...................................................................................................... 16

6-2- Cas du perçage........................................................................................................ 17

6-3- Cas du fraisage ....................................................................................................... 18

Application ..................................................................................................................... 18

Chapitre III- Optimisation des conditions de coupe .................................................................................. 20

1- Généralités ................................................................................................................................. 20

2- Les paramètres de la production ................................................................................................ 20

3- Recherche du temps de production ............................................................................ 20

4- Recherche du coût de production ............................................................................... 21

5- Optimisation selon le critère : coût minimum ............................................................ 21

6- Optimisation selon le critère : temps minimum ......................................................... 22

7- Choix d’une solution .................................................................................................. 23

Exercice n°1 ................................................................................................................... 23

Chapitre IV- Simulation d’usinage .............................................................................................................. 26

1- Définition ................................................................................................................... 26

2- Rappel sur les tolérances............................................................................................ 26

3- Contrat de phase ........................................................................................................ 26

2008 / 2009


3- Méthode des ∆l .......................................................................................................... 27

4- Exemples de simulation unidirectionnelle ................................................................. 28

Autres procédés de fabrication .................................................................................................................... 34

I- Formage ...................................................................................................................................... 34

1- Généralités ................................................................................................................. 34

2- Formage des produits massifs .................................................................................... 35

3- Formage des métaux en feuille .................................................................................. 38

II- Découpage par cisaillage ........................................................................................................... 40

III- Découpage fin .......................................................................................................................... 41

IV- Usinage chimique .................................................................................................................... 42

V- Moulage .................................................................................................................................... 42

1- Définitions ................................................................................................................. 42

2- Moulage en sable ....................................................................................................... 43

3- Moulage en coquille métallique ................................................................................. 43

4- Particularités du moulage........................................................................................... 44

VI- Autres procédés ....................................................................................................................... 46

2008 / 2009


CHAPITRE 1- GENERATION DE SURFACES PAR ENLEVEMENT DE MATIERE

1- Tournage

1-1- Les opérations et surfaces

Dressage : C’est la réalisation d’un plan perpendiculaire à l’axe de la pièce.

Chariotage : C’est la réalisation d’une surface de révolution ayant le même axe que la pièce.

Épaulement : C’est l’association d’un chariotage et d’un dressage (bleu).

Perçage : C’est la réalisation d’un trou dans la pièce. Il peut être débouchant ou non. N.B. En tournage, l’axe du trou est confondu avec celui de la pièce.

Gorge : C’est une rainure réalisée sur une surface cylindrique (intérieure ou extérieure).

Profilage : C’est la réalisation de surfaces quelconques, association de surfaces cylindriques, planes, coniques, sphériques ...etc.

1-2- Les opérations et les outils

Ébauche : L’ébauche permet d’enlever un maximum de matière en un minimum de temps. Cet outil devra résister à des efforts de coupe importants.

Finition : La finition est le dernier usinage d’une surface. On recherche la qualité (état de surface, géométrie ... etc.).

2008 / 2009


Tronçonnage et gorges : Il s’agit de couper une pièce en deux parties ou de réaliser une gorge à l’extérieur de la pièce.

Filetage : Obtention d’un filetage extérieur.

Alésage : Opération consistant à obtenir un trou de qualité à l’intérieur d’une pièce.

1-3- Les conditions de coupe

N.B. Pour le tronçonnage et les gorges, prendre 50% des valeurs ci-dessus.

2- Fraisage

2-1- Les opérations et les surfaces

Surfaçage : Le surfaçage est l’usinage d’un plan avec une fraise. (Surface rouge).

Épaulement : C’est l’association de deux plans perpendiculaires.

2008 / 2009


Les rainures : C’est l’association de 3 plans. Le plan du fond est perpendiculaire aux deux autres.

Poche : La poche est délimitée par des surfaces verticales quelconques (cylindriques et planes). C’est une forme creuse dans la pièce.

Perçage, Lamage, Alésage, taraudage : Ce sont des trous. Ils sont débouchant (1) ou non (2). Le perçage est l’obtention d’un trou lisse.

Le lamage (3) ou chambrage est une forme servant à noyer la tête de la vis.

L’alésage est une opération de finition servant à calibrer le trou.

Le taraudage est l’obtention du filetage à l’intérieur du trou.

2-2- Les outils

La fraise à surfacer : La fraise à surfacer permet de générer une surface plane qui est perpendiculaire à l’axe de rotation de la fraise.

La fraise deux tailles cylindrique : Elle permet la génération de plans perpendiculaires. Cet outil permet de travailler en plongée (comme un foret) s’il est équipé d’une coupe au centre.

Le foret à pointer : Il permet le positionnement d’un perçage.

Le foret : Permet le perçage des trous (tolérance H13).

L’alésoir : Permet la finition d’un trou (qualité H8, H7).

Le taraud : Permet l’obtention d’un filetage à l’intérieur d’un trou.

2008 / 2009



3- Perçage

3-1- Mode d’action

(1) guidage de l’outil ; (2) pièce ; (3) copeau


2008 / 2009


CHAPITRE II- THEORIE DE COUPE

1- Usinage par enlèvement de copeaux

L’enlèvement de la matière se fait à l’aide d’un outil.

Entrée dans la matière et épaisseur du copeau Cassure du copeau

2- Conditions de coupe

La détermination des conditions de coupe est d’une importance majeure, car ce sont ces conditions qui

influent sur l’économie de coupe et sur le prix de revient des pièces fabriquées.

Les facteurs à prendre en compte pour le choix des conditions de coupe sont :

- la surface à usiner : nature géométrique, état de surface,

- machine à utiliser : en fonction des caractéristiques de la surface à usiner,

- matière à usiner : dureté, résistance à la traction, usinabilité,

- outil coupant : en fonction des caractéristiques mécaniques de la matière à usiner (dureté de l’outil >

dureté de la pièce),

- vitesse de coupe, vitesse d’avance et profondeur de passe : ce choix se fait par exploitation des résultats

expérimentaux souvent donnés sous forme de tableaux,

- durée de vie des outils, en fonction des critères de production,

- puissance nécessaire et compatibilité avec celle de la machine.

Conditions de coupe

Puissance absorbée

Usure des outils

Prix de revient de la pièce fabriquée

Temps de fabrication

2008 / 2009


La puissance de coupe est l’énergie nécessaire pour effectuer l’enlèvement du coupeau par unité de temps.

Cette énergie dépend de l’effort de coupe qui lui même dépend de la section du copeau.

Les conditions de coupe peuvent être améliorées par :

- lubrification,

- forme de l’outil.

3- Constatations expérimentales

Dans le cas de la coupe du bois, on remarque qu’auprès de la tête de l’outil il y a formation des fissures suivie

par arrachement de la matière.

Dans le cas de la coupe des métaux il n’y a pas de fissuration mais un cisaillement par glissement relatif de

lamelles.

Avant arrachement Après arrachement

4- Usure des outils

L’usure de l’outil de coupe détériore l’état de surface de la pièce usinée et, arrivée à un certain niveau, elle

provoque l’inaptitude de l’outil à la coupe.

4-1- Mécanismes de formation de l’usure

Par définition, l’usure est la perte progressive de la matière de la surface active d’un corps à cause du

mouvement relatif d’un autre corps sur cette surface.

Dans le cas de l’outil de coupe, la partie tranchante qui est en mouvement relatif avec la pièce et le copeau,

est soumise à des sollicitations mécaniques et thermiques très intenses. L’étude détaillée du phénomène révèle

différentes formes d’usure :

- usure par effets mécaniques,

- usure par effets physico-chimiques.

� Usure par effets mécaniques :

o Usure adhésive : elle est provoquée par le transfert de métal d’une surface sur l’autre pendant

leur mouvement relatif dû à un processus de soudage en phase solide ;

o Usure abrasive (à sec) : Le déplacement de matière est produit par des particules dures.

Uabrasif = k.p.f.Vg avec: k : coefficient caractéristique des deux matériaux,

p : pression de contact,

f : coefficient de frottement,

Vg : vitesse de glissement.

o Usure érosive : Le mécanisme de l’usure est le même que précédemment, seulement, les

particules sont véhiculées par un fluide.

o Usure par fatigue : La variation cyclique des contraintes conduit à un détachement des

particules par fatigue.

2008 / 2009


� Usure par effets physico-chimiques :

o Usure corrosive :

� Corrosion au contact de l’air ou du lubrifiant,

� Corrosion chimique au niveau des molécules,

� Corrosion électrochimique au niveau des ions.

o Usure par diffusion : cette usure n’a lieu qu’à une certaine vitesse, donc à une certaine

température.

Evolution de l’usure par diffusion en fonction de la température.

La représentation sur un même graphique des divers mécanismes d’usure en fonction du régime de coupe

est comme suit :

4-2- Manifestations de l’usure

L’observation de la partie active de l’outil fait apparaître des formes d’usure caractéristiques qui

correspondent aux conditions dans lesquelles l’outil travaille.

- L’usure en cratère : Elle s’observe sur la face d’attaque de l’outil sous la forme d’une cuvette obtenue par

frottement intense du copeau. Elle est caractérisée par la profondeur KT et par le rapport KT/KM ;

2008 / 2009


- L’usure en dépouille : Elle s’observe sur la face en dépouille principale de l’outil. Elle apparaît suivant

une bande striée brillante et parallèle à l’arrête de coupe. On la caractérise par la droite associée aux

crêtes situées sur la face de dépouille VB ;

- L’usure par effondrement d’arrête : L’effondrement de l’arrête de coupe ou la mort de l’outil se

manifeste lorsque :

o la vitesse de coupe est trop importante,

o la dureté du matériau à usiner est supérieure à celle de l’outil, ou

o la structure du matériau à usiner n’est pas homogène et présente des points durs.

- L’usure en entaille : Elle est due à l’écrouissage local de la pièce et elle est caractérisée par un VBN très

important devant VB. Cette entaille provoque un affaiblissement du bec de l’outil qui peut aller jusqu’à

la rupture.

- L’usure par fissuration des faces en dépouille et des faces de coupe : Cette usure résulte du choc

thermique. C’est le cas des outils en carbures métalliques soumis à un travail de coupe lubrifié par

intermittence.

Fissuration d’arête de coupe Evolution de l’usure en cratère et de l’usure en entaille en fonction de

la vitesse de coupe.

4-3- Lois expérimentales de l’usure « modèle de Taylor »

Le besoin de lier l’usure des outils aux conditions de coupe a permis de traduire les résultats expérimentaux

sous forme de lois empiriques établies :

- pour un outil de géométrie donnée,

- pour un matériau à usiner donné,

- pour des conditions de lubrification.

Les lois d’usure d’un outil de coupe représentent la variation du temps effectif de coupe T en fonction des

conditions géométriques et cinématiques de l’usinage.

Les lois sont de la forme : T = f(V, f, a)

ou : T = f(V, f)

ou plus simplement : T = f(V)

Cette dernière loi est la plus facile d’emploi, et elle a été développée par Taylor.

L’allure de l’usure en fonction du temps à vitesse constante est comme suit :

2008 / 2009


Evolution de l’usure en fonction du temps à vitesse de coupe constante.

Pour un critère limite de durée de vie U*, nous obtenons les temps correspondants T1, T2, T3, … En

reportant les couples (V1, T1), (V2, T2), (V3, T3), … sur un graphique bilogarithmique nous obtenons :

Evolution de la durée de vie de l’outil en fonction de la vitesse de coupe.

Pour des vitesses de coupe usuelles avec les outils de coupe actuels, cette courbe est assez proche de la

droite en coordonnées logarithmiques,

Le modèle proposé par Taylor est : T = Cv.Vk

Où : T : temps effectif de coupe (durée de vie de l’outil en minutes),

V : vitesse de coupe (m/min),

k : coefficient qui dépend surtout de l’outil (-12 <k< -1),

Cv : coefficient qui dépend du matériau usiné et des conditions de coupe (104<Cv<1014).

5- Modélisation de la coupe

Le but recherché par cette modélisation est d’estimer les efforts de coupe engendrés par le contact

copeau/outil avec les hypothèses suivantes :

- le métal usiné est homogène et isotrope,

- la coupe est orthogonale,

- le rayon du bec de l’outil est nul.

2008 / 2009


- En appliquant le modèle de frottement de Coulomb, la force Q de contact copeau/ outil se trouve sur le cône de

frottement.

avec tgϕ est le coefficient de frottement entre le copeau et l’outil.

- Sur le plan de cisaillement, l’effort R se décompose en une force normale N et une force tangentielle T.

avec :

N = σ . aire de la section cisaillée,

T = τ . aire de la section cisaillée.

5-1- Calcul de la section cisaillée

Si « L » est la longueur de coupe, l’aire de la section

cisaillée est :

Aire = OA . L avec : OAS

OAAC==φsin

D’où : φsin.LSAire=

D’où les efforts de cisaillement sont :

=

=

φτ

φσ

sin..

sin..

LST

LSN

2008 / 2009


5-2- Equation d’équilibre

A l’équilibre du copeau, on a : 0rrr

=+RQ

avec :

+−=+−=

)cos(.)sin(.

φγϕφγϕ

QTQN

d’où : ( )φγϕτσ +−== tg

TN

( )φγϕτσ +−=tg

(1)

5-3- Relation entre ττττ et σσσσ

Au moment de détachement du copeau, les deux contraintes τ et σ sont liées par les lois de la plasticité. La loi

de Caquot Brigman donne :

gCcot.0 σττ += (2)

avec :

5-4- Calcul de la contrainte tangentielle

(1) et (2) donnent : ( ) gCtg cot..0 γϕτττ −+Φ+=

( ) gCtg cot.10

γϕττ −+Φ−=

2008 / 2009


5-5- Calcul de la résultante

on a : ( )QT=−+Φ γϕcos or : Φ=

sin.. SLT τ

=> ( )γϕτ

−+ΦΦ=cos.sin

.. SLQ or: ( ) gCtg cot.10

γϕττ −+Φ−=

d’où:

( )γϕτ

+−Φ−Φ=C

CSLQsin.sin

sin...0

En pratique, on peut calculer l’angle Φ par la mesure de l’épaisseur du copeau e et la détermination du

rapport de compression :

)cos(sin

γφφ−=

eS

5-6- Hypothèse de puissance minimale

On cherche à calculer l’angle Φ.

Au moment de la coupe, on a :

=∂∂=

0.

φP

VFP V

avec V : la vitesse de coupe.

−=−=

)sin(.)cos(.

γϕγϕ

QFQF

f

V

=> 0=∂∂

φVF

=> ( ) 0sin.sin

)cos(.sin...0 =

+−Φ−Φ−

∂∂

γϕγϕτ

φ CCSL

=> 02 =+−Φ− γϕC

=> 2ϕγφ ++=C

5-7- Expression des efforts de coupe

En remplaçant Φ par son expression, on obtient :

Par : Pr. O. Akourri

Inconvénient de ce modèle :

Difficulté de mesurer l’épaisseur du copeau.

6- Calcul pratique des efforts de coupe

6-1- Cas du tournage

(1) Chariotage ; (2) Plongée ; (3) copeau

Les composantes de l’effort exercé par l’outil sur le copeau sont

FT : effort tangentiel,

FA : effort axial,

FR : effort radial,

Expérimentalement : 0,2.F

avec FT = A.kS où

Φ−=

Φ−=

20

20

sin)sin(.sin...

sin)cos(.sin...

γϕτ

γϕτ

CSlF

CSlF

f

V

Difficulté de mesurer l’épaisseur du copeau.

Calcul pratique des efforts de coupe

Cas du tournage

Les cales (1) situent l’arête de l’outil (2) à hauteur de l’axe (3) du tour,

après serrage des vis (4) de la tourelle (5).

(6) dépassement réduit.

Le dépassement (1) de la pièce (5) tient compte de la surépaisseur (2), de la distance (3) et de la sécurité

Les composantes de l’effort exercé par l’outil sur le copeau sont :

tangentiel,

0,2.FT≤≤≤≤ FA≤≤≤≤0,3.FT et 0,1.FT≤≤≤≤ FR≤≤≤≤0,2.FT

où A : section du copeau,

kS : pression spécifique de coupe.

2008 / 2009

Page 16

Le dépassement (1) de la pièce (5) tient compte de la surépaisseur (2), de la distance (3) et de la sécurité

(4).

2008 / 2009


Quelques valeurs de kS :

Matière Dureté Brinell

(daN/mm²) kS en (daN/mm²) pour avance en mm/tr 0,1 0,2 0,4 0,8

Acier XC 38, XC 45 19 à 32 320 230 170 124 Acier inoxydable 38 à 44 520 375 270 192 Fonte alliée 250 à 400 320 230 170 120 Laiton 80 à 120 160 115 85 60

La puissance (en W) nécessaire pour réaliser une opération de chariotage à une profondeur de passe « a

(mm) », avec une avance par tour « s (mm)» et une vitesse de coupe « V (m/min)» sur un tour dont le rendement est

« ηηηη » est :

η.60... VksasP=

6-2- Cas du perçage

Mode d’action du forêt hélicoïdal : (1) guidage de l’outil ; (2) pièce ; (3) copeau

Fixation : Dans la broche (1) ; (2) cône de centrage de l’outil ; (3) tenon

d’entraînement engagé dans la lumière (4) de la broche. En mandrin (5) à trois mors ; (6) outil à queue cylindrique ; (7) mors ; (8) couronne de serrage.

η180... VksDsP=

avec : D le diamètre du forêt (mm) et ks, dans le cas du perçage, est donné comme suit :

Matériau ks (N/mm²)

Acier 1500 à 2800 Fontes 1900 Laitons 1400 Alliages d’aluminium 1200

2008 / 2009


6-3- Cas du fraisage

Mode d’action : Fraisage en opposition : de face

(1), de profil (2) ; (3) copeau.

Principales opérations : Dressage : de profil à la fraise une taille (1), de face à la

fraise tourteau (2) ou deux tailles (3). Angles rentrants à la fraise deux tailles (4) et (5). Rainurage à la fraise trois tailles (6).

Dans le cas de l’usinage avec outils en acier rapide et usinage à faible vitesse de coupe :

η.0DDP=

avec : P : puissance absorbée par le moteur (W),

D : débit de copeaux (mm3/min) pour l’opération considérée,

D0 : débit unitaire moyen (mm3/min/W),

η : rendement de la machine.

Matière

Aci

er 4

0<

R<

50

Aci

er 5

0<

R<

60

Aci

er 6

0<

R<

70

Aci

er 7

0<

R<

80

Aci

er 8

0<

R<

90

Aci

er 1

00

<R

Fo

nte

s

Lai

ton

s

Alli

ages

d

’alu

min

ium

D0 (mm3/min/W)

14 13 12 11 10 9 22 43 75

Application

A une vitesse d’avance de 100mm/min et en une seule passe, on veut exécuter les trois opérations ci-dessous

sur une pièce en laiton. La machine utilisée est une fraiseuse de puissance au moteur 300W et de rendement 75%.

Les trois outils sont en acier rapide.

2008 / 2009


Opération n°1 Opération n°2 Opération n°3

1- Quelle est la puissance nécessaire pour la réalisation de chacune de ces trois opérations ?

2- Quelles sont les opérations irréalisables en une seule passe ?

2008 / 2009


CHAPITRE III- OPTIMISATION DES CONDITIONS DE COUPE

1- Généralités

L’optimisation est la recherche de la solution la plus satisfaisante suivant un critère choisi.

Exemples : Critères

- optimiser le prix d’usinage d’une pièce, - coût minimum,

- optimiser le temps d’usinage d’une pièce, - durée minimale,

- optimiser le stock de matériel, - quantité maximale.

2- Les paramètres de la production

• Le coût d’une pièce :

Les composantes du prix de revient d’une pièce sont :

- coût machine (amortissement, entretien, salaire opérateur) ;

- coût montage (prix du montage à amortir sur l’ensemble de la série) ;

- coût relatif à l’usure de l’outil (plaquettes, porte plaquettes, arrêt machine pour réglage, …) ;

• Le temps de production :

- Les temps auxiliaires (changement de pièce, prises de passes, …) ;

- Le temps de coupe ;

- Les temps de changement d’outils.

• Position du problème :

On a :

Ct = f (pièce, machine, nombre de passes, vitesse de broche (N), vitesse d’avance (s))

Le problème est de chercher les conditions de coupe « N » et « s » tel que Ct soit minimal,

=∂∂

=∂∂

0

0

sCtNCt

3- Recherche du temps de production

Soient : Tt : temps de production,

Tc : temps de coupe,

Ta : temps auxiliaires (montage pièce, démontage, prise de passes),

Tvb : temps de changement d’outil (à répartir sur le nombre de pièces usinées),

T : durée de vie de l’outil, avec :

T = k.Vn (modèle de Taylor)

T = C.sx.ay.Vn (modèle de Gilbert)

où : s : avance (mm/tr),

a : profondeur de passe (mm),

V : vitesse de coupe (m/min),

T : (min)

Tt = Tc + Ta + (Tc/T).Tvb (1)

2008 / 2009


Tvb divisé par le nombre de pièces

usinées par un même outil.

En tournage par exemple,

on a : VsDLTc..1000

..π=

avec : D : diamètre de la pièce,

L : longueur à usiner.

(1) devient : nyxvb

VasCT

VsDLTa

VsDLTt

....

..1000..

..1000.. ππ ++=

4- Recherche du coût de production

Soient : P0 : coût machine (DH/min),

P1 : prix de revient d’une arête de coupe,

Pa : coût auxiliaire de lancement de la série ramené à une pièce.

Pt = P0.Ta + P0.Tc + P1.(Tc/T) + Pa (2)

5- Optimisation selon le critère : coût minimum

• Pour une avance donnée « s » :

Déterminons la vitesse de coupe V qui nous donnera le prix de revient mini.

=> 0=∂∂

VPt

(2) => nyx

ePasCPnV

0

1

...).1( +−=

Cette vitesse est dite « économique » et elle est notée « Ve ».

Remarques : n < -1,

Ve dépend de l’avance choisie.

La durée économique d’utilisation de l’outil :

On a : n yx PasCPn

Ve0

1

...).1( +−=

=> 0

1).1(...PPnVasC n

eyx +−=

=> Te =0

1).1(PPn+−

- Te est indépendant de l’avance choisie,

- Te est fonction du rapport : coût arête d’outil / coût machine,

2008 / 2009


Donc, si P0 ↑ alors Te ↓ (commande numérique)

et si P1 ↑ alors Te ↑ .

• Pour une vitesse de coupe donnée :

à V constant, cherchons l’avance s tel que : 0=∂∂

sPt

(2) => xnyePVaCPxs

0

1

...).1( +−=

De même, à une vitesse V constante, le temps économique d’utilisation de l’outil est :

Te =0

1).1(PPx+−

• Recherche du point optimum :

Etant donné que n est généralement différent de x, alors les deux dérivées ne s’annulent pas simultanément.

• Allure du prix total en fonction de s et V :

Evolution du prix de production en fonction de la

vitesse de coupe à vitesse d’avance constante

Evolution du prix de production en fonction de la

vitesse d’avance à vitesse de coupe constante

6- Optimisation selon le critère : temps minimum

L’objectif recherché est la production d’un maximum de pièces.

On a :

Tt = Tc + Ta + (Tc/T).Tvb

• Pour une avance choisie :

La vitesse optimale Vo est :

2008 / 2009


nxy

vb

saCTnVo

..).1( +−=

d’où le temps optimum de durée de vie de l’outil :

To = vbTn ).1( +−

• Pour une vitesse de coupe choisie :

L’avance optimale so est :

xny

vb

VaC

Txso

..).1( +−=

et le temps optimum de durée de vie de l’outil est :

To = vbTx ).1( +−

• Remarque :

Pour les outils carbures, n ≅ -4 et x ≅ -1,2, donc :

- à s donné : To = 3.Tvb,

- à V donné : To = 0,2.Tvb.

7- Choix d’une solution

• Rappel :

- Prix de revient mini : n yx PasCPn

Ve0

1

...).1( +−= x

nyePVaCPxs

0

1

...).1( +−=

- Production maximale : nxy saC

TvbnVo..).1( +−= x ny VaC

Tvbxso

..

).1( +−=

• Limitation en puissance :

Pour une avance et une puissance données, il existe une vitesse de coupe limite Vl qu’il ne faut pas dépasser.

• Limitation des avances :

L’état de surface et les tolérances de la pièce à usiner dépendent de la vitesse d’avance. Des recommandations

générales sont données sous forme de tableaux.

• Choix des vitesses :

La plupart des machines possèdent une gamme limitée d’avances et de vitesses de broche. Il faudra choisir

une vitesse proche de la vitesse optimale.

Exercice n°1

Sur un tour parallèle, un sous-traitant veut fabriquer en série la pièce ci-dessous à partir d’un rond de

diamètre 70 mm, avec comme seul critère le coût minimum de fabrication.

2008 / 2009


• Caractéristiques du Tour :

- puissance moteur : 10 Cv (1Cv = 736W),

- rendement de la chaîne cinématique de la machine : 70%,

- vitesse d’avance :

0.0500 0.1000 0.2000 0.4000

0.0562 0.1125 0.2250 0.4500

0.0625 0.1250 0.2500 0.5000

0.0687 0.1375 0.2750 0.5500

0.0750 0.1500 0.3000 0.6000

0.0812 0.1625 0.3250 0.6500

0.0875 0.1750 0.3500 0.7000

- vitesse de la broche :

45 160 640

57 200 800

71 250 1000

90 320 1260

114 400 1600

142 500 2000

• Caractéristiques de l’outil :

- On utilise un porte-outil à plaquette carbure. Le modèle de durée de vie choisi est celui de Gilbert

(T = C.sx.ay.Vn) avec n=-4, C=2.9*109, x=-1.2 et ay=1. La pression spécifique de coupe associée

au matériau à usiner est donnée en fonction de la vitesse d’avance comme suit :

s (mm/tr) 0.1 0.2 0.4 0.8 ks (Kg/mm2) 360 260 190 136

- Le prix d’achat du porte-plaquettes est de 156.50 DH avec une durée de vie de 400 arêtes de

coupe.

- Le prix d’achat d’une plaquette à deux arêtes de coupe est de 20 DH, et on considère que 12% des

arêtes sont inutilisables (défaut, rupture, …).

• Les temps :

- Temps de montage de la pièce : 0,2 mn,

- Temps de démontage de la pièce : 0,16 mn,

- Cycle complet de prise de passe : 0,2 mn,

- Temps de remplacement de la plaquette par le même opérateur : 1 mn,

• Les coûts :

- Horaire moyen ouvrier + machine = 120 DH.

1- Calculer :

a. le prix par minute de la machine Po,

b. le prix de revient de l’arête de coupe P1,

c. le temps auxiliaire (le temps de mise en place de la pièce et de la passe) ta,

2- Pt en fonction de V :

2008 / 2009


a. Tracer la courbe Pt en fonction de V (s=0.3, V comprise entre 50 et 400 m/mn et elle sera calculée

pour D=70 mm). Définir la vitesse économique de coupe.

b. Evaluer la plage de vitesse de coupe correspondant au coût mini avec une marge de 1% ; quelle vitesse

de broche choisissez-vous ?

c. Calculer la vitesse de coupe économique en considérant une vitesse d’avance de 0.3mm/tr et :

� P1, Po,

� 1.1*P1, Po,

P1, 1.1*Po, donner une conclusion. Que se passe-t-il si on désire effectuer l’usinage sur une

machine plus sophistiquée avec le même outil ?

3- Vitesse économique :

a. Calculer la vitesse économique de coupe pour : S = 0.1, 0.2, 0.4 et 0.8.

b. Tracer la courbe coût total en fonction de s lorsque l’on choisit la vitesse économique.

2008 / 2009


CHAPITRE IV- SIMULATION D’USINAGE

1- Définition

C’est la simulation du comportement dimensionnel d’une pièce sur chaque machine d’usinage afin d’établir

le dessin de définition de la pièce brute et les contrats de phases.

Ces contrats permettent :

- le réglage et la mise en place de la phase d’usinage sur la machine,

- le contrôle de la pièce après chaque usinage.

2- Rappel sur les tolérances

2-1- Tolérances de formes (voir métrologie)

2-2- Tolérances de position (voir métrologie)

3- Contrat de phase

Le contrat de phase est un document contractuel : il précise ce qui doit être respecté dans le cadre de la

mise en oeuvre de la phase d'usinage pour permettre l'obtention d'une pièce finie conforme au dessin de définition

de produit fini en fonction de la gamme opérationnelle choisie :

Les opérations prévues sur la gamme opérationnelle sont ordonnées. Pour chaque opération, le nombre de

passes est déterminé, la réalisation éventuelle d'une ébauche et d'une demi-finition est alors prévue.

La mise en position et le maintien en position sont définis : la symbolisation géométrique (s'il s'agit d'un

contrat prévisionnel) ou technologique (s'il s'agit d'un contrat validé et définitif) est placée sur le croquis.

Les spécifications de fabrication (caractéristiques de la pièce en fin de phase à respecter) sont placées sur le

croquis : ces spécifications sont dimensionnelles ou géométriques, de forme et d'état de surface. La détermination des

spécifications de fabrication pour une phase, à partir du dessin de définition et de la gamme, est obtenue par une

opération de calcul appelée "simulation d'usinage".

CONTRAT DE PHASEN°DE

Ensemble :

Pièce :

Matière :

Machine :

Porte-pièce :

Opérations Outils Vm/min

Nt/min

Date : Programme:

Ref :

Nom :

Code :

fmm/t

Vfmmmin

amm

n

croquis de la pièce après usinage, en positiond'usinage avec silhouette des outils,symbolisation de la mise en position,

spécifications de fabrication et origine programme

paramètres de coupepour chaque opération

liste des outils et outillagespour chaque opértationliste ordonnée des opérations

informations diversespermettant

l'identification de lapièce, de la phase etdes moyens mis en

oeuvre

2008 / 2009


3- Méthode des ∆∆∆∆l

3-1- Observations

L’expérimentation montre que sur l’ensemble d’une série, les surfaces 0, 1 et 2 ne prennent jamais

exactement les mêmes positions à cause de :

- la dispersion des butées,

- l’usure des outils,

- la différence de réglage des outils.

3-2- Modélisation

Sur l’ensemble de la série, les surfaces vont se situer dans une plage de largeur ∆l. La valeur de ∆l i dépend

de :

- type de butée,

- la qualité de la machine,

- la qualité des surfaces,

- la durée d’utilisation des outils, …etc

Soit ITC l’intervalle de tolérance de la cote C, on a :

ITC01 = C01 max - C01 min

= ∆l0 + ∆l1

ITC02 = C02 max - C02 min

= ∆l0 + ∆l2

ITC12 = ∆l1 + ∆l2

3-3- Objectif de la méthode L’objectif de cette méthode est de pouvoir faire le choix de :

- la machine qui permettra la réalisation des formes de la pièce avec une précision compatible avec les tolérances,

- la durée de vie des outils pour réduire si nécessaire les variations de dimensions en cours d’usinage,

- les butées de fin de course pour mettre en place les surfaces usinées.

3-4- Notations


- numérotation des surfaces de gauche vers la droite,

- la dispersion ∆l i avec « i » numéro de la surface concernée,

- la dispersion de remise en position est notée

4- Exemples de simulation unidirectionnelle

On veut simuler l’usinage du corps de palier d’un mécanisme non représenté ici, afin d’élaborer les contrats

de phases conformément au projet de gamme d’usinage et au dessin de définition de la pièce à produire. On

n’étudiera que la direction suivant l’axe de la pièce.

4-1- Dessin de définition « Corps de palier

4-2- Projet de gamme d’usinage :

Les essais expérimentaux ont montré que

- la dispersion de reprise sur une surface usinée est de 0.02,

- la dispersion de reprise sur une surface brute est de 0.3,

- un copeau minimal de 1mm sur les extrémités de la pièce pour le dressage,

- le défaut de positionnement d’un perçage par rapport au canon est de

- on prendra comme I.T sur la longueur du brut 1.5 mm.

numérotation des surfaces de gauche vers la droite,

» numéro de la surface concernée,

la dispersion de remise en position est notée : ∆l ij avec « j » le numéro de la phase d’usinage.

de simulation unidirectionnelle



ra que la direction suivant l’axe de la pièce.

Corps de palier »

Les essais expérimentaux ont montré que :

la dispersion de reprise sur une surface usinée est de 0.02,

reprise sur une surface brute est de 0.3,

un copeau minimal de 1mm sur les extrémités de la pièce pour le dressage,

le défaut de positionnement d’un perçage par rapport au canon est de ± 0.04,

on prendra comme I.T sur la longueur du brut 1.5 mm.

2008 / 2009

Page 28

» le numéro de la phase d’usinage.



2008 / 2009


4-3- Calcul des cotes fabriquées

� Désignation des surfaces :

� Tableau des ∆l :

Seules les phases 10, 20, 30 et 60 sont à étudier, car les phases 40 et 50 ne donnent pas de cotes axiales.

Surface

Phase 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Brut 10 ∆B1 ∆B13

TSA 20 ∆l120 ∆l9 ∆l10 ∆l11 ∆l12

TSA 30 ∆l2 ∆l3 ∆l4 ∆l5 ∆l1230

Perçage 60 ∆l260 ∆l6 ∆l7 ∆l8

� Ecriture des conditions B.E (voir dessin de définition) :

2008 / 2009


Cotes B.E Surfaces

concernées Conditions

154 (-0, -0.2) 2 ;12 ∆l2 + ∆l1230 ≤ 0.2

31 (+0.5, -0.5) 2 ;5 ∆l2 + ∆l5 ≤ 1

93 (-0, -0.4) 5 ;9 ∆l5 + ∆l1230 + ∆l12 + ∆l9 ≤ 0.4

19 (+0.5, -0.5) 2 ;4 ∆l2 + ∆l4 ≤ 1

16 (+0.1, -0.1) 2 ;3 ∆l2 + ∆l3 ≤ 0.2

72 (+0.2, -0.2) 6 ;8 ∆l6 + ∆l8 ≤ 0.4

19 (+0.5, -0.5) 10 ;12 ∆l10 + ∆l12 ≤ 1

16 (+0.1, -0.1) 11 ;12 ∆l11 + ∆l12 ≤ 0.2

0.3 7 ? (∗)

41 (+0.3, -0.3) 2 ;6 ∆l260 + ∆l6 ≤ 0.6

(*) Ce symbole signifie « défaut de position maxi 0.3 ». Dans ce cas précis, la position théorique du point B est au

milieu de P1 et P2, et à 90° des trous taraudés. L’indication 0.3 n’étant pas précédée de « Φ », l’alésage B peut être

dans une bande de largeur 0.3, centré sur la position théorique. La cotation est donc équivalente à une symétrie. Elle

n’est pas complète puisque aucune indication de précision ne concerne la direction perpendiculaire à l’axe.

Si d1 et d2 sont les dimensions relevées sur une pièce, le centre de cette pièce est à la distance d2/2 de P1, alors

l’écart est : e = d1 – d2/2

et le défaut de position est : |2e| = |2d1 - d2|

Soit di et Di, respectivement, la valeur minimale et maximale admises de la dimension « i ». D’après le tableau des

∆l, on a :

D2 - d2 = ∆l2 + ∆l1230

D1 – d1 = ∆l260 + ∆l7

Or, e maxi = D1 – d2/2 = 0.15

e mini = d1 – D2/2 = 0.15

2008 / 2009


d’où: D1 – d1 + (D2 – d2) / 2 ≤ 0.3

on en déduit la condition (*) : ∆l260 + ∆l7 + (∆l2 + ∆l12

30) / 2 ≤ 0.3

� Résolution du système :

On a : ∆l1230 = ∆l2

60 =0.02 et ∆l120 = 0.3. et :

Cotes B.E Surfaces

concernées Conditions IT/Nbre de ∆l

154 (-0, -0.2) 2 ;12 ∆l2 ≤ 0.18 0.18

31 (+0.5, -0.5) 2 ;5 ∆l2 + ∆l5 ≤ 1 0.5

93 (-0, -0.4) 5 ;9 ∆l5 + ∆l12 + ∆l9 ≤ 0.38 0.126

19 (+0.5, -0.5) 2 ;4 ∆l2 + ∆l4 ≤ 1 0.5

16 (+0.1, -0.1) 2 ;3 ∆l2 + ∆l3 ≤ 0.2 0.1

72 (+0.2, -0.2) 6 ;8 ∆l6 + ∆l8 ≤ 0.4 0.2

19 (+0.5, -0.5) 10 ;12 ∆l10 + ∆l12 ≤ 1 0.5

16 (+0.1, -0.1) 11 ;12 ∆l11 + ∆l12 ≤ 0.2 0.1

0.3 7 ∆l7 + (∆l2 / 2) ≤ 0.27 0.18 =(0.27/1.5)

41 (+0.3, -0.3) 2 ;6 ∆l6 ≤ 0.58 0.58

Les contraintes les plus serrées sont de 0.1, c à d :

∆l2 = ∆l3 = ∆l11 + ∆l12 = 0.1

Le système devient :

Cotes B.E Surfaces

concernées Conditions IT/Nbre de ∆l

31 (+0.5, -0.5) 2 ;5 ∆l5 ≤ 0.9 0.9

93 (-0, -0.4) 5 ;9 ∆l5 + ∆l9 ≤ 0.28 0.14

19 (+0.5, -0.5) 2 ;4 ∆l4 ≤ 0.9 0.9

72 (+0.2, -0.2) 6 ;8 ∆l6 + ∆l8 ≤ 0.4 0.2

19 (+0.5, -0.5) 10 ;12 ∆l10 ≤ 0.9 0.9

0.3 7 ∆l7 ≤ 0.22 0.22

41 (+0.3, -0.3) 2 ;6 ∆l6 ≤ 0.58 0.58

La contrainte la plus serrée est 0.14,

donc :

∆l5 = ∆l9 = 0.14

La condition suivante est de 0.2 ; comme elle ne comporte ni ∆l5 ni ∆l9,

alors :

∆l6 = ∆l8 = 0.2

∆l10 = ∆l4 = 0.9

∆l7 = 0.22

2008 / 2009


� Détermination des copeaux :

Surfaces concernés IT du copeau Copeau mini Copeau maxi

Copeau moy.

1; 2 IT1/2 = ∆l1

20 + ∆l12 + ∆l1230 + ∆l2

= 0.3 + 0.1 + 0.02 + 0.1 = 0.52

1 1.52 1.26

12; 13 IT12/13 = ∆l12 + ∆l1

20 + ∆B1 + ∆B13 = 0.1 + 0.3 + 1.5 = 1.9

1 2.9 1.95

� Calcul des cotes fabriquées :

Cotes à fabriquer

Valeur moyenne Dispersions Tolérance

Cf2 ;12 153.9 ∆l2 + ∆l1230 = 0.02 + 0.1 0.12

Cf2 ;5 31 ∆l2 + ∆l5 = 0.1 + 0.14 0.24

Cf5 ;12 153.9 – 31 = 122.9 ∆l5 + ∆l1230 = 0.14 + 0.02 0.16

Cf12 ;9 122.9 – 92.8 = 30.1 ∆l12 + ∆l9 = 0.1 + 0.14 0.24

Cf2 ;4 19 ∆l2 + ∆l4 = 0.1 + 0.9 1

Cf2 ;3 16 ∆l2 + ∆l3 = 0.1 + 0.1 0.2

Cf6 ;8 72 ∆l6 + ∆l8 = 0.2 + 0.2 0.4

Cf10 ;12 19 ∆l10 + ∆l12 = 0.9 + 0.1 1

Cf11 ;12 16 ∆l11 + ∆l12 = 0.1 + 0.1 0.2

Cf2 ;7 153.9/2 = 76.95 ∆l260 + ∆l7 = 0.02 + 0.22 0.24

Cf2 ;6 41 ∆l260 + ∆l6 = 0.02 + 0.2 0.22

Cf1 ;12 153.9 + 1.26 = 155.16 ∆l160 + ∆l12 = 0.3 + 0.1 0.4

Cf1 ;13 155.16 + 1.95 = 157.11 ∆B1 + ∆B13 1.5

2008 / 2009


4-4- Cotation des dessins partiels par phase

2008 / 2009


AUTRES PROCEDES DE FABRICATION

I- Formage

1- Généralités

La production par déformation ou formage utilise l’aptitude du matériau à la déformation plastique. Cette

capacité de déformation est fonction de :

- nature du matériau,

- mode d’application des contraintes : procédé,

- conditions opératoires : température, vitesse, …

1-1- La déformation Une déformation est toute variation de nature géométrique entre le produit initial et le produit final.

Exemple de courbe charge - déplacement

- La déformation élastique est caractérisée par le retour à l’état initial du corps déformé lorsque la force est

supprimée

- Pour toutes les matières, il existe un seuil au-delà duquel le corps ne revient pas à l’état initial lorsque la

sollicitation est supprimée,

- Lorsqu’on supprime la sollicitation après déformation plastique, il se produit un « retour » élastique :

c’est l’élasticité résiduelle.

1-2- Conditions de déformation Les conditions dans lesquelles est effectué le formage ont une influence marquée sur la capacité de

déformation du matériau.

� Influence de la température :

Influence de la température à vitesse conventionnelle

� Influence de la vitesse :

- elle modifie le seuil de plasticité,

- elle influe sur le phénomène de relaxation des contraintes.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0% 4% 8% 12% 16% 20%

40°C

100°C

220°C


� Remarque :

La superplasticité, qui est caractérisée par des allongements pouvant atteindre 2000%, est liée à

- la microstructure : petits grains,

- la vitesse de déformation faible,

- la température est supérieure à la moitié de la température de fusion.

1-3- Classification Les procédés de formage peuvent être classés, selon la forme du produit de départ, en deux catégories

- Formage des produits massifs,

- Formage des métaux en feuille.

2- Formage des prod

2-1- Forgeage libre a- Principe

La matière d’œuvre est comprimée suivant une direction et se déplace librement suivant les deux autres.

Généralement, après chaque action de l’outillage, l’ébauche subit un déplacement et de proche en proche, on

à la forme définitive.

b- Paramètres

- Température de forgeage :º

- Domaine d’application :

- Moyens :

2-2- Forgeage par refoulementa- Principe

Le refoulement consiste à diminuer la longueur au profit des deux autres dimensions sous l’effet d’une

déformation locale.

La superplasticité, qui est caractérisée par des allongements pouvant atteindre 2000%, est liée à

: petits grains,

la vitesse de déformation faible,

supérieure à la moitié de la température de fusion.

Les procédés de formage peuvent être classés, selon la forme du produit de départ, en deux catégories

Formage des produits massifs


Généralement, après chaque action de l’outillage, l’ébauche subit un déplacement et de proche en proche, on

- Alliages ferreux : 1100 < T (°C) < 1300,

- Alliages d’aluminium : 450 < T (°C) < 550,

- Alliages cuivreux : 750 < T (°C) < 900,

- Fabrication de prototypes,

- Pièces de grandes dimensions.

- Presse hydraulique,

- Marteau-pilon,

- mouton.

Forgeage par refoulement


2008 / 2009

Page 35

La superplasticité, qui est caractérisée par des allongements pouvant atteindre 2000%, est liée à :

Les procédés de formage peuvent être classés, selon la forme du produit de départ, en deux catégories :


Généralement, après chaque action de l’outillage, l’ébauche subit un déplacement et de proche en proche, on aboutit

1100 < T (°C) < 1300,

450 < T (°C) < 550,

750 < T (°C) < 900,


2008 / 2009


b- Paramètres

- Refoulement libre :

- Refoulement avec fourreau :

2-3- Forgeage par rétreinte a- Principe

Les matrices sont actionnées par des marteaux qui se déplacent radialement.

b- Exemples

Le taux de réduction relative de la section est de :

60% pour un acier à 0.2%C,

40% pour un acier à 0.8%C,

20% pour un acier à outils, …..etc.

2-4- Laminage conventionnel a- Principe

Le produit passe entre deux cylindres qui lui font subir une réduction d’épaisseur au profit de la longueur.

Suivant la forme de la méridienne, on obtient des produits en feuilles ou des profilés.

2008 / 2009


b- Conditions dynamiques :

2-5- Filage a- Principe

Le lopin, introduit dans un conteneur, est comprimé par le poinçon. Sous l’effet de la pression, la matière

s’écoule au travers de la filière qui, suivant le cas est fixée :

- au conteneur,

- au poinçon.

b- L’effort de filage

RflekRF /22 .log... σπ=

avec : R : rayon du lopin,

σ : résistance à la déformation,

l : longueur du lopin,

f : coefficient de frottement,

k : coefficient de réduction,

Pour - les aciers à chaud : 15<k<140,

- les métaux non ferreux à froid : 20<k<200.


2-6- Estampage – matriçageDeux blocs comportant des gravures (matrices) compriment le lopin préalablement chauffé. On dit estampage

est pour les alliages ferreux et matriçage pour les alliages non ferreux.

3- Formage des métaux en feuille

3-1- Définitions - Flan :

C’est la surface plane à partir de laquelle est obtenue une pièce creuse par un mode de déformation approprié.

- Courbe limite de formage :

matriçage Deux blocs comportant des gravures (matrices) compriment le lopin préalablement chauffé. On dit estampage

les alliages ferreux et matriçage pour les alliages non ferreux.

Formage des métaux en feuille

’est la surface plane à partir de laquelle est obtenue une pièce creuse par un mode de déformation approprié.

2008 / 2009

Page 38

Deux blocs comportant des gravures (matrices) compriment le lopin préalablement chauffé. On dit estampage

’est la surface plane à partir de laquelle est obtenue une pièce creuse par un mode de déformation approprié.


3-2- Détermination du flanGlobalement, on peut considérer que l’épaisseur reste constante au cours du formage, on a donc

Aire du flan = aire totale de la pièce terminée.

- Exemples :

Forme

Φd

Φd

Φd1

Φd1

Φd2

S

Φd1

Détermination du flan Globalement, on peut considérer que l’épaisseur reste constante au cours du formage, on a donc

Aire du flan = aire totale de la pièce terminée.

Diamètre du flan

1,414.d

r (d2 + 6,28.r.d + 8.r

f 1,44.(d12 + f.(d1 + d2))

(d12 + 2.S.(d1 + d2))

2008 / 2009

Page 39

Globalement, on peut considérer que l’épaisseur reste constante au cours du formage, on a donc :

Diamètre du flan

+ 6,28.r.d + 8.r2)1/2

+ f.(d1 + d2))1/2

+ 2.S.(d1 + d2))1/2

2008 / 2009


… etc.

- Principe :

Pour la détermination de la surface d’une pièce à produire, on utilise les méthodes graphiques ou le théorème

de Guldin : « La surface engendrée par une ligne plane tournant autour d’un axe situé dans son plan, mais ne le

traversant pas, est égale au produit de la longueur de cette ligne par le périmètre décrit par son centre de gravité » : S

= 2π.R.L

3-3- Exemples de production

II- Découpage par cisaillage

a- Principe :

Deux outils (lames, poinçon et matrice, molettes), soumettent la matière à une compression qui provoque la

déformation puis la rupture pat cisaillement.

2008 / 2009


b- Exemple :

c- Paramètres :

- Effort de cisaillage : F(N) = L . e . Rc

avec: L: périmètre (mm), e: épaisseur (mm) et Rc: résistance au cisaillement (N/mm²).

- Effort de dévêtissage :

En fin de l’opération, la tôle adhère au poinçon par suit de l’élasticité résiduelle. Dans le cas général, on

considère : 8%.F ≤ effort de dévêtissage ≤ 15%.F

III- Découpage fin

a- Principe

La tôle (3) est maintenue entre serre-tôle (2) et matrice (5). Le déplacement relatif du poinçon (1) et l’éjecteur

(4) par rapport à (5) provoque le découpage.

Ainsi on obtient un produit caractérisé par un excellent état de surface et une grande précision.

b- Paramètres

2008 / 2009


- Effort de découpage : Fd = surface . Rc

- Effort sur le jonc de retenue : Fj = 40% . Fd

- Effort sur l’éjecteur : Fe = 20% . Fd.

IV- Usinage chimique

a- Principe

L’enlèvement de la matière est réalisé par immersion dans un bain dissolvant pendant un temps déterminé.

La surface non concernée par l’usinage est protégée.

b- Paramètres

- Les agents chimiques utilisés sont des solutions d’acide ou de base capables de solubiliser le matériau métallique.

Exemples :

Matière Agent chimique (masse/litre ou

volume/litre) Température (°C)

Aluminium Soude (150g) Acide chlorhydrique

25 à 80 20 à 60

Cuivre Acide nitrique (350ml) 25

Acier inoxydable Chlorure ferrique (380g) Acide chlorhydrique (500ml)

40 20 à 40

Verre Acide fluorhydrique (200ml) 30 …etc.

- La vitesse d’usinage est fonction de l’agent chimique et elle est proportionnelle au temps d’immersion.

V- Moulage

1- Définitions

La fonderie est l’ensemble des opérations qui permettent de produire des pièces brutes par moulage d’un

métal à l’état liquide dans une forme appelée : moule.

Le modèle est réalisé le plus souvent d’après un modèle en bois ou en métal léger.

Dessin de la pièce �

Construction du modèle �

Fabrication du moule �

Coulé du métal fondu

Dessinateur Modeleur Mouleur Fondeur La fonderie intéresse de nombreux métaux et alliages. Exemples :

- acier moulé � roues de wagon,

- fonte moulée � banc de tour, chariot de machines - outils,

- bronze moulé � coussinet d’arbre tournant,

- alliage d’aluminium � carter léger.


2- Moulage en sable

Le sable spécial de fonderie est tassé dans deux ou plusieurs châssis assemblables autour du modèle de so

que le dégagement de ce dernier, sans destruction du moule, laisse dans une cavité de la forme désirée.

On distingue deux types de moulage

- moulage manuel : toutes les opérations sont faites à la main,

- moulage mécanique : En série, le moulage en

fixé sur la table de la machine.

3- Moulage en coquille métallique

La production en grande série des pièces en

souvent réalisée dans un moule en acier appelé coquille, utilisable un grand nombre de fois. Le moule est

démontable et permet d’en retirer la pièce moulée après son refroidissement.

Le sable spécial de fonderie est tassé dans deux ou plusieurs châssis assemblables autour du modèle de so


On distingue deux types de moulage :

: toutes les opérations sont faites à la main,

: En série, le moulage en sable est réalisé mécaniquement avec le modèle en métal

fixé sur la table de la machine.

Moulage en coquille métallique

La production en grande série des pièces en métaux non ferreux, point de fusion inférieur à 1000°C, est

ule en acier appelé coquille, utilisable un grand nombre de fois. Le moule est

démontable et permet d’en retirer la pièce moulée après son refroidissement.

2008 / 2009

Page 43

Le sable spécial de fonderie est tassé dans deux ou plusieurs châssis assemblables autour du modèle de sorte


sable est réalisé mécaniquement avec le modèle en métal

point de fusion inférieur à 1000°C, est

ule en acier appelé coquille, utilisable un grand nombre de fois. Le moule est


Les avantages par rapport au moulage en sable sont

- moulage économique,

- précis : IT entre 0.05 et 0.2 mm pour les alliages de cuivre et d’aluminium,

- possibilité d’obtention de trous taraudés.

4- Particularités du moulage

Les pièces produites en fonderie présentent des surfaces en dépouille et sont sujettes au retrait.

4-1- Les dépouilles Pour extraire le modèle du moule lors du moulage en sable et pour extraire la pièce moulée lors du moulage

en coquille, les faces parallèles à la direction d’extraction sont en légère dépouille. En pratique, on considère

≈ 6% pour le moulage en sable,

≈ 2% pour le moulage en coquille.

4-2- Le retrait Le retrait est dû au refroidissement de la pièce. C’est l’effet inverse de la dilatation et il est égal au produit

des trois paramètres suivants :

� le coefficient de dilatation thermique du métal,

� la température de fusion du métal, et

� la dimension considérée.

D’où, le modèle doit être plus grand que la pièce à fabriquer. En pratique, on considère

� 1% pour la fonte

� 1.5% pour l’acier

III- Application

On veut réaliser par moulage

1- Si C représente une dimension sur la pièce à fabriquer, quelle sera sa valeur C’ sur le modèle

2- Représenter le modèle à la même échelle.

3- Représenter les noyaux éventuels et le

4- Représenter le moule en coupe après la coulée en indiquant le plan (ou les plans) de joint, le trou de coulée

et les évents.

Les avantages par rapport au moulage en sable sont :

0.2 mm pour les alliages de cuivre et d’aluminium,

possibilité d’obtention de trous taraudés.

Particularités du moulage


le modèle du moule lors du moulage en sable et pour extraire la pièce moulée lors du moulage

en coquille, les faces parallèles à la direction d’extraction sont en légère dépouille. En pratique, on considère

6% pour le moulage en sable,

2% pour le moulage en coquille.

Le retrait est dû au refroidissement de la pièce. C’est l’effet inverse de la dilatation et il est égal au produit

le coefficient de dilatation thermique du métal,

ure de fusion du métal, et

D’où, le modèle doit être plus grand que la pièce à fabriquer. En pratique, on considère

1% pour la fonte (1cm pour 1m),

1.5% pour l’acier (1,5cm pour 1m).

ar moulage en sable la pièce ci-dessous, en acier, représentée à l’échelle 1/4.

Si C représente une dimension sur la pièce à fabriquer, quelle sera sa valeur C’ sur le modèle

Représenter le modèle à la même échelle.

Représenter les noyaux éventuels et le mode de leur fabrication.

Représenter le moule en coupe après la coulée en indiquant le plan (ou les plans) de joint, le trou de coulée

2008 / 2009

Page 44


le modèle du moule lors du moulage en sable et pour extraire la pièce moulée lors du moulage

en coquille, les faces parallèles à la direction d’extraction sont en légère dépouille. En pratique, on considère :

Le retrait est dû au refroidissement de la pièce. C’est l’effet inverse de la dilatation et il est égal au produit

D’où, le modèle doit être plus grand que la pièce à fabriquer. En pratique, on considère :

, en acier, représentée à l’échelle 1/4.

Si C représente une dimension sur la pièce à fabriquer, quelle sera sa valeur C’ sur le modèle ?

Représenter le moule en coupe après la coulée en indiquant le plan (ou les plans) de joint, le trou de coulée

2008 / 2009


Demi-coupe A-A

2008 / 2009


VI- Autres procédés

- Découpe industrielle, - Soudage, - Matériaux composites, - Frittage.

Documents

Master Mecatronique Cours Fabrication Akourrigenie-indus.e-monsite.com/medias/files/cours-fabrication-akourri.pdf · 5-4- Calcul de la contrainte tangentielle ..... 14 5-5- Calcul