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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Hassiba Benbouali de Chlef Faculté de Génie Civil et d’Architecture
Département de Génie Civil
Polycopié de
Technologie de Base
Réalisé par
Docteur MEZIANE EL Hadj
Novembre 2017
Table des Matières
Chapitre 1 : Matériaux
1.1. Introduction …………………………………………………………………………………….. 02
1.2. Métaux et alliages et leurs désignations ………………………………………………. 02
1.2.1. Symboles métallurgiques……………………………………….………………………… 02
a. Aluminium et alliages d'aluminium …………………….……………..…………….. 03
a.1.Alliage d’aluminiums destinés au corroyage…………………..….…………. 03
a.2.Alliage d’aluminiums destinés à la fonderie………………………………….. 04
b. Cuivre et alliages de cuivre ………………………….…….……………..…………… 06
c. Fer et alliages ferreux…………………….…………………………………....………… 06
d. Zinc et alliages de zinc…………………….…………………………………..….……… 07
1.3. Matière plastique…………………….…………………………………………………………. 08
1.4. Matériaux composite…………………….……………………………………………….…… 09
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces
sans enlèvement de matière
1. Introduction………………….……………………………………………………..……..….…… 11
2. Réalisation par moulage ………………….…………………………………..………….…… 11
2.1. Moulage en sable ………………….………………….……………………..…………… 15
2.2.1. Le sable de moulage ………………….………………………………..…………….. 18
3. Le Forgeage ………………….…………………………………………….…………………..…. 18
3.1. Forgeage libre … ………….……………………………………….…………… 18
4. Estampage- Matriçage ……………………………………………………………..…… 19
5. Laminage ………………………………………………………………………………..……. 19
Autres méthodes ……………………………………………………………………………..……… 20
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces
par enlèvement de matière
1. Définition …………………………………………………………………………….……..……… 22
2. Génération de surface …………………………………………………………………..…….. 22
3. Les machines ………………………………………………………………………………………. 27
3.1. Fraiseuse, Centre d'usinage …………………………………………………..……….. 28
3.2. Tour ……………………………………………………………………………………..……… 28
4. Les outils …………………………………………………………………………………..……….. 29
4.1. Les outils axiaux……………………………………………………………………..……… 29
4.2. Les outils de tournages ………………………………………………………..………… 29
4.3. Les outils de fraisage …………………………………………………………..………… 31
5. Les paramètres de coupe ……………………………………………………………..……… 31
6. La gamme, la phase ………………………………………………………………..………….. 32
7. La mise en position (MIP) et le maintien en position (MAP)………………………. 33
8. La cotation de fabrication …………………………………………………….…..………….. 36
9. Le contrat de phase…………………………………………………………………..……..….. 38
10. Le perçage……………………………………………………………………..………………….. 41
10.1. Définition………………………………………………………………….………………….. 41
10.2 .Principe………………………………..……………………….…………………………….. 41
10.3. Mode d’action……………………………………………………………………………….. 41
10.4. Les Matériels……………………………………………………………………………….. 41
10.5. La forêt hélicoïdale…………………………………..……………………….………….. 41
Chapitre 4 : Technique d’assemblage
4.1. Introduction ……………………………………………………………………………………… 43
4.2. Les assemblages amovibles ……………..…………………………………………..…… 43
4.2.1. Les assemblages à vis et à boulons ……………..…………….…………..…… 43
4.2.2. Les filets rapportés ……………..……………………………………………………… 44
4.2.3. Les écrous……………..…………………………………………………………………… 45
4.2.4. Le couple de serrage ……………..…………………………………………………… 45
4.2.5. Les forme des rivets……………..……………………………………………..……… 47
4.2.6. Les matériaux des rivets……………..…………………………………..…..……… 48
4.2.7. Le rivetage……………..……………………………………………………..…………… 48
4.3. Les assemblages par brasage tendre (à l’étain) ……………..………………..….. 48
4.3.1. La définition du brasage ……………………………………………..………..…… 48
4.3.2. La sécurité au travail ……………………………………………..……………..…… 49
4.3.3. Les procédés de brasage ……………………………………………..……..……… 49
4.3. Soudage ……………………………………………..…………………………………..………. 50
4.3.1 .Généralités ……………………………………………..………………………..………. 50
a) Le soudage automatique ………………………………………………..………….. 50
b) Le soudage hétérogène ……………………………………………..….…….……. 51
4.3.2. Les avantages techniques et économiques du soudage sont …….……. 52
4.3.3. Classification générale des procédés de soudage ……………….…………. 52
1. Soudage oxyacétylénique ……………………………………………………………………… 52
2. Soudage à l’arc électrique …………………………………………………………………….. 53
a- Soudage en atmosphère inerte (T.l.G) ………………………………………………. 53
b- Soudage avec électrode enrobée ……………………………………………….……… 53
c- Soudage avec fil électrode sous protection gazeuse (M.I.G, M.A.G) ……… 53
d- Soudage avec fil électrode sous flux en poudre ………………………………….. 53
3. Soudage par résistance électrique …………………………………………………………. 53
a- Soudage par points ……………………………………………………………………….. 53
b- Soudage à la molette …………………………………………………………………….. 54
c- Soudage en bout par étincelage ……………………………………………………… 54
d- Soudage par induction …………………………………………………………………… 54
e- Soudage par friction ………………………………………………………………………. 54
f- Aluminothermie ……………………………………………………………………………… 54
g- Soudage par ultrasons …………………………………………………………………… 54
4.3.4. Le soudage oxyacétylénique …………………………………………………………. 54
4.3.5. Le soudage à l’arc électrique …………………………….………………………….. 56
4.3.5.1. L'arc électrique ……………………………………………………………….…….. 56
4.3.5.2 Les postes de soudage ……………………………………………………………. 57
Chapitre 1 : Matériaux
Chapitre 1 : Matériaux 2
1.1. Introduction
Un matériau désigne toute matière utilisée pour réaliser un objet au sens large. Ce dernier
est souvent une pièce d'un sous-ensemble. C'est donc une matière de base sélectionnée en
raison de propriétés particulières et mise en œuvre en vue d'un usage spécifique. La
nature chimique, la forme physique (phases en présence, granulométrie et forme
des particules, par exemple), l'état de surface des différentes matières premières, qui sont à la
base des matériaux, leur confèrent des propriétés particulières. On distingue ainsi quatre
grandes familles de matériaux.
En science des matériaux, par exemple, « matériau » est un terme générique employé dans le
sens de matière, substance, produit, solide, corps, structure,
liquide, fluide, échantillon, éprouvette, etc., et désignant notamment l'eau, l'air, et le sable
(dans des tableaux de caractéristiques) ; un matériau viscoélastique est souvent qualifié de
« fluide à mémoire ».
1.2. Métaux et alliages et leurs désignations
En métallurgie, la désignation des métaux et alliages est la désignation normalisée des
matériaux métalliques, à indiquer par exemple sur les dessins de pièces.
1.2.1. Symboles métallurgiques
Jusque dans le années 1990, on utilisait en France de symboles dits « métallurgiques »
pour indiquer les éléments chimiques dans les alliages. Ces symboles étaient utilisés dans
plusieurs normes, par exemple la norme NF A 02-004 pour les alliages d'aluminium ou la
norme NF A 35-573/4 pour les aciers.
Élément
Alu
min
ium
Bore
Ch
rom
e
Éta
in
Mag
nésiu
m
Cob
alt
Man
gan
èse
Nick
el
Siliciu
m
Tita
ne
Cu
ivre
Zin
c
Symbole
chimique Al B Cr Sn Mg Co Mn Ni Si Ti Cu Zn
Symbole
métallurgique A B C E G K M N S T U Z
Chapitre 1 : Matériaux 3
a. Aluminium et alliages d'aluminium
a.1.Alliage d’aluminiums destinés au corroyage
Il s'agit des alliages destinées à être transformés par déformation (laminage, forgeage, filage
etc).
Désignation numérique
Les alliages d'aluminium pour corroyage sont référencés par une désignation de 4 chiffres.
Cette désignation est conforme aux directives de l'Aluminium Association (Washington DC
20006, États-Unis), ce qui donne par exemple : 7075. Les quatre chiffres sont parfois
précédés par les lettres AA (exemple : AA 6061), acronyme de « Aluminium Association ».
Les quatre chiffres sont parfois suivis par une lettre qui indique une variante nationale d'une
composition existante.
Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 573-3 en ajoutant les préfixe EN, A
(aluminium) et W (Wrought : mot anglais signifiant corroyage). Ce qui donne EN AW-7075.
Dans les faits, très souvent, seuls les quatre chiffres sont utilisés.
Cette notation à quatre chiffres est très usitée internationalement et a dans la pratique
remplacé les anciennes appellations nationales.
Le premier chiffre indique l'élément d'addition principal de l'alliage :
1XXX (série des 1000) : alliage comportant au minimum 99 % d'aluminium
(exemple : 1050)
2XXX (série des 2000) : cuivre (exemple 2024)
3XXX (série des 3000) : Manganèse (exemple : 3003)
4XXX (série des 4000) : silicium (exemple : 4006)
5XXX (série des 5000) : magnésium (exemple : 5083)
6XXX (série des 6000) : magnésium, silicium (exemple : 6061)
7XXX (série des 7000) : zinc (exemple : 7020)
8XXX (série des 8000) : autres éléments.
Le deuxième chiffre indique une variante (exemple : 7075 comporte 0,50 % de fer et le 7175
plus pur comporte 0,20 % de fer). Les troisième et quatrième chiffres sont des numéros
d'ordre et servent à identifier l'alliage.
Chapitre 1 : Matériaux 4
La seule exception est la série 1000, ces deux derniers chiffres y indiquant le pourcentage
d'aluminium (exemple : 1050 qui comporte au minimum 99,50 % d'aluminium).
Désignation ISO
Il s'agit d'une désignation utilisant les symboles chimiques dite souvent ISO (suivant ISO 209-
1 : aluminium et alliages d'aluminium corroyés - Composition chimique et formes des
produits. Partie 1 : composition chimique).
Elle est très peu usitée.
Exemple : Al Cu4 Mg Si
Désignation alphanumérique Européenne
Il existe une norme européenne qui décrit des appellations très proches des appellations de
type ISO. Cette norme porte la référence EN 573-2 (Aluminium et alliages d'aluminium -
Composition chimique et forme des produits corroyés - Partie 2 : système de désignation
fondé sur les symboles chimiques). En principe, cette appellation ne doit pas être utilisée
seule mais doit être mise derrière l'appellation numérique, entre crochets.
Elle est très peu usitée.
Exemples : EN AW-2024 [Al Cu4Mg1], EN AW-6060 [Al Mg Si], EN AW-7075 [Al Zn5,
5MgCu] (désignation exacte suivant la série de norme EN 573).
a.2.Alliage d’aluminiums destinés à la fonderie
Il s'agit des alliages destinés à être transformés par moulage (fonderie d'aluminium).
Désignation numérique
Les alliages d'aluminium pour fonderie sont référencés par une désignation de 5 chiffres.
Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 1780-1 en ajoutant les préfixe EN,
A (aluminium) et C (casting : mot anglais signifiant fonderie). Ce qui donne EN AC-43100
par exemple. Dans les faits, très souvent, seuls les cinq chiffres sont utilisés.
Cette notation à cinq chiffres est usitée internationalement mais la France reste plutôt attachée
à une ancienne désignation décrite plus bas.
Chapitre 1 : Matériaux 5
Le premier chiffre indique l'élément d'addition principal de l'alliage :
(série des 20000) : cuivre (exemple 21000)
(série des 40000) : silicium (exemple : 43300)
(série des 50000) : magnésium (exemple : 51200)
(série des 70000) : zinc (exemple : 71000)
Le deuxième chiffre indique le groupe de l'alliage. Cette notion de groupe est utilisée pour les
alliages normalisés (EN 1706). Chaque groupe présente un ensemble de caractéristiques
mécaniques et/ou physiques similaires. Par exemple les alliages du groupe AlSi ont une
composition proche de l'eutectique aluminium-silicium (12,6 % en masse) ce qui leur confère
une excellente aptitude à la coulée.
Les trois chiffres suivant indiquent une variante (exemple : 43100 comporte 0,10 % de cuivre
et le 43200 plus pur comporte 0,35 % de cuivre, les proportions de zinc et nickel, de plomb et
de titane varient aussi entre ces deux alliages, dans des proportions similaires). Les trois
chiffres suivant sont des numéros d'ordre et servent à identifier l'alliage.
Désignation chimique
Il s'agit d'une désignation utilisant les symboles chimiques (suivant EN 1780-2 : Aluminium
et alliages d'aluminium - Système de désignation applicable aux lingots pour refusion en
aluminium allié, aux alliages-mères et aux produits moulés - Partie 2 : système de désignation
basé sur les symboles chimiques.).
Elle est très peu usitée.
Exemple : Al Cu4 Mg Ti pour le 21000
Ancienne désignation française
Cette désignation était décrite dans la norme NF A 02-004 (annulée). Elle s'appuyait sur une
codification des éléments chimiques différente de la nomenclature habituelle chimique
(aluminium : A, cuivre : U, zinc : Z, etc). Elle donnait également une indication sur les
pourcentages d’éléments contenus dans l'alliage.
Chapitre 1 : Matériaux 6
Exemple A-U5GT pour le 21000. On notera une nuance entre ces deux désignations, l'une
indiquant AlCu4MgTi et l'autre A-U5GT pour cet alliage dont la teneur en cuivre est
comprise entre 4,20 % et 5,00 %.
Cette appellation est encore très utilisée en France pour les alliages de fonderie.
b. Cuivre et alliages de cuivre
Cuivres
Exemple : Cu-ETP
Alliages de cuivre
Exemple : Cu Zn39 Pb2
c. Fer et alliages ferreux
Fontes
Fontes à graphite lamellaire (non alliées)
Par exemple: EN-GJL-350
o EN : European Norm (Norme Européenne)
o GJL: Fonte à graphite lamellaire
o 350: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa)
Fontes à graphite sphéroïdal (non alliées)
Par exemple: EN-GJS-450-10
o EN : European Norm (Norme Européenne)
o GJS: Fonte à graphite sphéroïdal
o 450: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa)
o 10 : Allongement après rupture en %
Fontes malléables (non alliées)
Par exemple: EN-GJMB-550-4
o EN : European Norm (Norme Européenne)
o GJMB : Fonte malléable à cœur noir (Black)
o 550: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa)
o 4: Allongement après rupture en %
Chapitre 1 : Matériaux 7
autre exemple: EN-GJMW-380-12
o EN : European Norm (Norme Européenne)
o GJMW : Fonte malléable à cœur blanc (White)
o 380: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa)
o 12: Allongement après rupture en %
Fontes austénitiques (alliées)
Par exemple: EN-GJS Ni Cr 30-1
o EN : European Norm (Norme Européenne)
o GJS: Fonte à graphite sphéroïdal alliée
o Ni: Nickel avec 30 %
o Cr: Chrome avec 1 %
par exemple: EN-GJN Cr15Mo Ni
o EN : European Norm (Norme Européenne)
o GJN: Fonte blanche alliée
o Cr: Chrome avec 15 %
o Mo: Molybdène avec quelques traces
o Ni: Nickel avec quelques traces
Aciers
Aciers d'usage général
Aciers spéciaux (non alliés) pour traitement thermique
Aciers faiblement alliés
Aciers fortement alliés
Aciers de constructions
d. Zinc et alliages de zinc
Exemple : Z - A4G (cependant, on utilise fréquemment la désignation « ZL » pour Zinc-
aluminium suivie de la teneur arrondie en aluminium de l'alliage).
Il est utilisé pour le revêtement, en tôle, ou pour la galvanisation (on recouvre de zinc), et sous
forme d’alliage.
D'une manière générale, les alliages de zinc normalisés en fonderie sont des alliages zinc-
aluminium avec des teneurs variables en aluminium (de 4 à 30 %), de faibles additions de
magnésium (de 0,012 à 0,06 %) et de cuivre (de 0 à 3 %).
Les alliages ZL3, ZL5 et ZL2 (zamak) sont essentiellement utilisés en moulage sous
pression (pour les pignons et les fermetures éclairs par exemple), ils représentent
environ 95 % du marché.
Chapitre 1 : Matériaux 8
Leur composition est définie par les normes NF EN 1774 « Zinc et alliages de zinc - Alliages
pour fonderie - Lingots et liquide » et NF 12844 "Zinc et Alliages de zinc - Pièces moulées -
Spécifications", ainsi que la norme internationale ISO 301.
Les alliages Kayem utilisés pour la fabrication économique d'outillages de presse
(outils de découpe et d'emboutissage, moules d’injection, de thermoformage des
matières plastiques).
Les alliages ZL8, ZL12 et ZL27 avec:
o Le ZL8 qui apporte une bonne tenue en température, présente un ensemble de
propriétés mécaniques d'un très bon niveau et qui est modulable sur les
machines à chambre chaude,
o Le ZL12 (ILZRO 12) principalement utilisé dans la réalisation de prototypes
ou de préséries de pièces qui seront ensuite réalisées en Zamak par moulage
sous pression,
o Le ZL27 qui se caractérise par une charge de rupture élevée (de 400 à 450
MPa). C'est le seul alliage susceptible de recevoir un traitement thermique
d'homogénéisation qui améliore sa ductilité. Il existe également d'autres
alliages spéciaux qui répondent à des exigences particulières de résistance au
frottement ou de tenue en température
1.3. Matière plastique
Une matière plastique, ou en langage courant un plastique, est un mélange contenant
une matière de base (un polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à
chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet.
Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères
synthétiques ou artificiels. On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés
qui n'avaient jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux
chocs.
Généralement, les polymères industriels ne sont pas utilisés à l'état « pur », mais
mélangés à des substances miscibles ou non dans la matrice polymère.
Chapitre 1 : Matériaux 9
Structure typique d'une formule : matière plastique = polymère(s) brut(s) (résine(s) de
base) + charges + plastifiant(s) + additifs.
Il existe un grand nombre de matières plastiques ; certaines connaissent un grand succès
commercial. Les plastiques se présentent sous de nombreuses formes : pièces moulées par
injections, tubes, films, fibres, tissus, mastics, revêtements, etc. Ils sont présents dans de
nombreux secteurs, même dans les plus avancés de la technologie.
1.4. Matériaux composite
Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux composants non miscibles (mais
ayant une forte capacité de pénétration) dont les propriétés se complètent. Le nouveau
matériau ainsi constitué, hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne
possèdent pas.
Ce phénomène, qui permet d'améliorer la qualité de la matière face à une certaine utilisation
(légèreté, rigidité à un effort, etc.) explique l'utilisation croissante des matériaux composites
dans différents secteurs industriels. Néanmoins, la description fine des composites restes
complexe du point de vue mécanique de par la non-homogénéité du matériau.
Un matériau composite se compose comme suit : matrice + renfort + optionnellement : charge
et/ou additif. Exemples : le béton armé = composite béton + armature en acier, ou le
composite fibre de verre + résine polyester.
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans
enlèvement de matière
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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12
1. Introduction
Les procédés de mise ayant une incidence directe sur les caractéristiques
morphologiques et mécaniques des pièces, il est nécessaire de connaître les principes
physiques et technologiques de ceux-ci afin de concevoir efficacement nos produits.
Le choix d’un procédé de mise en forme est fonction du matériau retenu et des
caractéristiques produit.
En effet, chaque procédé dépend d’une famille de matériaux et impose ses règles de tracé.
De la même manière, les caractéristiques pièces peuvent imposer un procédé.
Exemple:
o Le procédé de forgeage est retenu pour la fabrication d’essieu de camion car il
améliore les caractéristiques mécaniques du matériau.
o Le procédé d’injection plastique est retenu pour la fabrication de coque de
téléphone portable car il permet de grande cadence de production à faible coup.
D’autre part, les procédés peuvent être associés:
Exemple:
o Une obtention de pièce en fonderie, puis une reprise en usinage.
o Une obtention de pièce en frittage laser métal puis rectification.
2. Réalisation par moulage
Le principe de ces procédés est de couler le matériau à l’état liquide ou pâteux dans
un moule, et après solidification d’ouvrir ou de détruire le moule afin de récupérer la pièce.
On peut mouler tout type de matériaux (plastique, métallique, résine).
Ces procédés nécessitent la réalisation d’un moule, et sont donc réservé à la fabrication de
pièce en série, mais les techniques de prototypage rapide peuvent être utilisées afin
d’optimiser l’utilisation des ces procédés.
Les moules peuvent être:
- Permanent: Dans ce cas le moule est en plusieurs parties et s’ouvre pour libérer la pièce
- Non permanent: Dans ce cas, le moule est détruit pour récupérer la pièce.
Suivant le matériau à mouler et le nombre de pièce souhaité, les moules sont réalisés en
silicone, en plâtre, en sable ou en acier.
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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13
Certains procédés utilisant des modèles perdus permettent la réalisation de pièces de
grande précision et de grande complexité
Les organes et pièces constituants les machines et appareils proviennent de
sources diverses de fabrication tels que forgeage, usinage, estampage, fonderie
etc.
La technique de fonderie est la plus souvent utilisée car elle est non seulement
économique mais :
• Elle permet de produire des pièces de formes complexes (difficilement
réalisables par usinage ou par d'autres procédés).
• La série des pièces est identique.
• Obtention de pièces massives telles que bâtis, volants etc.
Le moulage ou fonderie est un ensemble de procédés qui permet de réaliser des
pièces métalliques brutes. Le moulage proprement dit consiste à réaliser des
pièces brutes par coulée du métal en fusion dans un moule en sable ou en métal
(représentant l'empreinte de la pièce à obtenir), le métal en se solidifiant, reproduit
les contours et dimensions de l'empreinte du moule (figure.1).
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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14
Figure2. 1 : un moule en sable ou en métal
Dans la spécialisation de la fonderie, on distingue pratiquement les fonderies
suivantes :
a) Selon la nature des métaux et alliages
- Fonderie de fonte.
- Fonderie d'acier.
- Fonderie d'aluminium et ses alliages.
- Fonderie de cuivre, bronzes, laitons etc...
b) Selon l'utilisation
- Fonderie d'art.
- Fonderie d'ornement (bijoux).
- Fonderie de mécanique industrielle.
c) Selon le procédé de moulage
- Moulage en sable (manuel ou mécanique).
- Moulage en carapaces.
- Moulage à la cire perdue.
- Moulage en coquilles (moule permanent).
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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15
Dans ces procèdes le moule peut-être permanent ou non permanent (destructible).
Le moule non permanent est utilisé qu'une seule fois, pour extraire la pièce, il faut le
détruire, l'empreinte est obtenue par moulage du matériau constitutif autour d'un
modèle réalisé en bois ou en métal.
Le moule permanent peut servir un grand nombre de fois, il est réalisé en plusieurs
parties pour faciliter l'extraction de la pièce. Il est utilisé surtout lorsque la quantité
de pièces à couler est importante.
Le choix des procédés de moulage dépend du métal à couler. En général la
température de fusion du métal coulé doit- être inférieure à la température de fusion
du matériau constituant le moule.
Tableau2.1 : Les métaux et leurs différentes températures de fusion
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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16
Comme il a été déjà cité, le moulage est généralement très économique, mais les
caractéristiques d'un alliage coulé sont plus faibles que celles du même alliage
forgé. Les défauts de fonderie, fréquents dans les pièces moulées, diminuent
encore leur résistance globale, certains de ces défauts, dus aux gaz occlus ou à la
contraction du métal au refroidissement, peuvent être évités par un tracé judicieux
des formes.
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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17
2.1. Moulage en sable
Le moulage en sable consiste à couler le métal en fusion dans l'empreinte
du moule en sable, réalisée d'après un modèle ayant la forme de la pièce à obtenir.
Le moulage en sable est le procédé Le plus ancien et convient presque pour tous
Les métaux et alliages de moulage. Il s'adapte bien aux petites séries de
production et surtout pour les pièces de grandes dimensions.
Un moule simple est constitué de deux parties :
- La partie supérieure.
- Et la partie inférieure.
La figure 2.3 représente un moule en sable avec les différentes parties
essentielles. Le métal en fusion est coulé à travers le trou du système de coulée, en
traversant les canaux jusqu'à remplissage de l'empreinte.
Après refroidissement et solidification, la pièce est sortie pour subir les
différentes opérations de finition.
L'ensemble des opérations de moulage en sable est donné par le schéma ci-
dessous :
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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18
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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Figure 2.2 : Schéma de déférentes étapes de moulage
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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20
Figure2. 3 : Moule en sable avec les différentes parties essentielles
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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21
2.2.1. Le sable de moulage
Le sable de moulage doit être infusible (résister à la température de coulée
du métal), résistant (Résister à l'érosion du métal liquide) et poreux (ne peut
s'opposer au passage des gaz produits au moment de la coulée), et se compose en
général :
a) de sable quartzeux (86-96%) pratiquement infusible en contact avec le métal
liquide.
b) d'argile (bentonite) (3-10%) qui lie les grains de silice entre eux et empêche le
moule de se détériorer après enlèvement du modèle.
3. Le Forgeage
Le forgeage consiste à exercer un effort important sur un lopin de métal chauffé ou
non pour le contraindre à prendre la forme désirée. On distingue plusieurs techniques :
estampage, matriçage, extrusion, laminage, forgeage libre. Le principal avantage du
forgeage sur les autres techniques est d’améliorer les caractéristiques mécaniques du métal
mis en œuvre. En effet, sous l’effet de la pression, les particules de métal vont se déformer
et les « grains » de matière vont s’orienter suivant certaines directions. Il en résulte un
fibrage de la pièce forgée, qui aura donc de meilleures caractéristiques dans ces directions,
notamment une meilleure tenue en fatigue (efforts alternés et répétés).
3.1. Forgeage libre
C’est la plus ancienne des techniques de forgeage, qui consiste à frapper avec un
sur un lopin de métal chauffé posé sur une enclume. La forme de la pièce sera obtenue en
ajustant la position de la pièce sous le marteau. Il n’y a pas d’outillage spécifique ce qui
permet de réaliser des pièces en petites séries ou à l’unité. Cette méthode est parfois
utilisée pour réaliser rapidement des bruts destinés à être usinés, en tirant profit des
caractéristiques mécaniques du métal forgé.
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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22
Figure 2.4 : Réalisation d'un brut en forge libre
Figure 2.5 : Pièces forgées
4. Estampage- Matriçage
Le lopin de matière chauffé est placé sur une matrice, puis soumis à une pression
importante pour le contraindre à prendre la forme souhaitée. Selon les cas (matière, forme,
qualité souhaitée), l’opération peut se dérouler en 2 ou 3 phases. Contrairement au
forgeage libre, la matrice a ici la forme de la pièce désirée. Les coûts d’outillages sont donc
plus élevés, ce qui réserve cette technique à des productions en séries importantes.
Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière
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23
Figure 2.6 : Pièce d'acier en cours de laminage
5. Laminage
Le laminage consiste à réduire progressivement l’épaisseur d’un bloc de métal
chauffé en le faisant passer entre deux rouleaux. Suivant les profils à réaliser le métal
chauffé va passer dans une série de plusieurs laminoirs (jusqu’à plus de 30) dans lesquels
la section va être progressivement réduite, et la vitesse accélérée (jusqu’à plus de 100m/s
en sortie). Cette technique est utilisée pour la réalisation de tôles, poutrelles et fils en très
grande quantité.
Autres méthodes
D’autres méthodes existent pour le formage à chaud ou à froid : filage, tréfilage,
extrusion. Ces procédés sont réservés à de la production en très grande série.
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par
enlèvement de matière
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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23
3.1. Définition L'usinage appartient à l'ensemble des Procédés d'obtention de pièces par Enlèvement de
matière dans lequel on trouve trois familles de procédés :
o Procédés d'enlèvement de matière par électroérosion
o Procédés d'enlèvement de matière par abrasion
o Procédés d'enlèvement de matière par usinage
Usiner c'est couper
La formation du copeau a généré la science qui permet d'optimiser les conditions de
l'usinage :
Figure 2.1 : Schéma représentatif pour optimiser les conditions de l’usinage
3.2. Génération de surface. Usiner c'est générer une (des) surface(s). Géométriquement, on peut générer des surfaces en
utilisant 2 lignes formatrices :
Génératrice (G)
Elle est mobile
Lignes
formatrices
Directrice (D) Elle est fixe.
Elle donne la direction du
mouvement.
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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24
Exemples :
Génération d'une surface plane
Figure 2.2 : Génération d'une surface plane
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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25
Génération d'une surface cylindrique
Figure 2.3 : Génération d'une surface cylindrique
Il faut matérialiser les lignes formatrices :
Des mouvements relatifs sont donnés à l'outil et/ou à la pièce et permettent de matérialiser la
ligne Génératrice et la ligne Directrice :
Le mouvement de coupe (noté Mc) est un mouvement rapide, conditionnant la formation du
copeau.
Le mouvement d'avance (noté Mf) est un mouvement plus lent.
Ce sont des mouvements relatifs de l'outil par rapport à la pièce, via la machine-outil (MO).
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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26
Figure 2.4 : Le mouvement d'avance dans le de tournage et fraisage
On distingue deux types de travail de génération :
a.Travail de forme
La forme de la génératrice de la surface correspond à la forme de l’arête coupante de l’outil.
b.Travail d’enveloppe
La forme de la génératrice de la surface correspond à l’enveloppe des positions successives de
l’outil (c’est à dire le mouvement d’avance).
Figure 2.5 : Types de travail de génération(a :Travail de forme, b :travail d’enveloppe)
Mf
Mc
Mf
Mc
Mc
Mf
Mc
Mf
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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27
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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28
3.3. Les machines
Elles sont caractérisées par leur cinématique, c'est-à-dire les différents mouvements
relatifs outil/pièce possibles. Le mouvement de coupe (de rotation) est donné par la broche, à
l'outil sur les fraiseuses ou centres d'usinage, à la pièce sur les tours. Les autres mouvements
peuvent être donnés soit à l'outil, soit à la pièce.
Les axes conventionnels
Axe Z : Axe de rotation de la broche
Axe X : Axe de plus grande direction
Axe Y : Axe qui forme un trièdre direct
Axes A,B,C : Axes de rotation autour de
X,Y,Z
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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29
3.3.1. Fraiseuse, Centre d'usinage
3.3.2. Tour :
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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30
Figure 2.6 : les différents types de fraiseuses, Centre d'usinage
3.4. Les outils 3.4.1. Les outils axiaux
Forêt Forêt étagé Fraise 2T Forêt à centrer Alésoir Taraud
Figure 2.7 : Les outils Axiaux
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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31
3.4.2. Les outils de tournages
Figure 2.8 : Les outils de tournages
3.4.3. Les outils de fraisage
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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Figure 2.9 : Les outils de fraisage
3.5. Les paramètres de coupe
La donnée principale de départ est la vitesse linéaire de coupe Vc, fonction des
matières du couple outil/pièce. Elle est donnée par le fabriquant d'outil. Elle s'exprime en
m/min.
Fréquence de rotation
n = 1000.Vc / πD……………………3.1.
Avec :
n : Fréquence de rotation (tr/min)
Vc :Vitesse de coupe (m/min) => elle dépend de la matière de la pièce et de la matière
de l’outil. On trouve des valeurs de Vc (Mat pièce ; Mat outil) dans les catalogues des
fabricants d’outils.
D : Diamètre de la pièce en tournage
Diamètre de la fraise en fraisage
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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33
Vitesse d’avance
En tournage : Vf = n.f
En Fraisage : Vf = n.fz.z
Avec :
o Vf : Vitesse d’avance (mm/min)
o n : Fréquence de rotation (tr/min)
o f : Avance par tour (mm/tr)
f mini =0.05 (en dessous, copeau mini)
o fz : Avance par dent (mm/dent)
fz mini =0.05 (en dessous, copeau mini)
o z : Nombre de dent de la fraise (dent/tr)
En ébauche, on cherchera à avoir une avance élevée pour diminuer le temps d’usinage.
(limite : puissance machine, déformation de la pièce sous les efforts de coupe….)
En finition, on cherchera à avoir une avance faible pour diminuer les efforts de coupe qui
nuisent à la précision.
Profondeur de passe
ap maxi = 2/3 de la longueur d’arête (pour les outils à plaquette carbure)
En ébauche, on cherchera à avoir une profondeur de passe élevée pour diminuer le temps
d’usinage.
En finition, on cherchera à avoir une profondeur de passe faible pour diminuer les efforts de
coupe qui nuisent à la précision.
3.6. La gamme, la phase.
Une gamme de fabrication est la succession des étapes qui depuis la réalisation de la
pièce brute, permet d'obtenir la pièce finie. Chacune de ces étapes porte le nom de phase. Cet
enchaînement est le fruit d'une démarche complexe qui doit prendre en compte un nombre
important de paramètres (technique, économique, logistique…) et auquel on aboutit après
validations successives.
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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34
L'avant projet d'étude de fabrication (APEF) est au cœur de cette démarche. Son élaboration
permet de définir les différentes phases (d'usinage, de traitement thermique, de finition, de
contrôle, de lavage…).
Pour chacune des phases d'usinage, il faut préciser le posage de la pièce, les cotes fabriquées,
les outils, leurs conditions d'utilisation…
3.7. La mise en position (MIP) et le maintien en position (MAP)
La mise en position ou posage, a pour fonction de donner à chaque pièce de la série la
possibilité d'occuper la "même position" par rapport à un référentiel machine, afin d'assuré
une réalisation des surfaces usinée qui soit compatible avec les exigences du dessin de
définition. "Même position" est définie avec les incertitudes de mise en position, appelées
dispersions de mise en position.
Il peut être nécessaire de supprimer jusqu'à six degrés de libertés (3 translations et 3
rotations).
La fonction du maintien en position est de permettre à la pièce de conserver sa position
pendant la phase d'usinage, malgré les efforts générés par la coupe.
Modélisation et représentation de la mise en position.
Les liaisons sont modélisées par des normales de contact matérialisant les points d'appui.
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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35
Figure 2.10 : Exemple de représentation
Association Normale/Surface
Figure 2.11 : Les différents Type de surfaces
Représentation
simplifiée Représentation
normale
Symbolisation projetée Symbolisations frontales équivalentes Exemples de représentation
Symbole de base
Long
L>1.5D
Cour
t L<
D
Long
L>1.5D
Court
L<D Grande Moyenn
e
Petite
Surfaces coniques Surfaces cylindriques Surfaces planes
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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36
Ces fonctions sont assurées par le porte-pièce, qui peut être : standard (mandrin, étau),
spécifique modulaire ou spécifique dédié.
Standards :
Spécifique Modulaire :
Spécifique Dédié:
Figure 2.12 : Les différentes fonctions assurées par le porte-pièce
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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37
3.8. La cotation de fabrication Elle permet de définir précisément la valeur ajoutée par la phase à la pièce.
Cote fabriquée : cote à réaliser dans une phase donnée entre 2 surfaces actives de la phase.
Surface active : Les surfaces usinées dans une phase et les surfaces de référence (surfaces
d'appuis appartenant à la pièce) constituent le groupe des surfaces actives dans cette phase.
Par extension : Spécification fabriquée, les conditions géométriques imposées entre des
surfaces actives d'une phase.
Surface de référence : Les surfaces de la pièce qui assurent la mise en position sur les
montages sont les surfaces de référence.
Toutes les pièces fabriquées doivent vérifier les cotes fabriquées (validation la conformité de
la production au modèle de simulation).
Détermination de cotes fabriquées et validation de l'APEF.
Une simulation permet de déterminer les cotes fabriquées à partir des conditions BE (dessin
de définition) et de décider de la capabilité du process de fabrication choisi.
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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38
Phase 10
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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39
Figure 2.13 : Les différentes phases de fabrication d’une pièce
3.9. Le contrat de phase Il recense l'ensemble des informations nécessaire à la mise en œuvre d'une phase : machine
outil, mise en position, maintien en position, surfaces usinées, cotation de fabrication, outil,
trajectoire d'usinage, condition de coupe.
Contenu d’un contrat de phase :
Informations relatives à la phase :
Mode d'usinage (tournage, fraisage, etc.)
Numéro de phase
Type de machine utilisée
Nature du porte-pièce
Informations relatives à la pièce :
Nom de l'ensemble auquel appartient la pièce
Nom de la pièce
Nombre de pièces fabriquées et cadence
Matière
État du brut (coulé, laminé, étiré, etc.)
Dessin de la pièce dans l'état où elle se trouve à la fin de la phase.
Ce dessin comporte les renseignements suivants :
Surfaces à usiner représentées en trait fort.
Normale de repérage (localisation isostatique) ou symbolisation
technologique.
Symbole de maintien en position (facultatif)
Référentiel de cotation : (O, x, z) pour les pièces de tournage et (O, x, y,
z) pour les pièces usinées dans les trois dimensions.
Tolérances de position.
Tolérances de forme.
États de surface.
Phase 20
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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40
Remarque : Le dessin de phase comporte également des informations relatives à l'outil :
Dessin de l'outil précisant la géométrie de l'outil.
Cycle d'usinage.
Informations relatives aux opérations à effectuer :
Nature de l'opération.
Cotes de fabrication.
Les tolérances de forme.
Les tolérances de position.
Les états de surface.
Éléments de coupe :
Vc vitesse de coupe en m/min
n fréquence de rotation en tour
f avance par tour en mm/tour (en tournage)
f avance par dent en mm/tour (en fraisage)
Vf avance par tour en mm/min
a profondeur de passe en mm
p nombre de passes
Outillage de coupe :
Outil (Type, nature, rayon de bec, etc.)
Porte outil
Outillage de contrôle :
Noms et caractéristiques des instruments utilisés (mesurage).
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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41
PHASE
CONTRAT DE PHASE N°
Désignation
10 FRAISAGE
Ensemble: Moteur F Code pièce : Brut:
Pièce : C.A.I Porte-pièce: Modulaire Programme:
Matière : AS9U3 Machine : CU HURON Nom:
ANALYSE DE LA PHASE
CONDITIONS DE COUPE
N
°
Désignation des opérations Outillage de coupe
et contrôle
vc fz ap
XY
ap
Z
z n vf
1 Aléser cy105 en ébauche 39.7
Tête à aléser d’ébauche 380 0.08 .85 -- 2 3185 478
2 Surfacer pl100 ébauche cote de 16.2 0.2 Fraise à surfacer Ø125 880 0.18 -- 0.8 7 2242 2803
3 Percer cy103 cy104 5.7 et chanfreiner ch101
ch102 Outil fraise combiné 80 0.15 3 -- -- 4500 675
4 Chanfreiner ch106 à 30° cote de 22.5 0.2 Fraise à chanfreiner Ø29 380 0.05 -- 1 -- 4200 420
5 Surfacer pl100 en finition cote de 16 0.2 Fraise à surfacer Ø125 1200 0.05 -- 0.2 7 3033 1213
Figure 2.14 :Schéma représentatif pour un contrat de phase
Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière
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42
3.10. Le perçage
3.10.1. Définition
Le perçage est un procédé d’usinage qui consiste à obtenir un trou circulaire par enlèvement
de copeaux.
3.10.2 .Principe
Le perçage est obtenu a l’aide d’un outil de coupe appelé foret. Il est animé d’un mouvement
de rotation continu et d’un mouvement d’avance.
3.10.3. Mode d’action
C’est la combinaison de deux mouvements que l’on peut faire varier:
a) Le mouvement de rotation (MC): L’outil tourne sur lui-même, c’est la vitesse de rotation
en tour par minute (Tr/min).
b) Le mouvement de descente (Mf): L’outil pénètre dans la matière, c’est l’avance en mètre
par minute (m/min).
3.10.4. Les Matériels
a)Les perceuses portatives:
Il en existe de différentes capacités, elles peuvent être à batterie, électrique ou pneumatique.
Tel que :
Perceuse électrique
Perceuse électro-magnétique
Perceuse à batterie
3.10.5. La forêt hélicoïdale
1. Descriptif
Le foret hélicoïdal, également appelé foret américain, est l’outil de perçage le plus
couramment employé, il comprend:
1. la tête ou partie active formée par les deux surfaces d’affûtage, partie conique dont
l’arrête d’intersection forme le sommet du foret. Les arrêtes tranchantes, ou lèvres du foret,
sont déterminées par les intersections des surfaces coniques et des rainures hélicoïdales.
2. le corps constitué par un cylindre dans lequel ont été fraisées deux rainures hélicoïdales
servant au dégagement des copeaux et au passage du lubrifiant.
3. la queue cylindrique ou tronc conique. Les queues troncs coniques se terminent par un
tenon d’en traînement qui empêche toute rotation dans l’organe de la machine.
Chapitre 4 : Technique d’assemblage
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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44
4.1. Introduction
Le terme assemblage mécanique est souvent utilisé pour des assemblages permanents
entre deux ou plusieurs pièces via une déformation de l'une au moins des pièces, ou d'un
accessoire intermédiaire. Jusqu'à présent, il n'existe aucune norme internationale reprenant la
classification des différentes techniques existantes. La norme allemande DIN 8593-5 classifie
les techniques d'assemblages par transformation suivant le type de pièces à assembler. Les
techniques sont alors subdivisées en procédés avec et sans moyen d'assemblage.
4.2. Les assemblages amovibles
4.2.1. Les assemblages à vis et à boulons
La majeure partie des assemblages dans la construction des machines se font avec des vis.
Figure 4.1 : Assemblages à vis et à boulons
Les assemblages vissés sont constitués par des boulons (vis traversantes avec écrous),
des vis pour taraudage borgne ou non ou par des goujons.
Figure 4.2 : Différents types de boulons
Les boulons traversant serrent les deux éléments par la tension qui est établie entre
l’écrou et la tête de la vis.
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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45
Les vis pour taraudage assemblent deux éléments en traversant le premier et en pénétrant le
deuxième par un taraudage.
Sur les goujons, la tête de la vis est simplement remplacée par un écrou.
4.2.2. Les filets rapportés
Pour les matériaux à petite résistance au cisaillement, p. ex. les métaux légers, les
matières synthétiques et le bois, les taraudages peuvent être arrachés lors de grandes charges.
Pour éviter ce risque, on utilise des filets rapportés. On les utilise aussi pour réparer des
taraudages abîmés ou lorsque les vis doivent être enlevées et remises fréquemment, p. ex. pour
des plaques de serrage d’installations flexibles. Les filets rapportés taraudent eux-mêmes le
filet de leur logement. Ils sont parfois fabriqués à partir de fils profilés rhombiques. On produit
ainsi des filetages supportant de très hautes charges p. ex. pour l’aviation et la recherche
spatiale en alliage Al-Mg.
Figure 4.3 : Différents types de filet
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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46
4.2.3. Les écrous
Les forces de traction des boulons sont
transmises aux pièces par la tête et l’écrou de la
vis.
L’effort de précontrainte allonge la vis. Cet
allongement et la sollicitation de l’écrou sont
relativement élevés sur le premier filet et ils
diminuent progressivement jusqu’au dernier filet.
Les écrous sont souvent utilisés en combinaison
avec des vis et des goujons.
Figure 4.4 : Différents types des écrous
4.2.4. Le couple de serrage
La transmission de la force et de la charge Lors du serrage d’un écrou ou d’une vis, il
se produit un couple. Par le serrage, ce couple produit un allongement de la tige de la vis. La
force qui cherche à remettre la tige du boulon dans son état originel écrase les pièces à
assembler et, de ce fait, les serres. Cette force est appelée l’effort de précontrainte Fv. S’il est
trop grand, il déforme le boulon et peut le casser.
Les boulons ne doivent donc pas être serrés trop fortement ni trop faiblement.
Si on ne tient pas compte de la friction, l’effort de précontrainte maximal Fv ne dépend que de
la dimension et du matériau de la vis. En raison de la friction, le boulon ne subit pas seulement
une charge de traction, mais aussi une charge de torsion. Pour cette raison, plus la friction est
élevée, plus l’effort de précontrainte Fv maximal doit être réduit.
Les écrous crénelés avec 6 ou 8
entailles sont utilisés quand
l’assemblage doit être sécurisé
avec des goupilles.
La hauteur des écrous hexagonaux
(à six pans) est en général de 0,8d,
plus rarement 0,5d.
Chapitre 4: Technique d’assemblage
Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base
47
L’effort de précontrainte Fv est produit par le couple de serrage MA. Lors d’un serrage à la
main, le couple correspond à la force de la main F1 et à la longueur efficace de la clé l. L’effet
de la précontrainte
Les clés dynamométriques : Le réglage rapide et son blocage sur n’importe quelle valeur du
cadran sont possibles grâce aux crans et à la touche de blocage dans la poignée.
Lorsque, pendant le serrage, la valeur réglée est atteinte, la clé décroche en donnant un «
signal » (bruit et sensation). Et la clé est tout de suite prête à un nouvel emploi.
Figure 4.5 : Couple de serrage
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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48
Figure 4.6 : Clé dynamiques
4.2.5. Les forme des rivets
Les rivets peuvent être classés par la forme de leur tête, par le type de leur tige et par le
procédé de rivetage.
Figure 4.7 : Les différentes formes des rivets.
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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49
4.2.6. Les matériaux des rivets
Les rivets doivent être suffisamment solides tout en étant faciles à déformer. Afin d’éviter la
corrosion électrochimique et/ou un desserrage par réchauffement, les rivets sont idéalement du
même matériau que les éléments à assembler.
4.2.7. Le rivetage
On distingue le rivetage à froid et à chaud.
Les rivets prêts à l’emploi consistent en une tête de pose, une tige et une rivure. Les rivets en
acier jusqu’à un diamètre d’environ 8 mm et les rivets dans d’autres matériaux sont déformés
à froid.
Lors du formage de la tête de rivure, la tige est aussi refoulée et le rivet remplit tout le
perçage.
Figure 4.8 : Les différentes têtes de rivure.
4.3. Les assemblages par brasage tendre (à l’étain)
4.3.1. La définition du brasage
Le brasage fait partie des assemblages inamovibles. Il est possible d’assembler des
éléments de matières différentes. Le brasage nécessite des matériaux auxiliaires tels le métal
d’apport, c’est à dire l’alliage de brasage.
La température de fusion du métal d’apport doit toujours se situer en dessous de la
température de fusion des éléments à assembler. Les matériaux des éléments sont mouillés
sans qu’ils ne fusionnent.
Les assemblages par brasage sont solides, étanches et conducteurs.
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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50
4.3.2. La sécurité au travail
On ne doit pas porter de survêtement facilement inflammable.
Le survêtement doit être sans traces d’huile ou de vapeurs inflammables.
Les yeux doivent être protégés avec des lunettes adéquates.
Il est important de travailler dans des pièces bien aérées, car le brasage génère des
vapeurs toxiques.
4.3.3. Les procédés de brasage
On distingue la soudure forte de la soudure tendre. Pour les températures jusqu’à 450
°C, on parle de soudure tendre. Pour les températures entre 600 °C et 1080 °C on parle de
soudure forte. Et pour les températures au dessus de 900 °C, on parle de brasage à haute
température.
Un bon assemblage par brasage est produit lorsque :
Figure 4.9 : Les procédés de brasage.
On distingue la soudure forte de la soudure tendre. Pour les températures jusqu’à 450 °C, on
parle de soudure tendre. Pour les températures entre 600 °C et 1080 °C on parle de soudure
forte. Et pour les températures au dessus de 900 °C, on parle de brasage à haute température.
Un bon assemblage par brasage est produit lorsque :
- les surfaces métalliques sont propres
- les surfaces sont exemptes d’huile et de graisse
- on choisit la bonne température de travail
- l’écart se situe entre 0,05 et 0,2 mm
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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51
4.4. Soudage
4.4.1 .Généralités
Parmi les procédés d'assemblages, le soudage occupe une place importante dans toutes
les branches d'industrie et du bâtiment, car il permet d'adapter au mieux les formes de
construction aux contraintes qu'elles sont appelées à supporter en service. Le soudage est une
opération qui consiste à assurer la liaison permanente de deux ou plusieurs parties
constitutives de nature identique ou différente, soit par chauffage, soit par pression, soit par
l'action simultanée des deux, de la chaleur et de la pression. Le soudage peut être effectué avec
ou sans métal d'apport. Dans le cas particulièrement important des matériaux métalliques, le
soudage se présente sous deux aspects :
a) Le soudage automatique
Lorsque le métal d'apport et le métal de base sont de nature identique. Dans ce procédé
le métal des pièces à assembler participe à la constitution du joint au même titre que le métal
d'apport. Donc c'est une opération de " fusion localisée " de deux pièces de même nature. Le
métal de base se dilue dans le métal d'apport. La température de soudage est donc
nécessairement supérieure à la température de fusion des pièces à assembler.
Figure 4.10 : Soudure autogène bout à bout sur chanfrein en V.
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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52
b) Le soudage hétérogène
Lorsque le métal de base et le métal d'apport sont de nature différente. Dans ce
procédé, les pièces à assembler ne sont pas portées à la température de fusion et ne participent
pas à la constitution du joint. Ce rôle est uniquement rempli par le métal d'apport, dont la
température de fusion est plus basse et qui assure, en se solidifiant, une liaison métallique
entre les surfaces à assembler.
Dans ce procédé on distingue :
- Le brasage fort (température de fusion du métal > 450°C, avec utilisation du décapant
Borax).
- Le brasage tendre (température de fusion du métal‹ 450°C, avec utilisation du décapant
Borax).
- Le soudo-brasage réalisé généralement au chalumeau. La température à obtenir varie suivant
les métaux à souder :
-Aciers et fontes 600°C à 900°C
-Cuivre 850 à 900°C
-Aluminium 600°C
Figure 4.11 : soudure hétérogène
Soudure hétérogène Soudo- brasure
Chapitre 4: Technique d’assemblage
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53
Le soudo-brasage et le brasage s'appliquent lorsque :
- Les métaux de base ne sont pas soudables par ex : les aciers à outils.
- Les joints sont difficiles d'exécution (faibles dimensions des pièces à souder).
- Les métaux de base sont différents.
- Il n'est pas impératif de conserver les propriétés mécaniques des métaux de base.
4.4.2. Les avantages techniques et économiques du soudage sont
a- Les assemblages soudés présentent une résistance élevée par rapport à d'autre type
d'assemblage.
b- Le soudage est très souvent employé en combinaison avec le moulage, forgeage, estampage
etc..., ce qui permet d'obtenir des pièces d'une forme très compliquées et dont les dimensions
sont très grandes.
c- Haute productivité, bas prix de revient avec possibilité d'obtention des assemblages
étanches.
d- Diminution des dépenses initiales des équipements des ateliers de soudage.
4.4.3. Classification générale des procédés de soudage
Il existe plusieurs procédés de soudage caractérisés par le type de source d'énergie
pour réchauffement et par l'état du métal à l'endroit du soudage. Selon le type de la source
d'énergie on distingue :
- Énergie thermochimique.
- Énergie thermoélectrique.
- Énergie mécanique.
- Énergie de rotation
Les sources d'énergie doivent être capables d'apporter en un temps assez court une grande
quantité de chaleur en un point bien localisé.
Actuellement il existe plusieurs dizaines de procédés de soudage et parmi lesquels on peut
citer :
1. Soudage oxyacétylénique
La source d'énergie est la flamme oxyacétylénique. Il est le seul procédé utilisé pour
l'exécution des joints soudo-brasés ou brasés. Ce procédé présente une grande souplesse et
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recommandé pour l'exécution de travaux délicats sur pièces de nuances diverses et de petites
dimensions.
2. Soudage à l’arc électrique
La source d'énergie est l'arc électrique qui jaillit entre le métal à souder et le métal
d'apport qui est une électrode. Dans ce procédé on peut citer :
a- Soudage en atmosphère inerte (T.l.G)
L'électrode est réfractaire (non fusible) et le bain de fusion est protège par un gaz inerte, argon
ou autre. Ce procédé se substitue de plus en plus au chalumeau pour le soudage des aciers
alliés, de l'aluminium, du cuivre et de ses alliages, des alliages de nickel.
b- Soudage avec électrode enrobée
L'enrobage de l'électrode dépose sur le métal en fusion un laitier protecteur. Ce procédé à fait
de très gros progrès depuis une trentaine d'années, grâce surtout aux nouvelles techniques de
fabrication des électrodes. La rapidité d'exécution des soudures est importante et liée au fait
que l'apport de chaleur est très localisé.
c- Soudage avec fil électrode sous protection gazeuse (M.I.G, M.A.G)
Ici le métal d'apport est constitué par un fil qui arrive en continu au niveau de l'arc. Le bain de
fusion est protégé par un gaz inerte. On peu souder avec ce procédé pratiquement tous les
métaux à une grande vitesse de soudage.
d- Soudage avec fil électrode sous flux en poudre
Même procédé que le procédé MIG, seulement ici la protection du bain se fait par un flux en
poudre.
3. Soudage par résistance électrique
Le chauffage nécessaire à l'endroit du soudage est assuré par effet de Joule :
Q = I2R.t. ……………..………..4.1
L'intensité de soudage et le temps de passage jouent donc un grand rôle dans ce procédé. Il est
utilisé essentiellement pour assembler des pièces par recouvrement.
Dans ce procédé on distingue :
a- Soudage par points
Les appareils de soudage sont constitués en principe de deux bras portant chacune une
électrode, l'un de ces bras est mobile et vient pincer les pièces à souder.
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b- Soudage à la molette
Utilise le même principe que le soudage par points, les électrodes se présentant sous forme de
disques rotatifs.
c- Soudage en bout par étincelage
Ce procédé de soudage par résistance est essentiellement utilise pour le raboutage des tubes.
Les bords à souder sont rapprochés sous-tension et des arcs s'amorcent successivement,
provoquant la fusion des bords. Le soudage à eu lieu alors par forgeage, les deux pièces à
souder étant comprimées l'une contre l'autre.
d- Soudage par induction
La source d'énergie est ici le courant électrique induit dans les pièces à souder par l'application
d'un champ magnétique intense et de haute fréquence.
e- Soudage par friction
Le principe est le suivant :
Une pièce est fixe, l'autre animée d'un mouvement de rotation et est appliquée contre la
première.
L'énergie thermique dégagée par le frottement permet d'atteindre la température de forgeage.
f- Aluminothermie
On utilise ici la chaleur dégagée par la réaction suivante :
F203+ 2 Al → AI2O3 + 2 Fe………………….4.2
Il faut amorcer la réaction soit avec de la poudre, soit avec une résistance électrique. Ce
procédé est surtout utilisé pour le soudage des rails de chemin de fer.
g- Soudage par ultrasons
Ce procédé utilise l'énergie de vibration produite par un appareil électro-acoustique. Il est
utilisé surtout dans l'industrie nucléaire et en électrotechnique pour les soudages des feuilles
d'aluminium, de molybdène, de platine etc...
Il est très employé pour assembler les matières plastiques.
4.4.4. Le soudage oxyacétylénique
C'est vers la fin du siècle dernier et à la suite des travaux du français Georges Claude et
de l'allemand Von Linde que naquit l'idée d'utiliser la flamme pour chauffer localement des
pièces jusqu'à leur point de fusion dont le principal but est de les assembler.
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On peut obtenir cette flamme par la combustion d'un gaz combustible dans 1’air. L air étant
composé de 4/5 d'azote qui ne participe pas à la combustion, on a donc cherché à utiliser un
autre gaz comme carburant l'oxygène.
Donc la haute température (3000°C) de la flamme oxyacétylénique est obtenue par la
combustion d'un mélange d'acétylène et d'oxygène dans une proportion bien définie.
Le soudage oxyacétylénique est caractérisé par des vitesses d'échauffement et de
refroidissement du métal plus faibles en comparaison avec le soudage à l'arc électrique ce qui
conduit à la formation d'une structure à gros grains dans le métal adjacent au cordon de
soudure, diminue la résistance du joint soudé et provoque des déformations importantes de la
pièce soudée. . , .
Si l'épaisseur des tôles dépasse 2mm, le soudage oxyacétylénique devient moins rentable que
celui de l'arc électrique.
L’oxygène (O2) :
L'oxygène est un gaz incolore, inodore et sans saveur. Il est obtenu par 1’électrolyse de
l'eau ou par liquéfaction de l'air qui en contient 1/5 de son volume. Il est d'une pureté très
élevée 99%, car un oxygène moins pur entraîne une augmentation de la consommation de
l'acétylène.
L'acétylène (C2H2) :
L'acétylène (C2H2) est un hydrocarbure gazeux, incolore avec un pouvoir calorifique
de 14000calorie/m et dont l'odeur est désagréable (odeur d'œil). Il est dangereux au point de
vus déflagration il explose en présence d'une décharge électrique ou du feu.
Un mélange d'oxygène et d'acétylène peut exploser à la pression atmosphérique s'il ne
contient que très peu d'acétylène. Industriellement l'acétylène utilisé pour le soudage et
l'oxycoupage est fabriqué à partir du carbure de calcium (CaC2), lequel est obtenu à partir
d'un mélange de carbone (Coke) et de chaux vive à très haute température, la réaction
chimique qui s'y produit est la suivante :
CaO + 3C → CaC2+ CO-Q ………….…………..4.3.
Ensuite l'acétylène est obtenu dans des générateurs par la décomposition chimique du carbone
de calcium avec l'eau selon la réaction suivante :
CaC2+ 2H2O →Ca (OH)2+ C2H2+Q……………….4.4.
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4.4.5. Le soudage à l’arc électrique
C'est un procédé de soudage autogène, donc la chaleur est fournie par l'arc électrique
qui jaillit entre l'électrode et la pièce à souder. La formation d'un arc électrique entre
l'électrode et les éléments à souder (le plus souvent sont de même nature) engendre la chaleur
qui fait fondre localement la pièce à souder et l'électrode dont le métal est projeté dans le bain
de fusion et formant ainsi la soudure.
La plupart des électrodes utilisées actuellement ont un enrobage qui facilite l'amorçage. La
chaleur de fusion est fournie à l'aide d'un courant électrique approprié fourni par un
transformateur de soudage (poste de soudage).
Le rôle du poste de soudage est de débiter le courant électrique convenable (forte
intensité sous faible différence de potentiel). Le courant électrique fourni par le réseau sous
tension (220 ou 380V le plus souvent) est transformé, car la tension d'utilisation est comprise
entre 18 et 50V.
La soudure à l'arc électrique est moins souple que la soudure oxyacétylénique, mais
l'exécution des soudures est plus rapide que celle du chalumeau, l'apport de chaleur étant très
localisé et très important (température de l'arc comprise entre 3000 et 4000°C). Ce procède est
à déconseiller dans le cas du soudage des tôles très minces.
Le soudage à l'arc électrique s'applique aux aciers doux, la plupart des aciers spéciaux
et inoxydables sont soudables à l'arc électrique, mais au delà d'une teneur de 0,4 à 0,5% de
carbone les soudures sont assez fragiles.
Le soudage de la fonte grise est possible soit à froid 'exige une préparation coûteuse et
une exécution attentive), soit à chaud (préchauffage, soudage, refroidissement lent).
Les applications aux métaux et alliages non ferreux quoique possible dans la plupart des cas
ont été jusqu'alors assez limitées.
4.4.5.1. L'arc électrique
C'est une décharge électrique de longue durée se produisant dans un mélange de gaz et
de vapeurs ionisées formée sous l'effet du passage du courant électrique entre le métal d'apport
(électrode) et la pièce à souder (anode). Le mélange de gaz et de vapeur constitue le milieu
conducteur et permet le passage de l'arc.
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Figure 4.12 : Soudage à l'arc électrique
4.4.5.2 Les postes de soudage
Ces appareils sont destinés essentiellement à transformer le courant électrique du
réseau (à tension élevée : 220 à 380 volts et faible intensités) en un courant utilisable pour le
soudage qui met en jeu de fortes intensités mais des tensions faibles.
Ils ont pour rôle essentiel :
- De permettre un régalage de l'intensité,
- D'assurer automatiquement le passage de la tension d'amorçage à la tension d'arc.
- De fournir un courant stable permettant de souder dans les meilleures conditions.
On distingue deux grandes catégories de postes :
- Les postes à courant alternatif de soudage,
- Les postes à courant continu.
Références bibliographiques
Références bibliographiques
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Références bibliographiques
1. Manuel de technologie mécanique, Guillaume SABATIER, et al Ed. Dunod.
2. Memotech : productique matériaux et usinage BARLIER C. Ed. Casteilla
3. Sciences industrielles MILLET N. ed. Casteilla
4. Memotech : Technologies industrielles BAUR D. et al , Ed. Casteilla
5. Métrologie dimensionnelle CHEVALIER A. Ed. Delagrave
6. Perçage, fraisage JOLYS R et LABELL R. Ed. Delagrave
7. Guide des fabrications mécaniques PADELLA P. Ed. Dunod
8. Technologie : première partie, Bensaada S et FELIACHI d. Ed. OPU Alger
الجزائر الجامعیة المطبوعات دیوان .د فواز و ز خریر التصنیع عملیات تكنولوجیا .9
