Cours fabrication mécanique5

S. SFARNI FM

Cours de Fabrication Mécanique

Université Abdelkader Mira - Béjaïa

Programme d’études

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Fabrication Mécanique

Chapitre 3: Procédés de fabrication sans enlèvement de matière• Introduction• Procédés par déformation • Principe • Différents modes (laminage, forgeage, estampage, matriçage…)

• Procédés par fusion• Principe (moulage et fonderie)• Différents modes de moulage

Chapitre 4: Procédés non conventionnels• Généralités• Différentes techniques d’usinage (électro érosion, ultrason, bombardement électronique)• Avantages

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Procédés de fabrication par déformation

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Les procédés de fabrication par déformation consistent à déformer plastiquement le matériau jusqu’à obtention de la forme désirée.

Ces procédés peuvent avoir lieu à chaud ou à froid.Ces procédés existent pour certains d’entre eux, depuis plusieurs siècles (exemple du forgeage). Ils peuvent présenter de nombreux avantages, selon la fonction des pièces fabriquée.

Introduction

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Rappels sur la plasticité des matériaux

La contrainte et la déformation sont données par:

Deux domaines distincts:

1- Elasticité: • La déformation axiale est linéaire;

• La déformation est réversible;• Re est la limite élastique du matériau• R0.2 est la limite conventionnelle à 0.2% de déformation.

nn E

0S

Fn

0L

Ln

Début de la striction

Rupture

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2- Plasticité:

• L’évolution des déformations en fonction des contraintes n’est plus linéaire;• La déformation est permanente;• La fin de la courbe est marquée par le phénomène de striction qui correspond à une déformation localisée.

Début de la striction

Rupture

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Phénomène d’écrouissage:

Ce phénomène apparait pour un matériau à qui l’on a fait subir une déformation plastique. Il correspond à une augmentation de la limite élastique de Re à Re1. L’écrouissage disparait si l’on fait un recuit.

ReRe1

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Influence de la température:

De manière générale, une augmentation de la température induit une diminution de la limite d’élasticité. Ce phénomène est souvent utilisé pour mettre en forme les matériaux, car il nécessite moins de contrainte (et donc moins d’effort sur le matériau) pour obtenir une déformation permanente.


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Procédés de fabrication par déformationProcédé de forgeage(Anglais: Forging)

Le forgeage est l'ensemble des techniques permettant d'obtenir une pièce mécanique en appliquant une force importante sur un morceau de métal, à froid ou à chaud, afin de la contraindre à épouser la forme voulue.Le forgeage implique un dispositif de frappe (marteau, masse, martinet ou marteau-pilon) et un support (enclume ou matrice).L’état plastique de la matière première employée distingue la forge des autres technologies d’obtention des pièces en métal comme la fonderie où c’est le métal liquide à 1450°C (fondu) qui est utilisé.

Enclume

Marteau

Pièce

Chutes

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Procédés de fabrication par déformationAvantages du forgeage

Homogénéité:Sous l’effet du choc ou de la pression, le métal est écrasé et s’écoule entre les outils dans une direction perpendiculaire à celle de l’effort exercé. Il y a homogénéisation et orientation de la structure dans cette direction privilégiée.

Caractéristiques:Certaines caractéristiques mécaniques sont améliorés (en particulier l’allongement à la rupture).

Direction d’écoulement

Direction d’écoulement

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Procédés de fabrication par déformationAvantages du forgeage

La forge est très utile pour des pièces de sécurité comme par exemple les crochets de manutention.Elle permet, en réduisant les dimensions des pièces, de supporter les mêmes efforts. En conséquence, poids des pièces, efforts d’inertie, et vibrations s’en trouvent réduits.

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Procédés de fabrication par déformationPhénomène de corroyage

L'acier est composé de grains et de plus ou moins d'impuretés intergranulaires. Lors des premières opérations de mise en forme (en sidérurgie ou en forge) à partir du métal, on déforme les grains et les inclusions. Cet ensemble s'allonge dans le sens de la déformation.Ce sont les inclusions intergranulaires allongées qui constituent ce que l'on appel le « fibrage » du métal, à cause de l'analogie d'aspect entre un « métal fibré » et une planche de bois.

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Le fibrage est une notion purement qualitative qui met en évidence la déformation du métal par l’alignement des impuretés qu’il contient. Il est donc apparu nécessaire de quantifier la déformation : on parle de « corroyage ».Le corroyage se mesure par son taux : c’est la section initiale du produit rapporté à sa section finale (taux = S0/S1).

S0

S1

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Le taux et le sens du corroyage peuvent avoir une influence importante sur les caractéristiques mécaniques des aciers.

Sens

long

(s

ens

du c

orro

yage

)

Sens travers

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Procédés de fabrication par déformationExemple de l’importance du corroyage

4 crochets issus d'une même tôle de 10 mm d'épaisseur, elle-même corroyée dans le sens indiqué par la flèche (tous les crochets sont découpés par sciage). Les crochets A et D sont découpés tels quels tandis que les crochets C et B sont mis en forme à partir des barreaux droits sciés. Ces 4 crochets ont finalement tous la même forme et la même analyse chimique.

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Procédés de fabrication par déformationExemple de l’importance du corroyage

Néanmoins, lorsque l'on exerce un effort de traction sur chacun d'eux, leur résistance varie de 1 à 10. Note: cet exemple ne correspond pas à la fabrication industrielle de crochets. Il ne sert qu’à montrer l'influence du sens de corroyage sur les caractéristiques mécaniques.

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Procédés de fabrication par déformationLa forge compte plusieurs technologies de production

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1- Forge libre(Anglais: free forging)

La forge compte plusieurs technologies de production

Dans ce cas, la matière est déformée suivant une direction. Les formes obtenues sont simples. La qualité de la pièce dépend de la compétence du forgeron. Les pièces peuvent peser d’un kilo à plusieurs centaines de kilos.La forge libre est utilisée pour les pièces unitaires ou petites séries. Il est possible d’utiliser des outils très basiques (pour les petites pièces simples), ou des marteaux-pillons pour des pièces lourdes.

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Forge libreIllustration animée

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Procédés de fabrication par déformation2- Estampage(Anglais: stamping)

Gravure

Logement de la bavure

Cette technologie consiste à former, après chauffage, des pièces brutes par pression entre deux blocs (les matrices) portant en creux la forme exacte du produit à réaliser. Cette technique de fabrication suppose l’exécution préalable d’outillages spécifiques aux produits à confectionner. Elle n’est donc utilisée que lorsque le nombre de pièces à produire est assez élevé.Elle permet d’obtenir une précision dimensionnelle plus grande qu’en forge libre.

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La température de chauffage est élevée (en général T>0.5 Tfusion).

La mise en contact peut se faire, soit :- Par des machines de choc (V > 1m/s);- Par des machines de pression (V < 1m/s).

2- Estampage

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Procédés de fabrication par déformation3- Matriçage

Il s’agit d’un procédé identique à l’estampage, mais ce terme est réservé aux alliages non ferreux, tels que les alliages d’aluminium, de cuivre, de titane.Exemple: prothèse de hanche:

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Estampage/MatriçageIllustration animée

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Procédés de fabrication par déformationConception des pièces matricées (ou estampées)

Lorsque le concepteur décide d’utiliser l’estampage (ou le matriçage), il est nécessaire de concevoir la pièce pour optimiser : • Les surépaisseurs d’usinage • La forme des matrices • La durée de vie des matrices. Certaines règles sont à respecter pour optimiser le cout et la durée de vie des outils.

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1- Choisir un sens d’estampage:Il ne faut prévoir aucun volume en creux le long des surfaces strictement parallèles au sens de l'estampage.

Exemple de forme finale de pièce souhaitée

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Deux possibilités lors de l’estampage

Sens de l’estampage Sens de l’estampage

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Usinage des parties gardées

Usinage

Usinage

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2- Dépouille:Pour que le métal remplisse la gravure, et pour qu’il en sorte facilement, il faut que les flancs de la pièce soient obliques : c’est ce qu’on appelle la dépouille.Les angles de dépouille varient entre 3 et 10 degrés selon les faces concernées.Note:Les dépouilles concernent uniquement les faces strictementparallèles au sens de l'estampage.

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Pièce souhaitée

Dépouilles sur les faces parallèles au

sens de l’estampageFaces droites

Forme des gravures utilisées

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3- Rayon de raccordementDans une gravure, il faut éviter les angles vifs car ils peuvent engendrer différents problèmes:

• Durée de vie de l’outil diminuée si les rayons sont petits (risque de fissuration des outils). • Risque de formation d’un pli (ou repli) lors de la déformation. Pour s’affranchir de ces risques, il est possible d’augmenter les rayons et faire des passes d’ébauche en usinage.

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Phénomène de repli

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Procédés de fabrication par déformationA titre d’exemple, voici une courbe de variation de l’effort de la presse nécessaire pour remplir les matrices affectées des rayons R1 et R2.

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4- Surépaisseur d’usinage

Il faut prévoir sur toutes les surfaces fonctionnelles, une surépaisseur d’usinage prenant en compte :• La qualité des surfaces de la pièce (zone hétérogène) • Les défauts de positionnement d’une matrice par rapport à l’autre (défaut de déport) • Le copeau mini des outils.

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5- Plan de joint

Pour remplir parfaitement les matrices, il est nécessaire de prévoir une bavure sur tout le tour du plan de joint. Un logement doit être prévu dans les outils. L’épaisseur de la bavure est réduite au voisinage de la pièce, pour faciliter l’opération d’ébavurage. Le plan de joint doit être choisi de façon à • Permettre l’extraction de la pièce • Respecter l’orientation du corroyage en fonction de l’utilisation future de la pièce. • Optimiser la quantité de matière utilisée • Faciliter la fabrication des outils

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