Transcript Présentation des principaux procédés 2014

Module « Mise en œuvre et Procédés »
(MOP)
Les principaux procédés de
fabrication en mécanique
X. BOIDIN, P. HOTTEBART, D. LE PICART, C. NICLAEYS, L. PATROUIX, P. QUAEGEBEUR
Février 2014
1
Déroulement du module
• Séances planifiées: 32 heures
•
•
•
•
1h Cours-TD
9h APP
20h TP
2h examen
• Travail individuel
• Entre les séances APP
• Préparation examen
2
Module « Mise en œuvre et Procédés » (MOP)
1h
3h
1h
4h
4h
4h
3
Module « Mise en œuvre et Procédés » (MOP)
4h
4h
4h
1h
2h
4
Sécurité
• Ponctualité : 8h00  12h00 ; 13h30  17h30
• comportement calme face aux machines
• vêtement de travail en coton
• (combinaison, pantalon + veste, ou pantalon + blouse)
• cheveux longs noués
• chaussures de sécurité
• un ou deux élève(s) par machine
5
Généralités
1 pièce
composante
Pièce
mécanique
Plusieurs pièces
composantes
assemblées
définitivement
d
c
b
e
a
f
Objectif : Faciliter l’obtention de chaque pièce composante
Réalisation de
chaque pièce
Exemples :
pièce a : fluotournage + perçage
pièce b : tournage + perçage
pièce c : roulage
Utilisation de plusieurs
procédés complémentaires
assemblage par soudage
6
Caractérisation des procédés
• Paramètres influants
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Matériaux mis en œuvre
Typologie de production (Unitaire/Petite ou grande série)
Ecarts admissibles sur la pièce finie
Dimensions des pièces
Complexité des formes
Coût
…
…
…
7
Exemple de l’atelier de l’école
• Matériaux :
principalement matériaux métalliques
• Typologie de production :
Unitaire ou petit série <100 pièces
• Ecarts admissibles : ≥ 0.005mm
• Dimensions des pièces :
de 10 à 600 mm
• Complexité des formes :
de peu à très complexes
• Coût :
critère peu influant dans la production de pièces de
prototypes
8
1er cas d’étude
• Matériaux:
matériau métallique
• Typologie de production:
Unitaire ou petit série <20 pièces
• Ecarts admissibles:
≥ 0,005mm
• Dimensions des pièces:
de 10 à 250mm
• Complexité des formes:
simple à complexe
9
Production d’une pièce usinée
Si 0,005 <tol ≤ 0,01mm
Rectification
Pièce finie
Usinage conventionnel
Formes simples
(Tournage, fraisage, perçage)
Si tol > 0,01mm
Pièce finie
½ Produits
(barres)
Formes complexes
Si 0,005 <tol ≤ 0,01mm
Rectification
Pièce finie
Usinage commande
numérique
(Tournage, fraisage, perçage)
Si tol > 0,01mm
Pièce finie
10
Etude de cas 2
4-L’usinage
• Génération de surfaces
- Mouvement de coupe (Mc) : permet à la face de coupe d’attaquer le
matériau
- Mouvement d’avance (Mf) : ajouté au précédent, il permet de générer
une surface
Mouvement
COUPE
Mouvement
sur pièce
sur outil
d’avance
Fraisage
sur pièce
sur outil
Tournage
Perçage
11
4-L’usinage
• Le tournage
Porte outil
Mandrin
Poupée
mobile
Boîte de
vitesses
Chariot
transversal
Trainard
(longitudinal)
12
4-L’usinage
• Le tournage
couteau
Tournage
Tournage
Voir Réf. T.I. bm7086
13
4-L’usinage
• Le fraisage
Broche
Outil
Porte
pièce
Table
Longitudinal
Transversal
Vertical
14
4-L’usinage
• Le fraisage
Fraisage
de profil
Fraisage
de face
Fraisage
Voir Réf. T.I. bm7082
15
4-L’usinage
• Le perçage
Variateur de
vitesse
Avance
Mandrin
Porte pièce
Perçage
Table
Perçage
Voir Réf. T.I. bm7088
16
4-L’usinage
• Le perçage/taraudage
Etude de cas 1
17
4-L’usinage
• Usinage à CN
- Mc : mouvement de rotation (idem usinage conventionnel)
- Mf : interpolation point à point dans l’espace (trajectoire quelconque)
Fraisage
sur MOCN
Tournage CN
Fraisage CN
Moyeu
Etude de cas 1
18
4-L’usinage
• La rectification
Obtention d’une surface par enlèvement de matière par abrasion
Outil : Meule abrasive
Rectification plane
http://www.braillon.com/fr/plateaux-magnetiques-pour-rectification-plane.html
Rectification cylindrique
Rectification
Etude de cas 1
Voir Réf. T.I. b1698
19
http://www.ateliersauvage.be/index.asp?page=20
2ème cas d’étude:
• Matériaux :
matériau métallique
• Typologie de production :
Unitaire ou petit série <50 pièces
• Ecarts admissibles :
≥ 1 mm
• Dimensions des pièces :
de 100 à 1000 mm
• Complexité des formes :
de peu à très complexes
20
Production d’une pièce mécano-soudée
½ Produits
(Tôles, tubes, profilés)
Découpage
Conformage
Assemblage
Pièce finie
Usinage conventionnel
(Tournage, fraisage, perçage)
½ Produits
(barres)
21
Etude de cas 3
5-Le découpage
oxycoupage
thermique
découpe plasma
découpe laser
cisaillage
mécanique
poinçonnage
jet d’eau
22
5-Le découpage
• Oxycoupage
Procédé de découpe par combustion localisée et continue du
métal par un jet d'oxygène pur.
ENTRETENIR LA REACTION
INITIER LA REACTION
Métaux oxycoupables:
Epaisseurs oxycoupables:
Fer et aciers faiblement alliés
Manganèse, Molybdène
Titane, Tungstène
En acier: 3 mm à 2 m
Oxycoupage_plasma_laser_jet eau
Coupage thermique et coupage au jet d’eau
Voir Réf. T.I. bm7340
23
Voir Réf. T.I. bm7280
5-Le découpage
• Découpage plasma
- +
-
+
+
- +
+
- +
-
+
+
+
-
- +
- +
-
+
IONISATION DU GAZ
+
+
ARC ELECTRIQUE
- +
+
+
- +
-
-
+
+
+
-
+
+
+
CONSTRICTION
du jet plasma
+
-
+
+
-
+ - +
- + +
+
+
+
+
+
+
-
+
ENERGIE THERMIQUE
ENERGIE CINETIQUE
FUSION & EXPULSION
du métal
température au cœur de l ’arc (15 000 à 30 000 °C) = fusion du métal
vitesse élevée du jet plasma (> M 1) = expulsion du métal
Voir Réf. T.I. bm7340
Oxycoupage_plasma_laser_jet eau
Coupage thermique et coupage au jet d’eau
Voir Réf. T.I. bm7280
24
5-Le découpage
• Cisaillage
><
Jeu entre les lames
Presses tôle
$
Lame supérieure
e
tôle
Butée
Lame inférieure
Jeu
aspect de la surface cisaillée
durée de vie des lames
0,06 e < jeu < 0,1 e
Découpage de tôles à la presse
Voir Réf. T.I. bm7500
25
5-Le découpage
• Poinçonnage - grignotage
tôle
poinçon
matrice
Copyright www.machine-outil.com
poinçon – matrice : diversité
jeu (poinçon – matrice) :
de formes, de dimensions
fonction du matériau
et de son épaisseur
Poinçonnage
Découpage tôle à la presse
Voir Réf. T.I. bm7500
26
Etude de cas 2
6-Le conformage
Pliage
Profilage
Roulage
Cintrage
Emboutissage
Fluotournage
Hydroformage
27
6-Le conformage
• Le pliage
→
F
poinçon
y
tôle
matrice (vé)
pliage en l’air
Pliage
α
flexion localisée
pli rectiligne
α = f(y)
rayon du pli > rayon poinçon
28
6-Le conformage
• Le roulage
roulage
flexion continue
rayon > rayon rouleau
pièce cylindrique ou conique
29
6-Le conformage
• L’emboutissage
serre-flan
tôle
poinçon
tôle (plane)
matrice
pièce
non développable
Emboutissage
Voir Réf. T.I. bm7511
Emboutissage
30
6-Le conformage
• Le cintrage
Cintrage 1
Cintrage 2
Etude de cas 2
31
Les procédés d’assemblage
Oxyacéthylénique
Par friction
Par résistance
Par arc électrique
Brasage
Frettage
Soudage
Les procédés
d’assemblage
Rivetage
Collage
Sertissage
32
8-Le soudage
SOUDER : assembler de façon permanente
plusieurs pièces, tout en assurant
entre elles la continuité de la matière.
33
8-Le soudage
Nature
de
l’énergie
Sans
métal
d’apport
Avec métal d’apport
De même nature
De nature différente
Thermo-
Flamme
Brasage
-chimique
Oxy-acéthylénique
Soudo-brasage
Soudage
Mécanique
par friction
Electrode
enrobée
Electrique
Soudage
par points
TIG
MIG - MAG
34
8-Le soudage
• Par points
Soudage par points
Assemblage par soudage
• Par friction
Soudage par friction
Voir Réf. T.I. c2522
35
8-Le soudage
• Brasage
brasage
36
8-Le soudage
• Soudage à l’arc
soudage à l’arc
37
Etude de cas 2
3ème cas d’étude
• Matériaux:
matériau métallique
• Typologie de production:
Unitaire ou petite série < 50 pièces
• Ecarts admissibles:
• Dimensions des pièces:
≥ 0,05mm
de 250 à 600 mm
• Complexité des formes:
de peu à très complexes
38
Pièce usinée à partir d’un brut mécano-soudé
½ Produits
Pièce finie
(Tôles, tubes, profilés)
Mécano-soudage
Usinage
(découpe, conformage,
usinage, assemblage)
(conventionnel ou CN)
Brut
mécano-soudé
39
Etude de cas 4
4ème cas d’étude
• Matériaux:
matériau métallique
• Typologie de production:
Unitaire ou petite série < 50 pièces
• Ecarts admissibles:
• Dimensions des pièces:
≥ 0,05mm
de 250 à 400 mm
• Complexité des formes:
de peu à très complexes
40
Pièce usinée à partir d’un brut moulé
Métal liquide)
Pièce finie
Moulage
Usinage
(conventionnel ou CN)
Brut moulé
41
Etude de cas 5
1-Le moulage
MOULER : remplir d’alliage liquide une empreinte (moule
ou coquille) qui donne après solidification de
l’alliage la forme souhaitée.
MOULAGE
Moule
non permanent
Moule
permanent
Sous gravité
Moulage en sable
Moulage en
coquille par
gravité
Sous pression
Moulage en
coquille sous 42
pression
1-Le moulage
• Le moulage au sable
1.Serrage chassis inférieur
2.Retournement
3.Noyautage
4.Remoulage noyau
5.Serrage chassis supérieur
6.Fermeture du moule
7.Élaboration du métal liquide
8.Coulée
9.Tunnel de refroidissement
10.Déchargement puis décochage
11.Retour chassis
Moulage
au sable
Ligne de
moulage
au sable
Moulage_Noyautage
Voir Réf. T.I. m3512
Spécification des pièces
de fonderie
Voir Réf. T.I. m3540
43
Etude de cas 4
5ème cas d’étude
• Matériaux:
Résine polyuréthane, métallique
• Typologie de production:
Unitaire ou petite série < 20 pièces
• Ecarts admissibles:
• Dimensions des pièces:
≥ 0,2mm
de 10 à 200 mm
• Complexité des formes:
de peu à très complexes
44
Pièce usinée à partir d’un brut prototypé
Dépôt de fil
Pièce finie
Modèle
en ABS
Surmoulage
silicone
Usinage
(conventionnel ou CN)
Moule en
silicone
Brut moulé
Coulée sous vide
Modèle
en cire
Moulage
Grappage
Moule en
plâtre
45
3-Le prototypage rapide
• Généralités
Ensemble de procédés permettant de passer rapidement d’un modèle
virtuel (CAO) à un modèle physique
Différents objectifs :
prototype géométrique
prototype fonctionnel
prototype technologique
Très nombreuses technologies  en développement
Prototypage rapide
Voir Réf. T.I. bm7017
http://www.techniques-ingenieur.fr/res/pdf/encyclopedia/TI-bm7017.pdf
Modèle CAO
Pièce réelle
46
3-Le prototypage rapide
• Par ajout de couches 2D
Agglomération
de poudre
Matériaux : Plâtre + Résine
Dépôt de fil fondu
Polymérisation de
couches de résines
Matériaux: ABS
Matériaux : Résines techniques
Fusion de
poudre par laser
Matériaux : Métalliques
Frittage de
poudre (SLS)
Couches de
papier collé (LOM)
Matériaux : Papier, plastique
Matériaux: Polymère,
Métalliques, Cires
47
3-Le prototypage rapide
• Par duplication
Moulage par gravité ou sous vide
Moule en plâtre
Micro-fonderie à cire
perdue
Moule en
silicone
Matériaux : Métalliques
Matériaux : Résines techniques
Moule en sable fritté
48
Les principaux procédés de fabrication
Pliage
Cintrage
Emboutissage
Hydroformage
Fluotournage
Profilage
En moule permanent
En moule non permanent
Frittage
Conformage
Moulage
Mécanique
cisaillage
poinçonnage
jet d’eau
Thermique
Découpage
Les procédés de
fabrication
Forgeage
oxycoupage
plasma
laser
Electro /
Chimie
Usinage
Tournage
Fraisage
Perçage
Taillage
Brochage
Rectification
Prototypage
Forge libre
Estampage
Matriçage
Extrusion
Laminage
Tréfilage
Electroérosion
Electrochimie
49
fin de la présentation …
50
Approfondissement des procédés de fabrication
et
Spécification d’un dessin technique
au travers d’un
Apprentissage Par Problèmes
1 h encadrée
+
2 h non encadrée
51
• Freinera, freinera pas ?
Sollicitation de la société DECO pour le projet V’Lille
52
Apprentisage Par Problèmes
53
Chronologie
54
Chronologie (suite)
55
Bibliographie
Techniques de l’ingénieur
* Moulage_NoyautageTI-m3512
* Spécifications des pièces de fonderie _TI-m3540
* Estampage _TI-m3200
* Forgeage libre _ TI-m620
* Tréfilage de l'acier - TI-m645
* Tréfilage de l'aluminium - TI-m652
* Tréfilage des fils cuivreux ultra-fins - TI-m646
* Prototypage rapide _ TI-bm7017
* Brochage_TI-b7087
* Fraisage _ TI-bm7082
* Perçage _ TI-bm7088
* Rectification _ TI-b1698-version1
* Taillage des engrenages _ TI-bm7155
* Tournage _ TI-bm7086
* Coupage thermique, coupage jet eau_TI-bm7280
* Découpage tôles a la presse_TI-bm7500
* Oxycoupage_plasma_laser_jet eau_TI-b7340
* Emboutissage des toles_TI-bm7511
* Fluotournage_TI-b7580
* Profilage_TI-bm7574
56 56
Bibliographie
Techniques de l’ingénieur
• Fabrication des produits frittes _ TI-m864
• Assemblage par soudage_TI-c2522
• Assemblages frttes_TI-b5500
• Collage des métaux_TI-bm7621
• Agrafage Sertissage Rivetage _ TI-b5535
Divers
• Précis Construction Mécanique, Tome 2, Projets-Méthodes, Production, Normalisation
AFNOR, Nathan
• Memotech Productique, Matériaux et Usinage, C. Barlier, L. Giradin, Editions Casteilla
• Memotech Genie Mécanique, Productique mécanique, C. Barlier, B. Poulet,
Editions Casteilla
•Exploitation du concept GPS et de la normalisation pour la spécification Géométrique
des produits, CERPET, Ministère de l’Education Nationale de la Recherche et de la
Recherche, M. Aublin
57 57