Industrialisation 2014 Ensil PDF

 

 

Mécatronique

Industrialisation de produits 

PAULIAT - LAPOIRIE ENSIL

 

Industrialisation de produits

Mécatronique

Sommaire 1  INTRODUCTION ................................................................................................................................................................................. 5  2  PROCESSUS D’INDUSTRIALI D’INDUSTRIALISATION SATION   ............................................................................................................................................. 6  2.1 

Besoin, produit, prix ..................................................................................................................................................................... 6  

2.2 

Développement du produit ........................................................................................................................................................... 6 

2.3 

Concevoir pour un cout de réalisation minimal ............................................................................................................................ 7 

3  Choix d’un processus  processus  ............................................................................................................................................................................. 7  3.1 

Situation idéale ............................................................................................................................................................................. 7 

3.2  Situation actuelle .......................................................................................................................................................................... 7  4  Classement des procèdes ........................................................................................................................................................................ 8  4.1  4.2 

Conservation de volume : fusion ou formage ............................................................................................................................... 8   Addition de volume ...................................................................................................................................................................... 9 

4.3 

Modification de la matière ........................................................................................................................................................... 9 

4.4 

Perte de volume .......................................................................................................................................................................... 10  

5  RAPPEL DES PRINCIPES ................................................................................................................................................................. 10   5.1 

Le laminage ................................................................................................................................................................................ 11 

5.2 

Tréfilage-étirage: ........................................................................................................................................................................ 11 

5.3 

Extrusion ou filage : ................................................................................................................................................................... 12  

5.4 

extrusion hydrostatique .............................................................................................................................................................. 12 

5.5 

Pliage : ....................................................................................................................................................................................... 12 

5.6 

Cintrage : .................................................................................................................................................................................... 12 

5.7 

Emboutissage : ........................................................................................................................................................................... 13 

5.8  5.9 

Fluotournage : ............................................................................................................................................................................ 14  Hydroformage : . ........................................................................................................................................................................ 14   

 

5.10 5.11 

Forgeage :................................................................................................................................................................................... 15 Estampage : ................................................................................................................................................................................ 15 

5.12 

Coulée continue :........................................................................................................................................................................ 15 

5.13 

Le MOULAGE .......................................................................................................................................................................... 16 

Le moulage sable ou coquille : ............................................................................................................................................................. 16 

. Le moulage sous-pression : ................................................................................................................................................................ 17  Les procédés de précision à modèle perdu : ......................................................................................................................................... 17   La centrifugation : ................................................................................................................................................................................ 18   5.14 

Frettage : .................................................................................................................................................................................... 19 

5.15 

Dudgeonnage : ........................................................................................................................................................................... 19 

5.16 

Laser : ........................................................................................................................................................................................ 20 

5.17 

Soudage par friction : ................................................................................................................................................................. 21 

5.18 

frittage ........................................................................................................................................................................................ 21 

5.19  5.20 

Grenaillage : ............................................................................................................................................................................... 22  Galetage : ................................................................................................................................................................................... 22 

5.21 

Cémentation : ............................................................................................................................................................................. 22 

5.22  5.23 

 Nitruration :............ ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. .............. ............ ....... 22  Carbo-nitruration : ...................................................................................................................................................................... 23 

5.24 

Chromage : ................................................................................................................................................................................. 23 

5.25  5.26 

Phosphatation : ........................................................................................................................................................................... 23  Anodisation : .............................................................................................................................................................................. 23 

5.27 

le tournage .................................................................................................................................................................................. 24 

5.28 

le fraisage ................................................................................................................................................................................... 24 

5.29 

le brochage ................................................................................................................................................................................. 25 

5.30 

Rectification : ............................................................................................................................................................................. 26 

5.31 

Rodage : ..................................................................................................................................................................................... 26 

5.32 

Polissage : .................................................................................................................................................................................. 26 

5.33 

Jet d’eau  d’eau  : ................................................................................................................................................................................... 26 

5.34 

Ultrasons : .................................................................................................................................................................................. 27 

5.35 

Plasma ........................................................................................................................................................................................ 27 

5.36  L’électroérosion   ......................................................................................................................................................................... 28  L’électroérosion 6  Procèdes d’usinage  d’usinage  : présentation ........................................................................................................................................................ 29   

 

7 Mode de génération des surfaces.......................................................................................................................................................... surfaces.......................................................................................................................................................... 29 7.1  Surfaces élémentaires ................................................................................................................................................................. 29 

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7.2 

Principe de la g génération énération de surfaces surfaces............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. .............. ............ ....... 30 

7.3 

Travail de forme et travail d’enveloppe d’enveloppe   ...................................................................................................................................... 30 

8  Les différents types de machines en fabrication ................................................................................................................................... 30   8.1  8.1.1 

Les machines traditionnelles ...................................................................................................................................................... 30   Le tour traditionnel ............................................................................................................................................................. 30  

8.1.2 

La fraiseuse traditionnelle .................................................................................................................................................. 32 

8.2 

Les machines à commande numérique ....................................................................................................................................... 33  

8.3 

TERMINOLOGIE. : .................................................................................................................................................................. 33  8.3.1  8.3.2 

Machine-outil à commande numérique MOCN : ................................................................................................................ 33  Centre d'usinage (CU) : ...................................................................................................................................................... 33 

8.3.3 

Machine autonome flexible : .............................................................................................................................................. 33 

8.3.4 

Cellule flexible : ................................................................................................................................................................. 33 

8.3.5 

Ligne transfert flexible : ..................................................................................................................................................... 34 

8.3.6 

Atelier flexible : ................................................................................................................................................................. 34 

8.4 

LES MOYENS DE FABRICATION ACTUELS ...................................................................................................................... 34  8.4.1 

Sur fraiseuse CN 3 axes verticale, on peut réaliser : ........................................................................................................... 34  

8.4.2 

Opérations réalisables sur un centre de fraisage-alésage CN 4 axes horizontal : ................................................................ 35  

8.4.3 

Possibilités de réalisations sur Tour cn 2 axes monobroche. .............................................................................................. 35  

8.4.4 

Centre de tournage cn 3 axes. ............................................................................................................................................. 36  

8.4.5 

Centre d’usinage 5 axes.  axes.  ..................................................................................................................................................... 37 

8.4.6 

Intérêt de l’usinage à 5 axes axes   ............................................................................................................................................... 37 

8.5 

LES AXES DES MACHINES. .................................................................................................................................................. 37 

8.6 

Référentiel normalisé de la machine........................................................................................................................................... 37   8.6.1 

Les axes .............................................................................................................................................................................. 37 

8.6.2 

LES AXES ADDITIONNELS ........................................................................................................................................... 40 

8.7 

Les matériaux à outil .................................................................................................................................................................. 41   8.7.1 

ARS .................................................................................................................................................................................... 41 

8.7.2 

Carbure ............................................................................................................................................................................... 41 

9  Les différents type d’outils  d’outils  ................................................................................................................................................................... 42  9.1 

Les outils de tour en acier rapide (ars)............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............ ..... 42 

9.2 

Les outils de tour a plaquette carbure ......................................................................................................................................... 45  

9.3 

Les fraises en acier rapide (ars) .................................................................................................................................................. 46  

9.4 

Les fraises a plaquettes carbure .................................................................................................................................................. 47 

9.5 

Illustration .................................................................................................................................................................................. 47 

10  Fraise à surfacer ................................................................................................................................................................................... 47  11  Surfaçage en bout ................................................................................................................................................................................. 47   

 

12 Fraise à surfacer et à dresser ................................................................................................................................................................ 47 13  Surfaçages combinés à prédominance en bout ..................................................................................................................................... 47  14  Fraise à rainurer ................................................................................................................................................................................... 47   15  Rainurage de profil............................................................................................................................................................................... 47  16  Fraise 3 tailles à dentures alternées ...................................................................................................................................................... 47  17  Rainurage en bout ................................................................................................................................................................................ 47  17.1  17.2 

Fraises pour usinages spécifiques ............................................................................................................................................... 47   Les différentes opérations en fraisage ........................................................................................................................................ 49 

18  Les formes simples usinables et les outils associés .............................................................................................................................. 50  18.1 

Tournage .................................................................................................................................................................................... 50 

18.2  19 52 

5.2

Fraisage ............ ............. ............ .............. ............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .. 51 

20  ORGANISATION DES PROCESSUS D’USINAGE  D’USINAGE   .......................................................................................................................... 53  20.1  20.2 

Définitions.................................................................................................................................................................................. 53  Le dossier de fabrication. ........................................................................................................................................................... 53 

21  Les porte-outils .................................................................................................................................................................................... 54  21.1 

Liaison outil porte-outil en fraisage............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. ............. ......... 54 

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Industrialisation de produits 21.2 

Mécatronique

Montage de plaquettes ........................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

21.3 

Montage des outils monoblocs ................................................................................................................................................... 54  

21.4 

Liaison porte-outil machine en fraisage...................................................................................................................................... 54  

21.4.1 

Le cône morse ; cône 5% ...................................................................................................... Erreur ! Signet non défini. 

21.4.2 

Cônes 7/24 ............................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

21.5 

attachement HSK ....................................................................................................................................................................... 54 

21.5.1 

HSK forme A ............................................................................................................................................................... 54 

21.5.2 

HSK forme B ........................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

21.5.3 

HSK forme C ........................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

21.5.4 

HSK forme E ........................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

21.5.5 

HSK forme F ........................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

22  les porte-outils de tournage .................................................................................................................................................................. 55  22.1 

Liaison outil / porte-outil ............................................................................................................................................................ 55  

22.1.1 

Présentation générale des normes normes existantes............ .............. ............. ............. ............. ............. ............. ............. ......... 55 

22.1.2 

Liaison ISO-P ....................................................................................................................... Erreur ! Signet non défini. 

22.1.3 

Liaison ISO-M ...................................................................................................................... Erreur ! Signet non défini. 

22.2 

Porte outil VDI ................................................................................................................................... Erreur ! Signet non défini. 

22.3 

les porte-outils modulaires ................................................................................................................. Erreur ! Signet non défini. 

22.3.1  22.4 

modularité

............................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini. 

Liaisons utilisées pour les attachements modulaires ........................................................................... Erreur ! Signet non défini. 

23  7Les paramètres de coupe .................................................................................................................................................................... 56  23.1 

Principe ...................................................................................................................................................................................... 56 

23.2  Analyse tournage, Fraisage ........................................................................................................................................................ 56   23.2.1  Vitesse de coupe ........................................................................................................................................................... 56  23.2.2 

Détermination de la fréquence de rotation .................................................................................................................... 57 

23.2.3 

AVANCE ..................................................................................................................................................................... 57 

23.3  Porte pièces ................................................................................................................................................................................ 59  23.3.1  Liaison pièce-machine : ................................................................................................................................................ 59   23.3.2 

Fonction du porte-pièce : .............................................................................................................................................. 59  

23.3.3 

Typologie des porte-pièces : ......................................................................................................................................... 60  

24  Modélisation de MOCN ....................................................................................................................................................................... 62  24.1 

Cellule élémentaire d'usinage ..................................................................................................................................................... 62 

1.1.1 

Qi ....................................................................................................................................................................................... 62 

1.1.2 

Opp ..................................................................................................................................................................................... 62 

1.1.3 

Op ....................................................................................................................................................................................... 62 

1.1.4 

Om ..................................................................................................................................................................................... 62 

1.1.5 

R ......................................................................................................................................................................................... 62 

1.1.6 

P ......................................................................................................................................................................................... 62 

1.1.7 

OP1 .................................................................................................................................................................................... 62 

24.2  24.3 

Points caractéristiques ................................................................................................................................................................ 62  Equation vectorielle ................................................................................................................................................................... 65 

24.4 

Cas du tournage .......................................................................................................................................................................... 66 

24.5 

Cas du fraisage ........................................................................................................................................................................... 67 

25  Constitution d'un axe numérique de MOCN ........................................................................................................................................ 67   25.1 

Cas du tournage .......................................................................................................................................................................... 69 

25.2 

Cas du fraisage ........................................................................................................................................................................... 69 

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Industrialisation de produits

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1  INTRODUCTION Besoin identifié

Traduction du besoin par l’entreprise   l’entreprise

PHASE 1 : Traduction du besoin

Cahier des charges fonctionnel

Définition du  produit

Concept directeur validé

PHASE 2 : Interprétation du besoin  par recherche de concepts

Cahier des charges concepteur

Définition du  produit

PHASE 3 : Définition du produit Dossier  produit

Il s’agit d’élargir au maximum le champ d’investigation des concepts  pour répondre à la traduction du  besoin formulé dans le CDCF. Son  but est de proposer des concepts directeurs validés en fonction de la veille et de la stratégie de l’entreprise. Elle a pour objectif d’apporter des concepts nouveaux en terme d’usages et de technologies. Peut être réalisée sous forme de séances de créativité ou d’outils d’aide à l’innovation (TRIZ par exemple) Cette phase permet de concevoir le  produit à partir du CDCC. Il Il doit aboutir à un produit qui servira de  base à la construction d’un prototype reproductible industriellement. Le CDDC fige le design, la technologie employée ainsi que les performances du produit. Cette étape permet de valider le couple produit/process.

Validation du  produit

Prototype

L’objectif de la phase 1 est de traduire le besoin identifié par l’entreprise en fonction de son environnement en terme de produit. Le résultat de cette phase est le cahier des charges fonctionnel (CDCF)

PHASE 4 : Validation du produit

Test utilisateur

Il s’agit d’une étape intermédiaire avant le lancement du produit. Elle a  pour objectif, dans une première étape, de valider la conception  produit en construisant un prototype prototype reproductible industriellement, puis dans une seconde étape de valider l’interprétation du besoin exprimé et ceci par un test auprès des utilisateurs potentiels ;

Industrialisation  

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2  PROCESSUS D’INDUSTRIALISATION D’INDUSTRIALISATION 2.1  Besoin, produit, prix Pour une économie de marché dont l’offre est supérieure à la demande, demande, le prix est l’expression monétaire de la valeur que les partenaires de l’échange accordent au bien ou au service cédé. L’acheteur exprime un besoin, il est prêt à payer un produit ou un système capable d’y répondre. Ce prix dépend autant de l’intensité du besoin que de la manière avec laquelle le  produit doit y satisfaire. Le prix du vendeur dépend des coûts mis en œuvre pour réaliser ce  produit, et du profit escompté. Le produit n’est pas une fin en soi pour l’acheteur, mais le moyen de répondre à un besoin, il jugera donc sa qualité par les satisfactions obtenues. Le produit doit coller au plus près du service à rendre, la technologie mise en œuvre n’est plus n’est  plus jugée directement. La nécessité de connaître les besoins auxquels les produits doivent répondre, conduit les entreprises à définir leurs objectifs en fonction du marché visé plutôt qu’en fonction de la technologie. Une entreprise doit se situer en f onction onction d’une orientation marché, elle ne se  juge plus par la maîtrise de technologies mais par son aptitude à répondre vite et bien à un  besoin donné. Le besoin ne cessant d’évoluer, elle doit vérifier en permanence l’adéquation produit / marché, l’attractivité l’attractivité de ses produits et doit tenir compte des évolutions des sociétés modernes.

2.2 

Développement du produit

Un produit se caractérise par  un  un cycle de vie : vie  : pénétration sur le marché, période de maturité, déclin. Ce cycle est de plus en plus court, une automobile à un cycle de 7 ans en Europe, un aspirateur 2 ans, un téléphone portable, 1 an, un ordinateur 6 mois…  mois…   Plus le cycle de vie est long plus la prise de risque est importante car il faut anticiper les réactions sur marché et les stratégies de la concurrence. Après une phase d’analyse du besoin et de faisabilité, le BE passe à l’étude et à la définition  préliminaire du produit : -  technique : réponse à un besoin, à un marché ; -  qualité : degré de satisfaction ; -  coût de revient : compétitivité. Tout cela per met met d’écrire le cahier des charges fonctionnel sur lequel le BE s’appuie pour la conception. Il doit faire des choix : -  matériaux et processus de mise en œuvre ; œuvre  ; -  conditions fonctionnelles ; -   procédures de montage ; -  contraintes de stockage, de mise en œuvre, de maintenance. La responsabilité du BE est grande car les décisions décis ions vont servir par la suite de référ référence ence aux services méthodes, industrialisation, contrôle, etc… Il est donc important que les informations circulent à la fois tôt et vite entre les différents services, qui sont appelés à travailler simultanément. La conception de produits complexes comme l’automobile, fait appel à des plateaux techniques qui regroupent des spécialistes de chacun des métiers intervenant dans la conception / réalisation réalisati on d’un ensemble. Exemple : un moteur est conçu avec des motoristes mais aussi des spécialistes fonderie, usinage, montage, etc… Ce type d’ensemble se caractérise par ses performances intrinsèques intri nsèques

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mais aussi par son processus de réalisation. Le plateau conçoit simultanément le moteur et son moyen de fabrication.

2.3 

Concevoir pour un cout de réalisation minimal

Des études montrent que 70% des coûts de coûts de réalisation étaient définis par les choix du bureau d’étude.   d’étude. Avec l’apparition de nouveaux processus de fabrication et  et  les progrès permanents des anciens, il est difficile pour un représentant du bureau d’étude de choisir seul le meilleur (coût et performance) pour son application. Une erreur de conception affecte toutes les pièces  produites, détectée pendant la conceptio conception n elle n’engage pas encore les moyens de fabrication,  par contre après industrialisation elle oblige à reprendre tout le processus.

3  Choix d’un processus  processus  Il est nécessaire d’adapter les moyens de fabrication aux caractéristiques des pièces, dont les  principaux critères sont les suivants : -  nombre de pièces et cadences -  taille et masse de la pièce -  géométrie générale (cylindrique, prismatique…)  prismatique…)   -  type de surfaces (simple ou par contournage) -   précision dimensionnelle et géométrique demandée (4, 5, 6, 7, 8), état de surface 3.1 

Situation idéale

Le procédé de fabrication idéal, aurait les caractéristiques suivantes : -  réalisation des pièces en une seule opération, -  mise en forme directe de la ou des matières choisies (pas de gaspillage) -  temps de réalisation très rapide -  coût minimal -  énergie minimale -  reconversion instantanée Energie Caractéristiques techniques

Matière vierge

MACHINE

Pièce finie

Contrôle automatique

3.2 

 

Situation actuelle

Cette machine ou ce procédé n’existe pas, pour réaliser une pièce il faut utiliser un processus, qui comprend plusieurs procédés, avec des mises en forme successives de la matière. Il faut donc choisir chacun d’entre eux, définir le trajet de la pièce pendant tout le processus au fur et à mesure des opérations de transformation transformat ion qui conduisent à la pièce finie.

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La difficulté réside dans l’optimisation du choix choi x des procédés de transformation, et de l’ordonnancement de toutes ces opérations. Le critère économique est primordial, il faut consommer le minimum, passer le moins de temps (respect des délais), jeter le moins possible (chutes, copeaux, pièces rebutées), le tout avec un stock minimal. Energie Caractéristiques techniques

Matière vierge

Caractéristiques géométriques

Pièce avec valeur  ajoutée

PROCESSUS

Procédés de transformation Ordonancement des opérations

4 

 

Classement des procèdes

Les procédés peuvent être classés selon de multiples critères : du type de forme, au coût unitaire, en passant par l’impact sur l’environnement, etc… Avant de déterminer l eurs caractéristiques, il est bon de rappeler quels sont les procédés dont dispose aujourd’hui l’industrie mécanique pour la réalisation de pièces. Le critère de classement est l’impact du  procédé sur le volume de matière ou sur la matière elle-même.

4.1  Conservation de volume : fusion ou formage

Conservation du volume   Energie mécanique Lente à chaud

Energie thermique Fusion

 Laminage Tréfilage 

Laminage Tréfilage Lente Extrusion à froid Pliage Cintrage Emboutissage Fluotournage Hydroformage

Coulée continue Fonderie Moulage 

Par gravité



Brutale à chaud

Moulage Rotoformage

Centrifugation

Moulage par injection

Sous pression





Forgeage

 

Emboutissage Estampage



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4.2  Addition de volume

 Addition du volume  volume   Energie mécanique   mécanique

Physico-chimie Oxydation Energie thermique Fusion

Déformation Pression résiduelle  Agraffage Sertissage Rivetage Frettage Dudgeonnage

Soudage Forces de liaison Polymérisation  Adhérence





Pression Frottement

Transfert Diffusion

Solidification Soudage arc Oxyacétylénique Laser Friction 

Collage Moulage plast. 

Force de liaison Fusion partielle Frittage

Boulonnage



4.3  Modification de la matière

Modification matière   Energie mécanique   mécanique  Apport Recouvrement

Physico-chimie

Energie thermique Elévation temp.

Transfert Diffusion Cémentation Nitruration Carbo-nitruration











Peinture  Vernis

Pression Ecrouissage

Modification structurale 

Grenaillage Sablage Galetage











Recuit Trempe Revenu

Force de liaison Réduction Chromage Nickelage Chrome dur Dépôts chimiques. Forces de liaison Conversion

   

Phosphatation

 

 Anodisation Page 9

 

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4.4  Perte de volume

Perte du volume   Energie mécanique

Physico-chimie Oxydation

Energie thermique Tournage Fusion Fraisage Perçage Laser Rabotage Plasma Brochage Cisaillage Poinçonnage Grignotage 

Coupe

Rectification Rodage Meulage  Abrasion Polissage Jet d ’eau  Ultrasons

Dissolution anodique Electro-érosion  Polissage  Gravure 



Oxydation Projection Oxycoupage



Certains procédés d’enlèvement de matière sont caractérisés par un très mauvais « rendement ». Il est caractérisé par le rapport de l’énergie consommée sur le volume de matière transformée en copeaux. Voici quelques valeurs pour les plus courants coura nts : 3   tournage : 2 à 3 J/mm -  Perçage au foret hélicoïdal : 3 à 6 J/mm3  -  Fraisage : 3 à 6 J/mm 3  -  Rectification : 50 à 300 J/mm 3  -  Electroérosion : 700 à plusieurs milliers de J/mm3  -  Usinage électrolytique : 300 à 3000 J/mm3  3

-  Découpe au jet d’eau abrasif  :  : plusieurs milliers de J/mm   Tous ces procédés ne sont donc pas utilisables pour la réalisation de pièces en série, les plus consommateurs d’énergie présentent l’intérêt de pouvoir travailler des matériaux très durs (après traitements thermiques). Il est possible de tailler des matrices de moules dans des aciers spéciaux avec avec très peu d’opérations (déplacement d’un modèle en graphite dans la matière). Aujourd’hui ces applications disposent de peu de moyens autres que l’électroérosion, seul le fraisage UGV semble capable de les concurrencer.  concurrencer.  

5  RAPPEL DES PRINCIPES

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5.1  Le laminage

Déformation entre deux cylindres opposés d’un lopin de métal, formes  profilées, la réduction de section provoque un allongement de la pièce.

5.2  Tréfilage-étirage: Le tréfilage tréfilage est  est la réduction de la section d'un matériau  matériau  métallique métallique   filaire par traction mécanique. Utilisé pour amincir une paroi ou calibrer une pièce :  Exemples :  Baguettes de soudure, fil de fer.

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5.3  Extrusion ou filage : Un effort de compression entre un poinçon et une matrice  pousse le métal d’un lopin qui s’écoule au travers de filières qui donnent la forme de la pièce. On obtient ainsi des profilés de grandes longueurs

5.4  extrusion hydrostatique

Le lopin de matière est poussé à travers la filière par un liquide sous pression. En général ce liquide est de l’huile, car il sert alors de lubrifiant. Les frottements sont supprimés, l’outillage est simplifié par le nombre de pièces  plus réduits, en contrepartie, l’étanchéité aux pressions de fonctionnement fonctionnement 5 (3.10  bars) est délicate à réaliser. Les lopins à filer peuvent être longs l ongs car il n’y a pas de flambage, lles es rapports de réduction peuvent être élevés.

5.5  Pliage :

Une ébauche (ou un flan), reposant sur deux ou plusieurs points d’appui est pliée pli ée sous l’action d’une force exercée sur un poinçon.  poinçon.  

5.6  Cintrage : Procédé de déformation de sections de forme quelconque tubulaire.

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5.7  Emboutissage :

L’emboutissage L’emboutissage  est

un procédé de formage par déformation plastique à chaud ou à froid des métaux. Il transforme une feuille de métal appelé flan en une surface généralement non développable (carters par exemple).

Emboutissage d'une pièce de plancher automobile

L’opération d’emboutissage est effectuée

sur une presse  au moyen d’un outillage  dont la configuration la plus simple, appelée outil simple effet comprend deux pièces principales : la matrice et le poinçon. L’une est bridée sur la table fixe, l’autre sur le coulisseau  animé d’un mouvement

rectiligne alternatif.

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5.8  Fluotournage :

Un flan ou une ébauche de dimension adaptée est plaqué dans un plan vertical, sur l’extrémité d’un mandrin tournant dont l’axe est disposé horizontalement. Au cours de la rotation, le métal du flan est écrasé contre les génératrices du mandrin grâce à l’action de deux ou ou trois molettes.

5.9  Hydroformage : .

Deux vérins axiaux, viennent réaliser l’étanchéité en appuyant sur les extrémités du tube et un fluide sous pression est introduit dans le tube. La pression augmente et déforme le tube, aidée  par les vérins axiaux qui poussent la matière vers l’intérieur.  l’intérieur.  On peut aussi réaliser des perçages, la pression interne servant de matrice.

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5.10  Forgeage :

Déformation d’un matériau ductile, à l’aide d’outils multiples. La déformation n’est pas contrée par une matrice.

5.11  Estampage :

Mise en forme par chocs ou pression d’un lopin métallique intercalé entre les gravures (creux ou relief) appelées matrices. Lors de la mise en forme de matériaux non ferreux l'opération s'appelle alors MATRICAGE

5.12  Coulée continue : L'acier liquide est coulé dans une lingotière en cuivre de section carrée, rectangulaire recta ngulaire ou ronde (selon le demi-produit fabriqué). Le métal commence à former une peau solide dans la lingotière violemment refroidie à l'eau. tiré vers le bas par un jeu de rouleaux, il achève de se solidifier. A la base de l'installation, on extrait une barre solide, carrée, rectangulaire ou ronde, qui est découpée en tronçons de la longueur désirée applelés brames, blooms, billettes. 

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5.13  Le MOULAGE

Les différents procédés de fabrication En fonction des formes, de la masse, de la précision dimensionnelle, de l’état de surface recherché et des quantités à couler, il sera choisi parmi les procédés de moulage suivants. Principales classes de procédés de moulage

Les formes extérieures proviennent de la forme donnée à un moule en sable Les formes en creux de la pièce sont réalisées par des noyaux (formes pleines) fabriqués avec des moyens spécifiques :  boîte à noyaux. Après solidification de la pièce le moule est détruit c’est le décochage, décoc hage, les conduits d’alimentation sont séparés de la pièce, ainsi que les bavures.

Le moulage sable ou coquille ::  

Après réalisation d’une empreinte en creux en deux parties de la pièce à obtenir, on coule   le métal porté à l’état liquide par simple gravité. Après solidification de l’alliage, la pièce est extraite du moule puis débarrassée des appendices nécessaires à la coulée. L’empreinte (ou moule) peut être constitué :  :  - d’un matériau réfractaire, le plus souvent en sable. sable. En fonction du type de liants

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utilisés (à froid ou thermodurcissants) et des moyens de production, on peut couler des pièces de toutes quantités pouvant aller jusqu’à plus de 100 tonnes ;  ;  - d’un moule métallique (Moulage en coquille) qui est utilisé pour des fabrications d’au moins 5000 pièces avec des masses allant de quelques grammes à 300 kg. . Le moulage sous-press sous-pression ion : 

On force le métal liquide à s’introduire dans un moule métallique sous une forte pression   afin d’obtenir des pièces en très grande série de quelques grammes à plus de 50 kg épousant l’empreinte gravée dans le moule.  moule.   le métal liquide est versé dans un conteneur métallique puis injecté dans l’empreinte l’ empreinte sous des  pressions atteignant couramment 1 000 bars. Les forces de fermeture atteignent atteignent aujourd’hui 45 000 kN.  kN. 

. Les procédés de précision à modèle perdu :  :  Principe de réalisation

En cire, urée, polystyrène expansé. Le moule est en « céramique » ou en plâtre. C’est un procédé de production en toutes séries de pièces de  pièces de dimensions petites à moyennes dont la masse va de quelques grammes à quelques dizaines de kilogrammes. En plâtre, les alliages les plus usuels sont à base d’aluminium et à base de magnésium. Outre l’obtention d’une grande précision dimensionnelle, dimensionnelle, les points forts de la fonderie de précision à modèle perdu sont la réalisation de pièces de dessin pouvant être sophistiqué, à parois très minces, en alliages difficilement ou non usinables.

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La précision dimensionnelle est très bonne à excellente. En moulage céramique on coule des alliages légers et ultra légers (magnésium) (ma gnésium) ; des aciers, des superalliages à base nickel, cobalt, zirconium ; le titane (également en moules de graphite usinés) ; des alliages cuivreux. Principaux marchés : aéronautique, aérospatial, médical, militaire, nucléaire, têtes de clubs de golf, turbines, fonderie d’art, etc.  etc.   Les avantages de ce procédé sont multiples : la qualité de la « peau » de la pièce est remarquable. Quelles que soient les pièces creuses à réaliser, les opérations de noyautage sont supprimées. Les plans de joint de moule sont également supprimés. Par conséquent, les coûts d’ébarbage sont moindres (plus de portées de noyaux, plus de plan de joint). De plus, la coulée et le refroidissement du métal s’opérant dans de dans de meilleures conditions que dans un moule classique, les pièces peuvent être réalisées avec moins de métal et ont note  par conséquent un allègement de celles-ci. Le procédé autorisant une grande précision dimensionnelle, il est possible d’obtenir des trous tro us  bruts de fonderie. Sur le plan du rendement, un tel procédé s’accommode fort bien d’importances cadences de production.  production.  De plus les chantiers « LOST FOAM » sont très flexibles. Dans la mesure où il n’y a pas d’outillage à démonter et pas de noyaux à pré parer, le changement de pièces est aisé. Defait, il n’y a pas d’usure de l’outillage.  l’outillage.   - En cire (ou urée) perdue : perdue  : On coule une cire spéciale qui, en se solidifiant, prend la forme exacte de la pièce à produire. Ensuite, le modèle ainsi réalisé en cire, après avoir été éventuellement monté en grappe, est trempé à plusieurs reprises dans un bain pâteux (barbotine) de matériaux réfractaires et de liants qui, en séchant, forme la « carapace » autour du modèle en cire. L’ensemble est porté à une température sup érieure à 100 °C : la cire fond et laisse alors une cavité dans laquelle sera coulé le métal en fusion. Après refroidissement, le moule est détruit laissant apparaître une  pièce métallique identique, dans les moindres détails, au modèle initial. - En polystyrène expansé emballé dans un sable sans liant ( LOST FOAM, …).  …).  Ce procédé de moulage implique la fabrication d’autant de modèles que de pièces à réaliser. Les modèles sont obtenus par injection, injecti on, dans un moule métallique, de granules de polystyrène qui se soudent sous l’action de la vapeur.  vapeur.   Les différentes parties du modèle et les appendices de coulée sont collés de manière à former f ormer des grappes recouvertes d’un enduit réfractaire, puis placés dans un bac dans lequel on verse du sable sec sans liant qui est ensuite compacté par vibrations. Lors de la coulée, le front de métal progresse en faisant évaporer le polystyrène et prend la place de celui-ci.

. :  La centrifugation : 

La centrifugation, encore appelée coulée sous-pression centrifuge est une technique de coulée  basée sur les propriétés physiques de la force centrifuge. En faisant f aisant effectuer au moule en sable ou à la coquille métallique une rotation autour d’un axe vertical ou horizontal, le métal

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acquiert les propriétés physiques supplémentaires suivantes par rapport à la coulée par gravitation classique : Ce procédé ne peut toutefois être appliqué que pour des pièces de formes simples telles que galets de roulement, roues, tubes, cylindres de laminoirs, calandres, chemises de moteurs, etc.

5.14  Frettage :

Consiste a effectuer un serrage mécanique méc anique d’une frette montée à chaud. Exemple pour le montage d’outils utilisés pour l’usinage grande vitesse.  vitesse. 

5.15  Dudgeonnage : C’est une expansion des tubes de faisceau dans les plaques tubulaires d’échangeurs ou de tubes tubes dans diverses parois. C’est une opération qui consiste à augmenter le diamètre du tube dans un l’alésage d’une plaque tubulaire, de façon à obtenir, après retour élastique de la plaque, une pression d’interface entre le tube et l’alésage.  l’alésage.  

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5.16  Laser :

Les atomes sont constitués d'un noyau et d'un ou plusieurs pl usieurs électrons qui gravitent sur des orbites stables. Le principe du laser repose sur le phénomène de pompage par excitation. Ce pompage s'effectue par le passage d'un électron d'une orbite de niveau d'énergie E1 à une autre orbite d'énergie supérieure E2 et se fait par absorption d'une quantité d'énergie parfaitement définie. Celle-ci peut provenir d'une excitation électrique, ou d'un flash optique

 

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5.17  Soudage par friction :

Cette technologie consiste à souder " dans la masse des produits de géométries et de nuances"différentes. Avantages :  :    Pas de métal d'apport ni de gaz



       



Homogénéité de la soudure ZAT limitée.



Temps de cycle court



Reproductible



Automatisable et mise en place dans une chaîne de production à haut rendement

  Pas de déformation des pièces : conservation



des tolérances géométriques

  Absence de fumées et de projections



5.18  frittage La poudre de base est mélangée à des poudres d'alliage et à un lubrifiant Une presse comprime une petite quantité de  poudre de façon à donner donner une forme à la pièce. La forme peut être partielle, mais de façon générale, elle est finale. C'est d'ailleurs là un des grands avantages de la métallurgie des poudres. La pression exercée pour produire la pièce est d'environ 30 tonnes par pouce carré. Les comprimés sont ensuite disposés dans un four à très haute température. On désigne cette opération par frittage frittage.. Le frittage consiste à chauffer les pièces à une température légèrement inférieure à la température de fusion du matériau principal afin de créer des liens métallurgiques entre les  particules sans pour pour autant faire fondre le métal ni déformer la pièce.

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5.19  Grenaillage :

Projection à grande vitesse de petites billes appelées grenailles sur la pièce à traiter L'utilisation de projectiles sphériques permet d'assimiler l'opération de nettoyage à un micromartelage. Exemple : Aspect granité sur les pièces en thermoplastiques

5.20  Galetage :

Le galetage consiste en un écrasement de surface, à froid, sous la pression de galets traités (outils ou molettes de galetage). Les outils entraînent la pièce à galeter en rotation. Il permet d'augmenter la résistance à la fatigue des pièces de construction soumises à des contraintes élevées

5.21  Cémentation : Traitement le plus classique, il consiste en un apport de carbone dans la surface de la pièce, suivi d’un durcissement par trempe. Pendant le traitement, la pièce est maintenue en contact avec un corps, solide, liquide ou gazeux, riche en carbone.

5.22  Nitruration : C'est un durcissement superficiel obtenu par réaction de l'azote et de certains alliages ferreux (fer + ammoniac, constitué d'hydrogène et d'azote, le tout chauffé à 550°C). L'azote en présence forme des nitrures de fer, fer, ce qui provoque une augmentation de dureté. L'acier traité doit contenir de l'aluminium car celui-ci limite la pénétration des nitrures. But : Obtenir une pièce résiliente à cœur et très dure en surface  

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5.23  Carbo-nitruration : Le procédé est un compromis entre la  la  cémentation  cémentation et la  la  nitruration. nitruration.   Le durcissement provient surtout de la carburation de la couche extérieure de la pièce. Le rôle de l'azote est surtout d'abaisser le point de transformation. La température (Ac3) Ac3)  pour la trempe qui suit est moins élevée 700°C (donc moins de déformations)  But : C'est : C'est un procédé de durcissement superficiel permettant au métal d'absorber du carbone et de l'azote dans une atmosphère constituée de carbone et d'ammoniac

5.24  Chromage : le chrome dur est un dépôt électrolytique susceptible d'être utilisé brut de dépôt, rectifié ou poli, d'une épaisseur de quelques microns ou millimètres.

5.25  Phosphatation : La phosphatation est l'un des principaux traitements utilisés avant mise en peinture d'une surface. Ce procédé permet d'obtenir une première barrière anticorrosion, mais aussi l'obtention d'une "fine rugosité" qui facilite l'ancrage et augmente l'adhérence de la peinture. Les substrats traitables sont l'acier, la fonte mais aussi le zinc et l'aluminium Afin de conserver le lubrifiant, les pièces sont phosphatées, ce revêtement constitué par une multitude de petits cristaux de phosphate accrochés fortement à la surface forme une couche qui a un fort pouvoir d’absorption des corps gras. Cette couche se déforme en même temps que la pièce et maintien les lubrifiants contre la  pièce.

5.26  Anodisation : L'anodisation est un procédé électrochimique qui consiste en la croissance d'une couche d'oxyde protecteur à la surface d'un métal. Le métal le plus traité par ce procédé est l'aluminium. Le traitement de l'aluminium permet d'obtenir suivant le process des couches poreuses, d'où des possibilités d'imprégnation (revêtements lubrifiants) ou bien de coloration (propriétés décoratives) qui viennent en complément des propriétés anticorrosion de la couche d'alumine formée.

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5.27  le tournage Axe de révolution de la ièce Pièce

Ce procédé p rocédé permet d’obtenir des formes de révolution extérieures ou intérieures, à l’aide d’outils généralement à tranchant unique. La pièce est animée d’un mouvement de rotation, l’outil de déplace par rapport au bâti selon, en général, deux translations, sa trajectoire déterminant le profil.

Outil

Déplacement longitudinal de l’outil

Déplacement transversal de l’outil

 

5.28  le fraisage Le fraisage est un procédé d’usinage de formes généralement prismatiques utilisant des outils de coupe à dents multiples de forme circulaire appelés « fraises ». La fraise est animée d’un mouvement circulaire uniforme. La pièce est positionnée sur une table animée le plus souvent de mouvements dans les 3 directions de l’espace  l’espace   : les axes (parfois la tête de la fraise est aussi en mouvement)

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5.29  le brochage Réalisation de rainures ou formes intérieures à l'aide d'une broche Exemples : cannelures intérieures

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5.30  Rectification : Permet l’obtention de pièces de grande précision (qualité 4 à 6) dimensionnelles et géométriques à l'aide d'une meule. La rectification peut se faire après traitement thermiques. Il existe de la rectification plane, cylindrique et  profil

5.31  Rodage : Le rodage est le procédé d’usinage mécanique consistant à effectuer une opération d’abrasion C’est-àC’est -à-dire dire d’enlèvement d’enlèvement de matière, sur tous les types de  pièces métalliques ou non métalliques. On utilise comme moyen mécanique d’abrasion différents abrasifs tels que : diamant, oxyde d’alumine, oxyde de cérium, carbure de silicium, carbure de bore, etc ...

5.32  Polissage : Polissage pour l’amélioration d’un état de surface contrairement au rodage pour l’enlèvement de la matière.  matière.  Le polissage permet l’obtention d’une surface  polie miroir

d’eau : 5.33  Jet d’eau :

Le principe de base de cette technique qui puise son origine dans les années 1960 initié par un certain Docteur Norman Franz, consiste à projeter un filet d'eau à une vitesse très élevée, comprise entre 600 et 900 m/s à travers une buse de faible diamètre (0.05 à 0.5 mm).

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5.34  Ultrasons : ULTRA et SONS - les ultrasons utilisent les ondes sonores haute fréquence pour l'assemblage de thermoplastiques. Plus exactement, équipement ultrasons l'énergie en vibrationsun créant une friction, d'où unetransforme élévation de température dans la zone désirée afin de faire fondre la matière et de produire ainsi une soudure.  soudure.  

5.35  Plasma Le jet plasma (fluide de gaz argon/hydrogène ou azote excité par un arc électrique) agit thermiquement (15000 à 20000°C) pour fondre le métal. Ce jet plasma est généré par un arc électrique qui s'établit entre une électrode, interne à la torche et la pièce. Le plasma est couramment décrit comme 4e état de la matière (les trois premiers étant l'état solide, liquide et gazeux).

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Pour comprendre ce que cela signifie, considérons la matière à l'état solide (un glaçon  par exemple). Si on le chauffe c hauffe (c'est à dire qu'on lui apporte de l'énergie), il devient liquide l iquide (2e état de la matière), avant de finir par devenir gazeux (3e état). Et alors, si on apporte encore de l'énergie, les atomes présents dans le gaz vont se ioniser, se « dissocier » avec d'un côté les noyaux (protons et neutrons), et d'un autre les électrons

5.36  L’électroérosion L’électroérosion  

Deux pièces métalliques plongées dans un liquide sont raccordées à une source de courant que l'on peut alternativement connecter et déconnecter. Lorsque le courant est mis, une tension électrique est appliquée entre les deux pièces métalliques et une étincelle se crée. Là où elle frappe, le métal s'échauffe à tel point qu'il fond. fond.  

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L’usinage par enlèvement de copeaux 6  Procèdes d’usinage : d’usinage : présentation Il existe de nombreux procédés d’usinage qui permettent d’obtenir des pièces finies assurant des fonctions précises. Les plus connus sont le fraisage et le tournage, il en existe d’autres tels que le per çage, çage, le brochage, le mortaisage, le découpage, l’alésage, la rectification, etc...  etc...   Chacun de ces procédés est utilisé en fonction des formes ou des précisions dimensionnelles qu’il permet d’obtenir. La réalisation d’une pièce peut faire appel à une succession succes sion de moyens d’usinages. Après conception par le bureau d’étude, le bureau des méthodes se charge de définir les moyens d’usinage qui seront employés pour réaliser les pièces, en conformité avec le dessin de définition. Les « méthodes » sont aussi chargées de la mise en place du contrôle des pièces après réalisation.

7  Mode de génération des surfaces 7.1  Surfaces élémentaires

Cylindre

Plan

Surface de révolution

Cône

hélice

sphère

Surface quelconque

Tore

Toutes ces surfaces sont réalisables avec les procédés d’usinage actuels.  actuels. 

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Procédé d’usinage

Surfaces élémentaires

Dessin de définition

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Machine -  taille -  orientation

Moyen de contrôle

-  qualité -  lien entre elles 7.2 

 

Principe de la génération de surfaces

(G) et une Tout procédé d’usinage met en œuvre un mouvement relatif entre une génératrice (G) et directrice (D).

Déplacement de G le long de D

Génération d’une surface :

 

7.3 

Travail de forme et travail d’enveloppe  d’enveloppe 

G est une ligne (droite, cercle…) matérialisée  par l’arête de l’outil : l’outil : G est une ligne matérialisée par les positions successives du point générateur de l’outil  l’outil  :

 travail de forme

d’enveloppe   travail d’enveloppe 

8  Les différents types de machines en fabrication 8.1  Les machines traditionnelles

8.1.1  Le tour traditionnel 8.1.1 

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Cette machine sert principalement à usiner des pièces de révolution. La pièce est fixée dans le mandrin. Celui-ci est mis en rotation par le moteur de broche.

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8.1.2  8.1.2  La fraiseuse traditionnelle

Cette machine sert principalement à usiner des pièces prismatiques. La pièce est fixée dans l’étau. L’outil est mis en rotation

par le moteur de broche.

Sur ces deux machines le déplacement de l’outil sur la trajectoire d’usinage est

réalisé par un opérateur. Pour cela, il utilise les manivelles permettant de générer les mouvements suivant les axes. Les mouvements ne sont possibles que sur un Page 32

 

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seul axe à la fois. Des moteurs permettent aussi de choisir des vitesses d’avance   suivant les axes de déplacements. Le choix de ces vitesses s’effectue par l’intermédiaire d’une boîte de vitesse mécanique.  8.2  Les machines à commande numérique Le déplacement de l’outil sur la trajectoire d’usinage est décrit par l’opérateur à l’aide d’un programme. On utilise pour cela les coordonnées des différents points de passage de l’outil par

rapport à la pièce. Les mouvements sont possibles sur plusieurs axes simultanément. Les mouvements sur les axes sont générés par des moteurs qui permettent aussi de choisir des vitesses d’avance. 

Tour à commande numérique

Fraiseuse à commande numérique

8.3  TERMINOLOGIE. :

8.3.1   Machine-outil à commande numérique MOCN : 8.3.1 Machine-outil programmable équipée d'une commande numérique par calculateur (CNC). Elle est dédiée à des fabrications variées de pièces différentes lancées en petits lots répétitifs.

8.3.2  8.3.2  Centre d'usinage (CU) : C'est une MOCN équipée d'équipements périphériques qui assurent : • le changement automatique d'outils stockés dans les magasins d'outils,  d'outils,   • le changement automatique de pièces (palettisation),  (palettisation),  • éventuellement le convoyage c onvoyage des copeaux (convoyeur).  (convoyeur).  Il est dédié à des fabrications variées de pièces différentes. 8.3.3  8.3.3  Machine autonome flexible : C'est un CU doté d'un carrousel de palettes pour le chargement et le déchargement déchar gement des pièces, de plusieurs magasins d'outils, de moyens d'autocontrôle, d'un système de détection des bris et usures d'outils. Elle est dédiée à des fabrications variées de plusieurs familles de pièces. 8.3.4  8.3.4  Cellule flexible : Il s'agit d'un système formé de plusieurs CU (2 à 3) semblables ou non reliés entre eux par un dispositif de transfert de pièces. Les fonctions de stockage, chargement et déchargement des pièces brutes et finies sont aussi automatiques. Elle est dédiée à des opérations spécifiques sur plusieurs familles de pièces.

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8.3.5  8.3.5  Ligne transfert flexible : Il s'agit d'un système formé de plusieurs MOCN, machines spéciales (à têtes interchangeables automatiquement) agencées linéairement conformément au flux des produits (gamme de fabrication). Elle est dédiée à une famille de pièces. 8.3.6 8.3.6    Atelier flexible : C'est un système formé de plusieurs MOCN ou cellules flexibles (de 5 à 15) associé à des dispositifs de transfert de pièces (chargement, déchargement, stockage, contrôle) entièrement automatisés et gérés par un ordinateur central. Il est dédié à l'usinage des pièces d'une même famille.

8.4  LES MOYENS DE FABRICATION ACTUELS

8.4.1   Sur fraiseuse CN 3 axes verticale, on peut réaliser : 8.4.1 -

Des plans perpendiculaires à l'axe de la broche (travail de face). Des plans parallèles à l'axe de la broche (travail de profil).

-

plans obliques par rapport de la broche (fraisage de forme). Des cylindres parallèles à l'axe àdel'axe la broche: . alésages (outil à tranchant unique ou multiple). . cylindres extérieurs (contournage). Des profils complexes (contournage). Des filetages dont l'axe est parallèle à l'axe de la broche. L’accès aux faces latérales peut être limité en raison du porte-à-faux des outils: pour le fraisage de profil. pour le rainurage latéral. E xemp xemple de possibi ossibililité té d' usi usinage nage sur fr aiseuse C N 3 a axxes ve verr tica ticale le.. 

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8.4.2  8.4.2  Opérations réalisables sur un centre de fraisage-alésage CN 4 axes horizontal : -

des plans perpendiculaires à l'axe de la broche (travail de face). des plans parallèles à l'axe de la broche (travail de profil). des plans obliques par rapport à l'axe de la broche (fraisage de forme). des cylindres parallèles à l'axe de la broche: . alésages (outil à tranchant unique ou multiple). o  o  . cylindres extérieurs (contournage). - des profils complexes (contournage). - des filetages dont l'axe est parallèle à l'axe de la broche. Ceci sur autant de «faces» que présente la pièce en utilisant la rotation de celle-ci autour de l'axe de la palette B.

E xemp xemple de possibi ossibililité té d' usi usinage nage sur fr aiseuse C N 4 a axxes hori zo zonta ntale le.. 

8.4.3 8.4.3   Possibilités de réalisations sur Tour cn 2 axes monobroche. -

Des cylindres, des des cônes, des filetages, des portions de tores coaxiaux à l'axe de la broche. Des plans qui leur sont perpendiculaires. PIECE PRISE «EN L'AIR».

L'accès des outils est limité sur le cylindre c ylindre extérieur en raison des mors. L'accès des outils est libre sur la face avant et sur le cylindre intérieur.

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PIECE PRISE EN MONTAGE MIXTE OU ENTRE POINTES.

L'accès des outils est impossible à l'intérieur. L'accès des outils est limité sur le cylindre extérieur en raison des mors L'accès des outils est limité sur la face avant.

8.4.4  Centre de tournage cn 3 axes. 8.4.4  Sur un centre de tournage CN 3 axes, on peut réaliser : -  Des cylindres, des cônes, des filetages, des portions de tores coaxiaux coaxia ux à l'axe de la broche -  Des plans qui leur sont perpendiculaires. -  Des alésages, des taraudages de faibles dimensions parallèles à l'axe de broche. -  Des rainures extérieures. -  Des alésages, des taraudages de faibles dimensions orthogonaux à l'axe de broche.

PIECE PRISE «EN L'AIR».

L'accès des outils est limité sur le cylindre extérieur en raison des mors. L'accès des outils est libre sur la face avant et sur le cylindre intérieur.

PIECE PRISE EN MONTAGE MIXTE OU ENTRE POINTES.

L'accès des outils est impossible à l'intérieur. L'accès des outils est limité sur le cylindre extérieur en raison des mors. L'accès des outils est limité sur la face avant.

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8.4.5  axes.  8.4.5  Centre d’usinage 5 axes.  8.4.6   Intérêt de l’usinage à 5 axes  8.4.6 axes  Fondamentalement,, ’usinage à 5 axes continus permet d’orienter l’axe de l’outil par rapport à la pièce de Fondamentalement manière continue au cours de l’usinage. Ceci apporte alors cinq possibilités par rapport à l’usinage 3 axes qui  peuvent se concrétiser par des gains importants importants : 

  Élimination des collisions,



  Optimisation du taux de couvrement de l’outil avec l’utilisation d’outils toriques  ;



  Gestion de la vitesse de coupe ;



  Prise de pièce ;



  Usinage par le flanc de l’outil.  

F i gur gu r e 1 : E xem xemple ple de ma machi chine ne à 5 a axes xes 

8.5  LES AXES DES MACHINES. 8.6  Référentiel normalisé de la machine

8.6.1   Les axes 8.6.1 Extrait de la norme NF

ISO 841(Remplace AFNOR NF Z 68-020) : La présente norme a pour

objet de définir une nomenclature des axes et mouvements pour machines à commande numérique en vue de faciliter l'interchangeabilité des données de programmation.  

D éfifinition nitionss :   Axe :  : Direction suivant laquelle le mouvement est commandé numériquement en continu   Axe



en vitesse et en position.   

  Trièdre de référence : Le système de coordonnées (X,Y,Z) est un système cartésien de sens direct lié à une pièce placée sur la machine. On peut le définir par la règle des trois doigts de la main droite



  Sur les MOCN on considère que le trièdre direct de référence est lié à la pièce fixe et fixe  et que l’outil possède tous tous les degrés de liberté, or ce sont parfois les tables des machines qui sont en mouvement et qui assurent l’obtention de la surface usinée.

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

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  Situation du trièdre de référence par rapport à la machine  :   l'axe Z il est situé parallèlement à l'axe de la broche principale quelque soit la machine ou perpendiculaire à la table pour les machines qui ne possèdent pas de broche. 

X est associé au mouvement qui défini le plus grand déplacement après   l'axe X  avoir situé l'axe Z.    l'axe Y il forme avec les axes X et Z un trièdre de sens direct.    

Le sens positif (+)  : mouvement de chariot provoque p rovoque l'éloignement de l'outil par rapport à la pièce considérée comme fixe.

C désignent les mouvements de rotation effectués   A, B et C désignent respectivement autour d’axes parallèles à X, Y et Z  Z    Les sens positifs de positifs de A, B et C sont inversés par rapport au sens

trigonométrique. L’observation étant faite en direction du sens  positif de l’axe linéaire correspondant.  correspondant.  Ces mouvements de la pièce sont repérés par le symbole “prime”

‘ ajouté à la lettre lettre

correspondante du trièdre de référence et se trouvent par conséquent en sens inverse.

Exemple :

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8.6.2   LES AXES ADDITIONNELS 8.6.2 Afin d’augmenter les capacités opérationnelles des machines, certaines d’entre-elles d’entre -elles possèdent des axes en  plus des axes principaux

E xemple emple : tour tour à 2 tourelles indé i ndépe penda ndante ntess + r otat otatii on de la broche numér numér i sée 

Le repérage de ces axes est e st normalisé : (NF Z 68-020)

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8.7  Les matériaux à outil

8.7.1   ARS 8.7.1   ARS = acier rapide supérieur Les outils en ARS sont constitués le plus souvent d’un barreau monobloc en acier rapide supérieur, l’arête de coupe est affûtée.

Foret ARS

Fraise 2 tailles ARS

Fraise 3 tailles ARS

8.7.2 8.7.2   Carbure Pour améliorer les performances des outils, l’arête de coupe est placée sur une plaquette amovible

en carbure. Ce matériau est très résistant par rapport à ARS. La plaquette carbure est obtenue en compressant différentes poudres de carbure. Dès que l’arête de coupe est usée, il suffit de changer

la plaquette. Fraise 2 tailles (Carbure)

Outil d’ébauche (Carbure) (Carbure)

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9  Les différents type d’outils  d’outils  Les outils permettent d’enlever le copeau. La géométrie de l’outil influe directement sur les formes usinables sur la pièce. Ceci vous sera présenté plus loin. Tout d’abord, on va s’attarder sur les outils

eux-mêmes. 9.1  Les outils de tour en acier rapide (ars)

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9.2  Les outils de tour a plaquette carbure

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9.3  Les fraises en acier rapide (ars)

Photo

Type

Fraise 1 taille

Utilisation

Illustration

Surfaçage en

A surfacer

roulant ou de profil

Fraise cloche ou tourteau

Surfaçage en bout ou de face

Surfaçages combinés à Fraise tailles à queue2conique

Fraise 2 tailles à alésages et à entraînement par tenon

prédominance roulant en Surfaçage en roulant Surfaçages combinés à prédominance en bout Restrictivement : -surfaçage en bout (a) - surfaçage en roulant (b)

Fraise 2 tailles à queue cylindrique

Rainurage de profil peu précis

Fraise à rainurer deux lèvres à coupe centrale

Rainurage de profil en pleine matière Exemple : rainure de clavetage

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Fraise 3 tailles à dentures alternées

Rainurage en bout Qualité usuelle obtenue 9

Fraise 3 tailles extensible à denture alternées

Rainurage en bout qualité usuelle obtenue : 7-8

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9.4  Les fraises a plaquettes carbure

Photo

Type 10   Fraise 10

à 11 11   Surfaçage

surfacer

en

bout

12  Fraise 12  à surfacer et à dresser

14  Fraise 14  rainurer

9.5  Illustration

Utilisation

13  Surfaçages 13  combinés à prédominance en bout

à 15  15  Rainurage profil

16  Fraise 3 tailles 16  17  Rainurage 17  à dentures bout alternées

de

en

17.1  Fraises pour usinages spécifiques

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17.2  Les différentes opérations en fraisage

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18  18  Les formes simples usinables et les outils associés Le déplacement de l’outil suivant les axes définis précédemment permet de générer des formes usinées. Voici une liste des principales formes que vous allez rencontrer pendant les TP. On trouve aussi le vocabulaire technique qui est associé à ces usinages. 18.1  Tournage

Dessin

Opération

Outils utilisés

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

(surface rouge)

Outil à charioter coudé   coudé

Chariotage C’est la réalisation d’un cylindre

Outil à

ayant le même axe que celui de la pièce. (surface grise)

charioter droit

Plan épaulé C’est l’association d’un dressage

Outil

et d’un chariotage. (surface verte) 

dresser an les  les

à

Outil couteau  Perçage C’est un trou dans la pièce. Il peut

être

débouchant

ou

borgne.

 Attention en tournage, l’axe du trou est confondu avec l’axe de la

pièce.

Foret à centrer Foret  Alésoir Outil à aléser 

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Opération Les gorges  C’est l’association de 2 plans

parallèles avec (surface vertes)

un

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Outils utilisés

cylindre

outil à

Outil à saigner

Quelconque C’est l’association de plusieurs

surfaces élémentaires : sphère, cylindre, plan, cône …  18.2  5.2

Dessin

Fraisage

Opération Surfaçage Le surfaçage c’est l’usinage d’un plan

Fraise à surfacer

par une fraise. (surface rouge)

Plans épaulés C’est l’association

de

2

plans

perpendiculaires (surfaces vertes)

Fraise de tailles Rainure C’est l’association de 3 plans. Le fond

est perpendiculaire au deux autres plans. (surfaces vertes)

Fraise tailles Fraise tailles

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2 3

 

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Opération Poche

La poche est délimitée par des surfaces verticales quelconque (cylindre et plan). C’est une forme

creuse dans la pièce. (surface cyan) Fraise 2 tailles Perçage

Ce sont des trous. Ils I ls sont débouchant (surface bleu) ou borgnes (surface aune).

Foret Alésoir Fraise 2 tailles (pour le

19  19 

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20  D’USINAGE   20  ORGANISATION DES PROCESSUS D’USINAGE  20.1  Définitions

PROCESSUS D'USINAGE (GAMME D’USINAGE°): Ensemble ordonné des phases, opérations, tâches qui conduit à la réalisation d'un produit. PHASE  : Ensemble des opérations réalisées sur un même poste de travail. OPER ATI ON D'US D'USII NAGE : Intervention d'un outil sur la pièce. Exemple de gamme d’usinage  d’usinage  

20.2  Le dossier de fabrication. Dans une entreprise compétitive, une mise en fabrication ne peut commencer que si l'organisation du processus garantit la production avec un taux de rebut voisin de zéro (zéro défaut). Plus les pièces ont un degré de complexité élevé et une valeur ajoutée conséquents,  plus l'élaboration du processus doit être approfondie. Le préparateur-méthodes, charnière entre le concepteur et l'atelier, fournit aux opérateurs et aux régleurs un dossier de fabrication complet, sûr et sans ambiguïté, validé par des expérimentations ou des simulations préventives. Le dossier de fabrication comprend :              

Les données économiques. Le dessin du brut. Les gammes d’usinage (ordonnancemen ordonnancementt des phases). Les contrats de phases. La définition des équipements. Les listings de programmation des machines.

   

Les fiches fiches de de réglage. Les suivi et de contrôle.

Le dessin de définition du produit.

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21  21  Les porte-outils 21.1  Liaison outil porte-outil en fraisage Le porte-outil doit assurer deux liaisons : -  la liaison outil porte-outil -  la liaison porte-outil machine Elle dépend essentiellement essentiellement du type d’outil : d’outil : -   plaquette carbure ou céramique rapportée -  outil monobloc

21.2  Montage des outils monoblocs Les fraises à queue cylindrique de diamètre allant jusqu’à 20 mm sont montées avec des mandrins à pinces. L’effort de serrage est créé par déplacement d’une pince conique conique   écro  

Pinc  

21.3  Liaison porte-outil machine en fraisage Il existe plusieurs standards :

21.4  attachement HSK Cette norme récente est conçue plus particulièrement pour des outils utilisé à plus grande vitesse de rotation rotation avec des efforts de coupe plus importants. C’est un montage plus rigide, la conicité est plus faible. Il existe plusieurs formes d’attachement en fonction de l’application.  l’application.   21.4.1 21.4.1  HSK forme A

Cet attachement est doté : -  d’une collerette en V avec encoche d’indexage d’ind exage ; -  d’un logement de puce pour la gestion informatique embarquée des outils ; outils  ; -  lubrification possible au centre ;

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22  22  les porte-outils de tournage 22.1  Liaison outil / porte-outil Certaines liaisons sont normalisées, le choix est réalisé à partir des facteurs suivants : -   précision et fidélité du positionnement de la plaquette ; -  efficacité du serrage et fiabilité en conditions d’usinage sévères ; sévères  ; -   bonne évacuation des copeaux -  rapidité de montage de la plaquette, accessibilité des éléments de serrage -  réversibilité des plaquettes et leur standardisation

22.1.1 22.1.1  Présentation générale des normes existantes Serrage normalisé C

recommandé recommandé recommandé

Finition Copiage int. eb. Copiage fini.

recommandé déconseillé déconseillé

recommandé éventuel recommandé

recommandé recommandé recommandé

recommandé recommandé recommandé

Construction simple  Indexage rapide et simple  Bonne accessibilité  Précision de mise en  place moyenne moyenne  Très bon maintien des  plaquettes sous des efforts de coupe importants et en coupe interrompue 

Construction simple  Partie supérieure dégagée donnant une  bonne évacuation évacuation des copeaux  Bonne stabilité  Très bonne précision de mise en place  Accessibilité Accessib ilité très  bonne  Très grand domaine d’utilisation 

Construction simple  Partie supérieure dégagée donnant une  bonne évacuation évacuation des copeaux  Temps de chgt de  plaquette moyen moyen  Bonne accessibilité  Grand domaine d’utilisatio 

t si r ét c a r a C

T

y

p

e

d

e

p

al

q

u

 

recommandé recommandé recommandé

qi

e

 

recommandé recommandé recommandé

u

t

 

S

déconseillé recommandé éventuel

e

et

P

Ebauche ext. Finition ext. Ebauche int.

s

s

M

 

Construction simple  Peu de pièces  Le corps de l’outil  peut être de petite dimension  Bonne précision de mise en place  Efforts de coupe faibles  Accessibilité et rapidité moyenne de chgt de plaquette  Base négative  Porte -  réversible  outil -  non réversible  -  avec ou sans brise copeaux  -  coupe positive ou négative  Base positive ou Porte nulle  outil -  non réversible 

Form e

T, S, K, L 

-  -  -  - 

Base négative  Base négative  Base négative  -  réversible  -  réversible  réversible  -  non réversible  -  non réversible  non réversible  avec ou sans brise -  avec ou sans brise -  avec ou sans brise copeaux préformé  copeaux préformé  copeaux préformé  -  toutes formes  coupe positive ou négative  Base positive ou nulle  -  non réversible  -  avec ou sans brise copeaux  T, S, D  Toutes formes  Toutes formes 

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7Les paramètres de coupe 22.3  Principe

Une lame d’outil pénètre dans la matière et enlève

un copeau. L’outil suit une trajectoire par rapport à la pièce à

usiner. Ces mouvements sont assurés éléments constitutifs de la machine outil. par les Pour obtenir un travail satisfaisant (bon état de la surface usinée, rapidité de l’usinage, usure modérée de l’outil, ...) on doit régler les

paramètres de la coupe.

22.4  Analyse tournage, Fraisage

Il y a plusieurs critères qui permettent de définir les paramètres de la coupe, notamment :

22.4.1  Vitesse de coupe 22.4.1

C'est l'espace parcouru en mètres par l'extrémité d'une dent de la fraise en une minute. Si d est le diamètre de la fraise et n le nombr nombre e de tours par minute, on a :

Vc = Π x d x n Page 56

 

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- d : espace parcouru en mètres pour un tour - n : fréquence de rotation en tours par minutes La vitesse de coupe a une influence influence capitale sur la durée de vie des outils. Elle varie notamment avec la matière à usiner, le matériau de l'outil, la nature de l'opération (ébauche ou finition), les conditions de lubrification (travail à sec ou lubrifié).

22.4.2 22.4.2  Détermination de la fréquence de rotation

La vitesse de coupe Vc étant donnée par des tableaux, il convient de déterminer la fréquence de rotation N.

N = 1000 VC d -

Vc vitesse de coupe en mètres par minute d : diamètre de la fraise en millimètres, ou de la pièce pour le tournage.

22.4.3 AVANCE 22.4.3    AVANCE

L'avance s'exprime par le déplacement de la pièce en millimètres m illimètres pour : Une dent, c'est l'avance par dent fz. Un tour, c'est l'avance par tour f   Une minute, c'est l'avanc l'avance e par, minute Vf.  

Vf = fz . Z . N Z = nombre de dents de la fraise Lorsque l'on a calculé l'avance qui est exprimé en mm/mn, il est facile de déterminer le temps d'usinage.

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22.5  Porte pièces

22.5.1   Liaison pièce-machine : 22.5.1 L’usinage d’une pièce mécanique sur une machinemachine-outil nécessite la réalisation d’une liaison pièce/machine par l’intermédiaire d’un appareillage qui joue le rôle d’interface d’adaptation entre les surfaces de la pièce et les surfaces de la machine (la liaison n’est que très rarement réalisée directement entre la pièce et la machine).

22.5.2  Fonction du porte-pièce : 22.5.2 Un porte-pièce pour satisfaire l’usinage d’un lot de pièces doit satisfaire 2 fonctions

techniques :   Fonction de mise en position   Fonction de maintien en position EXEMPLE DE SYSTEME DE BRIDAGE  :





Bride droite

X 1

Bloc-bride X 2

Pour un serrage plus efficace : X1 < X2  X2  Crampon plaqueur

Bride à excentrique

Sauterelles

Mini-clamp

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EXEMPLE de porte pièce modulaire

22.5.3  Typologie des porte-pièces : 22.5.3 Les porte-pièces sont regroupés dans deux familles principales. Le choix se fait en fonction des critères suivants :

  o  o  o

22.5.3.1

La morphologie de la pièce La quantité de pièces à fabriquer Le type de production (série renouvelable, production unique,…) unique,…)  

Les porte-pièces standards :

Eta u 

Montage sur table 

Ces porte- pièces  pièces font partie de l’équipement classique des machines outils et sont d’un coût réduit. Leur conception doit permettre de mettre et de maintenir en position un grand nombre de pièces généralement de forme parallélépipédiques ou cylindriques.

   pour une fraiseuse ou une perceuse : Un étau ou un montage sur table o   pour un tour : Un mandrin et une contrepointe

o

Mandrin   Mandrin

Contrepointe

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Industrialisation de produits Fabriqué   Fabriqué

22.5.3.2

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Modulaire

Porte-pièces dédiés (spécifiques):

Ils sont construits spécifiquement pour une pièce et une phase d’usinage donnée. En fonction de leur mode de fabrication, on distingue deux types de porte-pièces :

  o  o

Porte-pièces fabriqués Porte-pièces modulaires

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23  23  Modélisation de MOCN 23.1  Cellule élémentaire d'usinage

O PIECE

O uti l

DEC1

Jauge Outil Prefs

Porte-pièce

Porte-outil

O  

Machine outil

Hypothèses: -   pas de déformation des organes constituants la machine -  liaisons entre les organes parfaites

23.2  Points caractéristiques Ces points sont: - soit des positions particulières des mobiles de la chaîne cinématique de la machine - soit des points physiques associés à des interfaces entre solides OM: origine machine Cette origine est caractérisée par un repère fixe fixe sur  sur chacun des axes de la machine. Propre à chaque machine et liée à sa construction, elle n'intéresse pas directement l'utilisateur. Om: origine mesure La procédure de prise d'origine machine (POM) permet à la machine de localiser automatiquement et simultanément cette origine par rapport à l' OM par des paramètres internes. Elle correspond généralement à un point bien précis de la machine: x,y au fond à droite de la table et z à la hauteur du point de changement d'outil par exemple sur un centre d'usinage.

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Op: origine pièce  pièce  Le problème de l' OM est qu'elle est fixe et qu'il n'est pas commode de décrire des trajectoires d'outils dans son repère. L'origine pièce permet ainsi de localiser la pièce dans pièce dans le repère de mesure. Cette origine est généralement située au point représentant la mise en position de position de la pièce sur le porte-pièce.

O  

En fraisage, elle se situe à l'intersection des 3 plans orthogonaux définissant la mise en  position. OP: origine programme Il n'est pas toujours facile de décrire les trajectoires t rajectoires de l'outil par rapport à l'origine pièce. Le  programmeur définit alors une ou plusieurs origine programme. programme. cotations du dessin de définition. Elle(s) se situe(nt) en général au départ des cotations du Opp: origine porte-pièce  porte-pièce  Lors de changement fréquent de porte-pièce sur une machine (changement de série par exemple), il est parfois intéressant de définir physiquement physiquement une  une origine sur la machine pour  permettre la mise en position rapide du nouveau porte-pièce (concept SMED). Cette origine sera alors matérialisée par une butée ou un alésage sur la broche (tournage) ou sur la table (fraisage) et par et par une autre butée ou un pion sur le porte-pièce. R: référence outil Ce point est situé à l'interface entre le porte-outil et la l a machine. Suivant la machine, la forme de la liaison n'est pas la même: sur un plan de jauge sur un cône ISO en fraisage, sur la face d'appui des porte-outil VDI en tournage.

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P: point piloté de l'outil C'est le point caractéristique de l'outil. Ses coordonnées sont déterminées par rapport à R.

Qi: point générateur C'est le point qui appartient à la géométrie de la surface usinée. C: centre du rayon de bec Centre de la plaquette en tournage ou du rayon de bout en fraisage.

1.1. Vecteurs Vecteurs caractéristiques

A partir des couples de points appartenant au même solide, on définit des vecteurs:

OmOpp caractérise OmOpp  caractérise la machine

Prefs

OppOp caractérise le porte-pièce porte-pièce  

DEC 1 OpOP caractérise OpOP  caractérise la pièce

OPQi caractérise le programme

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CRON  

QiC caractérise le rayon rayon de  de la plaquette ou de la fraise

(Correction de Rayon d'Outil Normale au Profil)

CP caractérise la configuration configuration de  de l'outil en tournage ou le type d'outil en d'outil en fraisage

Jauge  

PR caractérise l'outil l'outil

OmR caractérise le déplacement déplacement des  des éléments mobiles de la machine

23.3  Equation vectorielle Le directeur de commande numérique DCN effectue en temps réel le calcul de la position à atteindre ( les composantes du vecteur OmR suivant les axes de la machine) à partir de l'équation vectorielle bouclée. La relation de Chasles appliquée au vecteur OmR donne:

OmR = OmOpp + OppOp + OpOP + OPQi + QiC +CP + PR

Pre  

Jauges  porte-

Dessi n de

 

Prog

CRO

Ou

 

 

DEC  

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Jau ge

 

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23.4  Cas du tournage

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23.5  Cas du fraisage

24  Constitution d'un axe numérique de MOCN 24   point courant aramètre P16

mobile

O

O  

 butée mécanique

 butée électriq  

 butée "SOFT"

 butée "PO    butée

"SOF  

X

 

 butée électri u  

 butée mécaniq    paramètre P17

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Butée mécanique ("hard"):  ("hard"):  elle est matérialisée par un contacteur électrique (butée électrique) et est placée à chaque extrémité de chaque axe dans le but de faire disjoncter la machine si le coulisseau venait à atteindre l'une d'elles. Ce genre d'arrêt étant une sécurité, le redémarrage de la machine ne peut se faire qu'après un dégagement manuel de la butée soit par une procédure spécifique de "forçage de  puissance" soit par rotation manuelle de la l a vis mère. D ans le ca cass où ce cette tte situati si tuation on d de evai vaitt

i nte nterr veni venirr , a ap ppe pele lerr ll'' ense nseii gnant nant.. Butée "POM" : l'exécution : l'exécution d'un programme CN passe par la connaissance par la machine de la position du point courant R par rapport à l'origine mesure Om (décalée ensuite sur l'origine pièce Op et sur l'origine programme OP respectivement par les vecteurs Prefs et Dec1). L'utilisation dans la majorité des cas de capteurs de position optiques de type incrémental ne permet la mesure que de déplacements relatifs. relati fs. La procédure de prise d'origine machine (POM) permet, en plaçant le point courant en une position particulière et répétable de l'axe, d'initialiser la position positi on physique de l'origine machine OM. Pratiquement, elle se fait en faisant accoster le mobile sur la butée "POM". La machine sait alors que le point courant est à une distance précise de l'origine mesure Om (distance contenue dans le paramètre interne P16 qui n'intéresse pas directement l'utilisateur). Butées programmées ("soft") :  :  la procédure de prise d'origine machine (POM) permet également à la machine de mettre en place à des distance précises de l'origine mesure Om (distances contenues dans le paramètre P17) des butées virtuelles virt uelles qui ont pour but d'empêcher tout déplacement manuel ou programmé au delà de celle-ci afin d'éviter tout accostage sur les butées mécaniques.

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24.1  Cas du tournage

24.2  Cas du fraisage

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