Unité Transmettre 1 STE - Partie 2 -

Partie 2

Nom : Prénom : Classe :

Conforme au programme de la 1ère STE

2011-2012 Année scolaire :

Unité Transmettre

Unité Transmettre

-‫طنجة‬- ‫ثانوية موالي يوسف التقنية‬

Sommaire Chapitre 1 : Tolérances et ajustements 1 2

Ajustements _______________________________________________________________ 4 Application ________________________________________________________________ 5

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Problème __________________________________________________________________ Définition _________________________________________________________________ Comment établir une chaine de cote ? __________________________________________ Calcul relative à une chaine de cote ____________________________________________ Exercices __________________________________________________________________ Application ________________________________________________________________

Chapitre 7 : Montage des roulements à billes 1. 2.

Cas d’un arbre tournant _____________________________________________________ 30 Cas d’un alésage tournant ___________________________________________________ 30

1. 2. 3. 4.

Nécessité _________________________________________________________________ 32 Fonction __________________________________________________________________ 32 Principaux lubrifiants _______________________________________________________ 32 Mode de lubrification _______________________________________________________ 32

1. 2. 3. 4. 5.

Fonction __________________________________________________________________ 34 Types d’étanchéité : ________________________________________________________ 34 Etanchéité statique _________________________________________________________ 34 Etanchéité dynamique ______________________________________________________ 35 Symbolisation des joints à lèvres : _____________________________________________ 35

1. 2. 3.

Problème _________________________________________________________________ 37 Elaboration des matériaux ___________________________________________________ 37 Caractéristiques des matériaux _______________________________________________ 39

15 15 15 15 16 16 19 20

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Problème _________________________________________________________________ 42 Le moulage : ______________________________________________________________ 42 L’usinage : ________________________________________________________________ 42 Le découpage : ____________________________________________________________ 43 Formage _________________________________________________________________ 43 Application _______________________________________________________________ 44

22 22 22 22 24

1. 2. 3. 4. 5.

Introduction ______________________________________________________________ 47 Alliages ferreux ____________________________________________________________ 47 Alliages non ferreux ________________________________________________________ 48 Symboles chimiques des éléments d’alliage _____________________________________ 49 Application _______________________________________________________________ 49

Chapitre 2 : Cotation fonctionnelle 7 7 7 8 9 9

Chapitre 3 : Les liaisons mécaniques 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Situation _________________________________________________________________ Présentation ______________________________________________________________ Les liaisons mécaniques _____________________________________________________ Liaisons élémentaires _______________________________________________________ Schématisation cinématique d’un système _____________________________________ Application _______________________________________________________________ Tableau des différentes liaisons ______________________________________________

1. 2. 3. 4. 5. 6. 8. 9.

Diagramme Pieuvre de la liaison Encastrement _________________________________ Actigramme A-0 et schéma __________________________________________________ FAST de la liaison complète __________________________________________________ Caractères de la liaison _____________________________________________________ Classification______________________________________________________________ Solutions technologiques pour réaliser une liaison complète _______________________ Solutions technologiques pour réaliser la fonction : Assurer la fiabilité ______________ Application _______________________________________________________________

1. 2. 3. 4. 5.

Diagramme Pieuvre de la liaison Pivot _________________________________________ Actigramme A-0 et schéma __________________________________________________ FAST de la liaison Pivot _____________________________________________________ Solutions constructives pour réaliser la liaison pivot ______________________________ Application _______________________________________________________________

1. 2. 3. 4.

Diagramme Pieuvre de la liaison glissière ______________________________________ Actigramme A-0 et schéma __________________________________________________ Solutions constructives pour réaliser la liaison glissière ___________________________ Application _______________________________________________________________

11 11 11 12 12 12 13

Chapitre 4 : Liaison encastrement

Chapitre 8 : Lubrification

Chapitre 9 : Etanchéité

Chapitre 10 : Notions générales sur les matériaux

Chapitre 11 : Mise en œuvre des métaux

Chapitre 12 : Désignations des métaux

Chapitre 5 : Liaison Pivot

Chapitre 6 : Liaison Glissière 26 26 26 28

Les ajustements:

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Tolérances et ajustements

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1 Ajustements 1.1

Définition

Ajuster 2 pièces c'est emboîter parfaitement ces 2 pièces avec du jeu (liaison) ou du serrage (assemblage) suivant le fonctionnement désiré.

Jeu max = Alésage max – arbre min = ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. Jeu min = Alésage min – arbre max = ……………………………………………………………………………………………………………………………..……………….. C’est un ajustement avec……………………………………………… On distingue 3 types d’ajustements : Ajustement avec jeu ; si Jeu max > 0 et Jeu min > 0 Ajustement incertain ; si Jeu max > 0 et Jeu min < 0 Ajustement serré ; si Jeu max < 0 et Jeu min < 0

1.2

Ajustement à alésage normal

Pour le système à alésage normal, on adopte la position H à écart inférieur nul. Ce système de tolérancement est très recommandé, car il est plus facile de réaliser des tolérances différentes sur un arbre que dans un alésage.  Si on exige un ajustement avec jeu, il suffit de choisir, pour l’arbre, une position située à gauche de la lettre h (c ; d ; e ; f ; g et à la limite h).  On revanche, s’il s’agit d’un ajustement dur (avec serrage), il faut choisir une lettre située à droite de h (m ; n ; p ; etc.)

1.3

Ajustements recommandés

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Tolérances et ajustements

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2 Application Contenant (Alésage) IT

Dmax

20 H7/g6

 8 H8/e8 5 H11/d11 16 H6/f6 63 H7/f6

 4 H8/f7 Extrait du tableau des tolérances ISO :

Dmin

Contenu (Arbre) IT

dmax

Assemblage dmin

Jmax

Jmin

Nature de l’ajustement

Cotation fonctionnelle

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Cotation fonctionnelle

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1. Problème Quelle ce qu’il faut respecter pour que la pièce 1 puisse avoir un mouvement de translation par rapport à la pièce 2 ?

1 2

2. Définition 2.1.

Cote condition (ou jeu)

Cote fonctionnelle donnée que l’on doit respecter pour obtenir le fonctionnement recherché. Par convention, cette cote est représentée par un vecteur double trait. (représentée par : )

Exemple : jeu nécessaire à un montage, à une liberté de mouvement…

2.2.

Cote fonctionnelle

Cote tolérancée appartenant à une pièce.

2.3.

Chaîne de cotes

Une chaîne de côte est un ensemble de côtes, disposées bout à bout, nécessaires et suffisantes au respect de la cote condition.

2.4.

Surface d’appui

Surfaces de contact d’un ensemble de plusieurs pièces.

2.5.

Surface terminales

Surfaces d’un ensemble de plusieurs pièces entre lesquelles le jeu est compris.

3. Comment établir une chaine de cote ? 3.1.

Règles à respecter 

Chaque cote fonctionnelle doit appartenir à une seule et même pièce ; elle ne peut pas être une dimension mesurée entre deux pièces différentes.



La chaîne de cotes part de l’origine de la cote condition et se termine à l’extrémité de la cote condition.



Il ne peut y avoir qu’une seule cote fonctionnelle par pièce et par chaîne.

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3.2.

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Cotation fonctionnelle

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Méthode 1

Début

2

Repérer les surfaces terminales et les pièces qui y sont liées 1

Tracer le vecteur cote condition ⃗

⃗

2

Choisir l’une des pièces, et en partant de la surface terminale… 2 1

… chercher la cote fonctionnelle associée.

⃗⃗⃗

1

⃗⃗⃗

1

⃗

2

Chercher la 2ème extrémité de la cote fonctionnelle. Pour la pièce suivante…

Repérer la surface d’appui avec la pièce suivante.

2 1 ⃗⃗⃗⃗

Non

⃗

2

Cette surface d’appui est-elle l’autre surface terminale de la cote condition ? Oui

J1

J2

Fin

4. Calcul relative à une chaine de cote Dans quelle cas le jeu J serai maximal, et dans quelle cas il serai minimal ?

4.1.

Jeu maximal

Le jeu est maximal si les dimensions des vecteurs de sens positif sont maximales et si les dimensions des vecteurs de sens négatif sont minimales.

Jmaxi

4.2.

= J2maxi – J1mini

Jeu minimal

Le jeu est minimal si les dimensions des vecteurs de sens positif sont minimales et si les dimensions des vecteurs de sens négatif sont maximales.

Jmini

= J2mini – J1maxi

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4.3.

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Intervalle de tolérance sur le jeu

ITJ = Jmaxi

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– Jmini

5. Exercices Tracer la chaine de cote relative à la condition ⃗ et à la condition ⃗⃗

⃗⃗

3

4

1 5 2

⃗

6. Application Voir TD

Les liaisons : Introduction

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Les Liaisons : Introduction

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1. Situation Ordres

Alimenter

Distribuer

M. O. E.

Convertir

Chaîne d’énergie Energie d’entrée

Transmettre

Agir sur la matière d’œuvre M. O. S.

2. Présentation Les fonctions TRANSMETTRE et AGIR sont généralement réalisées par des mécanismes. Ils sont constitués de pièces reliées entre elles par des liaisons mécaniques. Ces mécanismes permettent de transmettre l’énergie reçue et agissent directement sur la matière d’œuvre.

3. Les liaisons mécaniques 3.1. Degrés de liberté On appelle degré de liberté d'un solide par rapport à un autre solide la possibilité de déplacement soit en translation rectiligne suivant un axe, soit en rotation autour d'un axe. Il existe 6 degrés de liberté dans l'espace par rapport à un repère de référence : 3 translations et 3 rotations.

3.2. Définition d’une liaison Une liaison entre deux solides (ou classes d'équivalence cinématique) est l'ensemble des surfaces de contact qui suppriment des degrés de liberté et permettent de maîtriser les mobilités conservées entre ces deux solides.

3.3. Nature des surfaces de contact Contact ponctuel

Contact linéaire ou linéique

Contact surfacique

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Les Liaisons : Introduction

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4. Liaisons élémentaires

5. Schématisation cinématique d’un système 5.1. But Un mécanisme est composé de plusieurs sous-ensembles reliés entre eux par une ou plusieurs liaisons dont le but est de remplie une fonction globale correspondante au cahier des charges fonctionnel qui justifie son existence Le schéma cinématique permet de donner une représentation simplifiée du mécanisme, à l'aide de symboles, afin de faciliter :  L’analyse de son fonctionnement et de son architecture.  L’étude des différents mouvements et des actions mécaniques.

5.2. Méthode d'élaboration Les principales étapes de la réalisation d'un schéma cinématique sont : Etape 1 :

Identifier les classes d’équivalence : Classe d’équivalence : C’est un groupe de pièces n’ayant aucun mouvement entre elles : Pièces en liaison complète.

Etape 2 :

Identifier les liaisons entres les classes d’équivalences : Identifier la nature du ou des contacts entre les classes d’équivalence, En déduire les degrés de libérté, en déduire la liaison entre ces classes d’équivalences.

Etape 3 :

Etablir le graphe des liaisons : C’est un modèle qui traduit les liaisons entre les ensembles de solides qui le constituent.

Etape 4 :

Etablir le schéma cinématique

6. Application Voir TD.

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Les Liaisons : Introduction

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7. Tableau des différentes liaisons

Les liaisons : Etude de la liaison encastrement

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La liaison encastrement

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1. Diagramme Pieuvre de la liaison Encastrement Solide 1 FP1 : Lier complètement le solide 1 et le solide 2. FC1 : s’adapter au milieu environnant.

Solide 2 FP1 Liaison Encastrement

FC1

Milieu environnant

2. Actigramme A-0 et schéma Actigramme A-0

Schéma 2D

Schéma 3D

Liaison Encastrement

3. FAST de la liaison complète

FP1 : Lier complètement le solide 1 et le solide 2.

FT1 : Réaliser la mise en position (MIP)

Nature des surfaces de contact

FT2 : Maintenir en position (MAP)

Vis, Ecrou, Boulon, colle, soudure,…

FT3 : Transmettre la puissance (l’effort)

Par adhérence, par obstacle…

FT4 : Assurer la fiabilité

Freinage, verrouillage,…

FT5 : Assurer l’étanchéité

Joints, …

4. Caractères de la liaison Caractère Complète Partiel Rigide Elastique Par adhérence Par obstacle

Désignation Lorsqu’il n’y a aucune possibilité de mouvement entre les pièces liées. Si les pièces liées peuvent bouger les unes par rapport aux autres. Une liaison partielle peut porter un nom différent selon les libertés de mouvement des pièces. Une liaison est rigide lorsqu’elle comporte un organe de liaison rigide et ne comporte pas de matériau élastique intercalé entre les pièces liées. Lorsqu’il y a présence d’un organe de liaison élastique ou d’un matériau élastique qui permet un mouvement relatif des pièces dans le fonctionnement de l’objet. La liaison est par adhérence si c’est le phénomène de l’adhérence qui s’oppose à la suppression de la liaison. L’un des degrés de liberté est supprimé par un obstacle.

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La liaison encastrement

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Caractère

Désignation

Démontable

Lorsqu’on peut séparer les pièces sans endommager les surfaces ni l’organe de liaison. lorsque la séparation des pièces entraîne la détérioration de leur surface ou de l’organe de liaison.

Non démontable Directe Indirect

Lorsque les pièces sont conçues pour tenir ensemble sans l’intervention d’un autre organe. Lorsque les pièces ont besoin d’un organe intermédiaire (clou, vis, colle, etc.) pour tenir ensemble.

5. Classification Par adhérence

  

Par vis, goujon, boulon, écrou,… Par pincement Par tampon tangent

   

Clavette Goupille élastique Cannelures Formes spéciales

    

Soudage rivetage collage Ajustement forcé Goupilles

Démontable

Par obstacle

Liaison complète Non démontable

6. Solutions technologiques pour réaliser une liaison complète 6.1. Démontable 6.1.1. Par adhérence Par élément fileté (vis d’assemblage, vis de pression, boulon, goujon)

MIP : Surface plane MAP : Vis d’assemblage Par pincement

MIP : Surface cylindrique MAP : Vis d’assemblage

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La liaison encastrement

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Par tampon tangent

MIP : Surface cylindrique MAP : Vis d’assemblage Par emmanchement conique

MIP : Surface conique MAP : Ecrou + rondelle 6.1.2. Par obstacle Par Goupille

MIP : Surfaces cylindriques MAP : Goupille Différentes forme de goupilles

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La liaison encastrement

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Par clavette

MIP : S. plane + S. cylindrique + Clavette MAP : Vis + rondelle Par cannelure

MIP : Surface cylindrique + S. planes MAP : Anneau élastique Par forme spéciale

MIP : Surface planes MAP : Ecrou + rondelle

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6.2. Non démontable 7.

Par emmanchement forcé

Par soudage

Par collage

Par rivetage

Rivet creux

Avant déformation du rivet

Après déformation du rivet

Rivet à tête bombé

Avant déformation du rivet

Après déformation du rivet

8. Solutions technologiques pour réaliser la fonction : Assurer la fiabilité Les chocs, les vibrations répétées, les variations de température auxquels sont soumis les assemblages par éléments filetés, peuvent très rapidement entraîner leur desserrage, il faut donc assurer la fiabilité de la liaison : freinage. Par écrou et contre écrou

Par Plaquette arrêtoir

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Par Ecrou HK et goupille V

Par Ecrou à encoches

Par Rondelles frein

9. Application Voir TD

Les liaisons : Etude de la liaison pivot

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La liaison pivot

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1. Diagramme Pieuvre de la liaison Pivot FP1 : Guider en rotation autour d’un axe le solide 1 par rapport au solide 2.

Solide 1

FP2 : Transmettre les actions mécaniques.

Solide 2 FP1

FP2

Liaison Pivot

FC1 Milieu environnant

FC1 : S’adapter au milieu environnant.

2. Actigramme A-0 et schéma Actigramme A-0

Schéma 2D

Schéma 3D

Liaison Pivot

3. FAST de la liaison Pivot

FP1 : Guider en rotation autour d’un axe le solide 1 par rapport au solide 2

FT1 : Faciliter la mobilité en rotation

Choix de la forme, de la matière, de la nature du frottement (glissement ou roulement

FT3 : Interdire les autres mobilités

Choix des obstacles, formes des obstacles

FT4 : Assurer la fiabilité

Durée de vie, nature des obstacles

4. Solutions constructives pour réaliser la liaison pivot 4.1. Liaison pivot Direct

Avantages

Inconvénients

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4.2. Liaison pivot par : Coussinet Les coussinets sont des bagues cylindriques en bronze ou en matière plastique.

Avantages

Inconvénients

4.3. Liaison pivot par : Roulements 4.3.1. Principe

Avantages

Inconvénients

4.3.2. Constituants En remplaçant le frottement de glissement par du frottement de roulement, on diminue la puissance absorbée. Le rendement du guidage en rotation est donc meilleur. On place alors des éléments de roulement (billes, rouleaux ou aiguilles) entre deux bagues une bague intérieure et une bague extérieure.

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4.3.3. Type de roulements Roulements

Nom

Roulement à billes à contact radial

Roulement à une rangées de billes à contact oblique

Roulement à deux rangées de billes à rotule

Roulement à rouleaux cylindriques

Roulement à rouleaux coniques

5. Application Voir TD.

Représentation normale

Représentation conventionnelle

Type de forces supportées

Les liaisons : Etude de la liaison Glissière

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La liaison glissière

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1. Diagramme Pieuvre de la liaison glissière FP1 : Assurer la translation suivant un axe du solide 1 par rapport au solide 2.

Solide 1

FP2 : Transmettre les actions mécaniques.

Solide 2 FP1

FP2

Liaison glissière

FC1 Milieu environnant

FC1 : S’adapter au milieu environnant.

2. Actigramme A-0 et schéma Actigramme A-0

Schéma 2D

Liaison Glissière

3. Solutions constructives pour réaliser la liaison glissière 3.1. En se basant sur un frottement de glissement 3.1.1. Liaison glissière basée sur une forme cylindrique Par Forme. cylindrique + Vis

Par Forme. cylindrique + tenon

Schéma 3D

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Par F. cylindrique + Clavette

Par Cannelures

Par deux cylindriques

3.1.2. Liaison glissière basée sur une forme prismatique Forme en I

Forme en queue d’aronde

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La liaison glissière

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3.2. En se basant sur un frottement de roulement Guidages par cages à éléments roulants

Cage Élément roulant

Rails

Plaquette d’arrêt

Guidages par douilles à billes

Guidages par patins Patin à billes

3.3. Critères de choix d’une solution Le choix d’une solution constructive repose sur son aptitude à satisfaire le cahier des charges de l’application, en mettant en jeu le minimum de ressources. Les principaux indicateurs sont :

   

Précision du guidage Vitesse de déplacement maximale Intensité des actions mécaniques transmissibles Fiabilité (probabilité de bon fonctionnement)

4. Application Voir TD

   

Maintenabilité (probabilité liée à la durée de réparation) Encombrement Esthétique Coût

Les roulements : Montage des roulements à billes

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Comment réaliser un montage des roulements à billes

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1. Cas d’un arbre tournant Ajustements

FIXE

 Les bagues intérieures tournantes sont montées Les bagues extérieures fixes sont montées GLISSANTES : Tolérance de l’alésage : H7

40 H7



Arrêts axiaux des bagues :

13 k6

SERREES Tolérance de l’arbre : k6

TOURNAN T

 Les bagues intérieures montées sérrées sont

arrêtées en translation par quatre obstacles : A,

B, C, D 

Les bagues extérieures montées glissantes sont

arrêtées en translation par deux obstacles : E

F

Ajustement SERRE

et

Ajustement AVEC JEU

2. Cas d’un alésage tournant Ajustements



Les bagues extérieures tournantes sont montées SERREES : Tolérance de l’alésage : M7

13 g6

Les bagues intérieures fixes sont montées GLISSANTES : Tolérance de l’arbre : g6

40 M7

TOURNAN T



FIXE

Arrêts axiaux des bagues : 

Les bagues intérieures montées sérrées sont

arrêtées en translation par quatre obstacles : A,

B, C, D 

Les bagues extérieures montées glissantes sont

arrêtées en translation par deux obstacles : E

F

et

Ajustement AVEC JEU Ajustement SERRE

La lubrification

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La lubrification

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1. Nécessité Le mouvement de deux pièces en contact produit un frottement. Ce frottement qui transforme en chaleur provoque une perte d'énergie, Cet échauffement peut entraîner une fusion partielle des pièces. Le graissage (ou la lubrification) est donc nécessaire pour empêcher le contact direct des pièces en mouvement.

2. Fonction La lubrification ou le graissage est un ensemble de techniques permettant de :    

Réduire le frottement entre deux solides en mouvement Réduire l'usure Evacuer une partie de l'énergie thermique engendrée par ce frottement Eviter la corrosion

On parle de lubrification dans le cas ou le lubrifiant (mécanique) est liquide et de graissage dans le cas où il est compact.

3. Principaux lubrifiants Le tableau ci-dessous résume les principaux lubrifiants utilisés aujourd’hui. Solides

Liquides (Huiles)

Pâteux (Graisses)

Lubrifiants naturels

Graphite Cires Résines

Huiles minérales issues du pétrole

Graisse issue du pétrole Pâtes lubrifiantes

Lubrifiants de synthèse

Plastiques fluorés Polyamides Vernis

Huiles synthétiques (esters par exemple) Huiles composées

Graisses de synthèses

4. Mode de lubrification Pour acheminer l'huile vers les principales parties en mouvement on peut distinguer plusieurs mode de lubrification, dont voici quelque exemple : Bain d’huile

Circulation d’huile

A l’huile perdue

L’étanchéité

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L’étanchéité

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1. Fonction FP1 : Empêcher les impuretés du milieu extérieur d’accéder aux surfaces à protéger

Solide 1

Solide 2 FP1

FP2 : Empêcher le fluide de s’échapper vers le milieu extérieur

FP2

Etanchéité

2. Types d’étanchéité : Selon la liaison (fixe ou avec mouvement) entre les deux solides S1 et S2, on distingue les types d’étanchéités suivantes : Mouvement relatif S1/S2

Type d’étanchéité à réaliser

Fixe Mouvement de Rotation Mouvement de Translation

3. Etanchéité statique 3.1.

Par contact direct Etanchéité assurée uniquement par l’état des surfaces en contact entre S1 et S2, sans élément d’étanchéité supplémentaire (sans joint). Cette étanchéité peut être réalisée soit :

3.2.



En rodant les surfaces de contact à lier l’une sur l’autre afin d’obtenir des états de surfaces parfaits. Exemple : Raccord à joint cônique



En utilisant un produit de collage et d’étanchéité.

Par interposition d’un Joint (étanchéité indirecte) : Etanchéité réalisée en interposant entre les deux surfaces à étancher un joint de commerce. Il peut s’agir :

Joint plat

Joint torique

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L’étanchéité

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4. Etanchéité dynamique Les technologies mises en œuvre dépendent des mouvements relatifs entre les deux pièces.

4.1.

Cas d’un mouvement de translation : Dans ce cas, on utilise des joints toriques ou de section sensiblement carrée :

Joint torique à section circulaire

Joint quadrilobes (section « carrée ») :

Exemple : Vérin Joint torique

Joint quadrilobes

Exemple : Vérin

4.2.

Cas d’un mouvement de rotation On peut utiliser un joint torique lorsque la vitesse de rotation reste faible. Lorsque la vitesse de rotation est importante, on utilise un joint à lèvre :

Joint à lèvre à frottement radial

Joint à lèvre à frottement axial

Par chicanes ou Par rondelles « Z »

5. Symbolisation des joints à lèvres : 5.1.

Représentation générale :

Dans TOUS LES CAS, le contour exact du joint est représenté par un rectangle. La croix centrale, peut être complétée par une flèche indiquant l’étanchéité principale assurée :

5.2.

Représentation particulaire : Joint d’étanchéité à lèvre à frottement radial

ou

Joint d’étanchéité à lèvre à frottement radial + lèvre anti poussière

ou

Notions générales sur les matériaux

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Notions générales sur les matériaux

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1. Problème En observant la scie sauteuse réelle répondre aux questions suivantes :  Quels sont les matériaux utilisés pour fabriquer les différentes pièces de la scie sauteuse ?  Est-ce que ces matériaux ont les mêmes caractéristiques ?  Identifier parmi ces matériaux les métaux de la scie sauteuse.  Identifier les couleurs de chaque pièces constituants la scie sauteuse.  Quelles sont les différentes étapes parcourues pour aboutir finalement comme pièce de la scie sauteuse.  Comment on a procédé pour fabriquer les différentes pièces de la scie sauteuse.

2. Elaboration des matériaux 2.1.

Introduction Il existe différentes familles de matériaux : les métaux, les plastiques, les composites. Parmi les métaux on

distingue les métaux purs et les alliages. Le métal le plus utilisé en industrie étant l’acier suivi par l’aluminium (alliage d’aluminium).

2.2.

Elaboration des métaux

2.2.1.

Métallurgie Ensemble des procédés et des techniques d'extraction, d'élaboration, de mise en forme et de traitement des

métaux et de leurs alliages. 2.2.2.

Sidérurgie Ensemble des procédés et des techniques de production de l’acier et de la fonte. Acier : Fer + Carbone Fonte : Fer + Carbone

1,7 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

Les aciers

2,0

2,2

2,4

% de Carbone

Les fontes

On peut ajouter à l’acier ou à la fonte plusieurs constituants (Nickel, Chrome, Manganèse, Silicium…) 2.2.3.

Elaboration de la fonte On mélange fer et coke (charbon, c.à.d.

carbone) dans un haut fourneau à 2 000° C. pur obtenir fonte liquide. On distingue deux types de fonte : * Fontes blanches : très dure, très fragile et se moule male. Elles sont uniquement fabriquées pour être affinées (transformées en acier). * Fontes grises : moins dures et moins fragiles que les fontes blanches, elles se travaillent mieux. 2.2.4.

Elaboration de l’acier L’élaboration de l’acier se fait : soit à partir de la fonte liquide (fonte d’affinage). Convertisseurs à l’oxygène. Le

passage de la fonte liquide à l’acier nécessite une diminution de teneurs de carbone et d’enlever la totalité des impuretés, soit à partir de ferrailles par refusions au four électrique. (filière électrique).

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Notions générales sur les matériaux

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Notions générales sur les matériaux

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2.2.5.

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Les formes issues de l’élaboration de l’acier DEMI-PRODUITS issus de la coulée continue

PRODUITS FINIS issus du laminage PRODUITS PLATS LAMINES A CHAUD PRODUITS LONGS LAMINES A CHAUD

RELAMINES A FROID

3. Caractéristiques des matériaux 3.1.

Propriétés physiques

3.1.1.

La masse volumique La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume

(Kg/m3). Elle est généralement notée par la lettre ρ (rho). Exemples (en Kg/m3): 3.1.2.

Acier : 7 850 Fonte : 6 800 - 7 400

Aluminium : Cuivre :

2 700 8 920

Fer : 7 860 Plomb : 11350

Résistivité électrique C’est la résistance du métal au passage du courant électrique. Exemples : Le cuivre a une faible résistance, il est un bon conducteur.

3.1.3.

Conductibilité thermique C’est l’aptitude d’un matériau à transmettre la chaleur (un mauvais conducteur thermique et appelé isolant

thermique). 3.1.4.

Fusibilité La fusibilité d'un corps est sa capacité à passer de l'état solide à l'état liquide sous l'action de la chaleur, soit sa

capacité à se liquéfier (fusion). Elle est caractérisée par la température de fusion. Exemples : Fer : 1500°C

Aluminium : 657°C Cuivre : 1080°C

Plomb : 327°C

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3.2.

Propriétés mécaniques

3.2.1.

Elasticité L’élasticité c’est l’aptitude d'un métal à reprendre sa forme initial lorsque la cause de sa déformation disparaît.

Chaque métal possède une limite d'élasticité notée Re. 3.2.2.

Plasticité Aptitude d'un métal à conserver une déformation.

3.2.3.

Ductilité La ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. Elle se caractérise

par l’allongement pourcent (A%). Un métal est ductile s’il peut être fabriqué en fil. Métal ductile si A% ≥ 5%.

Métal non ductile si A% < 5%.

Exemples : Aluminium :0,03 (3%) Cuivre : 0,1 (10%) 3.2.4.

Zinc : 1,0 (100%).

Malléabilité Aptitude d’un métal à être déformé à chaud ou à froid (en plaque ou en feuille) par choc ou pression. Exemples : Aluminium et le cuivre sont malléable à température ordinaire. Le zinc est malléable à 150°C. L’acier à partir de 800°C.

3.2.5.

Dureté La dureté est la résistance d'un matériau à être marqué par un autre par rayure ou pénétration.

3.2.6.

Fragilité - Résilience Un métal est fragile lorsqu’il se casse sous l’effet d’un choc. La résilience c’est la capacité d’un métal à résister

aux chocs.

Mise en œuvre des métaux

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Mise en œuvre des métaux

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1. Problème Identifie les formes des pièces suivantes, comment on a procédé pour obtenir chacune d’elle ? quelle sont les étapes nécessaires pour parvenir à leurs formes finales.

Une poulie

Une clé

Un arbre

2. Le moulage : C’est un procédé qui consiste à réaliser une pièce en coulant un métal en fusion dans un moule présentant l’empreinte de la pièce à obtenir. Le moulage permet d’obtenir économiquement des pièces compliquées. La réalisation d’un moule est coûteuse, il convient de réaliser avec le même moule une quantité importante de pièces afin de diminuer le prix de revient de ce moule La fonte se moule mieux que l’acier, les caractéristiques mécaniques de certaines fontes sont proches de celles des aciers.

Profil du brut de fonderie

Confection du moule

3. L’usinage : C’est l’action d’enlever de la matière d’une pièce a l’aide d’un outil de coupe (fraise, lime…). Il convient de chercher à limiter les usinages pour 2 raisons : 1. La matière enlevée doit être minimum (coût au kilogramme). 2. Les temps d’usinage doivent êtres réduits (coût horaire).

3.1.

Le tournage

La pièce à usiner est animée d’un mouvement de rotation tandis que l’outil a un mouvement d’avance (en translation).

3.2.

Le fraisage

L’outil de coupe (appelé fraise) est animé d’un mouvement de rotation, la pièce a un mouvement d’avance (translation).

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3.3.

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Mise en œuvre des métaux

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Perçage, taraudage, alésage

perçage

Taraudage

Alésage

4. Le découpage : La pièce est obtenue par cisaillement. Un poinçon traverse la bande de tôle et découpe le flan qui tombe à travers la matrice. Les cadences de découpes sont élevées, les outils ont une dureté élevée afin d’avoir une durée de vie très longue. L’usure des outils est provoquée par le frottement du flan sur la périphérie du poinçon et de la matrice.

5. Formage 5.1.

Le formage à froid

5.1.1.

Le cambrage : La pièce est obtenue à partir d’une tôle plane qui ne subit que des pliages appelés cambrages. La pièce est développable, c’est à dire qu’il lui est théoriquement possible de lui faire reprendre sa forme et ces dimensions initiales

5.1.2.

L’emboutissage : L’emboutissage permet d’obtenir un volume à partir d’une tôle plane appelée flan. Une pièce emboutie subit des déplacements moléculaires irréversibles. Le volume obtenu ne peut reprendre sa forme initiale. Cette pièce n’est donc pas développable.

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5.2.

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Mise en œuvre des métaux

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Le formage a chaud :

Le matriçage, l’estampage : C’est un procédé qui consiste à obtenir une pièce métallique en obligeant un lopin à l’état pâteux à remplir des formes creusées dans deux matrices en acier. Ces deux matrices sont appliquées l’une contre l’autre avec un marteau pilon ou une presse

6. Application Identifier pour les pièces suivantes le mode d’obtention.

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Fraiseuse à commande numérique

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Tour à commande numérique

Tour à charioter et à fileter

Fraiseuse universelle

Désignation des métaux

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Désignation des métaux

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1. Introduction A graphite lamellaire Malléable

Les Fontes

A graphite sphéroïdale Ferreux (Fer)

EN-GJL-200

EN-GJMW-400-10

EN-GJS-600-3

D’usage courant

S 185 E 360

De moulage

C 45

Faiblement

20 Mo Cr 5 35 NiCrMo16

Fortement

X 10 Ni Cr 18-10 X 6 Cr Ni Ti 18-11

Non alliés

Les aciers Métaux Alliés

Moulé

EN AB-2110

Corroyé

EN AW-7049

Aluminium Non ferreux Non allié Cuivre Allié

Cu/a Cu/b Cu/c Cu Sn 8 Pb Cu Al 10 Ni 5 Fe 4 Cu Zn 40

2. Alliages ferreux 2.1.

Les fontes

2.2.

Les aciers

Les fontes sont des alliages de fer et de carbone en quantité supérieure à 2%. Préfixe des fontes (EN) DESIGNATION SIGNIFICATION GJL : Fonte à graphite lamellaire EN-GJL-200 200 : Résistance minimale à la rupture par extension (Rr mini en Mpa; 1Mpa= 1N/mm2) GJS : Fonte à graphite sphéroïdal EN-GJS-600-3 600 : Résistance minimale à la rupture par extension (Rr mini en Mpa) 3 : Allongement en % après rupture GJMW : Fonte malléable à cœur blanc EN-GJMW-400-10 400:Résistance minimale à la rupture par extension (Rr mini en Mpa) 10: Allongement en % après rupture GJMB : Fonte malléable à cœur noir EN-GJMB-350-10 350 : Résistance minimale à la rupture par extension (Rr mini en Mpa) 10 : Allongement en % après rupture Un acier est composé de fer et de carbone. Le pourcentage de carbone reste inférieur à 1,7%.

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Désignation des métaux

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2.2.1.

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Aciers non alliés

a- Aciers non alliés d'usage courant :

Ils ne conviennent pas aux traitements thermiques. La désignation commence par la lettre S ou E suivie de la valeur de R e min. S 185 E 360

Acier non allié d'usage général de limite d'élasticité minimale Re mini = 185 Mpa. Acier non allié de construction mécanique de limite d'élasticité minimale Re mini = 360 Mpa.

b- Aciers spéciaux non alliés pour traitements thermiques :

La désignation commence par la lettre C suivie du pourcentage de carbone multiplié par 100. Si l'acier est moulé, la désignation est précédée d'un G. C 45

Acier non allié pour traitement thermique à 0,45% de carbone.

2.2.2. Aciers faiblement alliés Aucun élément d’addition n’atteint la teneur 5%. La désignation commence par le pourcentage de carbone "x 100 " suivi par les symboles chimiques des éléments rangés par ordre des teneurs décroissant. Les teneurs sont multipliées par un facteur variable en fonction des éléments d’alliage. Eléments d’adition

20 Mo Cr 5

FACTEUR

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W

4

Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr

10

Ce, N, P, S

100

B

1000

Acier faiblement allié à 0,2% de Carbone, 0,5 % de Molybdène et quelques traces de Chrome.

2.2.3. Aciers fortement alliés L’un des éléments d’addition atteint ou dépasse la teneur 5%. La désignation comporte la lettre X suivie de la même désignation que celle des aciers faiblement alliés. Il n’y a pas de facteur pour les éléments d’addition. X 10 Ni Cr 18-10 Acier fortement allié à 0,1% de Carbone ; 18% de Nickel et 10% de Chrome (Acier inoxydable).

3. Alliages non ferreux 3.1.

Aluminium et ses alliages

3.1.1.

Aluminium et ses alliages moulés (EN AB….)

L'aluminium est obtenu à partir d'un minerai appelé bauxite. Il est léger, bon conducteur d'électricité et de chaleur. Sa résistance mécanique est faible, il est ductile et facilement usinable. Il est très résistant à la corrosion. La désignation utilise un code numérique. Il peut éventuellement être suivi par une désignation utilisant les symboles chimiques.

EN AB-2110 [Al Cu 4 Mg Ti] Ou EN AB-Al Cu 4 Mg Ti 3.1.2.

Aluminium et ses alliages corroyés (EN AW….) EN AW-7049 Ou EN AW-7049 [Al Zn 8 Mg Cu] Ou EN AW-AL Zn 8 Mg Cu

3.2.

Alliage d’aluminium moulé ; 4% de Cuivre; quelques traces de Magnésium et de Titane

Cuivre et ses alliages

Alliage d’aluminium corroyé ; 8% de Zinc ; quelques traces de Magnésium et de Cuivre.

Il existe de très nombreux alliages de cuivre dont les plus connus sont : les bronzes, les laitons, les cupro-aluminiums, les cupronickels et les maillechorts (cuivre + nickel + zinc) Cu Sn 8 Pb Bronzes (Jaune or) : Cuivre (Cu) + Etain 8% (Sn) + Plomb, Matériau de frottement (Bague, douille,…). Cu Al 10 Ni 5 Fe 4 Cupro-aluminiums (Jaune pâle) Cu Zn 40 Laitons (Jaune vert) Cu Ni 26 Zn 17 Maillechorts (Jaune blanc)

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4. Symboles chimiques des éléments d’alliage Elément d’alliage

Symbole

Aluminium Antimoine Bismuth Cadmium Chrome Cuivre Fer Lithium Magnésium Nickel Plomb Strontium Vanadium Zirconium

Al Sb Bi Cd Cr Cu Fe Li Mg Ni Pb Sr V Zr

5. Application Donner la désignation des matériaux suivants :

Cu Be 2 Al Zn 5,5 Mg Cu (EN AW-7075) Cu Zn 15 X 30 Cr 13 Al Cu Mg Si (En AW-2017) Cu Ni 2 Si 60 Si Cr 7 51 Cr V 4 S 275 X 6 Cr Ni Mo Ti 17-12

Elément d’alliage Argent Béryllium Bore Cérium Cobalt Etain Gallium Manganèse Molybdène Niobium Silicium Titane Zinc

Symbole Ag Be B Ce Co Sn Ga Mn Mo Nb Si Ti Zn

Notes