Choix des matériaux et des procédésChoix des matériaux et des procédés

CoursCoursMaster Conception et fabrication mécaniquesMaster Conception et fabrication mécaniques

Semestre 9Semestre 9

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MultimatériauxMultimatériaux

Serge MoutonSerge Moutons.mouton@crmi.u-bordeaux1.frs.mouton@crmi.u-bordeaux1.fr

Sélection des procédés

• Relations procédés/matériaux

• Procédés de mise en œuvre des matériaux.

• Principaux paramètres caractéristiques des procédés.

• Sélection des procédés.

• Organisation des procédés.

• Choisir un procédé.

• Exemple.

Relations procédés / matériaux

Matériaux = propriétés physico-chimiques spécifiques

Réponses spécifiques aux différentes tentatives de mise en œuvre.

Procédés de mise en œuvre des matériaux métalliques

Ces procédés exploitent deux caractéristiques essentielles des

métaux et alliages.

Leur température de fusion relativement

accessible aux technologies actuelles.

Leur ductilité intrinsèque, éventuellement favorisée

par l’élévation de température.

Procédés de mise en œuvre des matériaux métalliques

Procédés de mise en œuvre des céramiques et des verres minéraux

La température de fusion des céramiques est généralement élevée donc pas de fonderie ou de moulage pour obtenir une pièce en

céramique.

On a alors recours aux techniques de frittage.

Procédés de mise en œuvre des polymères et des élastomères

Les polymères

Thermoplastique donc malléable à

chaud

Thermodurcissable donc polymérisant à

chaud

Les élastomères sont mis en forme par des procèdès similaires à ceux des polymères

thermodurcissables.

Procédés de mise en œuvre des polymères et des élastomères

Procédés de mise en œuvre des composites

La plupart des procèdès vus sont compatibles avec l’incorporation au polymère de particules ou de fibres courtes.

(composites à renfort particulaire ou par fibres courtes, et à matrice organique)

Les procèdès employés pour les autres types de composites différent essentiellement en fonction de la nature de la

matrice du composite.

Procédés de mise en œuvre des composites

Procédés de mise en œuvre des multimatériaux

Des mousses et des matériaux cellulaires, peuvent être fabriqués à partir de pratiquement tous les matériaux homogènes.

Les multimatériaux et les matériaux à gradient de propriétés sont élaborés par des techniques de dépôt, traitement superficiel,

collage, stratification ou assemblages proches de celles utilisées pour certains composites.

Principaux paramètres caractéristiques des procédés

Impossibilité de choisir un matériau pour une fonction indépendamment du procédé de mise en

œuvre.

Il faut définir les principaux paramètres qui interviennent dans la sélection d’un

procédé.

Principales propriétés d’aptitude à la mise

en œuvre du matériau à travailler

Caractéristiques techniques de la

pièce qui influent sur sa fonctionnalité

Caractéristiques liées au contexte technico-

économique

Paramètres liés au matériau mis en œuvre

La température de fusion du matériau doit être comparée à la température maximale techniquement possible pour la

mise en œuvre du procédé envisagé.

Cette température conditionne la température maximale d’utilisation du produit fini

Température de fusion (°C)500 1000 1500

Pro

céd

és

de

fon

de

rie

Univers des Procédés:\Mise en Forme\Fonderie

Alliages de magnésium

Alliages d'aluminium

Composites de carbure d'aluminium/silicium

Alliages de zinc

Alliages de cuivre

Fontes de fer

Acier à haute teneur en carbone

Acier inoxydable

Acier à teneur moyenne en carbone

Alliages de nickel

Acier faiblement allié

Acier à basse teneur en carbone

Alliages de titane

Graphique CES

Paramètres liés au matériau mis en œuvre

La dureté du matériau travaillé retentit sur les efforts à appliquer si l’on souhaite le déformer ou l’usiner, sur la

taille et la puissance des machines, sur l’usure et la durée de vie des outillages.

Tout en étant transmise à la pièce fabriquée, cette dureté peut être modifiée par l’opération de mise en forme, en

particulier dans le cas des métaux et alliages susceptibles de s’écrouir lors d’une déformation et de recristalliser lors

d’un recuit.

Mesure de dureté Vickers (HV)5 10 20 50 100 200 500

Univers des Procédés:\Mise en Forme\Déformation

Alliages de plomb

Alliages d'aluminium

Alliages de magnésium

Composites de carbure d'aluminium/silicium

Alliages de cuivre

Alliages de zinc

Acier à basse teneur en carbone

Alliages de nickel

Alliages de titane

Acier inoxydable

Acier à haute teneur en carbone

Acier faiblement allié

Graphique CES

Paramètres liés au matériau mis en œuvre

L’impact du procédé sur l’environnement, rejets, résidus, etc.. induit un surcoût de mise en œuvre difficile à évaluer.

De même qu’un mauvais choix du procédé d’assemblage peut rendre difficile son démontage et son recyclage.

Dans la pratique on mesure les aptitudes des matériaux expérimentalement grâce à des essais standardisés.

Ils permettent de vérifier si la combinaison matériau procédé permettra d’obtenir les caractéristiques fonctionnelles nécessaires à

la pièce.

Paramètres imposés par la fonction de la pièce

La taille de la pièce, définie par son volume ou sa masse, s’avère parfois incompatible avec la capacité des installations.

La forme générale de la pièce à obtenir constitue également un indicateur possible, ce paramètre peut être chiffré à partir de

l’élancement λ de la pièce (rapport de la plus petite cote à la plus grande).

La valeur de la plus petite dimension cotée conditionne le choix du procédé, dimension du plus petit détail, épaisseur

minimale, etc..

Le niveau de complexité de la pièce pouvant être estimé à partir de la liste des cotes indépendantes de la pièce (l1,l2,..,ln) et des précisions nécessaires pour chacune d’elle (∆l1, ∆l2,.., ∆ln).

La complexité C peut s’écrire sous la forme :

Paramètres imposés par la fonction de la pièce

ln

ln,,1

12logllC

On peut cependant penser que la complexité d’une pièce ne résulte pas uniquement du nombre de cotes, mais aussi de leur disposition

relative, ce que ne traduit pas l’indice ci-dessus.

Paramètres imposés par la fonction de la pièce

La valeur absolue de la tolérance exigée sur la cote la plus précise de la pièce, conditionne elle aussi en grande partie le

procédé d’obtention.

Les valeurs de rugosité exigées sur certaines surfaces fonctionnelles d’une pièce conditionnent le couple

matériau / procédé à mettre en œuvre.

Parmi les caractéristiques économiques figurent l’effectif N de la série de pièces identiques à produire. Les procédés sont plus ou

moins bien adaptés à des séries faibles ou importantes (principalement à travers le coût de fabrication qu’ils impliquent).

Paramètres liés au contexte technico-économique

Ces paramètres feront l’objet d’une présentation indépendante.

Sélection des procédés

La sélection des procédés est moins développée et fait actuellement l’objet de recherche intensive.

On peut tracer des cartes de sélection de procédés, elles sont utiles dans une première approche, mais

difficile d’usage, les différents domaines ne sont pas clairement séparés, de plus il est courant que

l’on sélectionne non pas un procédé mais une chaîne de procédés.

Sélection des procédés

Actuellement la sélection est étroitement couplée à une estimation des coûts. La démarche de sélection de matériaux consiste actuellement à

définir pour chaque procédé un ensemble d’attributs qui correspond au domaine normal

d’utilisation du procédé.

En dehors du domaine, le coût est prohibitif ou la mise en œuvre est impossible.

On peut alors développer une procédure d’estimation des coûts permettant la sélection.

La difficulté réside dans l’obtention des données économiques permettant de faire cette

estimation des coûts.

Les procédés

Procédé : une méthode pour former, assembler ou traiter en surface un matériauM

ise

en f

orm

eA

ssem

bla

ge

Soudure par fusion

Moulage en sable

Enduit thermique

Extrusion soufflage

Tra

item

ent

surf

ace

Mis

e en

fo

rme

Organisation des procédés

Royaume Familles Classes AttributsMembres

déformation

moulage

poudre

usinage

fonderie

composite

……..

cire perdue

moule fermé

coquille

sable

……...

sable 1

sable 2

sable 3

……..

……….

Procédés

Fiche d’un procédé

taille

forme

section mini

rugosité

tolérance

……...

Classification de forme des matériaux à transformer

tréfilage, extrusion, roulage : Formes prismatiques

Matriçage, pliage, repoussage, emboutissage : Plaques

moulage, coulage, technologie des poudres : Formes 3-D

Formes

Prismatiques Plaques 3-D

Circulaires Non-circulaires Planes Non planes Pleines Creuses

Recherche de données pour les procédés

Manuels, compilations.

Fiches techniques des fabricants d'équipements

Internet (e.g. www.DesignInSite.dk)

CES recherche globale

recherche par nom

Aucune perspective, ou comparaison entre les classes de procédés

Critères de sélection de procédés dans CES

Les attributs physiques de la pièce à obtenir.

Rugosité : rugosité arithmétique (ra, indice de rugosité normalisé).

Rugosité de surface : niveau de qualité de surface subjectif.

Critères de sélection de procédés dans CES

Les attributs économiques du procédé.

Critères de sélection de procédés dans CES

Les caractéristiques du procédé.

Discontinu : procédé d’élaboration d’entités discontinu dans le temps.

Continu : procédé d’élaboration d’entités continu dans le temps.

Prototypage : procédé d’élaboration d’entités de type prototype.

Les attributs de forme de la pièce à obtenir.

Les différentes caractéristiques de géométrie de pièces à obtenir.

Critères de sélection de procédés dans CES

Méthode de sélection des procédés dans CES

Tous procédés

sous-ensemble de procédés

Mas

se

Matériaux

S1 > S > S2

Épa

isse

ur X

de

sec

tion

Forme

X1 > X > X2

Tol

éran

ce

ProcédésT< T1

Utiliser des diagrammes à barres.

La masse, la tolérance et l'épaisseur de section sont des attributs importants.

Une combinaison de limite d’attributs et de diagrammes à barres est une bonne solution.

Choix de procédé pour un isolant de bougie d’allumage

Isolant

Corps métallique

Électrode central

• Classe matériau Céramique

• Classe procédé Primaire,discontinu

• Classe forme Prismatique

Avec axe de symétrie, creux

Spécification

Fonction

Contraintes

Variables libres

Isoler

• Choix des procédés

• Masse 0.05 kg

• Section min. 1.2 mm

• Tolérance < 0.2 mm

• Rugosité 10 μm

• Taille série >100 000

Diagramme matériaux / masse

Sélection gamme de poids.

Sélection de section.

Diagramme Section pièce / procédé primaire

Diagramme Tolérance / classe de forme de pièce

Sélection de tolérance.

Diagramme Rugosité / procédé primaire

Sélection de rugosité.

Diagramme taille série / procédé discontinu

Sélection de taille série.

Procédés pour l’isolant de bougie

En raison de la grande taille du lot, les processus les plus appropriés sont : La métallurgie des poudres et le moulage par injection de poudre.

Modélisation des coûts

• Modélisation des coûts.

• Les entrées du processus de fabrication.

• Les ressources intégrées dans le coût.

• Le modèle de coût.

• La mise en forme et le coût.

• L’assemblage et le coût.

• Les traitements de surface et le coût.

• Coût total de fabrication.

• Exemples.

• Conclusions.

Les raisons de l’e

stimatio

n des coûts

Pourquoi estimer les coûts ?

Estimer la viabilité d’un nouveau matériau ou

d’un nouveau procédé.

Évaluer les coûts relatifs de différents procédés ou couple procédés/matériaux pour un cahier des

charges.

Identifier dans un procédé d’élaboration d’un matériau les étapes qui augmentent le

coût afin de trouver des moyens pour rentabiliser le

procédé.

Pouvoir estimer les coûts suffisamment

précisément pour les utiliser comme

argumentaires dans une négociation compétitive.

Modélisation des coûts

L’estimation des coûts pour le choix des matériaux et des

procédés nécessite une évaluation relative.

Méthode Description Utilisation

Interpolation

Estimation des coûts à partir de données anciennes proches du produit à réaliser : applicables uniquement dans un

domaine limité.

Au stade de conception dans un domaine limité

Ressources

Estimation des coûts à partir de la consommation des

ressources.Cette méthode très générale

permet de comparer des procédés très différents.

Classement des procédés tôt dans la

conception

Modélisation

Extension des méthodes basées sur les ressources avec une modélisation technique qui prend en compte des paramètres physiques du procédé

comme la cadence, le coût ..

Classement des procédés + analyse détaillée des coûts

Production

Découpage de la fabrication en étapes, estimation des temps et des ressources nécessaires pour chaque

étape. Nécessite une connaissance de toute la

chaîne de production.

Analyse détaillée des coûts pour un procédé

défini

Les entrées du processus de fabrication

Processus de fabrication

Matériaux

Energie

Capital

Temps

Information

Produit

Déchets et énergie

Entrées avec

coût associé

La fabrication d’un composant consomme des ressources. Le coût final du composant fabriqué est la somme des coûts des ressources utilisées.

Les ressources intégrées dans le coût

Ressources Symbole Unité

Matériaux, inclus consommables Cm euro/kg

Capital, coût d'équipement Cc eurocoût d'outillage Ct euro

Temps, (coûts horaire) euro/hr

Énergie, puissance P kWcoût énergétique Ce eu/kW.hr

Information R & D, brevets euro/hr

LC

iC

Le modèle

Le coût de production d’un composant de masse m (masse des différents matériaux utilisés pour l’élaboration du composant) nécessite un coût Cm.

La première contribution au coût de revient unitaire est celle du matériau augmentée d’une fraction de produit de départ qui est perdue (f).

)1(1

fmCC m

Le modèle

Le coût Ct.d’un ensemble d’outillage d’usure (moules, matrices, gabarits, etc..) doit être dédié à la production de ce composant simple. L’outillage est amorti en fonction de la taille de la production n. Dans le cas d’une fabrication de très grande série le remplacement d’un tel outillage peut être nécessaire.

51.02

t

t

n

nINT

n

CC

nt est le nombre d’unités qu’un ensemble d’outillage produira avant d’être remplacé. Très souvent n > nt.

Le modèle

Les frais financiers d'équipement, Cc, peuvent correspondre à une partie d’équipement d’un ensemble. La mise en forme de poudres sous pression peut être employée pour fabriquer différents composants par l'installation de différents ensembles de matrices.

Il est habituel pour convertir les frais d’équipements non dédiés, et le coût d’emprunt du capital lui-même, en frais généraux, de les diviser par le capital d’amortissement dans le temps (5 ans) two, l’excédent étant récupéré.

woLt

Cc

nC

1

3

La quantité Cc/two est un coût par heure provenant de l’équipement si il est utilisé sans interruption.

C’est rarement le cas, ainsi on divise Cc par un facteur de charge L (fraction de temps pendant laquelle l’équipement est productif).

Le coût par unité est le coût horaire divisé par le nombre d’unités produites.n

Le modèle

n

CC

oh

4

Le coefficient d'imputation des coûts indirects (Coefficient utilisé par l'entité pour imputer des charges indirectes à des produits ou des services) devient un coût par unité, une fois qu’il est divisé par (unité produites par heure).n

ohwo

c

t

tms C

Lt

C

nn

nINT

n

C

f

mCC

1

51.01

Certaines des constantes apparaissant dans cette équation sont relativement faciles à évaluer, d’autres comme le coût horaire demandent plus de soin.

On peut affiner ce modèle en intégrant des informations dépendantes du coût capital du coût d’outillage et du taux de production (unité produites par heure).

Le modèle

Le coût total de mise en forme Cs est la somme des quatre termes.

Utilisation du modèle pour choisir un procédé de mise en forme

On peut comparer les coût de procédés concurrents, en exprimant graphiquement le coût unitaire par rapport à la taille en lots.

Coû

t re

lativ

e p

ar

uni

té

Les coûts d'outillage dominent

Les coûts du matériau et de la main-

d'oeuvre dominent

Volume de production (unités)

Les procédés en concurrence diffèrent habituellement en coût Ct d'outillage et taux de production , c’est pourquoi leurs courbes sont concourantesn

Pour de petites tailles en lots le prix de revient unitaire est dominé par les coûts fixés par l'outillage. À mesure que la taille n en lots augmente, la contribution de l’outillage au prix de revient unitaire tombe (à condition, naturellement, que l'outillage est une durée de vie qui soit plus grande que n) jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur qui est dominée par les coûts variables, coûts matériaux, coût du travail et d'autres coûts indirects. La taille économique en lots, souvent citée pour un procédé, est le nombre de lots n qui pour un procédé, d'une manière générale, coûte moins cher qu’avec les procédés concurrents. Les comparaisons de cette sorte guident le choix des procédés.

ohwo

c

t

tms C

Lt

C

nn

nINT

n

C

f

mCC

1

51.01

CES énumère les attributs de centaines de procédés et contient des données approximatives pour les coûts du capital et de l’outillage, le taux de production, la durée de vie de l’outillage, etc..

Certains paramètres ne sont pas énumérés car ils ne sont des attributs du procédé lui-même mais dépendent de la conception ou du matériau.

Utilisation du modèle pour choisir un procédé de mise en forme

La taille économique en lots, souvent citée pour un procédé, est le nombre de lots n qui pour un procédé, d'une manière générale, coûte moins cher qu’avec les procédés concurrents. Les comparaisons de cette sorte guident le choix des procédés en accentuant les éléments augmentant ou diminuant le coût. Son exécution exige une base de données avec des valeurs approximatives pour les entrées. Une fois qu’une première sélection est faite, il devient intéressant de chercher des valeurs plus précises pour les procédés sélectionnés.

Accès aux paramètres définis par l'utilisateur

Édition graphique

Comparaison de deux procédés (CES)

Injection moulage

Comparaison de deux procédés (CES)

Thermoformage

Comparaison de deux procédés (CES)

Une étude entre deux procédés en concurrence injection moulage et thermoformage.

Capital write off :capital d’amortissement dans le temps (5 ans)

La bande ombragée encadre une gamme des coûts. Le bord inférieur de la bande utilisent les limites inférieures des gammes pour les paramètres entrés, elle caractérise les pièces simples exigeant seulement une petite machine et un moule peu coûteux. Le bord supérieur emploie les limites supérieures des gammes ; il décrit de grandes pièces complexes exigeant une plus grande machine et un moule plus complexe. En comparant les graphes nous notons que le thermoformage, avec des petites tailles de lots, est beaucoup moins cher que l'injection moulage, mais que pour une taille en lots d’approximativement 1000 pièces l'injection devient le processus le meilleur marché.

Comparaison pour l’injection moulage. Ici le prix de revient unitaire est tracé par rapport au coût matériel pour un processus simple avec une taille en lots (1000). Le coût procédé domine, le coût matériau est approximativement de 18F/kg, on peut améliorer le coût en cherchant des matériaux moulables meilleurs marché ou en augmentant le taux de production.Mais à une taille en lots de 1 000 000 (non représentée) le coût matériau domine le prix de revient unitaire à moins que le matériau coûte moins que 3€/kg ; s'il coûte plus, des économies pourraientêtre réalisées en employant un matériau meilleur marché.

Des études de cette sorte permettent de comparer deux procédés, mais ils ne permettent pas de hiérarchiser facilement une grande population de procédés en concurrence. Ceci peut être réalisé en traçant le prix de revient unitaire pour une taille choisie en lots. La boîte de dialogue permet de définir les paramètres utilisateur, y compris la taille en lots. Le logiciel évalue pour chaque membre de la population par la valeur moyenne du coût les procédés qui sont les plus économiques.

Comparaison de plusieurs procédés

Comme expliqué plus tôt, le rang est basé sur des données très approximatives ; mais notez que les processus les plus chers sont plus de 100 fois plus cher que les meilleurs marché ; une erreur de facteur dans les entrées change seulement légèrement le rang final.

Utilisation du modèle pour choisir un procédé d’assemblage

Les contraintes qui dominent pour choisir un procédé d’assemblage proviennent habituellement du matériau ou des matériaux à assembler, de la géométrie de l’assemblage et des charges à supporter. Des contraintes secondaires (assemblage imperméable à l'eau, ou démontable, ou conducteur électrique, par exemple) sont à intégrer. Une analyse de la consommation des ressources, comme pour les procédés de formage peut permettre de réduire le coût, de cette façon nous arrivons à un coût approximatif d’assemblage C par unité de production (un produit entièrement assemblé = une unité) de :

batch

setupprocédéoh

wo

c

sjoall total

tesconsommablj

nttC

LtC

nCCC

int

Cconsommables est le coûts des consommables de l’assemblage, ntotal est le nombre d’assemblage à faire pour une production réalisée en plusieurs série de nbatch assemblages chacune requièrent un temps tsetup d’installation.tprocess est le temps pour realisé un assemblage.

Le paramètre qui influence le coût total d’assemblage est le temps procédé tprocess. La clef d’un assemblage peu coûteux est le traitement rapide du procédé. Une méthode à trois étapes permet de mieux cerner le coût assemblage. - conception du produit, est ce que chaque partie du mécanisme est nécessaire ? - estimation du délai d'assemblage tproccess, en additionnant les temps des procédés requis pour chaque étape d'assemblage, en utilisant les données historiques qui définissent des temps élémentaires pour un assemblage: type d’assemblage, facilité d’accès, condition pour l'alignement et qualité d’assemblage. - calcul d’un délai d'assemblage idéal de (tprocess) calculé en assignant 3 secondes (un minimum empirique) à chaque étape d’assemblage. Ce délai d'assemblage idéal est divisé par tprocess estimée et donne le DFA, exprimé en pourcentage :

Utilisation du modèle pour choisir un procédé d’assemblage

100process

idealprocessindex

ttDFA

C’est une mesure d’efficacité de l’assemblage, une valeur basse de l’index ≤ 10% suggère qu’il y a des pièces pouvant subir des réductions de tprocess et donc un gain de coût.Cette méthode se concentre exclusivement sur l’assemblage mécanique, et permet la comparaison entre des choix alternatifs.

Utilisation du modèle pour choisir un procédé d’assemblage

Les conclusions qui peuvent être tirées sont que : pour une petite série, les coûts outillage dominent (choix de procédés avec faible coût outillage) et pour une grande série le défi est de réduire tprocess (cela favorise les procédés de soudage automatisé par points).Il est très difficile d’obtenir des données numériques pour les paramètres de l’équation, il est cependant possible de hiérarchiser les différents coûts suivant trois niveaux afin de réaliser un classement des procédés en concurrences.

Utilisation du modèle pour choisir un procédé de traitement de surface

Le traitement de surface apporte des propriétés telles que précision dimensionnelle, qualité de surface, de résistance à la corrosion, de dureté superficielle. Les contraintes qui dominent dans le choix d’un traitement sont les propriétés extérieures qui sont recherchées et le matériau auquel elles doivent être appliquées. Il existe des contraintes secondaires : capacité de traiter les surfaces ou les formes. L'approche basée sur les ressources donne une idée de comment aborder l’augmentation du coût lié aux traitements.

batch

setup

runper

traitementoh

two

c

total

tesconsommablST

nt

ntC

LC

nCCC

Cconsommables est le coût des consommables pour les matériaux traités par unité de production, les matériaux, ici, sont souvent chers, et le gaspillage parfois élevé.Les frais financiers peuvent être importants, mais les équipements sont souvent employés pour traiter beaucoup de composants en même temps.- nombre de pièces traitées en une fois = nper run- nombre total traité en plusieurs fois = nbatch.

Considérons deux exemples. La peinture est possible avec un équipement très simple (Ct et Cc sont faibles), mais l'application prend du temps, et la peinture doit sécher à une certaine température avant que l'objet peint puisse être manipulé. il est plus facile de pulvériser des peintures à base de solvants organiques qui sèchent plus vite (contrairement aux peintures à base d'eau), favorisant leur utilisation en dépit des problèmes écologiques considérables qu'elles créent.

En revanche, si on désire ajouter de la précision à la surface cela implique des opérations d'usinage qui ne change pas la forme de manière significative. L'équipement et l'outillage doivent être construits avec une grande précision pour garantir la précision d’usinage. Cela apporte des contraintes sur le coût de l'outillage, Ct, et sur les frais financiers et d'équipement Cc. Et plus la précision et la finition sont importantes, plus le temps d'installation tsetup est long. Le coût monte rapidement avec la précision désirée.

Utilisation du modèle pour choisir un procédé de traitement de surface

Comme avec l’assemblage, il est très difficile d'obtenir des données numériques pour les paramètres de l’équation. Les outils de présélection hiérarchisent les facteurs des coûts principaux, outillage, frais financiers et le coût horaire en trois niveaux : bas, moyen ou haut, donnant ainsi un ordre fonction du coût sur les procédés en concurrences.

Coût total de fabrication

N'importe quel produit se compose de composants, dont chacun est mis en forme. Ils sont assemblé avec plus ou moins de précision et peuvent subir un traitement de surface avant ou après l’assemblage. Le coût final du produit est la somme des contributions de la mise en forme, de l’assemblage et du traitement de surface :

 

 

 

 

En généralisant, quand la taille en lots est petite, le coût total est dominé par le coût d'outillage, des gabarits et des montages dédiés. Quand la taille en lots est grande, il est dominée par le coût matériaux et temps. Ainsi, la production à faible volume se concentre sur le procédé réduisant au minimum le coût outillage, même si le procédé est lent ; la production à fort débit, en revanche, exige le traitement rapide et le gaspillage matériau minimum, même si ceci exige un outillage cher.

Exemple : Bec pour convertisseur de produits chimiques

10 becs doivent être fabriqués pour une utilisation à hautes températures (1000 °C) dans des convertisseurs de produits chimiques. Chaque bec est fait d'un superalliage Chrome à base de nickel, choisi parce qu'il supporte la température et possède une résistante à la corrosion. Le poids est estimé à environ 0,3 kilogramme et l’épaisseur minimum doit être de 3 millimètres. Chaque bec a une forme axisymétrique avec un alésage circulaire central. Rugosité extérieure inférieure à10 m et précision de 0,2 millimètres minimum.

Exemple : Bec pour convertisseur de produits chimiques

En appliquant les critères de filtrage nous obtenons, six classes de procédé d’usinage manuel, moulage à cire perdue, ou d’autres procédés de moulage à modèle perdu ,estampage ou forgeage des poudres (le trou central est réalisé par usinage). Ensuite les procédés obtenus sont rangés par coût. Pour faire ceci, l'utilisateur doit fournir les informations liées à la conception : taille en lots (le nombre de becs à faire, coefficient d’imputation des coûts indirects, facteur de charge,etc...

Ici chaque barre montre le coût d’un procédé pour faire un bec. Les procédés qui ont réussi cette étape de filtrage sont marqués. Pour une taille en lots de 10, le moulage en cire perdue et l’usinage manuel sont les procédés les meilleurs marché, ils méritent étude plus approfondie.

Si la taille en lots grimpait jusqu' à 10 000, la méthode de poudres offrent maintenant l'itinéraire le meilleur marché, suivi du forgeage en matrice fermée et du moulage automatisé.

Exemple : Corps de bouilloire

Le matériau est du polypropylène. La bouilloire contient approximativement 1,5 l d’eau et a un diamètre d'approximativement 120 millimètres et une hauteur de 200 millimètres. Pour éviter des déformations (faux rond, inclinaison), l'épaisseur de paroi minimum devrait être 3 millimètres donnant un poids pour le corps d'approximativement 0,4 kilogrammes. la forme est celle d'une tasse profonde. Des calculs ont permis de définir la précision nécessaire pour l’assemblage couvercle bouilloire : 0,5 millimètres minimum. La douceur de la surface est important pour la facilité du nettoyage et pour l'aspect visuel, rugosité 0,8 m.

Exemple : Corps de bouilloire

En appliquant les critères de filtrage, plusieurs procédés émergent comme possible : l'injection moulage, le moulage par rotation, et diverses variantes du moulage par extrusion soufflage. La prochaine étape est de les ranger par coût approximatif. La bouilloire, est fabriquée en 100 000 unités. La hiérarchisation suggère l’ injection moulage et le moulage par extrusion soufflage. Le choix final entre exige une exploration plus détaillée, facile à mettre en oeuvre quand un nombre limité de procédés sont identifiés.

Les points à retenir

Réduire le coût au minimum est l'objectif final.

Le coût peut être modélisé à plusieurs niveaux – cela dépend du but.

Pour hiérarchiser les matériaux et les procédés par le coût, un modèle approximatif est nécessaire.

Un modèle de coût emploie des entrées "génériques" : matériel, temps, capital, etc..

Une analyse plus précise peut seulement être basée sur l'information donnée par les fournisseurs (si l’approvisionnement vient de l'extérieur) ou des services internes à l’entreprise.

Conclusion

Dans l’industrie actuellement, le coût se pilote par l’aval : le prix de vente est imposé par le marché visé pour le produit. Le fabricant doit alors agir sur l’ensemble conception + matériau + procédé, et le mettre au point de manière à rentrer dans l’enveloppe financière prévue, au besoin en renégociant avec le demandeur le cahier des charges initial. C’est là, la base d’une démarche d’analyse de la valeur qui s’avère de plus en plus indispensable, notamment pour tous les produits de grande diffusion.

L’estimation des coûts est certainement un problème important et difficile de la sélection des matériaux et des procédés, elle est indispensable pour pouvoir évaluer la viabilité d’un matériau dans une application donnée.