Industrialisation de produits - unilim.fr · Industrialisation de produits Mécatronique Page 7 mais aussi par son processus de réalisation. Le plateau conçoit simultanément le

Mécatronique

PAULIAT - LAPOIRIE

ENSIL

Industrialisation de produits

Industrialisation de produits Mécatronique

Page 2

Sommaire

1 INTRODUCTION ................................................................................................................................................................................. 5

2 PROCESSUS D’INDUSTRIALISATION ............................................................................................................................................. 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 ............................................................................................................................................................................. 7

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

3.2 Situation actuelle .......................................................................................................................................................................... 7

4 Classement des procèdes ........................................................................................................................................................................ 8

4.1 Conservation de volume : fusion ou formage ............................................................................................................................... 8

4.2 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 Fluotournage : ............................................................................................................................................................................ 14

5.9 Hydroformage : . ........................................................................................................................................................................ 14

5.10 Forgeage :................................................................................................................................................................................... 15

5.11 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 Grenaillage : ............................................................................................................................................................................... 22

5.20 Galetage : ................................................................................................................................................................................... 22

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

5.22 Nitruration : ................................................................................................................................................................................ 22

5.23 Carbo-nitruration : ...................................................................................................................................................................... 23

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

5.25 Phosphatation : ........................................................................................................................................................................... 23

5.26 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 : ................................................................................................................................................................................... 26

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

5.35 Plasma ........................................................................................................................................................................................ 27

5.36 L’électroérosion ......................................................................................................................................................................... 28

6 Procèdes d’usinage : présentation ........................................................................................................................................................ 29

7 Mode de génération des surfaces .......................................................................................................................................................... 29

7.1 Surfaces élémentaires ................................................................................................................................................................. 29


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7.2 Principe de la génération de surfaces .......................................................................................................................................... 30

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

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

8.1 Les machines traditionnelles ...................................................................................................................................................... 30

8.1.1 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 Machine-outil à commande numérique MOCN : ................................................................................................................ 33

8.3.2 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. ..................................................................................................................................................... 37

8.4.6 Intérêt de l’usinage à 5 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 ................................................................................................................................................................... 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 Fraises pour usinages spécifiques ............................................................................................................................................... 47

17.2 Les différentes opérations en fraisage ........................................................................................................................................ 49

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

18.1 Tournage .................................................................................................................................................................................... 50

18.2 5.2 Fraisage ........................................................................................................................................................................... 51

19 52

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

20.1 Définitions.................................................................................................................................................................................. 53

20.2 Le dossier de fabrication. ........................................................................................................................................................... 53

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

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


Page 4

21.2 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 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 modularité ............................................................................................................................ Erreur ! Signet non défini.

22.4 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 Points caractéristiques ................................................................................................................................................................ 62

24.3 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


Page 5

1 INTRODUCTION

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)

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 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.

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

reproductible industriellement, puis

dans une seconde étape de valider

l’interprétation du besoin exprimé et

ceci par un test auprès des

utilisateurs potentiels ;

Besoin

identifié

Traduction du besoin par

l’entreprise

Cahier des

charges fonctionnel

Définition du

produit

Concept directeur

validé

Cahier des

charges

concepteur

Définition du

produit

Dossier

produit

Validation du

produit

Prototype

PHASE 1 :

Traduction du besoin

Test

utilisateur

PHASE 2 : Interprétation du besoin

par recherche de

concepts

PHASE 3 :

Définition du produit

PHASE 4 :

Validation du produit

Industrialisation


Page 6

2 PROCESSUS D’INDUSTRIALISATION

2.1 Besoin, produit, prix

Pour une économie de marché dont l’offre est supérieure à la 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 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 fonction 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 de ses produits et doit tenir compte des évolutions des sociétés

modernes.

2.2 Développement du produit

Un produit se caractérise par un cycle de 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…

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 permet 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 ;

- conditions fonctionnelles ;

- procédures de montage ;

- contraintes de stockage, de mise en œuvre, de maintenance.

La responsabilité du BE est grande car les décisions vont servir par la suite de référence 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 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


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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 réalisation étaient définis par les choix du bureau

d’étude.

Avec l’apparition de nouveaux processus de fabrication 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 conception 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

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…)

- 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

MACHINEMatière

vierge

Pièce

finie

Caractéristiques

techniques

Energie

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 qui conduisent à la pièce finie.


Page 8

La difficulté réside dans l’optimisation du choix 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.

PROCESSUSMatière

vierge

Pièce avec valeur

ajoutée

Caractéristiques

techniques

Energie

Procédés de

transformation

Ordonancement

des opérations

Caractéristiques

géométriques

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 leurs

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

Déformation

Energie thermique

Fusion

Lente à chaud

Laminage Tréfilage

Lente à froid

Laminage Tréfilage

Extrusion

Pliage Cintrage

Emboutissage Fluotournage Hydroformage

Brutale à chaud

Forgeage

Emboutissage Estampage

Par gravité

Coulée continue Fonderie Moulage

Centri-fugation

Moulage Rotoformage

Sous pression

Moulage par injection


Page 9

4.2 Addition de volume

Addition du volume

Energie

mécanique Physico-chimie

Oxydation

Déformation Pression résiduelle

Pression Frottement

Agraffage Sertissage

Rivetage

Frettage Dudgeonnage

Transfert Diffusion

Soudage arc Oxyacétylénique

Laser

Friction Brasage

Soudage

Energie thermique

Fusion

Solidification

Boulonnage

Forces de liaison Polymérisation

Adhérence

Collage Moulage plast.

Force de liaison Fusion partielle

Frittage

4.3 Modification de la matière

Modification matière

Energie mécanique

Physico-chimie

Apport Recouvrement

Pression Ecrouissage

Peinture Vernis

Transfert Diffusion

Cémentation Nitruration Carbo-nitruration

Energie thermique

Elévation temp.

Modification structurale

Forces de liaison Conversion

Chromage Nickelage

Chrome dur Dépôts chimiques.

Force de liaison Réduction

Phosphatation

Anodisation

Grenaillage Sablage

Galetage

Recuit Trempe

Revenu


Page 10

4.4 Perte de volume

Perte du volume

Energie

mécanique Cisaillement

Physico-chimie

Oxydation

Coupe

Abrasion

Tournage Fraisage

Perçage

Rabotage Brochage

Cisaillage Poinçonnage Grignotage

Rectification Rodage

Meulage

Polissage Jet d ’eau Ultrasons

Dissolution anodique

Laser Plasma

Oxycoupage

Electro-érosion Polissage

Gravure

Energie thermique

Fusion

Oxydation Projection

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 : - tournage : 2 à 3 J/mm3

- Perçage au foret hélicoïdal : 3 à 6 J/mm3

- Fraisage : 3 à 6 J/mm3

- Rectification : 50 à 300 J/mm3

- Electroérosion : 700 à plusieurs milliers de J/mm3

- Usinage électrolytique : 300 à 3000 J/mm3

- Découpe au jet d’eau abrasif : plusieurs milliers de J/mm3

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 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.

5 RAPPEL DES PRINCIPES


Page 11

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 est la réduction de la section

d'un matériau métallique filaire par

traction mécanique.

Utilisé pour amincir une paroi ou calibrer

une pièce

Exemples : Baguettes de soudure, fil de fer.


Page 12

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

(3.105 bars) est délicate à réaliser.

Les lopins à filer peuvent être longs car il n’y a pas de flambage, les rapports

de réduction peuvent être élevés.

5.5 Pliage :

Une ébauche (ou un flan), reposant sur deux

ou plusieurs points d’appui est pliée sous

l’action d’une force exercée sur un poinçon.

5.6 Cintrage :

Procédé de déformation de sections de forme

quelconque tubulaire.


Page 13

5.7 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).

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.

Emboutissage d'une pièce de plancher automobile


Page 14

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 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.

On peut aussi réaliser des perçages, la pression

interne servant de matrice.


Page 15

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 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.


Page 16

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, 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. 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-pression :

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.

le métal liquide est versé dans un conteneur métallique puis injecté dans l’empreinte sous des

pressions atteignant couramment 1 000 bars.

Les forces de fermeture atteignent aujourd’hui 45 000 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 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, 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) ; 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.

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 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

bruts de fonderie. Sur le plan du rendement, un tel procédé s’accommode fort bien

d’importances cadences de 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 préparer, le changement de pièces est aisé. Defait,

il n’y a pas d’usure de l’outillage.

- En cire (ou urée) 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 supérieure 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, dans un moule métallique, de granules de polystyrène

qui se soudent sous l’action de la vapeur.

Les différentes parties du modèle et les appendices de coulée sont collés de manière à former

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 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 d’une

frette montée à chaud.

Exemple pour le montage d’outils utilisés pour

l’usinage grande vitesse.

5.15 Dudgeonnage :

C’est une expansion des tubes de faisceau dans les plaques

tubulaires d’échangeurs ou de 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.


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5.16 Laser :

Les atomes sont constitués d'un noyau et d'un ou plusieurs 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 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.

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 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, 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 cémentation et la 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) pour la trempe qui suit est moins élevée 700°C (donc moins de

déformations)

But : 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

Ce procédé 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.

Axe de révolution

de la pièce

Déplacement

longitudinal de l’outil

Déplacement

transversal de l’outil

Outil

Pièce

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 : 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-à-dire 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.

Le polissage permet l’obtention d’une surface

polie miroir

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, un équipement ultrasons transforme

l'énergie en vibrations créant une friction, d'où une élévation

de température dans la zone désirée afin de faire fondre la

matière et de produire ainsi une 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'est à dire qu'on

lui apporte de l'énergie), il devient liquide (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

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.


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L’usinage par enlèvement de copeaux

6 Procèdes 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 perçage, le brochage, le mortaisage, le découpage, l’alésage, la rectification, 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 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.


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Dessin de

définition

ExtractionSurfaces

élémentaires

- taille

- orientation

- qualité

- lien entre elles

Procédé d’usinage

Machine

Moyen de contrôle

7.2 Principe de la génération de surfaces

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

directrice (D).

Déplacement de

G le long de D

Génération d’une surface :

7.3 Travail de forme et travail d’enveloppe

G est une ligne (droite, cercle…) matérialisée

par l’arête de l’outil : travail de forme

G est une ligne matérialisée par les positions

successives du point générateur de l’outil : travail d’enveloppe

8 Les différents types de machines en fabrication

8.1 Les machines traditionnelles

8.1.1 Le tour traditionnel


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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 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


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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 :

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 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,

• le changement automatique de pièces (palettisation),

• éventuellement le convoyage des copeaux (convoyeur).

Il est dédié à des fabrications variées de pièces différentes.

8.3.3 Machine autonome flexible : C'est un CU doté d'un carrousel de palettes pour le chargement et le déchargement 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 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 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 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 :

- 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). - . 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.

Exemple de possibilité d'usinage sur fraiseuse CN 3 axes verticale.


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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:

o . alésages (outil à tranchant unique ou multiple). 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.

Exemple de possibilité d'usinage sur fraiseuse CN 4 axes horizontale.

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

Sur un centre de tournage CN 3 axes, on peut réaliser :

- Des cylindres, des cônes, des filetages, des portions de tores coaxiaux 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 Centre d’usinage 5 axes.

8.4.6 Intérêt de l’usinage à 5 axes

Fondamentalement, ’usinage à 5 axes continus permet d’orienter l’axe de l’outil par rapport à la pièce de

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 :

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.

Figure 1 : Exemple de machine à 5 axes

8.5 LES AXES DES MACHINES.

8.6 Référentiel normalisé de la machine

8.6.1 Les axes 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.

Définitions :

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

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 que

l’outil possède 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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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.

l'axe X est associé au mouvement qui défini le plus grand déplacement après

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 l'éloignement de

l'outil par rapport à la pièce considérée comme fixe.

A, B et C désignent les mouvements de rotation effectués

respectivement autour d’axes parallèles à X, Y et Z

Les sens 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.

Ces mouvements de la pièce sont repérés par le

symbole “prime” ‘ ajouté à la 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

Afin d’augmenter les capacités opérationnelles des machines, certaines d’entre-elles possèdent des axes en

plus des axes principaux

Exemple : tour à 2 tourelles indépendantes +

rotation de la broche numérisée

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


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8.7 Les matériaux à outil

8.7.1 ARS 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 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)


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9 Les différents type 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 Utilisation Illustration

Fraise 1 taille

A surfacer

Surfaçage en

roulant ou de

profil

Fraise cloche ou

tourteau

Surfaçage en bout

ou de face

Fraise 2 tailles à

queue conique

Surfaçages

combinés à

prédominance en

roulant

Surfaçage en

roulant

Fraise 2 tailles à

alésages et à

entraînement par

tenon

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

9.4 Les fraises a plaquettes carbure

Photo Type Utilisation 9.5 Illustration

10 Fraise à surfacer

11 Surfaçage en bout

12 Fraise à surfacer et à dresser

13 Surfaçages combinés à prédominance en bout

14 Fraise à rainurer

15 Rainurage de profil

16 Fraise 3 tailles à dentures alternées

17 Rainurage en bout

17.1 Fraises pour usinages spécifiques


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17.2 Les différentes opérations en fraisage


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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)

Chariotage

C’est la réalisation d’un cylindre ayant le même axe que celui de la pièce. (surface grise)

Plan épaulé

C’est l’association d’un dressage et d’un chariotage. (surface verte)

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.

Outil à charioter

coudé

Outil à charioter

droit

Outil à

dresser les

angles

Foret à centrer Foret Alésoir

Outil à aléser

Outil

couteau


Page 51

Dessin Opération Outils utilisés

Les gorges

C’est l’association de 2 plans parallèles avec un cylindre (surface vertes)

Quelconque

C’est l’association de plusieurs surfaces élémentaires : sphère, cylindre, plan, cône …

18.2 5.2 Fraisage

Dessin Opération

Surfaçage

Le surfaçage c’est l’usinage d’un plan par une fraise. (surface rouge)

Fraise à surfacer

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)

Outil à saigner outil à tronçonner

Fraise 2

tailles

Fraise 3

tailles


Page 52

Dessin 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 sont débouchant (surface bleu) ou borgnes (surface jaune).

19

Foret

Alésoir

Fraise 2 tailles

(pour le

plastique)


Page 53

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.

OPERATION D'USINAGE: Intervention d'un outil sur la pièce.

Exemple de gamme 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 : Le dessin de définition du produit. Les données économiques. Le dessin du brut. Les gammes d’usinage (ordonnancement des phases). Les contrats de phases. La définition des équipements. Les listings de programmation des machines. Les fiches de réglage. Les fiches de suivi et de contrôle.


Page 54

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 du type 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

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 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.

21.4.1 HSK forme A

Cet attachement est doté :

- d’une collerette en V avec encoche d’indexage ;

- d’un logement de puce pour la gestion informatique embarquée des outils ;

- lubrification possible au centre ;

Pinc

e

écro

u


Page 55

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 ;

- bonne évacuation des copeaux

- rapidité de montage de la plaquette, accessibilité des éléments de serrage

- réversibilité des plaquettes et leur standardisation

22.1.1 Présentation générale des normes existantes Serrage

normalisé

C

M

P

S

Ebauche ext.

Finition ext.

Ebauche int.

Finition int.

Copiage eb.

Copiage fini.

déconseillé

recommandé

éventuel

recommandé

déconseillé

déconseillé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

éventuel

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

recommandé

Car

acté

rist

iques

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

Construction simple Indexage rapide et

simple Bonne accessibilité Précision de mise en

place 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

des copeaux Bonne stabilité Très bonne précision

de mise en place Accessibilité très

bonne Très grand domaine

d’utilisation

Construction simple Partie supérieure

dégagée donnant une

bonne évacuation

des copeaux Temps de chgt de

plaquette moyen Bonne accessibilité Grand domaine

d’utilisatio

Type

de

pla

quet

tes

Porte

outil

Base négative

- réversible - non réversible - avec ou sans brise

copeaux

- coupe positive ou

négative

Base négative


copeaux préformé

- coupe positive ou

négative

Base négative


copeaux préformé

Base négative


copeaux préformé

- toutes formes

Porte

outil

Base positive ou

nulle

- non réversible

Base positive ou

nulle

- non réversible - avec ou sans brise

copeaux

Form

e

T, S, K, L T, S, D Toutes formes Toutes formes


Page 56

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 par les éléments constitutifs de la machine outil.

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 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 nombre de tours par minute, on a :

Vc = Π x d x n


Page 57

- d : espace parcouru en mètres pour un tour - n : fréquence de rotation en tours par minutes

La vitesse de coupe a une 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 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 L'avance s'exprime par le déplacement de la pièce en millimètres pour : Une dent, c'est l'avance par dent fz.

Un tour, c'est l'avance par tour f Une minute, c'est l'avance 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.


Page 58


Page 59

22.5 Porte pièces

22.5.1 Liaison pièce-machine :

L’usinage d’une pièce mécanique sur une machine-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 : 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

Pour un serrage plus efficace : X1 < X2

Bloc-bride

Crampon plaqueur

Bride à excentrique

Sauterelles

Mini-clamp

X

1 X

2


Page 60

EXEMPLE de porte pièce modulaire

22.5.3 Typologie des porte-pièces :

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

suivants :

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

22.5.3.1 Les porte-pièces standards :

Ces porte-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.

o pour une fraiseuse ou une perceuse :

Un étau ou un montage sur table o pour un tour :

Un mandrin et une contre-pointe

Eta

u

Montage sur

table

Mandrin

Contre-

pointe


Page 61

22.5.3.2 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 Porte-pièces fabriqués o Porte-pièces

modulaires

Fabriqué Modulaire


Page 62

23 Modélisation de MOCN

23.1 Cellule élémentaire d'usinage

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 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.

Porte-outil

Machine outil

PIECE

Porte-pièce

O

uti

l

1.1.1

1.1.2

1.1.3

O

M

1.1.41.1.5

1.1.6

1.1.7OP

DEC1

Prefs

Jauge

Outil


Page 63

Op: origine 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 le repère de mesure.

Cette origine est généralement située au point représentant la mise en position de la pièce

sur le porte-pièce.

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 de l'outil par rapport à l'origine pièce. Le

programmeur définit alors une ou plusieurs origine programme.

Elle(s) se situe(nt) en général au départ des cotations du dessin de définition.

Opp: origine porte-pièce

Lors de changement fréquent de porte-pièce sur une machine (changement de série par

exemple), il est parfois intéressant de définir physiquement 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 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 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.

Op


Page 64

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 caractéristiques

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

OmOpp caractérise la machine

OppOp caractérise le porte-pièce

OpOP caractérise la pièce

OPQi caractérise le programme

C

P

Qi

Prefs

DEC 1


Page 65

QiC caractérise le rayon de la plaquette ou de la fraise

CP caractérise la configuration de l'outil en

tournage ou le type d'outil en fraisage

PR caractérise l'outil

OmR caractérise le déplacement 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

Jauges

CRONP

(Correction de Rayon d'Outil Normale au Profil)

Pre

fs

Jauges

porte-

pièce

Dessi

n de

déf.

Prog

.nc CRO

NP

Ou

til

Jau

ge

out

il

DEC

1


Page 66

23.4 Cas du tournage


Page 67

23.5 Cas du fraisage

24 Constitution d'un axe numérique de MOCN

mobile

point

courant

R

X

butée

mécanique

butée

mécaniq

ue

butée

électriq

ue

butée

électriqu

e

butée

"PO

M"

O

P

O

p

O

m O

M

butée

"SOFT"

butée

"SOF

T"

paramètre P16

paramètre

P17


Page 68

Butée mécanique ("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 vis mère. Dans le cas où cette situation devait

intervenir, appeler l'enseignant.

Butée "POM" : 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. 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 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 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.


Page 69

24.1 Cas du tournage

24.2 Cas du fraisage

Documents

Industrialisation de produits - unilim.fr · Industrialisation de produits Mécatronique Page 7 mais aussi par son processus de réalisation. Le plateau conçoit simultanément le