Presentation emboutissage

Spécialité :Construction et Fabrication Mécanique

Institut Supérieur des Etudes Technologiques du

Mahdia

MINI PROJET

Élaboré par :

ZBIDI Mohamed Achref MNASRI Abdelhak Kharoubi Mohamed Amine

FM 5.22012/2013

Plan de l’exposé

Etude fonctionnelle du système3

Introduction1

Étude bibliographique2

Etude théorique et dimensionnement4

Conclusion et perspectives6

Conception du prototype5

1

1 IntroductionIntroduction

Plan Plan

Etude théorique Etude théorique et et

dimensionnementdimensionnement

Conclusion et Conclusion et perspectivesperspectives

Etude Etude fonctionnelle du fonctionnelle du

systèmesystème

Etude Etude

bibliographiquebibliographique

Conception du Conception du

prototypeprototype

L’usinage des pièces mécanique peut être

obtenue par enlèvement de matière, par moulage

ou par mise en forme par déformation plastique

(emboutissage, repoussage, fluotournage,…).

Etude et conception d’un prototype d’emboutissage.

Ce mécanisme va servir par la transformation d’une

tôle mince et plane en une forme finale indéveloppable.

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUEETUDE BIBLIOGRAPHIQUE22

Procédé de formage par déformation à chaud ou à Procédé de formage par déformation à chaud ou à

froid des métaux froid des métaux

Transformer une tôle plane en une forme complexe non Transformer une tôle plane en une forme complexe non

développable.développable.

Procédé d’emboutissageProcédé d’emboutissagePlan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Définition Définition

Principe Principe Déformation plastique du matériau métal qui consiste en Déformation plastique du matériau métal qui consiste en

un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir

la forme désirée en appliquant le principe de la la forme désirée en appliquant le principe de la

conservation globale du volume du matériauconservation globale du volume du matériau ..


Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Outil lage Outi l lage

o une matrice o Un poinçon o Un serre- flano Des joncs (utilisés parfois)

On distingue deux types d’outil d’emboutissage :On distingue deux types d’outil d’emboutissage :oOutils à simple effetOutils à simple effetoOutils double effetOutils double effet

Phase 1 Phase 1 Le poinçon et le serre-flan sont relevés.La tôle est sur la matrice.

Phase 2Phase 2 le pourtour de la tôle serrésur la matrice par Le serre-flan .

Phase 3Phase 3 La tôle est plaquée par la le poinçon

Phase 4 le poinçon est relève .

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

2 Etude bibliographiqueEtude bibliographique

Les phases Les phases


Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Les paramètres Les paramètres d’emboutissage d’emboutissage •Le jeu entre le poinçon et la Le jeu entre le poinçon et la matrice:matrice:Selon la distance entre poinçon et matrice et épaisseur du

flan, on effectue le choix convenable du jeu.

•La vitesse d’emboutissageLa vitesse d’emboutissageLa vitesse du poinçon au moment de l’attaque de la tôle.

•Le rayon sur la matriceLe rayon sur la matrice

Nécessaire pour la qualité de l’embouti et la répartition

des forces

•Arrondi sur le poinçonArrondi sur le poinçon

Le rayon sur le poinçon est inférieur à celui de la matrice

pour ne pas percer le flan.

Avec :

D:Diamètre du flan

d:Diamètre de poinçon

e:épaisseur du flan

Il dépend de:

Diamètre de l’embouti et du flan primitif

Epaisseur et qualité de la tôle

Pression du serre-flan

Vitesse d’emboutissage

Arrondie de la matrice et jeu entre poinçon et matrice

Lubrification

•L’effort d’emboutissageL’effort d’emboutissage

•La pression du serre-f lanLa pression du serre-f lan

d < 0,95. D ou e < 0,2. (D-d)

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

2 Etude bibliographiqueEtude bibliographique

Les différents types des machines d’emboutissageLes différents types des machines d’emboutissageLa presse hydraulique La presse hydraulique La presse mécanique La presse mécanique La presse La presse hydropneumatique hydropneumatique

La presse pneumatique La presse pneumatique

Tôle mince et

planesEmboutir les tôles

minces

Bruit

W.hydr/ pneu/ méca

Modélisation SADTModélisation SADT

Pièce de forme non

développable

7

CommandeOpérateur

Niveau A-0

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype Machine d’emboutissage

3 Etude fonctionnelleEtude fonctionnelle

Analyse du besoinAnalyse du besoin

Système d’emboutissage des tôles minces

A qui rend il service ?A qui rend il service ? Sur quoi agit le système ?Sur quoi agit le système ?

Dans quel but ?Dans quel but ?

Des tôles minces

Service industriel

Emboutir les tôles minces

6

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


SupportFC5

Les fonctions de serviceLes fonctions de service

9

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Tôles minces et planes

FP2

Presse hydraulique

Energie hydraulique

Outil d’emboutissage

FP1

FC1


L’histogramme des fonctions de L’histogramme des fonctions de servicesservices

9

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype La FP2 représente une pourcentage de poids la plus élevée


Choix du solution technico-Choix du solution technico-économiqueéconomique

6

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Plusieurs types de machines d’emboutissage qui peuvent

intervenir:o S1 : Presse hydraulique.o S2 : Presse mécanique.o S3 : Presse pneumatique.o S4 : Presse hydropneumatique.

Utilisation de la méthode de valorisation qui permet de

sélectionner la solution adoptée présentant le totale

pondéré le plus élevé, en se basant sur les critères

suivantes:o C1 : facilité de fabrication.o C2 : encombrement. o C3 : légèreté du système.

Les étapes de cette méthode donnent:

S1 S2 S3 S4

Critères K Note total Note Total Note Total Note Total

C1 4 3 12 1 4 1 4 2 8

C2 4 2 8 1 4 2 8 2 8

C3 3 3 9 2 6 1 3 2 6

Total pondéré 29 14 15 22

Solution choisie: S1: Presse hydraulique


8

Analyse descendante de la solution adoptée: Niveau A0

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Vérin simple effet

Presse hydraulique

Opérateur Commande

Energie hydraulique

W mécanique de translation

Transformer

l’énergie

Emboutir les

tôles mincesTôles planes et minces

Pièces de formes non

développable


FP1FP1 Transformer l’énergie

Diagramme FAST Diagramme FAST

10

Centrale Hydrauli

que

Limiteur de

pression

Manomè-tre à

lecture directe

Un vérin simple effet

Appliquer un effort

sur le piston

Dépres-sion et

vidange du

réservoir

Limiter la

pression

Visualiser la

pression exercée par le vérin

Avoir un mouve-ment de translat-

ion

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype Pompe

hydraulique et

réservoir

Mettre le vérin en pression

Une vanne


FP2FP2 Emboutir les tôles minces

Diagramme FAST Diagramme FAST

10

MontantsSerre-

flanMatricePoinçon

Maintenir la presse verticale-ment avec plusieurs réglages

Bloquer l’établi

en position

haute

Eviter les

risques des plis

Assurer l’appuie de la tôle

Déformer la tôle mince

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype Table de la presse

Maintenir et fixer la matrice

Goujon de forte section


9

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Schéma hydraulique Schéma hydraulique Fonctionnement du systèmeFonctionnement du système1. Vérin simple effet avec ressort

2. Piston à commande manuelle

3. Pompe hydraulique manuelle

4. Levier

5. Clapet d’anti-retour avec ressort6. Vanne robinet

7. Réservoir

8. Etrangleur

9. Manomètre

10. Tuyauterie

1

4

510

2

7

9 3

6

8


5

4

3

1

HypothèseHypothèse

2

Etude de l’outil Etude de l’outil d’emboutissaged’emboutissage

Les paramètres Les paramètres d’emboutissaged’emboutissageCalcul RDM et Calcul RDM et

DimensionnementDimensionnement

Les caractéristiques Les caractéristiques mécanique du mécanique du

système système

12

4 Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

HypothèsesHypothèsesRéalisation des pièces de formes cylindriques de

caractéristiques suivantes:

13

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

La pièce finieLa pièce finie


Etude de l ’outi l Etude de l ’outi l d’emboutissaged’emboutissageModélisationModélisation

14

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

PoinçonPoinçon

Vis 1Vis 1

Vis 2Vis 2

Serre-Serre-flanflan

RondelleRondelle

MatriceMatriceGoupilleGoupille


Simulation Simulation

15

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

%

Déformation principale et amincissementDéformation principale et amincissement

Le flan subit des déformations d’amincissement:

La déformation maximale est de l’ordre de 70%


Les paramètres d’emboutissageLes paramètres d’emboutissageLe jeu entre le poinçon et la Le jeu entre le poinçon et la matrice(w)matrice(w)

16

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Basée sur les formules suivantes:

Pour l’acier :

Pour l’aluminium :

Pour les métaux non ferreux :

( )0,07 10w e e= + × ×

( )0,02 10w e e= + × ×

( )0,04 10w e e= + × ×

Avec: e: L’épaisseur de la tôle (e=0,8mm)

Choix: Acier

0,9979 1w mm= ;


17

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


DD

d dr

Variation de l’arrondi sur la matriceVariation de l’arrondi sur la matrice

Rp

Le rayon sur la matrice (r )Le rayon sur la matrice (r )

Deux cas extrêmes :

Rayon efficace (la relation de Kaczmarek), pour l’acier

( )0,8r D d e= × − × 5r mm=

Déchirement du flan

Formation des plis r = (D-d)/2

r = 0

17

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Arrondie sur le poinçon (Rp)Arrondie sur le poinçon (Rp)Le poinçon doit contenir un arrondi pour ne pas percer le flan.

Le rayon sur le poinçon:5 10e Rp e≤ ≤Choix:

5Rp e= × 4pR mm=

Le diamètre de la tôle (D)Le diamètre de la tôle (D)La diamètre de la tôle: ( )2 4 /D S π= ×

L’effort du serre-flan (Ps)L’effort du serre-flan (Ps)( )2 2

4Ps p D d

π= × − ×

Avec: p:pression du serre-flan D: Diamètre du flan d: Diamètre de l’embouti

D=151 MM

D=

16

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Pour l’acier:

L’effort d’emboutissage (Pp)L’effort d’emboutissage (Pp)

p mP d e kπ σ= × × × ×

Avec:

k : coefficient en fonction de d / D

σm = résistance maximale à la traction

e: épaisseur de la tôle

d: diamètre de l’embouti

5501,05 pP daN=

P=6.55 da/mm²

Ps =4609.34

20

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Calcul RDM et dimensionnement Calcul RDM et dimensionnement Dimensionnement des deux vis de Dimensionnement des deux vis de serrageserrage•Modélisation et détermination des couples de Modélisation et détermination des couples de serrageserrage

eR2

R1

C1

C2

F0

F0

F0 : L’effort de serrage de chaque vis.

C1 : Couple due aux forces de contact des filets de la vis sur

l’écrou:

d2: Diamètre de filetage

C2 : C’est le couple due aux forces de contact de la pièce

sur l’écrou :

( )1 0 20,16 0,583C F P d f= × × + × ×

3 32 1

2 0 2 22 1

2

3

R RC F

R Rµ −= × × × ÷−

21

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Choix: Vis CHC M20x70 de caractéristiques suivantes:

o Diamètre de vis: d = 20 mm;

oLongueur : L= 70 mm ;

o Longueur fileté : X = 52 mm ;

o a = 30 mm ;

o Pas : P = 2,5

o Qualité : 8.8

et

Le couple de serrage:

•Les contraintesLes contraintesTraction: 0F

sσ =

Avec:F0 : L’effort de serrage de chaque vis.

23

4

dS

π= et 3 1,2268 16,933d d P mm= − × =

1 2C C C= +

C=31.273 Nm

22

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


23, 4876 /daN mmσ =

Torsion:4

10

0

d Avec:

2 32

C dI

I

πτ ×= × =2 1,1637 /daN mmτ =

•Les caractéristiques mécaniquesLes caractéristiques mécaniques

2

2

1 10 80 /

1 2 64 /

erm

er èmee

R chiffre daN mm

R chiffre chiffre daN mm

= × =

= × =

Les deux vis sont de qualité: 8.8

•Condition de résistanceCondition de résistanceVon Mises: ² 3 ² 0,9Reeσ σ τ= + ≤

2 2e4,028 / 0,9 R 57,6 /e daN mm daN mmσ = ≤ × =

Le choix des deux vis est vérifié

Dimensionnement du poinçonDimensionnement du poinçon

23

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

•L’effort nécessaire pour l ’opération L’effort nécessaire pour l ’opération d’emboutissaged’emboutissage

ReFs L e= × ×Avec:

L : périmètre ou longueur à poinçonner : (mm).

D : diamètre de poinçon (mm).

e : épaisseur de la tôle (mm).

Re : Résistance élastique du matériau de la tôle .


Fs =3106.4 daN

23

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


•La condition de résistanceLa condition de résistance

Avec:

Rrg: Résistance à la rupture du cisaillement

RP :Résistance pratique à la compression

Le choix du diamètre du poinçon est vérifié (D= 58mm)

Dimensionnement du vérinDimensionnement du vérin

•Choix du vérinChoix du vérinLa pression nécessaire pour l’emboutissage:

2

:4

SS poinçon

poinçon

F Dp avec S

S

π ×= =

Dp= D – 2w

Dp= 58 mm

23

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Avec:

ps :pression nécessaire pour l’opération d’emboutissage

D : diamètre du poinçon en contact avec la tôle (D=78mm).

FS : force nécessaire pour l’opération d’emboutissage596, 41.10Sp Pa=

Choix: vérin hydraulique Hänchen 12 série 120 9 9 03 04- 00

Les caractéristiques:

0

100

35

228

p

t

mm

mm

L mm

φφ

=

==

•Condition de rés istance de la t igeCondition de rés istance de la t igeLa tige de vérin est sollicité au flambage

23

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


L0

FS

FS

Modélisation

Condition de résistance

s crF F≤Avec:

Fcr: est la force critique du flambement (formule d’Euler),

Fs: force nécessaire pour l’emboutissage

IGZ : Moment quadratique de la section de tige

Avec:2

2GZ

cr

E IF

L

π × ×=

646068,314 6.10s crF N F N= ≤ =

La tige du vérin résiste au flambement

24

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Dimensionnement des deux goujonsDimensionnement des deux goujons

•ModélisationModélisation

Modélisation du goujoModélisation du goujon

RA

e

BS1 S2

RB

AX

Y

F’S

Avec:

S1 et S2 : les deux sections cisaillées,

F’S : La force d’emboutissage appliquée sur un seul goujon' 23034,15

2S

S

FF N= =

25

Plan Plan


dimensionnemendimensionnementt



systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


RA et RB: Deux réactions aux appuies,

En appliquant le PFD: 0extF =∑ruur

et / 0AM =∑ruur

'

11517,0752 4S S

A B

F FR R N= = = =

•Condition de rés istanceCondition de rés istancepg

adm

R

sτ τ≤ =

Avec:

admτ : La résistance admissible de cisaillement ;

pgR : La résistance pratique au glissement;: La contrainte de cisaillement τ

1 22 2

T T

S Sτ = =

× ×Avec: 1 2S S d eπ= = × ×

1,835 13,055admMPa MPaτ τ= ≤ =

Les deux goujons résistent au cisaillement

26

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Dimensionnement de la clavetteDimensionnement de la clavetteL’élément implémentée par moitié dans la tige du vérin et

dans le poinçon destinée destiné à les rendre solidaire en

translation.

La longueur de la clavette:

min

4 tc

adm

Clc l

p d b

×≥ =× ×

Avec:

lc : La longueur de la clavette ;

lCmin : La longueur de la clavette minimale ;

Ct : Couple transmissible par la clavette : padm : La pression de contact admissible (padm = 115 Mpa);

d: Diamètre inférieur du poinçon (d = 30mm);

b: Largeur de la clavette (b=8mm)

t SC F R= ×

26

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Dimensionnement du clavetteDimensionnement du clavette43,67lc mm≥

Choix: Clavette parallèle B 8×7×45

Les caractérist iques mécaniques du systèmeLes caractérist iques mécaniques du systèmePour le vérinPour le vérin

pt

Schéma du pistonSchéma du piston

pp

Ft

Fp

•La force à la sortieLa force à la sortie

p vérin pF p A= ×

26

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Avec:

Fp : La force de sortie

pvérin : La pression dans le vérin ;

Ap : La section du piston94,248pF KN=

•La force à la rentréeLa force à la rentrée

t vérin tF p A= ×Avec:

Ft : La force à la rentrée

pvérin : La pression dans le vérin ;

At : La section de la tige82,7024tF KN=

26

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype


Pour la pompePour la pompe

A l’équilibre :1p

pompe vérin pompe

F Ap p F

Ap

×= ⇒ =

5,9pompeF KN=

26

5 Conception du prototype Conception du prototype

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Conception en virtuelle d’une machine d’emboutissage

• Entrée: Tôle mince et plane

• Sortie: Pièces de formes non développable

• Pression modulable

•Facilité de fabrication

• Encombrement modulable

ConclusionConclusion

6 Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives

27

Plan Plan





systèmesystème

Etude Etude


Conception du Conception du prototype prototype

A court terme

• Mise au point du calcul

• Mise au point de la conception

• Etude de la commande

A long terme

• Réalisation d’un prototype

• Tests de validation

PerspectivesPerspectives

6 Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives

28

Plan Plan


dimensionnement dimensionnement



systèmesystème

Etude Etude



prototypeprototype

Documents

Presentation emboutissage