Éléments de fabrication mécanique. Obtention des bruts - Plan. Introduction

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1 GPA-210 Éléments de fabrication mécanique PLAN DE COURS (HIVER 2015) 1-08/01 C01 - Lecture de dessins selon les normes ISO-ANSI (rappel) 2-15/01 C02 - Tolérances dimensionnelles 3-22/01 C03 - Tolérances géométriques États de surfaces 4-29/01 C04 - Cotation fonctionnelle Tracé 5-05/02 C05 - Cotation fonctionnelle Calcul 6-12/02 C06 - Procédés d obtention des pièces brutes 7-19/02 Examen de contrôle (Intra) 8-05/03 C07 - Procédé d usinage 9-12/03 C08 - Montages isostatiques 10-19/03 C09 - Transfert de cotes et d orientations 11-26/03 C10 - Rédaction de gammes d'usinage 12-02/04 C11 - Introduction à la CAO Modélisation et mises en plan 13-09/04 C12 - Rédaction de gammes d'usinage (projet de session) 1 2 Introduction Des pièces mécaniques peuvent appelées à être produite en différentes quantités: Production unitaire ou quelques pièces (prototypes, etc ) Production en série Petite série (5 à 200 pièces) Moyenne série (200 à 1000 pièces) Grande série (1000 à 5000 pièces) Très grande série (+5000 pièces) Production par lots (ex.: 50 pièces / mois) Production continue en chaîne (ex.: automobile) Ces pièces mécaniques sont usinées à partir d une pièce brute appelée brut d usinage. Ce brut sera de forme plus ou moins complexe dépendant de son procédé d obtention non-permanent sable en carapace à cire perdu par centrifugation permanent coquille 3 4 Le métal liquide est versé dans un moule fixe sans fond Le métal coule hors du moule sous la forme de lingots Le lingot est refroidi par jets d eau et tiré à vitesse constante «Slabs stack» par Borvan53 Travail personnel. Sous licence CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - «Steel blooms Hayange» par Borvan53 Travail personnel. Sous licence CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - «Flachstahl - DSCF2181» par Johann H. Addicks - [email protected] own photography, license undergfdl1.2 + CC-by-nc-nd/3.0. Via Wikimedia Commons

2 non-permanent sable en carapace à cire perdu par centrifugation permanent coquille en sable Le moule, fabriqué en sable, comprend deux parties afin de permettre le démoulage Le métal liquide se répand dans la cavité interne Les pièces obtenues sont quasiment à leur forme finale, seule des surfaces restent à usiner 7 8 en sable A. La pièce brute à obtenir B. Un modèle en bois de la pièce brute C. L empreinte supérieure en sable est formée autour du modèle, avec descente de coulée. en sable D. L empreinte inférieure est réalisée de la même façon; E. Le moule est ouvert, le modèle retiré et le système de remplissage est ébauché en sable F. Les deux empreintes, comprenant maintenant évent et conduits de coulée, sont réinstallées G. Le moule est prêt à recevoir la coulée La masselotte permet de compenser les variations de volume au cours du refroidissement du métal. en sable H. La pièce moulée est dégagée et les conduits sont coupés et meulés; I. La pièce finale comprend un plan de joint, i.e., le joint entre les deux empreintes du moule

3 en sable Pièces creuses obtenues avec noyau en sable Intervalles de tolérance possible avec le moulage en sable: Pour l acier: IT = * d / 100 Pour l aluminium : IT = * d / 1000 La rugosité de surface du brut sera : R a = 12.5µ non-permanent sable en carapace à cire perdu par centrifugation permanent coquille en carapace Un mélange de sable siliceux et de résines thermodurcissables est utilisé pour former les empreintes du moule. en carapace A. Le modèle de la pièce est fixé sur le couvercle de la cuve pivotant autour d un axe B. Le couvercle est chauffé C. La cuve est retournée et le sable thermodurcissable se polymérise au contact du modèle chaud en carapace D. La cuve est ouverte E. Des éjecteurs dégagent la carapace durcie du modèle chaud en carapace F. Deux carapaces A et B forment les deux parties contraires de la pièce à réaliser G. Les deux carapaces sont collées H. Les deux carapaces collées sont placées dans du sable afin de recevoir la coulée

4 en carapace Intervalle de tolérance possible avec le moulage en carapace: IT = d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 6.3µ non-permanent sable en carapace à cire perdu par centrifugation permanent coquille à cire perdue (modèle perdu) Avantages : permet le moulage de pièces complexes, bonne précision Inconvénients : beaucoup de manutention Intervalle de tolérance possible avec le moulage en carapace: IT = * d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 6.3µ non-permanent sable en carapace à cire perdu par centrifugation permanent coquille par centrifugation Pour les pièces de révolution longues (tuyaux, coussinets, etc.) Intervalles de tolérance et rugosité semblable au moulage en sable. Avantages : meilleure tenue mécanique des pièces. Inconvénients : les noyaux axiaux posent des problèmes de coulabilité

5 non-permanent sable en carapace à cire perdu par centrifugation permanent coquille Moules permanents en coquille Moule permanent composé de 2 parties métalliques (fonte, alliages de cuivre); Le matériau de la pièce doit avoir une basse température de fusion (aluminium, plomb, etc.) Très bonne précision : IT = 0,3 + 0,3 * d / 100 avec d en mm La rugosité de la surface brute sera R a = 3,2 à 6,3 µm Remarque importante Toutes les pièces moulées devant être usinées sont prévues avec une surépaisseur de 4 à 6 millimètres sur chaque surface à usiner. Pièce obtenue par moulage en coquille Refoulement ou forgeage Obtention des bruts Formage plastique Estampage - matriçage : Une pièce métallique de forme simple (lopin) est intercalée entre deux blocs d acier gravés appelés matrices. Les matrices sont rapprochées par impacts ou pression prolongée Estampage - matriçage Les matrices déforment plastiquement le lopin qui remplit leurs empreintes. Les matrices doivent prévoir l évacuation latérale de l excédant de métal sous forme de bavures. L opération d estampage comprend souvent plusieurs étapes successives de formage (cambrage, ébauche, finition., etc.).. Estampage - matriçage

6 Estampage - matriçage Estampage Recristallisation des grains : Acier recuit Acier forgé à froid Acier forgé à froid Estampage Température de recristallisation θ c À chaud (corroyage): Si l estampage est effectué à une température supérieure à θ c La résistance demeure inchangée À froid (écrouissage): Si l estampage est effectué à une température inférieure à θ c La résistance augmente dans une direction Écrouissage Résistance mécanique améliorée dans une direction donnée; Matériau anisotrope; L écrouissage est souvent suivi de traitements thermiques pour relaxer les contraintes internes. Forgeage ou refoulement Estampage Forgeage (refoulement) Volume constant, aucune bavure n est créée. Intervalle de tolérance possible avec le forgeage: IT = 1 + d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 12.5µ Refoulement ou forgeage

7 Production de rails, poutres, profilés, etc Avantages : diminue les chocs Refoulement ou forgeage direct : inverse en conteneur: Profilés d aluminium obtenus par filage Poinçon Intervalle de tolérance possible avec le filage: IT = * d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 3.2µ Refoulement ou forgeage Réalisé à froid Intervalle de tolérance excellent avec étirage IT = h9 ou h10 La rugosité de surface du brut sera : R a = 1.6µ à 3.2µ

8 Métallurgie des poudres Des poudres métalliques et/ou de réfractaires de diamètres 100 µm sont moulées par pressage et frittage. Pressage Particules comprimées par un piston afin de les placer entre elles. Frittage Particules chauffées, aires de contact augmentées, même soudées. Géométries simples, ne demandant aucun usinage de surface; Pièces poreuses, propriétés mécaniques inférieures au matériau homogène; Emmagasinent le lubrifiant (huile) dans le cas de coussinets auto-lubrifiants Avantages : porosité, IT excellent, Inconvénients : résistance mécanique moindre Autres procédés Production de boulons standards Vidéo: Production de boulons standards Autres procédés Autres procédés Production de boulons standards (suite) Formage par rouleaux

9 Autres procédés Formage par rouleaux (suite) 49 9