Éléments de fabrication mécanique

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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 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 2

3 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 3

4 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Moulage non-permanent Lingotière Moulage sable Moulage en carapace Moulage à cire perdu Moulage par centrifugation Moulage permanent Moulage coquille Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 4

5 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Lingotière 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 5

6 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Lingotière «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 - addicks@gmx.net own photography, license undergfdl1.2 + CC-by-nc-nd/3.0. Via Wikimedia Commons - 6

7 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Moulage non-permanent Lingotière Moulage sable Moulage en carapace Moulage à cire perdu Moulage par centrifugation Moulage permanent Moulage coquille Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 7

8 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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 8

9 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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. 9

10 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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. 10

11 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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. 11

12 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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 12

13 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage en sable Pièces creuses obtenues avec noyau en sable Intervalles de tolérance possible avec le moulage en sable: Pour une dimension brute d en mm Pour l acier: IT = * d / 100 Pour l aluminium : IT = * d / 1000 La rugosité de surface du brut sera : R a = 12.5µ 13

14 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Moulage non-permanent Lingotière Moulage sable Moulage en carapace Moulage à cire perdu Moulage par centrifugation Moulage permanent Moulage coquille Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 14

15 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage en carapace Un mélange de sable siliceux et de résines thermodurcissables est utilisé pour former les empreintes du moule. 15

16 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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 16

17 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage en carapace D. La cuve est ouverte E. Des éjecteurs dégagent la carapace durcie du modèle chaud 17

18 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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 18

19 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage en carapace Intervalle de tolérance possible avec le moulage en carapace: Pour une dimension brute d en mm IT = d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 6.3µ 19

20 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Moulage non-permanent Lingotière Moulage sable Moulage en carapace Moulage à cire perdu Moulage par centrifugation Moulage permanent Moulage coquille Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 20

21 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage à cire perdue (modèle perdu) Avantages : permet le moulage de pièces complexes, bonne précision Inconvénients : beaucoup de manutention 21

22 Obtention des bruts - Moulage Intervalle de tolérance possible avec le moulage en carapace: Pour une dimension brute d en mm IT = * d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 6.3µ 22

23 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Moulage non-permanent Lingotière Moulage sable Moulage en carapace Moulage à cire perdu Moulage par centrifugation Moulage permanent Moulage coquille Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 23

24 Obtention des bruts - Moulage Moules non-permanents Moulage 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. 24

25 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Moulage non-permanent Lingotière Moulage sable Moulage en carapace Moulage à cire perdu Moulage par centrifugation Moulage permanent Moulage coquille Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 25

26 Obtention des bruts - Moulage Moules permanents Moulage 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 26

27 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Estampage matriçage Refoulement ou forgeage Laminage Filage Étirage Métallurgie des poudres Autres procédés 27

28 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. 28

29 Obtention des bruts - Formage plastique 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.).. 29

30 Obtention des bruts - Formage plastique Estampage - matriçage 30

31 Obtention des bruts - Formage plastique Estampage - matriçage 31

32 Obtention des bruts - Formage plastique Estampage Recristallisation des grains : Acier recuit Acier forgé à froid Acier forgé à froid 32

33 Obtention des bruts - Formage plastique 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. 33

34 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Estampage matriçage Forgeage ou refoulement Laminage Filage Étirage Métallurgie des poudres Autres procédés 34

35 Obtention des bruts - Formage plastique Estampage Forgeage (refoulement) Volume constant, aucune bavure n est créée. Intervalle de tolérance possible avec le forgeage: Pour une dimension brute d en mm IT = 1 + d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 12.5µ 35

36 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Estampage matriçage Refoulement ou forgeage Laminage Filage Étirage Métallurgie des poudres Autres procédés 36

37 Obtention des bruts - Formage plastique Laminage Production de rails, poutres, profilés, etc Avantages : diminue les chocs 37

38 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Estampage matriçage Refoulement ou forgeage Laminage Filage Étirage Métallurgie des poudres Autres procédés 38

39 Obtention des bruts - Formage plastique Filage Filage direct : Profilés d aluminium obtenus par filage Poinçon 39

40 Obtention des bruts - Formage plastique Filage Filage inverse en conteneur: Intervalle de tolérance possible avec le filage: Pour une dimension brute d en mm IT = * d / 100 La rugosité de surface du brut sera : R a = 3.2µ 40

41 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Estampage matriçage Refoulement ou forgeage Laminage Filage Étirage Métallurgie des poudres Autres procédés 41

42 Obtention des bruts - Formage plastique Étirage 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 42

43 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 43

44 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. 44

45 Obtention des bruts - Plan Introduction Procédés d obtention des bruts Moulage Formage plastique Métallurgie des poudres Autres procédés 45

46 Autres procédés Production de boulons standards Vidéo: Production de boulons standards 46

47 Autres procédés Production de boulons standards (suite) 47

48 Autres procédés Formage par rouleaux 48

49 Autres procédés Formage par rouleaux (suite) 49