POINÇONNEUSE À POIGNÉES

Transcription

1 POINÇONNEUSE À POIGNÉES ESSAI D ANALYSE Avril 2006 (révisé mars 2007)

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3 CAHIER DES CHARGES Quelle a été la commande (le cahier des charges*) du demandeur (le client) au concepteur (le designer/l ingénieur)? Besoin à satisfaire Concevoir et produire un appareil (poinçonneuse) qui permet de... perforer un trou de 5mm dans des matériaux mous. CONTRAINTES ET CONDITIONS D UTILISATION ET DE FABRICATION Millieu humain Les poignées devront être antidérapantes. Utilisable par des personnes de 5 ans et +. Millieu technique Efficace avec des matériaux mous d une épaisseur maximum de 1,5 mm, tels que le carton, le papier, le cuir. Percer le trou jusqu à 15 mm du bord de la feuille. Recueillir les rondelles et laisser voir si le contenant à rondelles est plein. Millieu physique Résistant à l oxydation. Millieu industriel Pouvoir le produire avec l équipement de l usine. Millieu environnemental Nil Millieu économique Coût de revient inférieur à 1$. 3

4 ANALYSE SYSTÉMIQUE Le système de la poinçonneuse à poignées Contrôle de l utilisateur Appareil en position et feuille bien placée Action de l utilisateur sur les poignées Feuille sans trou Fonction... Perforer un trou dans une feuille mince faite d un matériau mou Feuille trouée (valeur ajoutée) Rondelles de papier Poinçonneuse 4 énergie musculaire

5 ÉTUDE DE PRINCIPES Nomenclature Poinçonneuse : Machine pourvue d un poinçon et destinée à perforer, à découper. Poinçon Butée Feuille de papier Leviers Liaison pivot Ressort de torsion (à action angulaire) Matrice Lame-glissière Poinçon Levier Poignée Matrice Boîtier à rondelles Liaison pivot Ressort de torsion Levier 5

6 ÉTUDE DE PRINCIPES Principes de fonctionnement F Principe du cisaillement La pression exercée par le poinçon se traduit par des forces de cisaillement appliquées sur le papier aux points de rencontre avec la matrice. Principe de coupe Explication sur les principes en cause : Le poinçon placé à l extrémité d un levier interappui tourne autour d un axe. Un second levier se termine par une matrice (ouverture circulaire). Les leviers sont entraînés en rotation en sens contraire sous l action de deux forces exerçée par une pression de la main de l utilisateur. Le poinçonnage se fait selon le principe du cisaillement. Le contact, d abord ponctuel, se fait à gauche sur la figure en haut, puis le découpage de la rondelle de papier se pousuit en 2 points (comme s il y avait 2 paires de ciseaux travaillant simultanément). Pour que la fonction s exécute, il faut que le diamètre du poinçon et celui de la matrice aient un faible écart. Pour éviter que la feuille de papier (ou d un autre matériau) demeure prisonnière du poinçon à son retour à sa position initiale, une lame la dégage du poinçon en la maintenant en position basse. Le retour du poinçon à sa position initiale se réalise par un ressort de torsion (à action angulaire). Principe final Poiçonneuse à sa position initiale 6

7 ÉTUDE DE PRINCIPES Les leviers Le levier INTERAPPUI Le levier INTERRÉSISTANT Le levier INTERMOTEUR Levier 1 Appui des leviers Force motrice (action) Force résistante (réaction) Levier 2 La poinçonneuse est constituée de deux leviers du type «interappui». Appui, pivot ou rotation Levier 7

8 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Problèmes de construction Avec quels matériaux faut-il construire la poinçonneuse? Comment réaliser les liaisons? Comment réaliser le boîtier à rondelles? Comment s assurer qu il ne s ouvre pas par inadvertance? Comment réaliser le poinçon? Comment éviter que la feuille ne remonte avec le poinçon? 8

9 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Opérations de démontage Enlever le boîtier à rondelles en introduisant la lame d un tournevis entre celui-ci et le levier. Retirer le poinçon en chassant la tête avec un marteau et un chasse-goupille. Démontage destructif DÉMONTAGE TERMINÉ Retirer la lame de butée en introduisant la lame d un tournevis entre celle-ci et le levier. Démontage destructif Enlever le rivet en perçant la tête du rivet. Démontage destructif Retirer le rivet et le ressort. Retirer le premier levier situé à l intérieur du second levier en le faisant glisser de côté. 9

10 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Solutions de construction Rivetage Épaulement Liaison pivot indémontable avec rivet Liaison du poinçon (liaison encastrement) Forme des poignées et position du ressort X Crochet X Boîtier à rondelles X Crochet de retenue pour limiter l ouverture du poinçon Téton* Liaison pivot obtenue par poinçonnage Liaison complète par sertissage Lame flexible pliée Prolongement du boîtier par une lame flexible de rappel. Boîtier à rondelles perforé pour vision intérieure 10 * [TECHNIQUE] Petite pièce en saillie qui s emboîte dans la partie creuse d une autre pièce afin de la maintenir.

11 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Analyse des liaisons PIÈCES LIÉES TYPE DE LIAISON MODE CARACTÈRES DE LA LIAISON Deux leviers Liaison pivot Indirecte par rivet Liaison partielle, indémontable et rigide Poinçon / levier Liaison encastrement Directe par rivetage Liaison complète, indémontable et rigide Boîtier / levier Liaison pivot Directe par téton Liaison partielle, démontable et rigide Lame-glissière / levier Liaison encastrement Directe par sertissage Liaison complète, indémontable et rigide Ressort / leviers Liaison encastrement Directe par adhérence Liaison complète, démontable et rigide Lame-glissière Poinçon Levier Matrice Boîtier à rondelles Liaison pivot Ressort de torsion 11

12 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Justification de la forme du poinçon La forme conique du poinçon est rendue nécessaire pour assurer son dégagement lorsqu il pivote et pénètre dans la matrice. Une forme cylindrique ne permettrait pas ce dégagement comme l illustre la première illustration. De plus, son extraction de la feuille à la remontée est d autant facilitée par cette connicité. Poinçon cylindrique Trajectoires du sommet du poinçon L absence de dégagement ne permet pas au poinçon de passer librement dans la matriçe Trajectoires de la base du poinçon Poinçon conique Trajectoires du sommet du poinçon Le dégagement permet au poinçon de passer librement dans la matriçe Trajectoires de la base du poinçon 12

13 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Justification de la forme du poinçon (aspect ergonomique) L index se loge dans le creux formé par la jonction des deux leviers. La forme arrondie de la poignée offre un certain confort lorsqu on la presse et qu elle s appuie dans le creux de la paume. La poignée est suffisamment longue pour permettre à tous le doigts d appuyer sur la poignée et de permettre une bonne poigne. La courbure de la poignée est bonne et permet de bien saisir le poinçon. 13

14 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Justification du choix des matériaux MATÉRIAU CARACTÉRISTIQUES Tôle d acier de 0,1 mm Acier laminé à froid Tôle d acier de 0,2 mm Rivet en acier Tôle d acier doux de 1 mm Fil à ressort de 1,5 mm Flexibilité Dureté et résistance à l usure pour conserver ses arrêtes (cisaillement) Flexibilité Malléabilité pour formage par déformation (rivetage) Malléabilité pour formage par matriçage Résilience 14

15 ÉTUDE DE CONSTRUCTION Dessin de détails de la lame de butée 44 ÉCHELLE 3 : 1 R2 9,5 4,5 26 DÉVELOPPEMENT MATÉRIAU : Tôle d acier flexible de 0,2 mm 37 8 VUE DE DESSUS 8 10º 15º 3,5 15º 7 7,3 10, VUE DE FACE 10 VUE DE DROITE

16 ÉTUDE DE FABRICATION Poinçon Procédé de découpage des tôles par MATRIÇAGE / POINÇONNAGE Matrice Le poinçon est d abord découpé dans une tôle pour former un flan 16

17 ÉTUDE DE FABRICATION Procédé de formage des tôles par EMBOUTISSAGE Déformation de la tôle Le flan (tôle découpée) est écrasé entre un poinçon et une matrice pour lui donner ses formes. 17

18 ÉTUDE DE FABRICATION Procédé d usinage des pièces cylindriques par TOURNAGE Procédé d usinage du poinçon Outil de coupe Tour à métaux 18

19 ÉTUDE DE FABRICATION ASSEMBLAGE des leviers par RIVETAGE en créant une liaison-pivot indémontable La marteau peut être remplacé par une presse actionné manuellement ou hydrauliquement. Déformation du rivet pour former une seconde tête 19

20 ÉTUDE DE FABRICATION ASSEMBLAGE PAR SERTISSAGE en créant une liaison-encastrement (permanente) et indémontable liaison par sertissage matrice Liaison de la lame de butée et de la matrice liaison par sertissage lame de butée Le sertissage consiste à déformer 2 pièces de métal (A ET B) pour les lier ensemble B B B A A A 20

21 ÉTUDE DE FABRICATION ORGANIGRAMME D ASSEMBLAGE (probable) A B C D SOUS-ENSEMBLES ASSEMBLAGE TERMINÉ A Sous-ensemble 1-3 obtenu par rivetage Sous-ensemble 4-2 obtenu du poinçon au levier. par sertissage de la lame et du levier. B C Sous-ensemble A-B-6-5 obtenu par rivetage d une extrémité de l axe 5. D Sous-ensemble C-7 obtenu par l insertion du boîtier sur le sous-ensemble B. 4 Lame de butée Poinçon 3 Levier Boîtier à rondelles 5 Axe Ressort de torsion Levier 1

22 Deux modèles quelques solutions différentes Ressort positionné différemment (un sur l axe, l autre à l extérieur de l axe) Courbe de la poignée différente 22 Boitiers à rondelles de forme et de matériaux différents