Image abstraite d'une femme assise sur des livres et étudiant sur un ordinateur portable

Cours fabrication sans enlèvement de la matière

S
seifallah Fetni

Ce document traite des technologies de fabrication sans enlèvement de matière, notamment le travail des métaux en feuilles, les procédés de déformation, de moulage, et d'assemblage tels que le soudage. Il met en évidence l'importance de choisir les matériaux appropriés en fonction de leurs caractéristiques mécaniques pour ces techniques. Les méthodes spécifiques de découpage et de pliage des métaux sont également détaillées, incluant des aspects analytiques et graphiques liés à ces procédés.

Ingénierie
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Technologies de fabrication sans enl`evement de mati`ere Seifallah Fetni Docteur Ing´enieur en G´enie M´ecanique version 2018 1 / 161
Table de mati`eres 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 2 / 161
Introduction 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 3 / 161
Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques On rappelle d’abord que la fabrication englobe toutes les op´erations qui, selon un plan ou un protocole, transforment une pi`ece de l’´etat brut `a l’´etat fini. Les techniques de fabrication peuvent ˆetre class´ees de la fa¸con suivante: 4 / 161
Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques D’un point de vue industriel, les techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques peuvent ˆetre class´ees comme suit:
Proc´ed´es de fabrication avec enl`evement de mati`ere ; travaux d’usinage (machines-outils).
Proc´ed´es de fabrication sans enl`evement de mati`ere ; ils peuvent, `a leurs tour, ˆetre divis´es en:
Proc´ed´es par d´eformation: laminage, forgeage, estampage, matri¸cage, fluo-tournage, travail des m´etaux en feuille (emboutissage, pliage, d´ecoupage etc.)
Proc´ed´es par coul´ee: moulage et fonderie.
Proc´ed´es par assemblage: soudage (thermom´ecanique, ´electrique etc.)
Proc´ed´es de fabrication non conventionnels ; ´electro-´erosion, bombardement ionique (g´en´eralem pour le traitement des surfaces).
Nouvelles technologies de fabrications ; usinage sur machines outils `a commande num´erique, usinage par plasma, jet d’eau ou laser, usinage `a grande vitesse (UGV) etc. 5 / 161
Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques Le but de ce module est se familiariser avec les proc´ed´es autres que ceux relatifs `a l’enl`evement de mati`ere. On peut pr´esenter la typologie de ces proc´ed´es de la fa¸con suivante: 6 / 161
Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques Dans un premier temps, vous allez vous familiariser avec les proc´ed´es relatifs au travail des m´etaux en feuille, essentiellement les techniques de pliage, emboutissage et d´ecoupage. ´Eventuellement, les techniques de formage les plus utilis´ees seront introduites (forgeage, estampage, matri¸cage, fluo-tournage, filage etc.) Dans un second temps, les proc´ed´es de moulage, de soudage et de frittage seront d´evelopp´es. 7 / 161
Travail des m´etaux en feuilles 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 8 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 9 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Quels sont les facteurs de choix des aciers candidats aux fabrications sans enl`evement de mati`ere? (a) (b) Courbe de traction d’un mat´eriau ductile 10 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Le choix d’un acier se fera, principalement, en fonction des caract´eristiques m´ecaniques suivantes: La limite d’´elasticit´e Le module d’´elasticit´e longitudinal E La duret´e L’allongement `a la rupture La temp´erature de travail: chute de la limite ´elastique, fluage etc. La trempabilit´e de l’acier: Les hautes caract´eristiques demand´ees imposent la r´ealisation de trempe+revenu. 11 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Se sont les mat´eriaux ductiles qui s’apprˆetent `a se d´eformer plastiquement sans se rompre. La ductilit´e d’un mat´eriau se d´etermine par: • Son allongement apr`es rupture : A(%) = Lf − Li Li ∗ 100 (1) Ou • Sa striction `a la rupture : Z(%) = Si − Sf Si ∗ 100 (2) Exemples de mat´eriaux ductiles: aciers inoxydables, alliages d’aluminium et de bronze ou de laiton. 12 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Ductilit´e Mise en forme par d´eformation plastique D´eformations `a froid (a) Emboutissage (b) Estampage (*) (c) Pliage D´eformations `a chaud (d) Forgeage (e) Laminage (f) Matri¸cage (*): L’estampage peut ˆetre ex´ecut´e `a chaud aussi 13 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) G´enie civil Estimer la tenue aux s´eismes des constructions m´etalliques 14 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) Le monde Automobile L’´energie du choc peut ˆetre att´enu´ee, voir absorb´ee par la plasticit´e de la coque. 15 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) L’industrie militaire Dans le cas de la perforation du blindage, la viscosit´e devient pr´epond´erante. −→ Localisation syst´ematique 16 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) Agrafe d’ost´eosynth`ese (b) Proth`ese de hanche Certains alliages `a m´emoires de forme (les MMF) tels que les alliages de Titane, pr´esentent un comportement super ´elastique. 17 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Crit`eres de plasticit´e : Mises et Tresca Les crit`eres de plasticit´e permettent de se positionner par rapport `a Re : non-plastification ou plastification. −→ Le crit`ere de Von Mises est le plus couramment utilis´e. σe = 1 √ 2 (σ1 − σ2)2 + (σ2 − σ3)2 + (σ3 − σ1)2 (3) 18 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Crit`eres de plasticit´e : Mises et Tresca Le crit`ere de Von Mises stipule que la d´eformation plastique est due `a la partie totalement d´eviatorique du tenseur des contraintes. Il fait l’intervention d’un seul param`etre σe , qui d´epend du mat´eriau et peut ˆetre obtenu par des essais exp´erimentaux. 19 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Introduction Notion des Travaux des m´etaux en feuilles Ce sont les op´erations de cisaillement (d´ecoupage) ou de la d´eformation irr´eversible du m´etal (par choc ou par pression: emboutissage, pliage etc.). Le m´etal en feuille est une pi`ece m´etallique, dont la g´eom´etrie satisfait les deux conditions suivantes: e ≤ 10 mm et e ≤ 10 L Avec: • e: ´epaisseur de la tˆole • L: Longueur de la tˆole 20 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 21 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage D´efinition Le d´ecoupage est technique de s´eparation qui assure la d´e-coh´esion du m´etal, par cisaillement, par le biais d’une d´eformation ´elastique et glissement jusqu’`a rupture. L’op´eration s’effectue sur une presse par l’action d’une lame mobile sur la partie libre d’une feuille de tˆole, dont l’autre partie est encastr´ee. L’´el´ement de tˆole ainsi d´etach´e est le FLANC ou la DEBOUCHURE. 22 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage D´esignation des op´erations de d´ecoupage 23 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage Description Etapes: 1. Croissance progressive de l’effort de coupe jusqu’au point a ; c’est la d´eformation ´elastique. 2. Phase de d´eformation plastique. L’effort atteint son maximum au point b ; c’est l’effort de cisaillement. Les fissures apparaissent pendant cette phase. 3. Les fissures se rejoignent, l’effort de coupe diminue et enfin la pi`ece est d´ecoup´ee. 24 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage M´ethode analytique Fcoupe = P.e.Rg (4) Avec: P: p´erim`etre du profil d´etach´e e: ´epaisseur de la tˆole Rg : r´esistance au cisaillement, dans la pratique vaut 0.8 Rm Mat´eriaux Rg (daN /mm2 ) A(%) 0.1 % C: - recuit - lamin´e `a froid 24 31 – 0.2 % C: - recuit - lamin´e `a froid 31 39 – 0.3 % C: - recuit - lamin´e `a froid 37 47 – Tˆoles lamin´ee `a froid : -Qualit´e TC 31 – -Qualit´e E 29 – -Qualit´e ES 27 – Acier inoxydable 50 `a 60 40 Aciers Laiton (recuit) 18 25 25 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage M´ethode analytique: application On d´esire effectuer, sur un seul poste, le d´ecoupage d’une partie de tˆole d’un acier inox, de 3 mm d’´epaisseur. Cette pi`ece est obtenue par d´ecoupage et poin¸connage. Tol´erance g´en´erale : ±0,1 sauf indiqu´e 1. Faire distinguer les cotes li´ees au d´ecoupage et celles li´ees au poin¸connage. 2. D´eterminer l’effort mis en œuvre pour d´ecouper cette pi`ece. 3. En r´ealit´e, apr`es d´ecoupage, il faut d´ecoller la bande du m´etal du poin¸con. Cet effort est estim´e entre 2 et 7% de l’effort de d´ecoupage suivant l’importance de d´echet. Quel et alors l’effort d’extraction n´ecessaire? 4. Estimer l’effort n´ecessaire pour d´egager le flanc de la matrice (effort de d’´ejection). 5. D´eterminer les dimensions du poin¸con cylindrique et de la matrice correspondante. 26 / 161
Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage M´ethode graphique Application: Soit `a r´ealiser un d´ecoupage de φ=100 mm sur une tˆole lamin´ee `a froid de qualit´e TC (Rc = 310 N/mm2 et d’´epaisseur e = 1mm. D´eterminer l’effort de d´ecoupage. 27 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 28 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage D´efinition Le pliage est technique de formage des tˆoles par laminage `a froid, par le biais d’une d´eformation plastique par flexion en changeant la direction de ses fibres suivant un angle. • Skretching Etirage • Bending Pliage 29 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Classification Pliage en l’air • Un flanc, reposant sur un (des) appui(s) ou encastr´e `a l’extr´emit´e, est fl´echi • Lorsque l’effort de flexion cesse, la tˆole effectue un retour ´elastique d’un angle : α = α2 − α1 (5) C’est le retour ´elastique ou spring back A : points ou surfaces d’appui F: effort de pliage r: retour ´elastique α: angle de retour ´elastique 30 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Classification Pliage en V ou en frappe • Poin¸con et matrice en V dont l’angle est celui du pli `a r´ealiser augment´e du retour ´elastique. • Si en fin de pliage, `a fond de v´e, le poin¸con continue sa course, les contraintes des zones comprim´ees avec celles qui sont tendues ; le retour ´elastique est quasiment supprim´e. 31 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Diff´erents types de pliages (a) pliage en air (b) pliage en V (c) pliage en U (d) pliage `a rayon important (e) pliage sur ´elastom`ere (f) pliage en Z 32 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Plieuse universelle 33 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Plieuse universelle: Partie active de l’installation 34 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Mise au point de l’op´eration de pliage ! La mise au point consiste `a d´eterminer les conditions de formage pour lesquelles la partie utile de la pi`ece ne comporte aucun d´efaut marqu´e en volume: rupture, amincissement local excessif, plis, cloques etc. 1. Le rayon de pliage. 2. Le mat´eriau de la tˆole (la en vertu du crit`ere formabilit´e de l’acier). 3. La Longueur d´evelopp´ee. 4. La g´eom´etrie de l’outil (´eventuellement la correction du retour ´elastique ou ressaut [springback] de la pi`ece). 5. L’effort n´ecessaire de pliage. 6. Les cotes de mise en but´ee (cote machine). 35 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Rayon minimum de pliage Le rayon minimum de pliage diminue lorsque la capacit´e de d´eformation plastique du m´etal augmente. Le rapport sera plus grand pour un m´etal ´ecroui que pour un m´etal recuit. Rmin i e = 1 A−4 100−Z × A−4 (100−Z) + 2 (6) Avec: • Rmini : Rayon minimal de pliage • e: Epaisseur de la tˆole • Z%: Cfficient de striction • A%: Allongement apr`es rupture 36 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Rayon de fibre neutre Le maintien de l’´equilibre des sections - l’une qui augmente, l’autre qui diminue - provoque un d´eplacement de la fibre neutre vers le rayon int´erieur. Le rayon de fibre est donn´e par la relation : Rf = Ri + K × e (7) Avec: K coefficient, qui d´epend de rapport Ri/e, donn´e par le tableau suivant : Ri/e >0.65 >1.00 >1.50 >2.40 >3.80 K 0.30 0.35 0.4 0.45 0.50 37 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Allongement de la fibre ext´erieure C’est l’allongement support´e par les fibres les plus tendues. allongement de la fibre ext´erieure Il est d´efinit par la relation : A% = (Ri + e)α − (Ri + e/2)α (Ri + e/2)α × 100 (8) Exemple: A% = 14% Cette valeur est acceptable pour un acier doux mais insuffisant pour un acier dur. 38 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage La longueur d´evelopp´ee La longueur d´evelopp´ee correspond `a la longueur de la tˆole d´epli´ee. 39 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de la longueur d´evelopp´ee L’importance de la d´etermination de la longueur du flan concerne notamment: • L’´economie de la mati`ere. • Le r´eglage de la position des but´ees lors de l’op´eration de pliage. 40 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul th´eorique de la longueur d´evelopp´ee Quelque soit la valeur de l’angle de pliage, la longueur d´evelopp´ee est donn´ee par la formule suivante: LD=A1+A2+C. La valeur de C est d´etermin´ee, en fonction l’´epaisseur de la tˆole, l’angle et le rayon de pliage. C = (R + k.e).2π. β 360 (9) Si la pi`ece contient (n) plis, on aura alors: LD = n+1 i=1 Ai + i=n i=1 Ci (10) 41 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de la longueur d´evelopp´ee avec la m´ethode des sections Le d´eveloppement du flan est donn´e par la longueur de la fibre neutre: LD = A + 2π × Rf × α 360 + B (11) 42 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de la longueur d´evelopp´ee avec la m´ethode graphique L’abaque suivant permet de trouver rapidement la valeur de C. Exemple d’utilisation • Donn´ees: r=5mm, α = 30◦ , ´epaisseur de la tˆole= 1.5 mm. • R´esultats: C=1.5mm 43 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Les cotes de mise en but´ee (Cote Machine Cm) La cote machine Cm est la distance entre la but´ee et l’outil (axe du V´e ou l’arˆete du contre V´e). C’est la cote de r´ef´erence du pli de la pi`ece. Cm = A + C/2 Si la pi`ece contient (n) plis, on aura alors : Cm = n i=1 Ai + i=n−1 i=1 Ci − Cn 2 (12) 44 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Correction de l’angle et du rayon de pliage La fibre neutre de la tˆole garde une longueur constante au cours du pliage et au cours du retour ´elastique, on a : α0 × Rf 0 = α × Rf donc α α0 = Rf 0 Rf = K avec α0 l’angle de l’outil de pliage, α: l’angle `a obtenir. La valeur de K d´epend du rapport Ri e et du mat´eriau `a plier voir abaque. 45 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Correction de l’angle et du rayon de pliage Pour d´eterminer les param`etres de l’outil de pliage : Ri e =? ⇒ K K = R0 + e 2 R + e/2 ⇒ R0 = K × (R + e 2 ) − e 2 K = α α0 ⇒ α0 = α K 46 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Coefficient du Retour ´elastique : en utlisant l’abaque 47 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Coefficient du Retour ´elastique: `a l’aide d’un tableau Pour d´eterminer les param`etres de l’outil de pliage : K Aluminium Acier doux Laiton Z2CN18-10 1 0.99 0.99 0.98 0.99 2 0.99 0.99 0.97 0.97 4 0.99 0.98 0.95 0.94 Ri/e 10 0.99 0.95 0.92 0.90 48 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Correction du rayon de pliage Le retour ´elastique d’une pi`ece apr`es pliage est particuli`erement sensible pour les grands rayons de pliage. La correction du rayon de pliage pour un rapport Ri e > 10, est donn´ee par la formule suivante : Ro e = R e 1 + 3R.Re E.e (13) • E: Module d’´elasticit´e de la tˆole • e: Epaisseur de la tˆole • Re : Limite d’´elasticit´e de la tˆole • R: Rayon de la pi`ece (finale) • R0: Rayon de l’outil 49 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de l’effort de pliage F = k × L × e2 × Rm a (14) • L = longueur du pli (en mm) • e = ´epaisseur `a plier (en mm) • a = ouverture du v´e (en mm) • Rm= r´esistance `a la rupture du m´etal `a plier (en daN/mm2 ) • k = 1,4 pour a = 6e • k = 1,33 pour a = 8e • k = 1,24 pour a = 12e • k = 1,20 pour a = 16e 50 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Exemple de calcul de la longueur d´evelopp´ee avec Matlab 1/2 Les ”´e” ne sont pas utils´ees pour des raisons de compilations avec l’´editeur c l e a r a l l ; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% Donnees Entrees par l ’ u t i l i s a t e u r %%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% t a b L i =[1250 350 750 700 5 0 0 ] ; % Les l o n g e u r s Li tabRj =[10 10 10 1 0 ] ; % Les l o n g e u r s r j : rayons des courbures tabAj =[90 90 90 90] ∗ p i /360; % Les l o n g e u r s Aj : l e s a n g l e s k =1.4; % C o e f f i c i e n t prenant en compte l a f i b r e neutre e= 3; % E p a i s s e u r i n i t i a l e Rm=46; % Rm : R e s i a t n c e maximale L=1000; %Longueur du p l i %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% C a l c u l des parametres de p l i a g e %%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% SumDeltaj =0; %SumDeltaj r e p r e s e n t e l a somme des D e l t a L j % On f a i t appel a l a f o n c t i o n longueur du p l i pour chaque i t e r a t i o n j f o r j =1: l e n g t h ( t a b L i )−1 SumDeltaj=SumDeltaj+ c a l c u l P l i ( tabRj ( j ) , e , tabAj ( j ) , k ) ; end % La l o n g e u r developee f i n a l e : obtenue par l a norme DIN LDE= sum( t a b L i ) − SumDeltaj ; 51 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Exemple de calcul de la longueur d´evelopp´ee avec Matlab 2/2 % La longueur developpee par c a l c u l a p p r o x i m a t i f %Somme des Rj∗ 2 p i ∗Aj /360 Sumcurv=0; % On f a i t appel a l a f o n c t i o n longueur du p l i pour chaque i t e r a t i o n j f o r m=1: l e n g t h ( tabRj ) Sumcurv=Sumcurv+ tabRj (m)∗ tabAj (m)∗2; end %A i n s i LDA=sum( t a b L i )+Sumcurv ; %La f o r c e du p l i F=k∗eˆ2∗L∗Rm/(6∗ e ) ; d i s p ( [ ’ La longueur developpee exacte vaut ( en mm) : ’ num2str (LDE ) ] ) ; d i s p ( [ ’ La longueur developpee approximative vaut ( en mm) : ’ num2str (LDA ) ] ) ; d i s p ( [ ’ L ’ ’ e r r e u r (%) e s t donc : ’ num2str ( abs (LDA−LDE)/LDE∗ 1 0 0 ) ] ) ; d i s p ( [ ’ La f o r c e n e c e s s a i r e pour p l i e r l a f e u i l l e e s t ( en daN ou Kgf ) : ’ num2str (F ) ] ) ; La fonction calculPli est `a mettre dans un fichier ind´ependant “calculPli.m” f u n c t i o n d e l t a L j = c a l c u l P l i ( Rj , E0 , Aj , k ) d e l t a L j = 2∗( Rj+E0)∗ atan ( Aj/2)−(Rj+k∗E0)∗( pi−Aj ) ; 52 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Recap Pliage ! 53 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Application: Mise en situation Afin de contribuer `a l’´etanch´eit´e d’un acrot`ere d’immeuble, une entreprise est charg´ee de la conception de bavette, comme le montre la figure ci-contre. 54 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Application: dessins de d´etails 55 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Pliage Application: Travail demand´e D´eterminer: 1. Le rayon int´erieur du pli 2. La longueur d´evelopp´e 3. La force en kN pour plier 1 m lin´eaire de tˆole. 4. La largeur minimale du bord `a r´ealiser propre `a la presse plieuse utilis´ee. 56 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Emboutissage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 57 / 161
Travail des m´etaux en feuilles Emboutissage D´efinition L’emboutissage est la d´eformation plastique par traction et compression d’une tˆole plane pr´ed´ecoup´ee ou d´ej`a pr´eform´ee. Il s’effectue en une ou plusieurs op´erations sans changer l’´epaisseur de la tˆole. L’outil de l’emboutissage se compose d’un poin¸con, d’une matrice d’emboutissage, d’un dispositif de serrage et d’un ´ejecteur. Les domaines d’application de l’emboutissage sont divers: • Carrosserie automobile. • Emballages m´etalliques. • Appareils ´electrom´enagers. • Pi`eces m´ecaniques. • Ustensiles divers etc. Pi`eces de carrosserie automobile fabriqu´ees par emboutissage 58 / 161
Introduction (a) (b) (c) (d) 59 / 161
Introduction Proc´ed´es d’emboutissage Suivant la forme de la pi`ece emboutie, il existe deux proc´ed´es d’emboutissage : • Emboutissage en expansion: la tˆole se d´eforme uniquement sur le poin¸con et s’allonge dans une ou plusieurs directions en s’amincissant. • Emboutissage en retreint: la majeure partie de d´eformation se fait par r´etr´ecissement sur la matrice. (a) (b) Emboutissage en expansion (a) et en retreint (b) 60 / 161
Introduction Aspect m´ecanique Modes de d´eformation de la tˆole 1. Avanc´ee du poin¸con −→ D´eformation de la partie centrale de la tˆole La partie p´eriph´erique reste bloqu´ee contre le serre flanc 2. d´eformation par r´etreint de la partie p´eriph´erique de la pi`ece avec des vitesses de glissement importantes. 3. D´eformation par flexion-expansion de la partie centrale par contre-emboutissage entre le poin¸con et le fond de la matrice. 61 / 161
Introduction ´Etat des contraintes et des d´eformations (a) Contrainte et equilibre d’une tranche (b) Critere de plasticite en contraintes planes (c) Bilan des sollicitations (d) Coupe Z-Z de la pi`ece 62 / 161
Introduction Mise au point des op´erations d’emboutissage ! La mise au point consiste `a d´eterminer les conditions de formage pour lesquelles la partie utile de la pi`ece ne comporte aucun d´efaut marqu´e en volume: rupture, amincissement local excessif, plis, cloques etc 1. la g´eom´etrie et la position du flan. 2. Le mat´eriau de la tˆole (la en vertu du crit`ere formabilit´e de l’acier). 3. La force de serrage exerc´ee par le serre-flan. 4. La g´eom´etrie de l’outil (´eventuellement la correction du retour ´elastique [springback] de la pi`ece). 5. L’effort n´ecessaire de l’emboutissage. 6. Le nombre de passes de l’emboutissage. 7. Le lubrifiant(nature, qualit´e). 63 / 161
Introduction Les tˆoles pour emboutissage: comment sont elles-´elabor´ees? Mode de fabrication des tˆoles fines en acier doux Il s’agit de tˆoles d’acier `a tr`es bas carbone (160 ≤ Re ≤ 200 MPa) −→la grande formabilit´e est assur´ee par la valeur ´elev´ee de leur allongement `a la rupture A (de 35 `a 45% ) et de leur coefficient d’anisotropie normale r (de 1,7 `a 1,85) 64 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: 1er th´eor`eme de Guldin: La surface engendr´ee par une ligne plane, autour d’un axe situ´e dans son plan, et qui ne la traverse pas, est ´egale au produit de la longueur d´evelopp´ee de cette ligne par la circonf´erence d´ecrite par le centre de gravit´e. S = α. rs .s ou α est l’angle d´ecrit par la rotation, rS est la distance du centre de gravit´e `a l’axe et s la longueur de l’arc. 65 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: Df = 4 π S = 1.13 √ S 66 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: Exemples: Emboutis cylindriques `a fond plat (a) D = d2 + 4dh lorsque r d ≤ 1 10 (b) D = (12 − 4π)r2 + (4π − 8)r2 c + 2πd(r + rc ) + 4d(h − 2r) + d2 67 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs: Application 1. En utilisant le th´eor`eme de Guldin, v´erifier les formules analytiques suivantes, pour le calcul de la surface de l’embouti. • Surface de la collerette ext´erieure: 2πrc .[( d 2 + rc ) − 2rc π ] • Surface lat´erale: πd(h − r) • Surface de la collerette inf´erieure: 2πr.[( d 2 − r) + 2r π ] • Surface de la base du cylindre: π.( d 2 − r)2 2. V´erifier la surface du flanc (ainsi que son diam`etre) donn´ee par l’outil num´erique. 68 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: Exemples: 69 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: • Cette m´ethode est bas´ee sur l’application du th´eor`eme de GULDIN • Si r est le rayon du flan cherch´e, on peut ´ecrire : SURFACE DU FLAN (S)= SURFACE DE L’EMBOUTI(S) πr2 = 2πrm(l1 + l2 + l3 + ... + l5) ou encore : r2 = 2rm. li 70 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: 1. Tracer la section de l’embouti ; 2. D´ecomposer la forme (section) en ´el´ements simples (droites ou arcs de cercles) ; 3. Calculer la longueur de chaque ´el´ement simple ; 4. D´eterminer la position du centre de gravit´e de chaque ´el´ement simple ; 5. Tracer les lignes de rappel issues des cdg des ´el´ements simples ; 6. Tracer le segment AB ( li) ; 7. Prendre un point P quelconque et joindre les extr´emit´es des segments li `a P. 8. Num´eroter les polaires de 1 `a N, en commen¸cant par le haut. 9. Ensuite tracer une droite parall`ele `a la polaire 1 et coupant la 1`ere ligne de rappel situ´ee `a gauche de la section ; 10. A ce point d’intersection, tracer une droite parall`ele `a la polaire 2 `a partir de ce point ; 11. On proc`ede ainsi de proche en proche avec toutes les polaires ; 12. Prolonger les polaires 1 et N qui se couperont en un point qui pr´esentera la position du centre de gravit´e (rm) de la section par rapport `a l’axe de l’embouti 13. Tracer le segment BC = 2rm ; 14. Tracer le demi-cercle de diam`etre AC = li + 2rm ; 15. Au point B, tracer une droite perpendiculaire qui va couper le demi-cercle en un point D ; 16. Le triangle ACD est un triangle rectangle (puisque inscrit dans un cercle). BD est la hauteur et est ´egale au rayon du flan recherch´e. Diam`etre du flan D = 2.r 71 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: 72 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Remarque la figure ci-contre pr´esente les relations permettant de trouver la position du cdg des arcs ´el´ementaires : a = 180.R. sin α π.α b = ( 180.R. sin α π.α ).tg α 2 = a.tg α 2 73 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Exemple 1 M´ethode de recherche du diam`etre du flan (embouti cylindrique) 74 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Exemple 1 En appliquant les r`egles de d´etermination du flanc par la m´ethode de tra¸cage, compl´eter le sch´ema ci-contre; 75 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Exemple 2 76 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode des abaques: Emboutis sans collerette Exemple: Donn´ees: • r=10 mm ; • h=80 mm ; • d=100 mm R´esultat: • Rf =....mm, • Df =....mm 77 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode des abaques: Emboutis sans collerette 78 / 161
Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode des abaques: Emboutis avec collerette 79 / 161
Introduction Effort de l’emboutissage Forme de la pi`ece Sch´ema Effort Facteurs de correction d/D <0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 monopass Fig.a F1 k 1 0.86 0.72 0.6 0.5 0.4 dn/dn−1 0.7 0.75 0.8 0.85 Cylindrique multipass Fig.b Fn Q 0.8 0.6 0.5 0.35 F1 = π.d.e.Rr .k (15) Fn = Fn−1 + Q.π.dn.e.Rr (16) (a) (b) 80 / 161
Introduction Effort de l’emboutissage Forme Sch´ema Effort Facteurs de correction 0.5 pour les emboutis peu profonds KA = 2 pour ceux dont h=5-6r 0.2 en absence du serre flanc 0.3-0.5 si ´ecoulement facile et faible SF Rectangulaire Fe = e.Rr.(2.KA .r + KB .L)(17)(*) KB = 1 si il y a SF avec forte pressions Quelconque Fe = p.e.Rr • (*) : L=2(a+b) 81 / 161
Introduction R´eduction admissible en plusieurs passes: Premi`ere passe d1 = D ∗ m1 Passes suivantes dn = dn−1 ∗ m2 Exemples de m ou β Mati`ere de la tˆole m1 m2 tˆole noire 0.6 0.8 inox aust´enitique 0.51 0.8 aluminium 0.5 0.8 laiton 0.53 0.75 Zinc 0.4 0.6 82 / 161
Introduction Effort du Serre-Flanc Force de serre flanc importante risque de formation de fissures Serrage trop faible la flanc risque de pr´esenter des plis Force de serrage : FSF = p.SSF (18) Avec : p et SSF sont respectivement la pression de serrage et la surface du serre flanc NB: La pr´esence du serre-flanc ne s’impose que lorsque d 0.95D ou e 0.02(D-d) p = (βactuel − 1)2 + d 200e . Rm 400 (19) Dans le cas d’un emboutissage cylindrique : SSF = (D 2 − d 2 ). π 4 (20) 83 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 84 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 85 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le proc´ed´e de soudage Le soudage est le proc´ed´e d’assemblage qui consiste `a r´eunir deux ou plusieurs pi`eces, afin d’assurer la continuit´e de la mati`ere, soit par l’apport de la chaleur, soit par l’application de la pression, soit en combinant les deux. Il peut ˆetre ex´ecut´e avec ou sans m´etal d’apport. 86 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudabilit´e des aciers • Les aciers `a faible teneur en carbone (non alli´es type S ou E ou inox `a teneur en C ≤ 0.05) sont parfaitement soudable. • L’augmentation de la teneur en C favorise la formation d’une structure de trempe fragile lors du soudage. • La soudabilit´e d’un acier peut ˆetre estim´ee par la m´ethode du carbone ´equivalent, en int´egrant l’effet ´equivalent des autres ´el´ements d’alliages: Ceq = C + Mn 6 + Cr + Mo + V 5 + Ni + Cu 15 (21) Tous les ´el´ements sont en (% wt) 87 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudabilit´e des aciers Du point de vue sensibilit´e `a la fissuration `a froid, les aciers peuvent ˆetre class´es en trois groupes ; • Ceq ≤ 0.4: l’acier est facilement soudable, structure non sensible `a la fissuration `a froid. en trois groupes ; • 0.45 ≤ Ceq ≤ 0.7: l’acier est moyennement soudable ; des mesures doivent ˆetre prise dans le but de minimiser le risque de fissuration `a froid tels que: pr´echauffage (entre 100 et 400◦C g´en´eralement), refroidissement contrˆole, bon choix du m´etal d’apport etc. • Ceq 0.7: l’acier est difficilement soudable pr´echauffage, ´electrodes sp´eciales, traitements thermiques post-soudage etc. 88 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Lexique du soudage
Soudure bout `a bout: les deux pi`eces `a assembler sont mont´ees bord `a bord.
Soudure d’angle: les deux pi`eces `a assembler en T ou en L.
Laitier: Il r´esulte de la fusion de l’enrobage assurant la protection du bain de fusion pendant sa solidification.
QMOS: document illustrant les sp´ecifications exig´ees du proc´ed´e de soudage selon les normes recommand´ees.
M´etal de base
M´etal d’apport
ZAT: zone affect´ee thermiquement 89 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Classification des proc´ed´es de soudage 90 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage oxyac´etyl´enique 91 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage oxyac´etyl´enique: illustration 92 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage oxyac´etyl´enique
Le soudage au chalumeau `a gaz est de moins en moins utilis´e: travaux ordinaires de construction, r´eparations diverses.
Le soudage au chalumeau utilise la chaleur d’une flamme (3150◦C) aliment´ee par un m´elange d’un gaz combustible (ac´etyl`ene voire propane) et d’un gaz (oxyg`ene).
Il se pratique par chauffage ponctuel, `a haute temp´erature, de proche en proche. 93 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc avec Electrodes Enrob´ees: mise en situation 94 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e SMAW Welding: Shield Metal Arc Welding 95 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e 96 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e
Le chauffage permettant la fusion est assur´e par un arc ´electrique jaillissant entre l’´electrode (le cathode) et la pi`ece (l’anode). ´Energie permettant la fusion des bords de la pi`ece.
L’´electrode enrob´ee: • L’ˆame m´etallique: c’est le m´etal d’apport. • L’enrobage: permet la protection du bain de fusion des impuret´es ext´erieures durant sa solidification → Laitier protecteur • Types d’´electrodes: rutiles, basique , cellulosique, oxydant, acide etc.
Ce soudage est r´ealis´e sans apport de gaz.
Tension entre ´electrodes: 50V environ, courant continu ou alternatif. la tension « `a vide » peut atteindre 100 volts.
La chaleur d´egag´ee par l’arc (3500◦C- 4000◦C) fait fondre tr`es localement la pi`ece `a souder. 97 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: le poste de soudure La fusion locale des bords du joint est assur´ee grˆace `a une puissante ´etincelle fournie par le poste ´electrique. Il permet ainsi d’atteindre des gammes de temp´eratures de 2600 `a 5000◦ C, afin d’assurer la fusion du m´etal. Pour la SAEE, on peut utiliser deux types de courant: Le poste rotatif: 98 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: le poste de soudure Le poste statique: 99 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’ Arc `a Electrodes Enrob´ees: L’´electrode Les diam`etres ”courants” d’´electrodes utilis´es sont: Le choix de l’´electrode en fonction de l’´epaisseur des pi`eces `a souder, il faut s´electionner: • Son diam`etre. • L’intensit´e de soudage du poste `a souder. 100 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’ Arc `a Electrodes Enrob´ees: L’´electrode 101 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: formation du cordon On rappelle que: • L’´electrode est fusible ; elle constitue le m´etal d’apport. C’est un ˆame m´etallique enduit d’un revˆetement appel´e enrobage (poudre min´erale ou m´etallique fritt´ee). • L’enrobage, ´egalement fusible, d´epose un laitier protecteur sur le bain de m´etal fondu. ⇒ Ce laitier a pour rˆole d’isoler la soudure de l’oxydation et la contamination provenant de l’atmosph`ere ext´erieure. 102 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: Calcul de l’´Energie de soudage Comment calculer l’´energie du soudage? Es [kJ/cm] = 60. U[V ].I[A] Vs [cm/min] (22) avec ; • Vs : la vitesse du soudage • U et I sont respectivement la tension ou l’intensit´e moyennes affich´ees ou mesur´ees. 103 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’arc submerg´e (SAW)/ soudage sous flux: Mise en situation et sch´ema fonctionnel SAW Welding:Submerged Arc Welding 104 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’arc submerg´e (SAW)/ soudage sous flux: ce qu’il faut retenir
L’arc ´electrique jaillit sous le flux en poudre (fondant) ou un fil d’´electrode nu (diam`etre 1,2 `a 6 mm) pour le fusionner. Quand le flux fond, avec la protection anti-oxydante, le cordon de soudure se forme et le laitier monte `a la surface.
Il s’agit d’un proc´ed´e de soudage automatique.
Les flux utilis´es sont des min´eraux granulaires fusibles contenant: des oxydes de mangan`ese, de silicium, de titane etc. et d’autres compos´es tels que le fluorure de calcium.
Ce proc´ed´e est adapt´e au soudures des mat´eriaux ´epais (plus de 5 mm). Exemple: soudage des ”pipelines” des conduites de vapeur sous pression dans les centrales thermiques. 105 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage TIG [TungstenInert Gas] /Soudage `a gaz inerte: Mise en situation 106 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage TIG [Tungsten Inert Gas] /Soudage `a gaz inerte: sch´ema fonctionnel TIG Welding:TungstenInert Gas 107 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage TIG [Tungsten Inert Gas] /Soudage `a gaz inerte: ce qu’il faut retenir
L’arc ´electrique est cr´e´e entre la pi`ece sous tension et une ´electrode r´efractaire en tungst`ene.
La temp´erature de fusion peut atteindre 3500◦C.
Le m´etal d’apport est introduit par une baguette tenue par l’autre main (en proc´ed´e manuel).
Ce proc´ed´e peut s’automatiser ⇒ Soudage TIG orbital.
Une atmosph`ere inerte enveloppe le bain de fusion et prot`ege le m´etal de l’oxydation de l’air.
Le soudage T.I.G. s’adresse aux m´etaux de faible ´epaisseur: acier inoxydable, aluminium et alliages l´egers, alliages de cuivre, nickel et ses alliages etc. 108 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage MIG/MAG: Mise en situation 109 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage MIG/MAG: ce qu’il faut retenir
Ce proc´ed´e a d’abord utilis´e des gaz de protection inertes comme l’h´elium ou l’argon.
L’´electrode, achemin´ee automatiquement et continuellement depuis un d´evidoir, se pr´esente sous la forme d’un fil massif ou fourr´e.
Si l’h´elium ou l’argon est remplac´e par du CO2 plutˆot r´eactif ou un m´elange de type argon/CO2 Soudage MAG 110 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage au Plasma Le soudage au plasma −→    Densit´e d’´energie plus concentr´ee Temp´eratures bien plus ´elev´ees ; jusqu’`a 10,000◦C Vitesse de soudage plus ´elev´ees tout en r´eduisant l’apport thermique Proc´ed´e Robotis´e 111 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage LASER Le soudage LASER −→    Sources amplifi´ees avec: CO2, YAG, fibre ou LED. Vitesse de soudure ´elev´ee, efficacit´e, profondeur avec peu de d´eformation Soudage des mat´eriaux non m´etalliques: verre, porcelaine etc. Concept des Robots Soudeurs 112 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance
Il s’agit d’un proc´ed´e par pression, `a chaud et sans m´etal d’apport.
Les pi`eces `a assembler sont chauff´ees localement par le passage d’un courant ´electrique ⇒ Effet Joule, tout en les maintenant en contact par un effort de compression.
´Echauffement de l’interface ⇒ plastification locale du mat´eriau ⇒ soudage par diffusion atomique.
Le courant est de forte intensit´e, sous basse tension ⇒ souder des structure fines sans les brˆuler.
Le soudage par r´esistance constitue un proc´ed´e ´economique avec une productivit´e tr`es ´elev´ee. 113 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance par point: Mise en situation 114 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance par point: ce qu’il faut retenir
Les ´electrodes effectuent un mouvement vertical ⇒ Point de soudure circulaire.
Plusieurs points de soudure peuvent ˆetre r´ealis´es les uns `a la suite des autres.
Ce proc´ed´e est adapt´e aux soudures homog`enes et h´et´erog`enes.
Applications: micro-soudage, fabrication de batteries, ustensiles de cuisine etc. 115 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance `a la molette: Mise en situation 116 / 161
Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance `a la molette: ce qu’il faut retenir

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Cours fabrication sans enlèvement de la matière

  • 1. Technologies de fabrication sans enl`evement de mati`ere Seifallah Fetni Docteur Ing´enieur en G´enie M´ecanique version 2018 1 / 161
  • 2. Table de mati`eres 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 2 / 161
  • 3. Introduction 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 3 / 161
  • 4. Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques On rappelle d’abord que la fabrication englobe toutes les op´erations qui, selon un plan ou un protocole, transforment une pi`ece de l’´etat brut `a l’´etat fini. Les techniques de fabrication peuvent ˆetre class´ees de la fa¸con suivante: 4 / 161
  • 5. Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques D’un point de vue industriel, les techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques peuvent ˆetre class´ees comme suit:
  • 6. Proc´ed´es de fabrication avec enl`evement de mati`ere ; travaux d’usinage (machines-outils).
  • 7. Proc´ed´es de fabrication sans enl`evement de mati`ere ; ils peuvent, `a leurs tour, ˆetre divis´es en:
  • 8. Proc´ed´es par d´eformation: laminage, forgeage, estampage, matri¸cage, fluo-tournage, travail des m´etaux en feuille (emboutissage, pliage, d´ecoupage etc.)
  • 9. Proc´ed´es par coul´ee: moulage et fonderie.
  • 10. Proc´ed´es par assemblage: soudage (thermom´ecanique, ´electrique etc.)
  • 11. Proc´ed´es de fabrication non conventionnels ; ´electro-´erosion, bombardement ionique (g´en´eralem pour le traitement des surfaces).
  • 12. Nouvelles technologies de fabrications ; usinage sur machines outils `a commande num´erique, usinage par plasma, jet d’eau ou laser, usinage `a grande vitesse (UGV) etc. 5 / 161
  • 13. Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques Le but de ce module est se familiariser avec les proc´ed´es autres que ceux relatifs `a l’enl`evement de mati`ere. On peut pr´esenter la typologie de ces proc´ed´es de la fa¸con suivante: 6 / 161
  • 14. Introduction Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques Dans un premier temps, vous allez vous familiariser avec les proc´ed´es relatifs au travail des m´etaux en feuille, essentiellement les techniques de pliage, emboutissage et d´ecoupage. ´Eventuellement, les techniques de formage les plus utilis´ees seront introduites (forgeage, estampage, matri¸cage, fluo-tournage, filage etc.) Dans un second temps, les proc´ed´es de moulage, de soudage et de frittage seront d´evelopp´es. 7 / 161
  • 15. Travail des m´etaux en feuilles 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 8 / 161
  • 16. Travail des m´etaux en feuilles Introduction 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 9 / 161
  • 17. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Quels sont les facteurs de choix des aciers candidats aux fabrications sans enl`evement de mati`ere? (a) (b) Courbe de traction d’un mat´eriau ductile 10 / 161
  • 18. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Le choix d’un acier se fera, principalement, en fonction des caract´eristiques m´ecaniques suivantes: La limite d’´elasticit´e Le module d’´elasticit´e longitudinal E La duret´e L’allongement `a la rupture La temp´erature de travail: chute de la limite ´elastique, fluage etc. La trempabilit´e de l’acier: Les hautes caract´eristiques demand´ees imposent la r´ealisation de trempe+revenu. 11 / 161
  • 19. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Se sont les mat´eriaux ductiles qui s’apprˆetent `a se d´eformer plastiquement sans se rompre. La ductilit´e d’un mat´eriau se d´etermine par: • Son allongement apr`es rupture : A(%) = Lf − Li Li ∗ 100 (1) Ou • Sa striction `a la rupture : Z(%) = Si − Sf Si ∗ 100 (2) Exemples de mat´eriaux ductiles: aciers inoxydables, alliages d’aluminium et de bronze ou de laiton. 12 / 161
  • 20. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Ductilit´e Mise en forme par d´eformation plastique D´eformations `a froid (a) Emboutissage (b) Estampage (*) (c) Pliage D´eformations `a chaud (d) Forgeage (e) Laminage (f) Matri¸cage (*): L’estampage peut ˆetre ex´ecut´e `a chaud aussi 13 / 161
  • 21. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) G´enie civil Estimer la tenue aux s´eismes des constructions m´etalliques 14 / 161
  • 22. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) Le monde Automobile L’´energie du choc peut ˆetre att´enu´ee, voir absorb´ee par la plasticit´e de la coque. 15 / 161
  • 23. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) L’industrie militaire Dans le cas de la perforation du blindage, la viscosit´e devient pr´epond´erante. −→ Localisation syst´ematique 16 / 161
  • 24. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!! (a) Agrafe d’ost´eosynth`ese (b) Proth`ese de hanche Certains alliages `a m´emoires de forme (les MMF) tels que les alliages de Titane, pr´esentent un comportement super ´elastique. 17 / 161
  • 25. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Crit`eres de plasticit´e : Mises et Tresca Les crit`eres de plasticit´e permettent de se positionner par rapport `a Re : non-plastification ou plastification. −→ Le crit`ere de Von Mises est le plus couramment utilis´e. σe = 1 √ 2 (σ1 − σ2)2 + (σ2 − σ3)2 + (σ3 − σ1)2 (3) 18 / 161
  • 26. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Crit`eres de plasticit´e : Mises et Tresca Le crit`ere de Von Mises stipule que la d´eformation plastique est due `a la partie totalement d´eviatorique du tenseur des contraintes. Il fait l’intervention d’un seul param`etre σe , qui d´epend du mat´eriau et peut ˆetre obtenu par des essais exp´erimentaux. 19 / 161
  • 27. Travail des m´etaux en feuilles Introduction Notion des Travaux des m´etaux en feuilles Ce sont les op´erations de cisaillement (d´ecoupage) ou de la d´eformation irr´eversible du m´etal (par choc ou par pression: emboutissage, pliage etc.). Le m´etal en feuille est une pi`ece m´etallique, dont la g´eom´etrie satisfait les deux conditions suivantes: e ≤ 10 mm et e ≤ 10 L Avec: • e: ´epaisseur de la tˆole • L: Longueur de la tˆole 20 / 161
  • 28. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 21 / 161
  • 29. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage D´efinition Le d´ecoupage est technique de s´eparation qui assure la d´e-coh´esion du m´etal, par cisaillement, par le biais d’une d´eformation ´elastique et glissement jusqu’`a rupture. L’op´eration s’effectue sur une presse par l’action d’une lame mobile sur la partie libre d’une feuille de tˆole, dont l’autre partie est encastr´ee. L’´el´ement de tˆole ainsi d´etach´e est le FLANC ou la DEBOUCHURE. 22 / 161
  • 30. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage D´esignation des op´erations de d´ecoupage 23 / 161
  • 31. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage Description Etapes: 1. Croissance progressive de l’effort de coupe jusqu’au point a ; c’est la d´eformation ´elastique. 2. Phase de d´eformation plastique. L’effort atteint son maximum au point b ; c’est l’effort de cisaillement. Les fissures apparaissent pendant cette phase. 3. Les fissures se rejoignent, l’effort de coupe diminue et enfin la pi`ece est d´ecoup´ee. 24 / 161
  • 32. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage M´ethode analytique Fcoupe = P.e.Rg (4) Avec: P: p´erim`etre du profil d´etach´e e: ´epaisseur de la tˆole Rg : r´esistance au cisaillement, dans la pratique vaut 0.8 Rm Mat´eriaux Rg (daN /mm2 ) A(%) 0.1 % C: - recuit - lamin´e `a froid 24 31 – 0.2 % C: - recuit - lamin´e `a froid 31 39 – 0.3 % C: - recuit - lamin´e `a froid 37 47 – Tˆoles lamin´ee `a froid : -Qualit´e TC 31 – -Qualit´e E 29 – -Qualit´e ES 27 – Acier inoxydable 50 `a 60 40 Aciers Laiton (recuit) 18 25 25 / 161
  • 33. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage M´ethode analytique: application On d´esire effectuer, sur un seul poste, le d´ecoupage d’une partie de tˆole d’un acier inox, de 3 mm d’´epaisseur. Cette pi`ece est obtenue par d´ecoupage et poin¸connage. Tol´erance g´en´erale : ±0,1 sauf indiqu´e 1. Faire distinguer les cotes li´ees au d´ecoupage et celles li´ees au poin¸connage. 2. D´eterminer l’effort mis en œuvre pour d´ecouper cette pi`ece. 3. En r´ealit´e, apr`es d´ecoupage, il faut d´ecoller la bande du m´etal du poin¸con. Cet effort est estim´e entre 2 et 7% de l’effort de d´ecoupage suivant l’importance de d´echet. Quel et alors l’effort d’extraction n´ecessaire? 4. Estimer l’effort n´ecessaire pour d´egager le flanc de la matrice (effort de d’´ejection). 5. D´eterminer les dimensions du poin¸con cylindrique et de la matrice correspondante. 26 / 161
  • 34. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage M´ethode graphique Application: Soit `a r´ealiser un d´ecoupage de φ=100 mm sur une tˆole lamin´ee `a froid de qualit´e TC (Rc = 310 N/mm2 et d’´epaisseur e = 1mm. D´eterminer l’effort de d´ecoupage. 27 / 161
  • 35. Travail des m´etaux en feuilles Pliage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 28 / 161
  • 36. Travail des m´etaux en feuilles Pliage D´efinition Le pliage est technique de formage des tˆoles par laminage `a froid, par le biais d’une d´eformation plastique par flexion en changeant la direction de ses fibres suivant un angle. • Skretching Etirage • Bending Pliage 29 / 161
  • 37. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Classification Pliage en l’air • Un flanc, reposant sur un (des) appui(s) ou encastr´e `a l’extr´emit´e, est fl´echi • Lorsque l’effort de flexion cesse, la tˆole effectue un retour ´elastique d’un angle : α = α2 − α1 (5) C’est le retour ´elastique ou spring back A : points ou surfaces d’appui F: effort de pliage r: retour ´elastique α: angle de retour ´elastique 30 / 161
  • 38. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Classification Pliage en V ou en frappe • Poin¸con et matrice en V dont l’angle est celui du pli `a r´ealiser augment´e du retour ´elastique. • Si en fin de pliage, `a fond de v´e, le poin¸con continue sa course, les contraintes des zones comprim´ees avec celles qui sont tendues ; le retour ´elastique est quasiment supprim´e. 31 / 161
  • 39. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Diff´erents types de pliages (a) pliage en air (b) pliage en V (c) pliage en U (d) pliage `a rayon important (e) pliage sur ´elastom`ere (f) pliage en Z 32 / 161
  • 40. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Plieuse universelle 33 / 161
  • 41. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Plieuse universelle: Partie active de l’installation 34 / 161
  • 42. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Mise au point de l’op´eration de pliage ! La mise au point consiste `a d´eterminer les conditions de formage pour lesquelles la partie utile de la pi`ece ne comporte aucun d´efaut marqu´e en volume: rupture, amincissement local excessif, plis, cloques etc. 1. Le rayon de pliage. 2. Le mat´eriau de la tˆole (la en vertu du crit`ere formabilit´e de l’acier). 3. La Longueur d´evelopp´ee. 4. La g´eom´etrie de l’outil (´eventuellement la correction du retour ´elastique ou ressaut [springback] de la pi`ece). 5. L’effort n´ecessaire de pliage. 6. Les cotes de mise en but´ee (cote machine). 35 / 161
  • 43. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Rayon minimum de pliage Le rayon minimum de pliage diminue lorsque la capacit´e de d´eformation plastique du m´etal augmente. Le rapport sera plus grand pour un m´etal ´ecroui que pour un m´etal recuit. Rmin i e = 1 A−4 100−Z × A−4 (100−Z) + 2 (6) Avec: • Rmini : Rayon minimal de pliage • e: Epaisseur de la tˆole • Z%: Cfficient de striction • A%: Allongement apr`es rupture 36 / 161
  • 44. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Rayon de fibre neutre Le maintien de l’´equilibre des sections - l’une qui augmente, l’autre qui diminue - provoque un d´eplacement de la fibre neutre vers le rayon int´erieur. Le rayon de fibre est donn´e par la relation : Rf = Ri + K × e (7) Avec: K coefficient, qui d´epend de rapport Ri/e, donn´e par le tableau suivant : Ri/e >0.65 >1.00 >1.50 >2.40 >3.80 K 0.30 0.35 0.4 0.45 0.50 37 / 161
  • 45. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Allongement de la fibre ext´erieure C’est l’allongement support´e par les fibres les plus tendues. allongement de la fibre ext´erieure Il est d´efinit par la relation : A% = (Ri + e)α − (Ri + e/2)α (Ri + e/2)α × 100 (8) Exemple: A% = 14% Cette valeur est acceptable pour un acier doux mais insuffisant pour un acier dur. 38 / 161
  • 46. Travail des m´etaux en feuilles Pliage La longueur d´evelopp´ee La longueur d´evelopp´ee correspond `a la longueur de la tˆole d´epli´ee. 39 / 161
  • 47. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de la longueur d´evelopp´ee L’importance de la d´etermination de la longueur du flan concerne notamment: • L’´economie de la mati`ere. • Le r´eglage de la position des but´ees lors de l’op´eration de pliage. 40 / 161
  • 48. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul th´eorique de la longueur d´evelopp´ee Quelque soit la valeur de l’angle de pliage, la longueur d´evelopp´ee est donn´ee par la formule suivante: LD=A1+A2+C. La valeur de C est d´etermin´ee, en fonction l’´epaisseur de la tˆole, l’angle et le rayon de pliage. C = (R + k.e).2π. β 360 (9) Si la pi`ece contient (n) plis, on aura alors: LD = n+1 i=1 Ai + i=n i=1 Ci (10) 41 / 161
  • 49. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de la longueur d´evelopp´ee avec la m´ethode des sections Le d´eveloppement du flan est donn´e par la longueur de la fibre neutre: LD = A + 2π × Rf × α 360 + B (11) 42 / 161
  • 50. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de la longueur d´evelopp´ee avec la m´ethode graphique L’abaque suivant permet de trouver rapidement la valeur de C. Exemple d’utilisation • Donn´ees: r=5mm, α = 30◦ , ´epaisseur de la tˆole= 1.5 mm. • R´esultats: C=1.5mm 43 / 161
  • 51. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Les cotes de mise en but´ee (Cote Machine Cm) La cote machine Cm est la distance entre la but´ee et l’outil (axe du V´e ou l’arˆete du contre V´e). C’est la cote de r´ef´erence du pli de la pi`ece. Cm = A + C/2 Si la pi`ece contient (n) plis, on aura alors : Cm = n i=1 Ai + i=n−1 i=1 Ci − Cn 2 (12) 44 / 161
  • 52. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Correction de l’angle et du rayon de pliage La fibre neutre de la tˆole garde une longueur constante au cours du pliage et au cours du retour ´elastique, on a : α0 × Rf 0 = α × Rf donc α α0 = Rf 0 Rf = K avec α0 l’angle de l’outil de pliage, α: l’angle `a obtenir. La valeur de K d´epend du rapport Ri e et du mat´eriau `a plier voir abaque. 45 / 161
  • 53. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Correction de l’angle et du rayon de pliage Pour d´eterminer les param`etres de l’outil de pliage : Ri e =? ⇒ K K = R0 + e 2 R + e/2 ⇒ R0 = K × (R + e 2 ) − e 2 K = α α0 ⇒ α0 = α K 46 / 161
  • 54. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Coefficient du Retour ´elastique : en utlisant l’abaque 47 / 161
  • 55. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Coefficient du Retour ´elastique: `a l’aide d’un tableau Pour d´eterminer les param`etres de l’outil de pliage : K Aluminium Acier doux Laiton Z2CN18-10 1 0.99 0.99 0.98 0.99 2 0.99 0.99 0.97 0.97 4 0.99 0.98 0.95 0.94 Ri/e 10 0.99 0.95 0.92 0.90 48 / 161
  • 56. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Correction du rayon de pliage Le retour ´elastique d’une pi`ece apr`es pliage est particuli`erement sensible pour les grands rayons de pliage. La correction du rayon de pliage pour un rapport Ri e > 10, est donn´ee par la formule suivante : Ro e = R e 1 + 3R.Re E.e (13) • E: Module d’´elasticit´e de la tˆole • e: Epaisseur de la tˆole • Re : Limite d’´elasticit´e de la tˆole • R: Rayon de la pi`ece (finale) • R0: Rayon de l’outil 49 / 161
  • 57. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Calcul de l’effort de pliage F = k × L × e2 × Rm a (14) • L = longueur du pli (en mm) • e = ´epaisseur `a plier (en mm) • a = ouverture du v´e (en mm) • Rm= r´esistance `a la rupture du m´etal `a plier (en daN/mm2 ) • k = 1,4 pour a = 6e • k = 1,33 pour a = 8e • k = 1,24 pour a = 12e • k = 1,20 pour a = 16e 50 / 161
  • 58. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Exemple de calcul de la longueur d´evelopp´ee avec Matlab 1/2 Les ”´e” ne sont pas utils´ees pour des raisons de compilations avec l’´editeur c l e a r a l l ; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% Donnees Entrees par l ’ u t i l i s a t e u r %%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% t a b L i =[1250 350 750 700 5 0 0 ] ; % Les l o n g e u r s Li tabRj =[10 10 10 1 0 ] ; % Les l o n g e u r s r j : rayons des courbures tabAj =[90 90 90 90] ∗ p i /360; % Les l o n g e u r s Aj : l e s a n g l e s k =1.4; % C o e f f i c i e n t prenant en compte l a f i b r e neutre e= 3; % E p a i s s e u r i n i t i a l e Rm=46; % Rm : R e s i a t n c e maximale L=1000; %Longueur du p l i %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% C a l c u l des parametres de p l i a g e %%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% SumDeltaj =0; %SumDeltaj r e p r e s e n t e l a somme des D e l t a L j % On f a i t appel a l a f o n c t i o n longueur du p l i pour chaque i t e r a t i o n j f o r j =1: l e n g t h ( t a b L i )−1 SumDeltaj=SumDeltaj+ c a l c u l P l i ( tabRj ( j ) , e , tabAj ( j ) , k ) ; end % La l o n g e u r developee f i n a l e : obtenue par l a norme DIN LDE= sum( t a b L i ) − SumDeltaj ; 51 / 161
  • 59. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Exemple de calcul de la longueur d´evelopp´ee avec Matlab 2/2 % La longueur developpee par c a l c u l a p p r o x i m a t i f %Somme des Rj∗ 2 p i ∗Aj /360 Sumcurv=0; % On f a i t appel a l a f o n c t i o n longueur du p l i pour chaque i t e r a t i o n j f o r m=1: l e n g t h ( tabRj ) Sumcurv=Sumcurv+ tabRj (m)∗ tabAj (m)∗2; end %A i n s i LDA=sum( t a b L i )+Sumcurv ; %La f o r c e du p l i F=k∗eˆ2∗L∗Rm/(6∗ e ) ; d i s p ( [ ’ La longueur developpee exacte vaut ( en mm) : ’ num2str (LDE ) ] ) ; d i s p ( [ ’ La longueur developpee approximative vaut ( en mm) : ’ num2str (LDA ) ] ) ; d i s p ( [ ’ L ’ ’ e r r e u r (%) e s t donc : ’ num2str ( abs (LDA−LDE)/LDE∗ 1 0 0 ) ] ) ; d i s p ( [ ’ La f o r c e n e c e s s a i r e pour p l i e r l a f e u i l l e e s t ( en daN ou Kgf ) : ’ num2str (F ) ] ) ; La fonction calculPli est `a mettre dans un fichier ind´ependant “calculPli.m” f u n c t i o n d e l t a L j = c a l c u l P l i ( Rj , E0 , Aj , k ) d e l t a L j = 2∗( Rj+E0)∗ atan ( Aj/2)−(Rj+k∗E0)∗( pi−Aj ) ; 52 / 161
  • 60. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Recap Pliage ! 53 / 161
  • 61. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Application: Mise en situation Afin de contribuer `a l’´etanch´eit´e d’un acrot`ere d’immeuble, une entreprise est charg´ee de la conception de bavette, comme le montre la figure ci-contre. 54 / 161
  • 62. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Application: dessins de d´etails 55 / 161
  • 63. Travail des m´etaux en feuilles Pliage Application: Travail demand´e D´eterminer: 1. Le rayon int´erieur du pli 2. La longueur d´evelopp´e 3. La force en kN pour plier 1 m lin´eaire de tˆole. 4. La largeur minimale du bord `a r´ealiser propre `a la presse plieuse utilis´ee. 56 / 161
  • 64. Travail des m´etaux en feuilles Emboutissage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 57 / 161
  • 65. Travail des m´etaux en feuilles Emboutissage D´efinition L’emboutissage est la d´eformation plastique par traction et compression d’une tˆole plane pr´ed´ecoup´ee ou d´ej`a pr´eform´ee. Il s’effectue en une ou plusieurs op´erations sans changer l’´epaisseur de la tˆole. L’outil de l’emboutissage se compose d’un poin¸con, d’une matrice d’emboutissage, d’un dispositif de serrage et d’un ´ejecteur. Les domaines d’application de l’emboutissage sont divers: • Carrosserie automobile. • Emballages m´etalliques. • Appareils ´electrom´enagers. • Pi`eces m´ecaniques. • Ustensiles divers etc. Pi`eces de carrosserie automobile fabriqu´ees par emboutissage 58 / 161
  • 67. Introduction Proc´ed´es d’emboutissage Suivant la forme de la pi`ece emboutie, il existe deux proc´ed´es d’emboutissage : • Emboutissage en expansion: la tˆole se d´eforme uniquement sur le poin¸con et s’allonge dans une ou plusieurs directions en s’amincissant. • Emboutissage en retreint: la majeure partie de d´eformation se fait par r´etr´ecissement sur la matrice. (a) (b) Emboutissage en expansion (a) et en retreint (b) 60 / 161
  • 68. Introduction Aspect m´ecanique Modes de d´eformation de la tˆole 1. Avanc´ee du poin¸con −→ D´eformation de la partie centrale de la tˆole La partie p´eriph´erique reste bloqu´ee contre le serre flanc 2. d´eformation par r´etreint de la partie p´eriph´erique de la pi`ece avec des vitesses de glissement importantes. 3. D´eformation par flexion-expansion de la partie centrale par contre-emboutissage entre le poin¸con et le fond de la matrice. 61 / 161
  • 69. Introduction ´Etat des contraintes et des d´eformations (a) Contrainte et equilibre d’une tranche (b) Critere de plasticite en contraintes planes (c) Bilan des sollicitations (d) Coupe Z-Z de la pi`ece 62 / 161
  • 70. Introduction Mise au point des op´erations d’emboutissage ! La mise au point consiste `a d´eterminer les conditions de formage pour lesquelles la partie utile de la pi`ece ne comporte aucun d´efaut marqu´e en volume: rupture, amincissement local excessif, plis, cloques etc 1. la g´eom´etrie et la position du flan. 2. Le mat´eriau de la tˆole (la en vertu du crit`ere formabilit´e de l’acier). 3. La force de serrage exerc´ee par le serre-flan. 4. La g´eom´etrie de l’outil (´eventuellement la correction du retour ´elastique [springback] de la pi`ece). 5. L’effort n´ecessaire de l’emboutissage. 6. Le nombre de passes de l’emboutissage. 7. Le lubrifiant(nature, qualit´e). 63 / 161
  • 71. Introduction Les tˆoles pour emboutissage: comment sont elles-´elabor´ees? Mode de fabrication des tˆoles fines en acier doux Il s’agit de tˆoles d’acier `a tr`es bas carbone (160 ≤ Re ≤ 200 MPa) −→la grande formabilit´e est assur´ee par la valeur ´elev´ee de leur allongement `a la rupture A (de 35 `a 45% ) et de leur coefficient d’anisotropie normale r (de 1,7 `a 1,85) 64 / 161
  • 72. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: 1er th´eor`eme de Guldin: La surface engendr´ee par une ligne plane, autour d’un axe situ´e dans son plan, et qui ne la traverse pas, est ´egale au produit de la longueur d´evelopp´ee de cette ligne par la circonf´erence d´ecrite par le centre de gravit´e. S = α. rs .s ou α est l’angle d´ecrit par la rotation, rS est la distance du centre de gravit´e `a l’axe et s la longueur de l’arc. 65 / 161
  • 73. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: Df = 4 π S = 1.13 √ S 66 / 161
  • 74. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: Exemples: Emboutis cylindriques `a fond plat (a) D = d2 + 4dh lorsque r d ≤ 1 10 (b) D = (12 − 4π)r2 + (4π − 8)r2 c + 2πd(r + rc ) + 4d(h − 2r) + d2 67 / 161
  • 75. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs: Application 1. En utilisant le th´eor`eme de Guldin, v´erifier les formules analytiques suivantes, pour le calcul de la surface de l’embouti. • Surface de la collerette ext´erieure: 2πrc .[( d 2 + rc ) − 2rc π ] • Surface lat´erale: πd(h − r) • Surface de la collerette inf´erieure: 2πr.[( d 2 − r) + 2r π ] • Surface de la base du cylindre: π.( d 2 − r)2 2. V´erifier la surface du flanc (ainsi que son diam`etre) donn´ee par l’outil num´erique. 68 / 161
  • 76. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode analytique: Exemples: 69 / 161
  • 77. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: • Cette m´ethode est bas´ee sur l’application du th´eor`eme de GULDIN • Si r est le rayon du flan cherch´e, on peut ´ecrire : SURFACE DU FLAN (S)= SURFACE DE L’EMBOUTI(S) πr2 = 2πrm(l1 + l2 + l3 + ... + l5) ou encore : r2 = 2rm. li 70 / 161
  • 78. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: 1. Tracer la section de l’embouti ; 2. D´ecomposer la forme (section) en ´el´ements simples (droites ou arcs de cercles) ; 3. Calculer la longueur de chaque ´el´ement simple ; 4. D´eterminer la position du centre de gravit´e de chaque ´el´ement simple ; 5. Tracer les lignes de rappel issues des cdg des ´el´ements simples ; 6. Tracer le segment AB ( li) ; 7. Prendre un point P quelconque et joindre les extr´emit´es des segments li `a P. 8. Num´eroter les polaires de 1 `a N, en commen¸cant par le haut. 9. Ensuite tracer une droite parall`ele `a la polaire 1 et coupant la 1`ere ligne de rappel situ´ee `a gauche de la section ; 10. A ce point d’intersection, tracer une droite parall`ele `a la polaire 2 `a partir de ce point ; 11. On proc`ede ainsi de proche en proche avec toutes les polaires ; 12. Prolonger les polaires 1 et N qui se couperont en un point qui pr´esentera la position du centre de gravit´e (rm) de la section par rapport `a l’axe de l’embouti 13. Tracer le segment BC = 2rm ; 14. Tracer le demi-cercle de diam`etre AC = li + 2rm ; 15. Au point B, tracer une droite perpendiculaire qui va couper le demi-cercle en un point D ; 16. Le triangle ACD est un triangle rectangle (puisque inscrit dans un cercle). BD est la hauteur et est ´egale au rayon du flan recherch´e. Diam`etre du flan D = 2.r 71 / 161
  • 79. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: 72 / 161
  • 80. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Remarque la figure ci-contre pr´esente les relations permettant de trouver la position du cdg des arcs ´el´ementaires : a = 180.R. sin α π.α b = ( 180.R. sin α π.α ).tg α 2 = a.tg α 2 73 / 161
  • 81. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Exemple 1 M´ethode de recherche du diam`etre du flan (embouti cylindrique) 74 / 161
  • 82. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Exemple 1 En appliquant les r`egles de d´etermination du flanc par la m´ethode de tra¸cage, compl´eter le sch´ema ci-contre; 75 / 161
  • 83. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode de tra¸cage: Exemple 2 76 / 161
  • 84. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode des abaques: Emboutis sans collerette Exemple: Donn´ees: • r=10 mm ; • h=80 mm ; • d=100 mm R´esultat: • Rf =....mm, • Df =....mm 77 / 161
  • 85. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode des abaques: Emboutis sans collerette 78 / 161
  • 86. Introduction M´ethodes de d´etermination des flancs M´ethode des abaques: Emboutis avec collerette 79 / 161
  • 87. Introduction Effort de l’emboutissage Forme de la pi`ece Sch´ema Effort Facteurs de correction d/D <0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 monopass Fig.a F1 k 1 0.86 0.72 0.6 0.5 0.4 dn/dn−1 0.7 0.75 0.8 0.85 Cylindrique multipass Fig.b Fn Q 0.8 0.6 0.5 0.35 F1 = π.d.e.Rr .k (15) Fn = Fn−1 + Q.π.dn.e.Rr (16) (a) (b) 80 / 161
  • 88. Introduction Effort de l’emboutissage Forme Sch´ema Effort Facteurs de correction 0.5 pour les emboutis peu profonds KA = 2 pour ceux dont h=5-6r 0.2 en absence du serre flanc 0.3-0.5 si ´ecoulement facile et faible SF Rectangulaire Fe = e.Rr.(2.KA .r + KB .L)(17)(*) KB = 1 si il y a SF avec forte pressions Quelconque Fe = p.e.Rr • (*) : L=2(a+b) 81 / 161
  • 89. Introduction R´eduction admissible en plusieurs passes: Premi`ere passe d1 = D ∗ m1 Passes suivantes dn = dn−1 ∗ m2 Exemples de m ou β Mati`ere de la tˆole m1 m2 tˆole noire 0.6 0.8 inox aust´enitique 0.51 0.8 aluminium 0.5 0.8 laiton 0.53 0.75 Zinc 0.4 0.6 82 / 161
  • 90. Introduction Effort du Serre-Flanc Force de serre flanc importante risque de formation de fissures Serrage trop faible la flanc risque de pr´esenter des plis Force de serrage : FSF = p.SSF (18) Avec : p et SSF sont respectivement la pression de serrage et la surface du serre flanc NB: La pr´esence du serre-flanc ne s’impose que lorsque d 0.95D ou e 0.02(D-d) p = (βactuel − 1)2 + d 200e . Rm 400 (19) Dans le cas d’un emboutissage cylindrique : SSF = (D 2 − d 2 ). π 4 (20) 83 / 161
  • 91. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 84 / 161
  • 92. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 85 / 161
  • 93. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le proc´ed´e de soudage Le soudage est le proc´ed´e d’assemblage qui consiste `a r´eunir deux ou plusieurs pi`eces, afin d’assurer la continuit´e de la mati`ere, soit par l’apport de la chaleur, soit par l’application de la pression, soit en combinant les deux. Il peut ˆetre ex´ecut´e avec ou sans m´etal d’apport. 86 / 161
  • 94. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudabilit´e des aciers • Les aciers `a faible teneur en carbone (non alli´es type S ou E ou inox `a teneur en C ≤ 0.05) sont parfaitement soudable. • L’augmentation de la teneur en C favorise la formation d’une structure de trempe fragile lors du soudage. • La soudabilit´e d’un acier peut ˆetre estim´ee par la m´ethode du carbone ´equivalent, en int´egrant l’effet ´equivalent des autres ´el´ements d’alliages: Ceq = C + Mn 6 + Cr + Mo + V 5 + Ni + Cu 15 (21) Tous les ´el´ements sont en (% wt) 87 / 161
  • 95. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudabilit´e des aciers Du point de vue sensibilit´e `a la fissuration `a froid, les aciers peuvent ˆetre class´es en trois groupes ; • Ceq ≤ 0.4: l’acier est facilement soudable, structure non sensible `a la fissuration `a froid. en trois groupes ; • 0.45 ≤ Ceq ≤ 0.7: l’acier est moyennement soudable ; des mesures doivent ˆetre prise dans le but de minimiser le risque de fissuration `a froid tels que: pr´echauffage (entre 100 et 400◦C g´en´eralement), refroidissement contrˆole, bon choix du m´etal d’apport etc. • Ceq 0.7: l’acier est difficilement soudable pr´echauffage, ´electrodes sp´eciales, traitements thermiques post-soudage etc. 88 / 161
  • 96. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Lexique du soudage
  • 97. Soudure bout `a bout: les deux pi`eces `a assembler sont mont´ees bord `a bord.
  • 98. Soudure d’angle: les deux pi`eces `a assembler en T ou en L.
  • 99. Laitier: Il r´esulte de la fusion de l’enrobage assurant la protection du bain de fusion pendant sa solidification.
  • 100. QMOS: document illustrant les sp´ecifications exig´ees du proc´ed´e de soudage selon les normes recommand´ees.
  • 103. ZAT: zone affect´ee thermiquement 89 / 161
  • 104. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Classification des proc´ed´es de soudage 90 / 161
  • 105. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage oxyac´etyl´enique 91 / 161
  • 106. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage oxyac´etyl´enique: illustration 92 / 161
  • 107. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage oxyac´etyl´enique
  • 108. Le soudage au chalumeau `a gaz est de moins en moins utilis´e: travaux ordinaires de construction, r´eparations diverses.
  • 109. Le soudage au chalumeau utilise la chaleur d’une flamme (3150◦C) aliment´ee par un m´elange d’un gaz combustible (ac´etyl`ene voire propane) et d’un gaz (oxyg`ene).
  • 110. Il se pratique par chauffage ponctuel, `a haute temp´erature, de proche en proche. 93 / 161
  • 111. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc avec Electrodes Enrob´ees: mise en situation 94 / 161
  • 112. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e SMAW Welding: Shield Metal Arc Welding 95 / 161
  • 113. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e 96 / 161
  • 114. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e
  • 115. Le chauffage permettant la fusion est assur´e par un arc ´electrique jaillissant entre l’´electrode (le cathode) et la pi`ece (l’anode). ´Energie permettant la fusion des bords de la pi`ece.
  • 116. L’´electrode enrob´ee: • L’ˆame m´etallique: c’est le m´etal d’apport. • L’enrobage: permet la protection du bain de fusion des impuret´es ext´erieures durant sa solidification → Laitier protecteur • Types d’´electrodes: rutiles, basique , cellulosique, oxydant, acide etc.
  • 117. Ce soudage est r´ealis´e sans apport de gaz.
  • 118. Tension entre ´electrodes: 50V environ, courant continu ou alternatif. la tension « `a vide » peut atteindre 100 volts.
  • 119. La chaleur d´egag´ee par l’arc (3500◦C- 4000◦C) fait fondre tr`es localement la pi`ece `a souder. 97 / 161
  • 120. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: le poste de soudure La fusion locale des bords du joint est assur´ee grˆace `a une puissante ´etincelle fournie par le poste ´electrique. Il permet ainsi d’atteindre des gammes de temp´eratures de 2600 `a 5000◦ C, afin d’assurer la fusion du m´etal. Pour la SAEE, on peut utiliser deux types de courant: Le poste rotatif: 98 / 161
  • 121. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: le poste de soudure Le poste statique: 99 / 161
  • 122. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’ Arc `a Electrodes Enrob´ees: L’´electrode Les diam`etres ”courants” d’´electrodes utilis´es sont: Le choix de l’´electrode en fonction de l’´epaisseur des pi`eces `a souder, il faut s´electionner: • Son diam`etre. • L’intensit´e de soudage du poste `a souder. 100 / 161
  • 123. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’ Arc `a Electrodes Enrob´ees: L’´electrode 101 / 161
  • 124. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: formation du cordon On rappelle que: • L’´electrode est fusible ; elle constitue le m´etal d’apport. C’est un ˆame m´etallique enduit d’un revˆetement appel´e enrobage (poudre min´erale ou m´etallique fritt´ee). • L’enrobage, ´egalement fusible, d´epose un laitier protecteur sur le bain de m´etal fondu. ⇒ Ce laitier a pour rˆole d’isoler la soudure de l’oxydation et la contamination provenant de l’atmosph`ere ext´erieure. 102 / 161
  • 125. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: Calcul de l’´Energie de soudage Comment calculer l’´energie du soudage? Es [kJ/cm] = 60. U[V ].I[A] Vs [cm/min] (22) avec ; • Vs : la vitesse du soudage • U et I sont respectivement la tension ou l’intensit´e moyennes affich´ees ou mesur´ees. 103 / 161
  • 126. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’arc submerg´e (SAW)/ soudage sous flux: Mise en situation et sch´ema fonctionnel SAW Welding:Submerged Arc Welding 104 / 161
  • 127. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Soudage `a l’arc submerg´e (SAW)/ soudage sous flux: ce qu’il faut retenir
  • 128. L’arc ´electrique jaillit sous le flux en poudre (fondant) ou un fil d’´electrode nu (diam`etre 1,2 `a 6 mm) pour le fusionner. Quand le flux fond, avec la protection anti-oxydante, le cordon de soudure se forme et le laitier monte `a la surface.
  • 129. Il s’agit d’un proc´ed´e de soudage automatique.
  • 130. Les flux utilis´es sont des min´eraux granulaires fusibles contenant: des oxydes de mangan`ese, de silicium, de titane etc. et d’autres compos´es tels que le fluorure de calcium.
  • 131. Ce proc´ed´e est adapt´e au soudures des mat´eriaux ´epais (plus de 5 mm). Exemple: soudage des ”pipelines” des conduites de vapeur sous pression dans les centrales thermiques. 105 / 161
  • 132. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage TIG [TungstenInert Gas] /Soudage `a gaz inerte: Mise en situation 106 / 161
  • 133. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage TIG [Tungsten Inert Gas] /Soudage `a gaz inerte: sch´ema fonctionnel TIG Welding:TungstenInert Gas 107 / 161
  • 134. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage TIG [Tungsten Inert Gas] /Soudage `a gaz inerte: ce qu’il faut retenir
  • 135. L’arc ´electrique est cr´e´e entre la pi`ece sous tension et une ´electrode r´efractaire en tungst`ene.
  • 136. La temp´erature de fusion peut atteindre 3500◦C.
  • 137. Le m´etal d’apport est introduit par une baguette tenue par l’autre main (en proc´ed´e manuel).
  • 138. Ce proc´ed´e peut s’automatiser ⇒ Soudage TIG orbital.
  • 139. Une atmosph`ere inerte enveloppe le bain de fusion et prot`ege le m´etal de l’oxydation de l’air.
  • 140. Le soudage T.I.G. s’adresse aux m´etaux de faible ´epaisseur: acier inoxydable, aluminium et alliages l´egers, alliages de cuivre, nickel et ses alliages etc. 108 / 161
  • 141. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage MIG/MAG: Mise en situation 109 / 161
  • 142. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage MIG/MAG: ce qu’il faut retenir
  • 143. Ce proc´ed´e a d’abord utilis´e des gaz de protection inertes comme l’h´elium ou l’argon.
  • 144. L’´electrode, achemin´ee automatiquement et continuellement depuis un d´evidoir, se pr´esente sous la forme d’un fil massif ou fourr´e.
  • 145. Si l’h´elium ou l’argon est remplac´e par du CO2 plutˆot r´eactif ou un m´elange de type argon/CO2 Soudage MAG 110 / 161
  • 146. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage au Plasma Le soudage au plasma −→    Densit´e d’´energie plus concentr´ee Temp´eratures bien plus ´elev´ees ; jusqu’`a 10,000◦C Vitesse de soudage plus ´elev´ees tout en r´eduisant l’apport thermique Proc´ed´e Robotis´e 111 / 161
  • 147. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudage LASER Le soudage LASER −→    Sources amplifi´ees avec: CO2, YAG, fibre ou LED. Vitesse de soudure ´elev´ee, efficacit´e, profondeur avec peu de d´eformation Soudage des mat´eriaux non m´etalliques: verre, porcelaine etc. Concept des Robots Soudeurs 112 / 161
  • 148. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance
  • 149. Il s’agit d’un proc´ed´e par pression, `a chaud et sans m´etal d’apport.
  • 150. Les pi`eces `a assembler sont chauff´ees localement par le passage d’un courant ´electrique ⇒ Effet Joule, tout en les maintenant en contact par un effort de compression.
  • 151. ´Echauffement de l’interface ⇒ plastification locale du mat´eriau ⇒ soudage par diffusion atomique.
  • 152. Le courant est de forte intensit´e, sous basse tension ⇒ souder des structure fines sans les brˆuler.
  • 153. Le soudage par r´esistance constitue un proc´ed´e ´economique avec une productivit´e tr`es ´elev´ee. 113 / 161
  • 154. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance par point: Mise en situation 114 / 161
  • 155. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance par point: ce qu’il faut retenir
  • 156. Les ´electrodes effectuent un mouvement vertical ⇒ Point de soudure circulaire.
  • 157. Plusieurs points de soudure peuvent ˆetre r´ealis´es les uns `a la suite des autres.
  • 158. Ce proc´ed´e est adapt´e aux soudures homog`enes et h´et´erog`enes.
  • 159. Applications: micro-soudage, fabrication de batteries, ustensiles de cuisine etc. 115 / 161
  • 160. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance `a la molette: Mise en situation 116 / 161
  • 161. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance `a la molette: ce qu’il faut retenir
  • 162. Les ´electrodes sont remplac´es par deux disques tournants (galets) pour assurer le d´eplacement des pi`eces pendant le soudage.
  • 163. Ce proc´ed´e permet de r´ealiser des assemblages plans, cylindriques ou mˆeme coniques ainsi des soudures continues ou discontinues.
  • 164. Si les points de soudure sont jointifs −→ On parle d’un assemblage homog`ene Si le cordon est discontinu −→ Il s’agit d’un cordon discontinu
  • 166. Applications: boˆıtes de conserve (soudage vertical), soudage des filtres etc. 117 / 161
  • 167. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance par bossage: Mise en situation 118 / 161
  • 168. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par r´esistance par bossage: ce qu’il faut retenir
  • 169. Le soudage par bossage est assur´e par l’application d’un ou plusieurs bossages (par emboutissage sur l’une des pi`eces `a usiner. −→ La localisation du courant et de l’effort sur la zone `a souder est donc assur´ee par la g´eom´etrie des pi`eces `a souder ( soudages par points et `a la molette)
  • 170. Les ´electrodes sont d´esormais remplac´ees par des plateaux afin de de souder des formes en treillis.
  • 171. On utilise des ´electrodes plates −→ grande surface de contact.
  • 172. Applications: adapt´e au formes courb´ees, tˆoles minces etc. 119 / 161
  • 173. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par friction 120 / 161
  • 174. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe du soudage par friction
  • 175. Ce type de soudage est obtenu par l’´echauffement de deux pi`eces press´ees et en mouvement l’une par rapport `a l’autre.
  • 176. Le mouvement relatif entraˆıne un ´echauffement de l’interface jusqu’`a plastification locale du mat´eriau, puis soudage par diffusion atomique.
  • 177. Il n’y a pas de m´etal d’apport. On peut souder des mat´eriaux diff´erents.
  • 178. Applications: aciers tr`es durs et r´esistants. 121 / 161
  • 179. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudo-brasage 122 / 161
  • 180. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le soudo-brasage
  • 181. C’est un proc´ed´e qui permet d’assurer une liaison m´etallique entre deux pi`eces homog`enes ou non par l’apport d’un m´etal ou d’un alliage (m´etal d’apport) ayant une temp´erature l´eg`erement inf´erieure `a celle des pi`eces `a assembler ⇒ les temp´eratures de brasage fort sont g´en´eralement sup´erieures `a 450 ◦ C.
  • 182. Le soudo-brasage peut se r´ealiser sur diff´erents nuances de mat´eriaux: cuivre, laiton, fer, aciers, du bronze, aluminium etc.
  • 183. Le soudo-brasage est ´egalement appel´e brasage fort Le brasage tendre qui met en œuvre des gammes de temp´eratures 450 ◦ C. 123 / 161
  • 184. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Les diff´erentes parties d’un cordon de soudure 124 / 161
  • 185. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Les soufflures • Forme: des porosit´es sous la forme des d´efauts sph´eriques creux qui peuvent ˆetre ou non d´ebouchants. • Causes: les courants d’air, le manque de gaz, l’obstruction de la buse, un mauvais angle de soudage, de l’humidit´e ou des impuret´es ext´erieures dans le joint. • Types: • porosit´es non d´ebouchantes: soufflures. • porosit´es d´ebouchantes: piqˆures. 125 / 161
  • 186. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Exc`es de p´en´etration Au cours d’une soudure, le m´etal peut ´egalement d´eborder du cˆot´e envers du cordon dans le cas de l’exc`es ; on parle alors d’exc`es de p´en´etration. 126 / 161
  • 187. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Les caniveaux Les caniveaux apparaissent dans le m´etal fondu et se situent parall`element `a la ligne de fusion et l’axe longitudinal du cordon ⇒ ils indiquent une in´egalit´e de chauffage. 127 / 161
  • 188. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Retassures Suite au retrait du m´etal fondu lors de son refroidissement, un espace vide peut apparaˆıtre `a la surface ou `a l’int´erieur du cordon ⇒ on parle alors de retassures. 128 / 161
  • 189. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage R´ecapitulatif des diff´erents d´efauts de soudure 129 / 161
  • 190. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Le traitement thermique post-soudage Les traitements de revenu effectu´es sur les constructions soud´ees prennent le nom de traitement thermique apr`es soudage (TTAS), en anglais ”Post Weld Heat Treatment” (PWHT). ⇒ Le but d’un tel traitement, est de r´eduire les tensions internes caus´ees par la soudure, et d’adoucir la microstructure. Exemple d’un PWHT : 130 / 161
  • 191. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Ressuage
  • 192. Le ressuage est un proc´ed´e de contrˆole non destructif permettant de r´ev´eler des d´efauts d´ebouchants (piqˆures, retassures, fissures etc.) Un liquide p´en´etrant et color´e ou fluorescent est infiltr´e dans les d´efauts, puis ensuite mis en valeur (r´ev´el´e) grˆace `a un produit r´ev´elateur.
  • 193. Le ressuage peut s’utiliser dans de nombreux domaines, et pas seulement en chaudronnerie et en soudage.
  • 194. Secteurs d’applications: a´eronautique, automobile, nucl´eaire, fonderie, m´ecanique, tuyauterie etc. 131 / 161
  • 195. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage ´Etapes du ressuage 132 / 161
  • 196. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Radiographie 133 / 161
  • 197. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Principe de la radiographie
  • 198. C’est une technique qui met en œuvre un rayonnement X ou gamma pour contrˆoler l’assemblage soud´e.
  • 199. Un film, plac´e derri`ere la pi`ece, va ˆetre impressionn´e par les rayonnements qui la traversent. ⇒ L’intensit´e de celui-ci va diff´erer au droit des d´efauts, ce qui se traduira par une tache plus claire ou plus sombre que la teinte g´en´erale du film.
  • 200. Un mat´eriel sp´ecifique est requis et des mesures de s´ecurit´e doivent ˆetre appliqu´ees vu les risques potentiels de cette technique 134 / 161
  • 201. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage R´ecapitulatif des techniques de contrˆole Contrˆoles destructifs Macrographies Essais de duret´e Essais de traction Essais de pliage Essais de r´esilience Contrˆoles non destructifs Contrˆole radiographique Ressuage Contrˆole par ultrasons Fluorescence Contrˆole magn´etique 135 / 161
  • 202. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Moulage 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 136 / 161
  • 203. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Moulage D´efinitions et g´en´eralit´es
  • 204. Le moulage consiste `a cr´eer les formes des objets massifs et g´eom´etriquement complexes, par solidification d’un mat´eriau en phase liquide dans une moule qui lui donnera sa forme.
  • 205. Il s’agit d’un proc´ed´e ´economique dans le cas de la reproduction (fabrication en s´erie) des pi`eces homog`enes.
  • 206. Mat´eriaux candidats: m´etaux, alliages l´egers, pˆate, poudre, plastiques etc. 137 / 161
  • 207. • L empreinte solidification et refroidissement −→ une piece dont la forme, les dimensions, l’´etat de surface, la compacit´e ainsi que les caract´eristiques m´ecaniques sont d´efinies par un cahier des charges. • Comme le soudage, le refroidissement de la pi`ece doit ˆetre optimis´e afin de minimiser les d´efauts dus au retrait du mat´eriau lors de sa solidification telles que les retassures. • On peut classer les proc´ed´es de moulage en deux cat´egories: • Moulage en moule non permanent (non r´e-utilisable). • Moulage en moule permanent (r´e-utilisable) ⇒ moulage en coquille. 138 / 161
  • 208. classification des proc´ed´es de moulage Dans la suite du cours, on va s’int´eresser aux proc´ed´es de moulage des mat´eriaux m´etalliques Domaine de fonderie. 139 / 161
  • 209. Lexique du moulage • Mod`ele: c’est l’objet qu’on veut le reproduire. • Moule: corps fa¸conn´e afin de recevoir le m´etal ou l’alliage en fusion ⇒ fonderie en moule permanent. • Chˆassis: cadre m´etallique dont le rˆole est maintenir le sable comprim´e autour du mod`ele ⇒ fonderie en moule non permanent. • Masselottes: doivent ˆetre con¸cues avec beaucoup de pr´ecaution vu leur rˆoles importants: • Servir de r´eservoir de m´etal fondu afin que la pression, exerc´ee par gravit´e, force l’´ecoulement du m´etal lors de sa solidification). • Permettre le d´egagement des retassures (d´efauts engendr´es par le retrait du m´etal) hors de la pi`ece ⇒ La r´ecup´eration des impuret´es. • ´Event: canal destin´e `a faciliter l’´echappement du gaz form´e lors du contact du m´etal fondu avec la surface de l’empreinte. 140 / 161
  • 210. Proc´ed´es de moulage: crit`eres de choix (a) Quantit´e des pi`eces (b) Masse (c) ´Etat de surface (d) ´Epaisseur 141 / 161
  • 211. Les moulage en moules non permanents: le moulage en sable L’empreinte est r´ealis´ee dans du sable compact´e dans un moule⇒ La composition le rend `a la facilement fa¸connable et suffisamment gel´e pour pouvoir y couler le m´etal fondu. Il convient pour des mat´eriaux de fonderie `a hauts points de fusion: fonte et acier. Ce sont souvent des petites s´eries, des prototypes ou des pi`eces de grandes dimensions. Le moule comporte les chˆassis qui contiennent le sable et ses additifs, l’empreinte cr´e´ee `a partir du: mod`ele et de noyaux, plaque mod`ele, noyaux etc. 142 / 161
  • 212. Les moulage en moules non permanents: le moulage en sable ⇒ Sch´ema fonctionnel Le m´etal ou l’alliage en fusion est coul´e dans un moule en sable. Le moule sera d´etruit apr`es la fabrication de chaque pi`ece ⇒ il faut pr´eparer un moule pour chaque pi`ece. 143 / 161
  • 213. Les moulage en moules non permanents: le moulage en sable ⇒ Avantages et Inconv´enients Avantages Mouler des mat´eriaux `a hauts points de fusions (acier, fonte). Mouler des pi`eces de (tr`es) grande taille (ex: carters machines). Rentabilit´e pour les petites et moyennes s´eries. Inconv´enients Faible pr´ecision dimensionnelle. Mauvais ´etat des surfaces. Probl`emes environnementaux (fum´ees). 144 / 161
  • 214. Les moulage en moules non permanents: le moulage en carapace⇒ Principe
  • 215. Le moulage en carapace, appel´e proc´ed´e Croning, consiste `a concevoir un mod`ele, de faible ´epaisseur en m´elange de sable fin agglom´er´e et une r´esine thermo-durcissable, qui peut ˆetre soit une carapace soit un noyau.
  • 216. Un m´elange sable + r´esine + catalyseur est inject´e dans un plaque m´etallique pr´echauff´e (plaque mod`ele). −→ Durcissement du m´elange par polym´erisation, par l’apport de la chaleur entre 200 et 300 ◦ C. ⇒ Obtention de deux demi-moules, une fois coll´es, constituent le moule.
  • 217. Exemple d’applications: industrie automobile ; arbres `a cames. 145 / 161
  • 218. Les moulage en moules non permanents: le moulage en carapace ⇒ gamme de fabrication 146 / 161
  • 219. Les moulage en moules non permanents: le moulage en carapace ⇒ Avantages et Inconv´enients Avantages L´eg`eret´e des carapaces et noyaux. Bonne pr´ecision dimensionnelle des pi`eces coul´ees. Cadence de fabrication ´elev´ee. Automatisation possible. Inconv´enients Coˆut ´elev´e: appareillage et r´esine. D´egagement de fum´ees. 147 / 161
  • 220. Les moulage en moules non permanents: le moulage `a la cire perdu ⇒ Mise en situation 148 / 161
  • 221. Les moulage en moules non permanents: le moulage `a la cire perdu ⇒ Caract´eristiques
  • 222. Ce mod`ele d´erive des objets d’art (fait appel aux comp´etences manuelles et inventions artistiques); bijou, statuts etc. Il se classe parmi les proc´ed´es de fabrication les plus anciens.
  • 223. Le plus grand avantage de ce proc´ed´e c’est qu’il permet l’obtention des formes tr`es complexes. ⇒ Confection des moules m´etalliques.
  • 224. Applications: bijouterie, industrie automobile ; confection des moules des chemises, pistons etc.
  • 225. Remarque: Il ne faut pas confondre la cire avec les pattes `a modeler utilis´es en ateliers de forge pour simuler de la formabilit´e ”plastique” de certains m´etaux. 149 / 161
  • 226. Les moulage en moules permanents: d´efinition Les moules utilis´es, g´en´eralement en acier r´efractaires ou fentes perlitiques, permettent de produire un nombre ´elev´e des pi`eces. On distingue quatre principales cat´egories des moulages en moules permanents: • Moulage par gravit´e. • Moulage sous basse pression. • Moulage sous haute pression. • Moulage par centrifugation. 150 / 161
  • 227. Les moulage en moules permanents: en coquille par gravit´e • La moule m´etallique est appel´ee coquille. • La coquille est divis´ee en deux parties suivant le plan de joint elle comprend les ´el´ements suivants: • L’empreinte (qui donne la forme ext´erieure), les noyaux (pour les formes int´erieures) ainsi que des broches permettant d’´evider la pi`ece. • Un syst`eme d’alimentation, de coul´ee, les masselottes et les ´events. • Les organes de manutention, de fermeture et d’´ejection. • Afin d’obtenir les formes int´erieures d´esir´ees tels que les trous et les orifices, on emploie des noyaux m´etalliques ou destructibles. 151 / 161
  • 228. Les moulage en moules permanents: en coquille par gravit´e 152 / 161
  • 229. Les moulage en moules permanents: le moulage basse pression • On utilise une faible pression d’air ( 1 bar) appliqu´ee sur la surface du m´etal en fusion lors de la coul´ee. • La machine est compos´ee de: • Un four `a induction ´etanche. • Un moule facilement transportable pour acc´eder au creuset. • Un syst`eme de mise en pression. • Un syst`eme d’injection assurant la liaison entre le four et le moule. • Un syst`eme automatique permettant l’ouverture et la fermeture du moule. • La mont´ee de l’alliage liquide dans le tube et le moule est assur´ee par l’application de la pression d’air `a la surface du bain. Le moule est maintenu sous pression jusqu’`a solidification de la pi`ece. • Ce proc´ed´e est g´en´eralement adapt´e aux pi`eces de formes circulaires. 153 / 161
  • 230. Les moulage en moules permanents: le moulage basse pression 154 / 161
  • 231. Les moulage en moules permanents: le moulage sous haute pression • L’injection se fait dans le moule m´etallique sous une haute pression (de l’ordre de 1000 bar) `a grande vitesse au moyen d’un piston fix´e aux plateaux de la machine. • Le temps d’injection est tr`es court (0.1 secondes au moyenne). • La cadence de la production varie de 20 `a 150 pi`eces `a l’heure. • Il existe deux types de machine ; • Machine `a chambre froide ⇒ alliages `a bas points de fusion. • Machine `a chambre chaude. 155 / 161
  • 232. Les moulage en moules permanents: le moulage sous haute pression 156 / 161
  • 233. Les moulage en moules permanents: avantages et inconv´enients Avantages Rigidit´e de l’empreinte. Grande pr´ecision dimensionnelle Excellent ´etat de surface des ´el´ements moulants. Conductivit´e thermique ´elev´ee des empreintes. Inconv´enients limit´e au mat´eriaux `a basses temp´eratures de fusion Les formes sont plus simples qu’en moulage en sable Coˆut ´elev´e ⇒ proc´ed´e rentable en fabrication s´erie. 157 / 161
  • 234. Vocabulaire Technique Terme technique Translation Terme technique Translation Estampage Stamping Pliage Bending Acier steel Forgeage forging Emboutissage Deep drawing Stress Effort/Tension/Pression Soudage Welding D´eformation Strain Traitement Thermique Post Soudage Post Welding Heat Treatment Module d’Young Young’s Modulus Moulage Molding M´etal d’apport Filler metal rupture Fracture Etirage stretching 158 / 161
  • 235. R´ef´erences 1 Introduction 2 Travail des m´etaux en feuilles Introduction D´ecoupage Pliage Emboutissage 3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage Moulage 159 / 161
  • 236. R´ef´erences R´ef´erences Chevalier Andre, Guide du dessinateur industriel. Edition 2004. Europa Lehrmittel, Technologie des v´ehicules `a moteur. Edition 2010. Groupe Weka, ´Editions techniques de l’ing´enieur ; mat´eriaux et m´ecanique. Christophe Dielemans, Proc´ed´es d’obtention des pi`eces brutes, version 2004. Technologue Pro/ ISET Rades, Technologies de production. Samir M’hemed, Techniques de production/Niveau II, version 2005. Marc Fran¸cois, Physique de la plasticit´e. Victor Songmene, Techniques avanc´ees de mise en forme. 160 / 161
  • 237. R´ef´erences R´ef´erences Certaines figures et informations sont extraites (avec des possibles am´eliorations) des adresses web suivantes (toutes v´erifi´ees `a la date de publication de ce document): Portait Soudeurs.com ;. http://www.soudeurs.com. Rocdacier ; https://www.rocdacier.com Welding Tips and Tricks ; http://www.weldingtipsandtricks.com Jule Haag ; http://www.lycee-juleshaag.fr Wikipedia ; http://www.wikipedia.org Portait Mediamef ; http://www.mediamef.utt.fr 161 / 161