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SOMMAIRE

Introduction générale

Cahier des charges...................................................................................................... 11

CHAPITRE 1: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ...................................................... 12

1. Introduction...................................................................................................13

2. Les Finitions...................................................................................................13

2.1. Les finitions organiques ............................................................................ 13

2.2. Les finitions filmogènes ............................................................................ 13

2.2.1. Les finitions finigard .......................................................................... 13

2.2.2. Les types de FINIGARD .................................................................... 14

3. Cycle suivi par les pièces à traiter par le FINIGARD................................14

4. Paramètres du procédé de traitement par le FINIGARD.........................16

4.1. La forme des pièces ................................................................................... 16

4.2. La quantité de pièces à traiter au cours d’un cycle ............................... 16

4.3. Autres paramètres .................................................................................... 16

5. Principe du revêtement organo-minérale FINIGARD..............................17

6. Etat de surface requis ...................................................................................17

7. Les bains de finition organo-minérale FINIGARD 401 GU-F .................17

7.1. Matériau de la cuve .................................................................................. 17

7.2. Constitution du bain ou cuve de traitement organo-minérale ............. 18

7.3. Contrôle de la cuve .................................................................................. 18

8. Conclusion......................................................................................................19

CHAPITRE 2: SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES............................................. 20

1.Introduction..........................................................................................................21

2.Les techniques alternatives de la finition organo-minérale ............................21

2.1. Procédé au tonneau ou en vrac ............................................................... 21

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2.2. Procédé à l’attache ................................................................................... 22

2.3. Traitement par pulvérisation .................................................................. 24

3. Analyse fonctionnelle ...................................................................................25

4. Diagramme FAST ........................................................................................26

5. Description de la solution choisie pour la machine de traitement organo-

minérale ...............................................................................................................................28

5.1. Fonctionnement de la machine ............................................................... 28

5.2. Schéma cinématique ................................................................................ 29

5.3. Choix et description des différents systèmes de la machine de

traitement organo-minérale .......................................................................................... 30

5.3.1. Système de manutention ................................................................... 30

5.3.2. Système de rotation du panier .......................................................... 33

5.3.3. Système de chauffage ........................................................................ 39

5.3.4. Système d’agitation ........................................................................... 40

6. Conclusion .....................................................................................................42

CHAPITRE 3 : CALCUL ET DIMENSIONNEMENT ......................................... 43

1. Introduction ..................................................................................................44

2. Dimensionnement des vérins pneumatiques ..............................................44

2.1. Vérins de manutention ............................................................................ 44

2.1.1. Calcul du diamètre d’alésage du vérin ........................................... 44

2.1.2. Calcul du taux de charge corrigé ..................................................... 46

2.1.3. Calcul de l’effort dynamique à l’entrée de la tige du vérin ........... 46

2.1.4. Calcul de l’effort théorique du vérin à la sortie de la tige ............ 46

2.1.5. Calcul de la durée de vie des joints .................................................. 47

2.1.6. Vérification de la résistance de la tige au flambage ....................... 47

2.1.7. Détermination de la vitesse de déplacement ................................... 47

2.1.8. Calcul du débit d’air ......................................................................... 48

2.1.9. Les amortisseurs ................................................................................ 48

2.1.10. Calcul du diamètre de l’axe de pivotement ................................... 49

2.2. Vérin d’inclinaison ................................................................................... 51

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2.2.1. Calcul du diamètre d’alésage du vérin ........................................... 51

2.2.2. Calcul du taux de charge corrigé ..................................................... 51

2.2.3. Calcul de l’effort dynamique à l’entrée de la tige du vérin ........... 52

2.2.4. Calcul de l’effort théorique du vérin à la sortie de la tige ............ 52

2.2.5. Calcul de la durée de vie des joints .................................................. 52

2.2.6. Vérification de la résistance de la tige au flambage ....................... 52

2.2.7. Détermination de la vitesse de déplacement ................................... 53

2.2.8. Calcul du débit d’air : ........................................................................ 53

2.2.9. Choix de la rotule et du système de fixation du vérin .................... 53

2.2.10. Calcul du diamètre de l’axe de la rotule ........................................ 54

3. Dimensionnement de l’unité de guidage .....................................................56

4. Calcul de la puissance du moteur-réducteur..............................................57

5. Calcul des engrenages...................................................................................58

5.1. Calcul du module ..................................................................................... 58

5.2. Caractéristiques des roues à denture droite normale (α = 20 °) .......... 59

5.3. Calcul de la clavette ................................................................................. 60

6. Paliers de guidage en rotation .....................................................................61

6.1. Les coussinets ........................................................................................... 61

6.2. Résultats de l’emploi des coussinets ........................................................ 62

6.3. Les roulements ......................................................................................... 63

7. Calcul de la puissance des résistances chauffantes ....................................65

7.1. Bilan d’énergie ......................................................................................... 65

7.2. Puissance des résistances chauffantes .................................................... 65

8. Calcul d’agitation .........................................................................................66

8.1. Calcul de la puissance du moteur réducteur d’agitation ..................... 66

8.2. Calcul du diamètre de l’arbre d’agitation ............................................. 66

8.2.1. Calcul de l’arbre en torsion .............................................................. 66

8.2.2. Calcul de l’arbre en flexion ............................................................... 67

9. Calcul par éléments finis ..............................................................................67

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9.1. Résistance de la structure de la cuve ...................................................... 67

9.2. Résistance du support .............................................................................. 69

CHAPITRE 4 : COMMANDE DE LA MACHINE ................................................ 71

1. Introduction ..................................................................................................72

2. Description du système ................................................................................72

3. Organes d’automatisation ...........................................................................74

3.1. Capteur de position .................................................................................. 74

3.2. Les distributeurs ...................................................................................... 74

3.3. Contacteur ................................................................................................ 74

4. La commande semi automatique de la machine .........................................74

4.1. Circuit du moteur électrique .................................................................. 74

4.2. Circuit du moteur électrique d’agitation ............................................... 76

Circuit de commande ......................................................................................... 76

4.3. Circuit des résistances chauffantes ........................................................ 77

4.4. Schéma pneumatique des vérins pneumatiques de manutention ......... 79

4.5. Circuit de commande du vérin pneumatique d’inclinaison ................. 80

4.6. Armoire électrique : .................................................................................. 81

5. Solution Automate Programmable industriel ............................................81

6. Conclusion .....................................................................................................82

CHAPITRE 5 REALISATION ET ETUDE ECONOMIQUE ............................. 83

1. Introduction ..................................................................................................84

2. Fabrication de la cuve...................................................................................84

3. Fabrication du support de la charge............................................................87

4. Montage de la machine ................................................................................88

4.1. Montage du guidage linéaire ................................................................... 88

4.2. Montage du support du panier: ............................................................... 88

5. Etude économique ........................................................................................88

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5.1. Coût de la matière première ................................................................... 89

5.2. Coût de la fourniture ............................................................................... 89

5.3. Coût de la sous-traitance ......................................................................... 90

5.4. Coût global de la machine ....................................................................... 91

6. Conclusion .....................................................................................................91

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Liste des figures

F igur e 1.1: Pièces traitées ........................................................................................... 15

F igur e 1.2: Cycle suivi par une pièce à traiter.............................................................16

F igur e 2.1: Procédé au tonneau...................................................................................21

F igur e 2.2: Procédé à l’attache sur des balancelles.....................................................22

F igur e 2.3: Procédé à l’attache par des supports.........................................................23

F igur e 2.4: Exemples de pièces traitées par le procédé à l’attache..............................23

F igur e 2.5 traitement par pulvérisation ..................................................................... 24

F igure 2.6: Actigramme A-0.........................................................................................25

F igur e 2.7: Graphe d''association................................................................................ 26

F igur e 2.8: Diagramme FAST...................................................................................... 27

F igur e 2.9: Le panier.................................................................................................... 28

F igur e 2.10: Schéma cinématique de la machine.........................................................29

F igur e 2.11: Système de guidage par galets................................................................. 32

F igur e 2.12: Guidage linéaire par douilles à billes.......................................................32

F igur e 2.13: Douilles à billes ....................................................................................... 33

F igur e 2.14: Engrenages à dentures droites..................................................................33

F igur e 2.15: Absorption d’humidité (%) à saturation dans l’eau.................................35

F igur e 2.16: Eprouvette de traction..............................................................................36

F igur e 2.17: Courbe de traction du 1er essai................................................................ 37

F igur e 2.18: Courbe de traction du 2éme essai.............................................................37

F igur e 2.19: Courbe de traction du 3éme essai........................................................... 38

F igur e 2.20: Courbe contrainte en fonction de la déformation....................................38

F igur e 2.21: Résistances électriques blindées (sans ou avec ailettes)..........................39

F igur e 2.22: Types d'agitateurs.....................................................................................40

F igur e 2.23: Machine de traitement organo-minérale...................................................41

F igur e 3.1: Vérin pneumatique...................................................................................... 45

F igur e 3.2: Symbole vérin double effet avec amortisseur pneumatique........................ 48

F igur e 3.3: Principe de l'amortissement pneumatique.................................................. 48

F igur e 3.4: Modélisation du support ............................................................................ 53

F igur e 3.5: Résultat de la réaction du support.............................................................. 54

F igur e 3.6: Unité de guidage linéaire............................................................................56

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F igur e 3.7: Clavette forcée…………………………………………………………………... 59

F igur e 3.8: Types de coussinets……………………………………………………………... 60

F igur e 3.9: Montage d'un coussinet ………………………………………………………… 61

F igur e 4.1: GRAFCET de la partie commande…………………………………………... 72

F igur e 4.2: Circuit de puissance du moteur électrique…………………………………... 74

F igur e 4.3: Circuit de commande du moteur électrique………………………………….74

F igur e 4.4: Circuit de puissance du moteur d'agitation………………………………….75

F igur e 4.5 : Circuit de commande du moteur d'agitation………………………………..76

F igur e 4.6: Circuit de puissance des résistances électriques …………………………...76

F igur e 4.7: Circuit de commande des résistances électriques………………………….. 77

F igur e 4.8: Schéma pneumatique des vérins de manutention…………………………... .78

F igur e 4.9: Schéma pneumatique du vérin d'inclinaison……….………………………...79

F igur e 4.10: Armoire électrique…………………………………………………………….. 80

F igur e 5.1 : Découpage par presse ………………………………………………………... 83

F igur e 5.2: Découpage avec plasma………………………………………………………...84

F igur e 5.3: Pliage sur presse plieuse………………………………………………………..85

F igur e 5.4: Presse plieuse……………………………………………………………………. 85

F igure 5.5 : La cuve………………………………………………………………………… 86

F igur e 5.6: Le support ................................................................................................. 87

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Liste des tableaux

Tableau 1: Mesure de l’expérience ............................................................................. 36 Tableau 2: Calcul de l’effort dynamique des vérins ................................................... 45 Tableau 3: Calcul du diamètre d’alésage de la tige des vérins de manutention .......... 45 Tableau 4 : Calcul du taux de charge corrigé.............................................................. 46 Tableau 5: Paramètres de la résistance de la tige ....................................................... 47 Tableau 6: Résistance au cisaillement de l’axe de pivotement ................................... 50 Tableau 7: Calcul diamètre du vérin d’inclinaison ..................................................... 51 Tableau 8: Taux de charge du vérin d’inclinaison ...................................................... 52 Tableau 9: Paramètres de calcul.................................................................................. 53 Tableau 10: Calcul diamètre de l’axe de la rotule ...................................................... 55 Tableau 11: Calcul de la puissance du moteur ............................................................ 58 Tableau 12: Calcul du module d’engrènement ........................................................... 59 Tableau 13: Caractéristiques des roues ....................................................................... 60 Tableau 14: Dimensionnement de la clavette ............................................................. 60 Tableau 15: Dimensionnement des coussinets............................................................ 62 Tableau 16: Durée du roulement..................................................................................62

Tableau 17: Calcul de la charge dynamique du roulement en position verticale.........63

Tableau 18: Calcul de la charge dynamique du roulement en position inclinée..........63

Tableau 19: Les capteurs..............................................................................................71

Tableau 20: Les actionneurs.........................................................................................71

Tableau 21: Coût de la matière première…..................................................................88

Tableau 22: Coût du matériel pneumatique……………………………………….…88Tableau 23: Coût du matériel électrique……………………………………………..89

Tableau 24: Coût des accessoires…………………….………………………………89

Tableau 25: Coût de la sous-traitance…………………………………….………….89

Tableau 26: Coût global de la machine………………………………………………90

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Introduction générale

Le traitement de surface est un procédé appliqué à des pièces pour conférer à leur

surface une propriété particulière tout en conservant les propriétés propres au matériau de

base.

Le traitement de surface passe par des opérations de nature physique, chimique ou

électrochimique en vue d’obtenir une protection contre la corrosion, une amélioration des

caractères physiques ou une amélioration d’aspect. Les traitements anticorrosion sont les plus

fréquemment eff ectués. Les domaines d’application du procédé sont essentiellement

l’automobile, la cosmétique et l’électronique.

Vu que les exigences des domaines d’application sont de plus en plus sévères, les

technologies de traitement de surface sont en développement constant assuré par

l’optimisation des outils de production et l’amélioration des conditions de travail.

L’automatisation des moyens de production sont fortement demandé pour m inimiser le temps

de production.

Dans ce cadre la société SKG, spécialisée dans le domaine de chromage et de

traitement de surface des pièces mécanique, a proposé au Département Mécanique de l’ENISun projet de fin d’études qui consiste à la conception, l’étude et la réalisation d’une machine

destinée à l’application de la finition organo-minérale sur des pièces mécaniques. C’est le

sujet de ce présent travail.

L’opération de traitement de surface considérée dans ce travail se fait actuellement

d’une façon manuelle. Elle consiste à récupérer un ensemble de pièces de masse de 50 kg, les

mettre dans un panier perforé et les plonger dans un bain de FINIGARD pendant un faible

temps allant de 30s à 1 min. L’opérateur fait agiter le panier dans le bain pour s’assurer que

toute la surface de chaque pièce est attaquée par le FINIGARD. Il dégage par la suite le panier

du bain et il essaye de le basculer à droite et à gauche pour faire couler l’excès de

FINIGARD. Ce traitement est suivi d’une opération de séchage qui consiste à enfermer un

panier contenant les pièces, dans une machine et l’entrainer en rotation tout en soufflant de

l’air par une pompe centrifuge. L’objectif de ce présent travail consiste à la réalisation d’une

machine qui automatise l’opération de traitement et qui garantie une qualité désirée.

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Pour répondre à ce besoin et réaliser une nouvelle machine, plusieurs étapes sont

nécessaires. Dans ce présent manuscrit on présente l’essentiel de ces étapes. On a donc cinq

chapitres :

Un premier chapitre qui résume une étude bibliographique sur le procédé de traitement

sujet de ce présent travail.

Un second chapitre est destiné à la proposition et au choix des solutions

technologiques nécessaires pour la machine à réaliser.

Un troisième chapitre donnant l’essentiel des étapes de dimensionnement des

différents organes de la machine.

Un quatrième chapitre présentant la commande de la machine, le câblage électrique et

pneumatique des différents composants.

Un cinquième chapitre décrivant les étapes de la réalisation et donnant le coût de la

machine. Le rapport est achevé par une conclusion générale.

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Cahier des charges

Présentation de l’entreprise :

SKG

Société Krichen Galvanoplastie

Route de l’aéroport Km 4.5 BP92 Cité el Bahri 3064

Sfax - Tunisie

Projet :

Etude, conception et réalisation d’une machine de traitement organo- minérale sur des

pièces en vrac.

Définition de l’objectif du projet :

Traitement de surface par application du FINIGARD de façon homogène sur des

pièces de formes et géométries variables.

Ce travail s’effectue à l’instant manuellement. Notre projet aboutira donc à une

amélioration des conditions de travail d’une part, et permettra un gain de temps de production

d’autre part.

Description de la solution :

Caractéristiques fonctionnelles :

Capacité de chargement : 50 Kg

Nombre de tour du panier : 4 à 10 réglable

Volume du panier : 0.055 m 3

Encombrement : 1384 x 1355 x 2100 (L x l x H)

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CHAPITRE

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

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Chapitre 1 : Etude bibliographique

[ 13 ] ENIS SKG

1. Introduction

Chaque type de finition concerne un ou divers domaines bien spécifiés tel que la

finition dans le domaine d’usinage, la peinture, les traitements thermiques, les traitements de

surface...

La diversité de domaines des opérations de finition donne naissance à plusieurs

procédés. Ces procédés sont variés allant de l’utilisation des citernes aboutissant à un travail

unitaire, concernant des ensembles de grandes dimensions, jusqu’à traitement de pièces de

petite taille en vrac.

On s’intéresse dans ce projet, au domaine de traitement de surface des pièces

mécaniques de faibles dimensions par procédé en vrac.

2. Les Finitions

Le rôle des finitions est d’ajouter des propriétés particulières aux traitements de base

afin de s’adapter précisément aux besoins. Les types de finition sont :

2.1. Les finitions organiques :

Les finitions organiques sont des sortes de peintures appliquées en vrac par immersion

sur les pièces. De très faible épaisseur, elles permettent soit de peindre de petites pièces (vis,

ressort..), soit de leur apporter des caractéristiques techniques supplémentaires. Parmi les

produits de finition organique : le TECHSEAL et le MAGNI B18.

2.2. Les finitions filmogènes [1] [2]

Les produits filmogènes s’apparentent à des vernis. Les produits s’appliquent après le

zingage + passivation par immersion puis séchage, leur principe étant de créer une couche

superficielle protectrice supplémentaire colmatant les pores de la passivation.

Parmi les finitions filmogènes, on trouve l’application du FINIGARD.

2.2.1. Les finitions finigard

Les finitions finigard sont des finitions minérales et organo-minérales appelés aussi

top-coat. Elles sont conçues pour protéger les passivations sur zinc et zinc allié. La protection

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[ 14 ] ENIS SKG

confère aux pièces revêtues une protection active contre la corrosion même après choc

thermique à 120°C.

Cette finition est développée pour répondre aux exigences les plus élevée de tenue à la

corrosion de l’industrie automobile et l’industrie de bâtiment.

Certaines finitions permettent une maitrise parfaite des coefficients de frottement pour

les pièces filetées. Elles sont exemptes de chrome hexavalent (Chrome6 ou Cr6) et de

composés dangereux pour l’environnement.

Le FINIGARD existe sous différents types :

2.2.2. Les types de FINIGARD

Similarité Différence

Finigard 105 vernis de renforcement

filmogène apportant

amélioration de la tenue au

brouillard salin.

résistance du revêtement au

choc thermique.

Amélioration du coefficient

de frottement (0.12à 0.18).

Finigard 200 Conversion du chrome

hexavalent en trivalent.

Ce vernis, décolorant la

passivation bichromatée

permet d’obtenir un zingage

blanc haute tenue.

Finigard 401 GU-F Protection du zinc chromaté

contre la corrosion.

On s’intéresse dans ce présent travail à ce type de traitement FINIGARD 401 GU-F.

3. Cycle suivi par les pièces à traiter par le FINIGARD

L’application du FINIGARD 401 GU-F est destinée à protéger le zinc chromaté contre

la corrosion, sous différentes atmosphères ou lorsqu’il est soumis à un environnement hostile;

par exemple dans le compartiment moteur ou à l’extérieur d’un véhicule automobile.

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[ 15 ] ENIS SKG

Les pièces à traiter sont des pièces appartenant généralement au secteur automobile,

de forme variables de masse maximale m=100g et se présente en vrac. La figure 1.1 présente

un exemple de ces pièces.

F igur e 1.1: Pièces traitées

Une pièce ayant subi un traitement de zingage, doit être obligatoirement traité par le

FINIGARD.

La figure 1.2 présente le cycle suivi par une pièce du brut au traitement par le

FINGARD.

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[ 16 ] ENIS SKG

Figur e 1.2: Cycle suivi par une pièce à traiter

4. Paramètres du procédé de traitement par le

FINIGARD

Le choix du procédé de traitement dépend de plusieurs paramètres :

4.1. La forme des pièces

La forme des pièces intervient dans le choix du procédé d’application du FINIGARD

par :

la sensibilité des pièces de faible épaisseur au choc,

la complexité géométrique des pièces favorise un procédé à un autre,

les dimensions des pièces éliminent l’utilisation de certains procédés.

4.2.

La quantité de pièces à traiter au cours d’un cycle

Comme les pièces à traiter suit un cycle bien déterminé, alors leur quantité guide

ce choix afin d’obtenir le stockage intermédiaire minimum.

4.3. Autres paramètres

le temps de cycle (y compris le séchage après revêtement),

les prescriptions réglementaires dans les domaines de la protection

des travailleurs et de l'environnement.

Pièces

brutes

Pièces

finies

Traitement

organo-minérale

Séchage des

pièces

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[ 17 ] ENIS SKG

5. Principe du revêtement organo-minérale FINIGARD [3]

Le revêtement organo-minérale comporte :

Des POLYSILICIDES infiniment petits (de diamètre inférieur au centième demicron) qui renforcent et préservent les fonctions protectrices de la couche.

Des POLYMERES ORGANIQUES qui assurent la cohésion du revêtement et

par ailleurs lui confèrent un faible coefficient de frottement.

Des INHIBITEURS de corrosion du zinc, qui sont fixés par les polysilicides.

Lors de l’attaque du zinc par les ions chlorures ou les acides, les inhibiteurs sont

libérés, les agresseurs sont bloqués à leur tour par les mêmes polysilicides qui neutralisent

ainsi leur action.

C’est le principe de la protection active.

6. Etat de surface requis

Le FINIGARD 401 GU-F répond aux impératifs les plus exigeants de l’industrie

automobile. L’état de surface après traitement est caractérisée par :

Ductilité : sans fissure au pliage

Excellente maîtrise du coefficient de frottement

Absence de goutte après séchage

Bonne résistances aux UV

7. Les bains de finition organo-minérale FINIGARD 401

GU-F [3]

7.1. Matériau de la cuve

Les cuves, pompes, filtres… en contact avec FINIGARD doivent résister aux solutions

alcalines oxydantes.

Les cuves peuvent donc être fabriquées en :

Matériaux plastiques tels que le polypropylène ou le PVC

Acier inoxydables

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[ 18 ] ENIS SKG

- Les aciers inoxydables ferritiques : ils comportement environ 12 à 20 % de

chrome (qui est le cause de leur bonne résistance aux agents oxydants). Ils ont une

résistance faible et ont aussi une tendance à se corroder (rouille rouge).

- Les aciers inoxydables martensitiques : ils présentent une concentration en

chrome voisine des ferritiques. Leurs performances mécaniques sont élevées mais ils

ne résistent pas à l’agression de tous les milieux. Ils ont des teneurs de chrome de 17

ou de 18% et contiennent d’autres proportions d’autres métaux (surtout du nickel)

qui leur confèrent la stabilité de l’état austénitique à toutes températures. Ils

comportent peu de carbone mais ont d’autres éléments d’addition comme le

molybdène ou le titane qui améliorent leur tenue à la corrosion.

7.2. Constitution du bain ou cuve de traitement organo-

minérale

Le respect d’ordre d’incorporation des constituants est impératif.

Le FINIGARD 401 GU-F doit être introduit comme premier constituant dans une cuve

parfaitement propre à raison de 350 à 500 ml/L et on complète au niveau désiré par addition

d’eau de ville à 20°C en maintenant l’ensemble sous agitation.

7.3. Contrôle de la cuve

Le contrôle de la cuve se fait par la surveillance et le maintien des six paramètres

suivants :

Le Ph :

Le pH de la suspension doit être égal à 9 avec une tolérance de 0.5.

Le pH de la suspension ne doit en aucun cas être inférieur à 8.5.Pour toute correction de pH, il

est impératif d’utiliser le produit de montage.

La température

Elle modifie les caractéristiques de fluidité de la suspension. D’où la nécessité de son

ajustement.

Le temps de contact : 20 à 40 secondes.

L’agitation :

Ce facteur est essentiel. Le maintien de l’agitation en permanence garantit la stabilité du

système.

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CHAPITRE 2

SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES

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Chapitre 2 : Solutions Technologiques

[ 21 ] ENIS SKG

1. Introduction

La conception de la machine de traitement organo-minérale nécessite l’étude des

différentes solutions technologiques afin de choisir la meilleure solution. Dans ce chapitre, on

présente les différentes solutions proposées. L’analyse fonctionnelle de la solution

technologique adoptée est également détaillée.

Les solutions technologiques d’application de la finition organo-minérale sont

multiples.

2. Les techniques alternatives de la finition organo-

minérale FINIGARD 401 GU-F

2.1. Procédé au tonneau ou en vrac

Sur la figure 2.1 est présentée la première solution proposée. Dans ce cas, les pièces

sont introduites dans un tonneau qui sera plongé dans un bain de FINIGARD. Le tonneau

est animé d’un mouvement de translation par rapport au bâti assuré par une transmission

par chaîne et d’un mouvement de rotation sur lui-même par une transmission par engrenages.

Figur e 2.1 : Procédé au tonneau

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[ 22 ] ENIS SKG

Cette solution présente les avantages suivants

Gain de temps de production (temps de vidange et remplissage des pièces

pour changer la poste de traitement)

Application adaptée pour les pièces de formes et de dimensions variables et

en grande capacité.

Toutefois, les inconvénients que présente cette solution sont les suivants :

Le risque de déformation est à prendre en considération surtout pour des

pièces de très faible épaisseur.

La complexité géométrique des pièces réduit l’utilisation de ce procédé.

2.2. Procédé à l’attache

Ce procédé consiste à attacher les pièces sur des supports ayant des accroches

de formes convenables.

Il existe divers types d’accrochage :

Les pièces, fixées sur des balancelles rondes, sont plongées dans une cuve

de FINIGARD. Une fois sorties, les balancelles tournent sur elles mêmes afin d'éliminer

les excès de FINIGARD sur les pièces par voie de centrifugation.

F igur e 2.2: Procédé à l’attache sur des balancelles

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[ 23 ] ENIS SKG

Les supports forment une grille présentant des accroches. L’application

du FINIGARD est assurée par introduction des supports dans une cuve contenant le

produit.

F igur e 2.3: Procédé à l’attache par des supports

En discutant ce procédé, les pièces traitées ont la particularité d’avoir une géométrie

adaptable à l’accrochage. La figure 2.4 présente des exemples de ces pièces.

F igur e 2.4: Exemples de pièces traitées par le procédé à l’attache

Les avantages que présente ce procédé sont :

Bon aspect et état de surface,

Absence de chocs,

Permet de traiter des pièces longues ou des pièces de formes tubulaires creuses.

Les inconvénients présentés sont :

Importance du temps d’accrochage,

Nécessité de modification des supports par cause de variation des accroches

selon la forme des piéces à traiter.

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[ 24 ] ENIS SKG

2.3. Traitement par pulvérisation

Sur la figure 2.5 est présentée une autre solution technologique de traitement de

finigard. Cette solution consiste à pulvériser sous pression à travers des buses le FINIGARDsur les pièces à traiter. Pour assurer une bonne finition sur toutes les surfaces, les pièces

doivent se trouver sur un plateau tournant animé d’un mouvement de rotation par rapport au

bâti. La pression du produit est assurée par une pompe entrainée par un moteur électrique. La

protection de la pompe et de l’installation hydraulique contre l’augmentation brusque de

pression est assurée par un limiteur de pression.

F igur e 2.5 : traitement par pulvérisation

Les avantages de cette solution sont :

encombrement minimal de la machine,

traitement satisfaisant des pièces, ce type d'application confère un aspect

exceptionnel aux pièces traitées, n'engendre aucun mouvement ou choc.

fonctionnement simple de la machine.


coût élevé

utilisation d’une pompe de grande puissance.

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[ 25 ] ENIS SKG

3. Analyse fonctionnelle

La fonction principale de la machine est l’application d’une couche de finition

FINIGARD .

L’actigramme correspondant au système global de la machine est l’actigramme A-0

F igur e 2.6: Actigramme A-0

Pour assurer un tel fonctionnement, on doit fournir différentes formes d’énergies telles

que l’énergie électrique et l’énergie pneumatique. Sur la figure 2.9 est présenté le graphe

d’association du système proposé.

Les deux fonctions principales sont le traitement de finition des pièces et la sécurité de

l’opérateur. Cinq autres fonctions complémentaires peuvent être également introduites.

Machine de traitement organo-minérale

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[ 26 ] ENIS SKG

F igur e 2.7: Graphe d’association

4. Diagramme FAST

Les systèmes qui expliquent le fonctionnement de la machine sont :

Le système de manutention par deux vérins pneumatiques permettant la montée

descente du panier dans la cuve.

Le système de rotation du panier par un moteur réducteur couplé à une

transmission par engrenages à dentures parallèles.

Le système de basculement du panier par vérin pneumatique assurant

l’inclinaison du panier lorsqu’il est en position haute.

Le chauffage de la cuve par des circulateurs d’eau chaude au fond.

Enfin, l’agitation de la cuve par turbine.

Machine de

traitement

or ano-minérale

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[ 27 ] ENIS SKG

F igur e 2.8: Diagramme FAST

Système de manutention 2 Vérins

pneumatiques

Machine de

traitement

organo-minérale

Système de rotation du

panier

Système de basculement

du panier

Système de chauffage

Système d’agitation

Moteur réducteur+ Engrenage à

denture droite

Vérin

pneumatique

Des pompes ou

des résistances

électriques

Moteur

réducteur

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[ 28 ] ENIS SKG

5. Description de la solution choisie pour la machine de

traitement organo-minérale

Le procédé adapté est celui en vrac. Le cycle des pièces à traiter montre quel’application du FINIGARD est suivie d’une opération de séchage. L’industriel exige

l’utilisation du même panier contenant les pièces pour ces deux opérations. La conception de

notre machine dépendra donc de l’union de l’adaptation du procédé en vrac avec l’utilisation

du panier dont on dispose.

La figure 8 montre le panier considéré.

Figure2.9: Le panier

5.1. Fonctionnement de la machine

Les pièces à traiter sont soumises en vrac dans le panier. Un système de manutention

pneumatique assure le déplacement longitudinal du panier pour l’immerger dans le bain

contenant le FINIGARD et le dégager par la suite. Un moteur réducteur couplé avec un

système de transmission par engrenage permet la rotation du panier à l’intérieur et à

l’extérieur du bain. Une fois le panier est dégagé du bain, un vérin pneumatique assure son

basculement pour dégager l’excès de matière et aboutir à une couche de finition bien

déterminée. La température du FNIGARD est maintenue constante par un système de

chauffage par le fond.

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[ 29 ] ENIS SKG

5.2. Schéma cinématique

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[ 30 ] ENIS SKG

F igur e 2.10: Schéma cinématique de la machine

Cette solution permet de remplacer le travail manuel de l’opérateur par un mécanisme

automatisé présentant les avantages suivants :

Etat de surface bien maitrisé

Conformité des pièces aux exigences du domaine

Minimiser le temps de l’opération

5.3. Choix et description des différents systèmes de la machine

de traitement organo-minérale

5.3.1. Système de manutention

5.3.1.1. Choix de l’énergie du vérin [4]

Energie pneumatique/Energie hydraulique :

En hydraulique : P → 300 bar

Force supérieure à 50 000 N.

Positionnement intermédiaire et précis des vérins.

0 Cuve(Bâti)

1Vérin pneumatique

2

Support du panier

3Panier

4 pignon

5Roue dentée

6

Moteur réducteur pour

transmission

7 Plaque

8Vérin d’inclinaison

9

Moteur réducteur pour

agitation

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[ 31 ] ENIS SKG

Vitesse d’avance régulière (car l’huile est incompressible en pneumatique

: P →10 bar)

Force inférieure à 50 000 N.

Installation peu coûteuse (production centralisée de l’air comprimé)

Transport du fluide plus simple et beaucoup plus rapide (maxi de 15 à 50 m/s

contre 3m/s pour l’hydraulique)

Autres avantages des vérins pneumatiques :

La circulation de l’air comprimé dans le réseau de distribution entraîne des

pertes de charge ou chutes de pression plus faibles que celles liées à la circulation d’un

liquide comme l’huile.

Les faibles fuites internes ou externes, si elles se produisent, passent

pratiquement inaperçues et ne perturbent pas le fonctionnement du système.

Les outillages pneumatiques sont des composants robustes et fiables

nécessitant peu de maintenance, si le conditionnement d’air est correctement réalisé.

Les outillages pneumatiques sont robustes et peuvent se bloquer en cas de

surcharge sans risque de disjonction ni de description ni d’inflammation.

L’utilisation des vérins pneumatiques élimine les transmissions mécaniques

encombrantes et complexes.

Vue les avantages qu’ils présentent, la manutention du mécanisme est effectuée par

deux vérins pneumatiques double effet dont les mouvements sont synchrones. De même,

l’inclinaison du système est assurée par un vérin pneumatique double effet.

5.3.1.2. Choix du guidage des vérins

Il existe différents types de guidage des vérins :

a. Guidage par galets :

Le guidage transversal du vérin est assuré par huit galets fixés sur le bâti. Le guidage

axial du support est assuré par quatre galets fixés sur le bâti alors que le guidage radial est

assuré par 2 galets. (figure 2.11).

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[ 32 ] ENIS SKG

F igur e 2.11: Système de guidage par galets

Avantage :

Solution économique

Fonctionnement silencieux

Inconvénients :

Le parallélisme du mécanisme lors du levage n’ait pas maîtrisé.

La courte durée de vie des galets

b. Guidage linéaire :

Le fonctionnement du système est basé sur l’action de deux colonnes parallèles qui,

guidées par le corps et fixées à la plaque, guident la tige du vérin. Le système translate

correctement grâce à un dispositif de compensation

F igur e 2.12: Guidage linéaire par douilles à billes

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[ 33 ] ENIS SKG

Les guidages linéaires sont souvent réalisés par 4 douilles à billes, comme représenté

dans la figure 2.13.

Figure2.13: douille à billes

La structure des douilles à billes est simple ne nécessitant que peu de lubrification. De

ce fait, le guidage est considérablement fiable et les vitesses de déplacement peuvent aller

jusqu’à 5 m/s.

5.3.2. Système de rotation du panier

La rotation du panier est assurée par une transmission par engrenages à dentures

droites (figure 16).

F igur e 2.14: Engrenages à dentures droites

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[ 34 ] ENIS SKG

5.3.2.1. Choix du matériau des roues [5]

Le choix du matériau dépend de plusieurs paramètres :

Sa résistance chimique en contact avec le FINIGARD

Les efforts radial et axial appliquée sur les roues La valeur du coefficient de frottement

Pour choisir un matériau de haute résistance chimique et économique, on est amené à

penser aux engrenages plastiques. Le polypropylène et le polyamide sont les mieux

convenables.

a. Le polypropylène (PP) : Avantages et inconvénients :

Les polypropylènes sont des thermoplastiques partiellement cristallins, opaques, blanc

laiteux.

On distingue quatre familles : PP homo/Copo, PP+ 40% talc, PP+40% Mica, PP+30%

FV

Les avantages que présente ce matériau :

Bonne résistance chimique

Faible coefficient de frottement

Bonne résistance aux flexions répétées

Bonne résistance au choc

Grande facilité de mise en forme

Excellent isolant électrique

Faible cout..

Toutefois les inconvénients sont :

Très sensible au soleil (il faut les protéger en ajoutant des stabilisants)

Grand retrait au moulage.

b. Les polyamides (PA) : Avantages et inconvénients :

Les polyamides sont très connus sous des noms commerciaux tels que Nylon (PA 6.6),

Rilsan (PA 11) ou Technyl (PA 6.6). Les PA sont partiellement cristallins. Ils sont opaques.

On distingue schématiquement trois familles : PA6, PA66, PA11. Les PA6 et 66, associés à

des fibres de verre (courtes), présentent des propriétés mécaniques améliorées.

Propriétés :

Leur résistance aux solvants et aux bases

Leur tenue en fatigue ;

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[ 35 ] ENIS SKG

Leurs résistances aux chocs répétés et à l’abrasion, leur faible coefficient de

friction

Leurs résistances élevées à la rupture en traction et aux sollicitations à grande

vitesse

Leur résistance au fluage

La conservation de leurs excellentes propriétés dans un large domaine de

température s’étendant de – 50 à + 170° C selon les types de polyamides.

Les propriétés limitatives sont essentiellement :

Leur reprise d’humidité (qui entraîne, pour les polyamides qui y sont le

plus sensibles, une variation dimensionnelle importante et affecte leurs propriétés),

Les propriétés mécaniques sont altérées quand les polyamides sont maintenus

en présence d’eau

Leur sensibilité à l’entaille

Leur oxydabilité à haute température

Leur résistance au feu.

F igur e 2.15: Absorption d’humidité (%) à saturation dans l’eau

c. Absorption des deux matériaux :

On dispose de deux échantillons l’un en polypropylène l’autre en polyamide, de même

dimensions. On les introduit dans deux béchers de 450 ml remplis de FINIGARD pendant

24h.

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[ 36 ] ENIS SKG

Résultat de l’expérience :

Polypropylène Polyamide

Masse initiale (g) 40 50

Masse après expérience (g) 40.2 53.06

Absorption (%) 0.5 6.12

Tableau 1: Mesure de l’expérience

Vue que le FINIGARD est à base d’eau, on remarque que l’absorption du polyamide

est élevé ce qui altère ces propriétés mécaniques.

On choisit donc le polypropylène.

Pour rigidifier la structure on utilise des plaques de renforts en dessus et en dessous de

la roue dentées en acier inox.

5.3.2.2. Identification du type de polypropylène

On va utiliser le polypropylène présent dans la société, il faut donc identifier son type.

On effectue pour cela trois essais de traction déterminant la limite élastique du matériau.Eprouvette de traction :

Sur la figure 2.16 est représentée l’éprouvette de traction selon la norme NF EN ISO

527

F igur e 2.16: Eprouvette de traction

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[ 37 ] ENIS SKG

Essais de traction :

Type : Cylindre

Hauteur : 73,6 Diamètre : 7,6 Section : 45,365

1er essai :

Figure 2.17: Courbe de traction du 1er essai

Résultats :

Longueur initiale : Lo=60

Longueur finale : Lu=83,71

Section initiale : So=45,365

Allongement après rupture : A=39,517 %

Charge maximum : Fm=1,507 KN

Charge unitaire de rupture : R m =33,23 N/mm²

2éme essai:

F igur e 2.18: Courbe de traction du 2éme essai

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[ 38 ] ENIS SKG

Résultats :

Longueur initiale : Lo =60

Longueur finale : Lu =85,15

Section initial: So= 45,365

Charge maximum: Fm= 1,483 KN

Charge unitaire de rupture : R m= 32,7 N/mm²

3éme essai:

Figure 2.19: Courbe de traction du 3émé essai

Résultats :

Longueur initiale : Lo =60

Longueur finale : Lu =84,34

Section initial: So =45,365

Charge maximum: Fm= 1,531 KN

Charge unitaire de rupture : R m =33,759 N/mm²

Figure 2.20: Courbe contrainte en fonction de la déformation

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[ 39 ] ENIS SKG

En traçant la tangente à la courbe de la figure 2.20 dans la zone élastique on trouve :

R e = F / S = 22.04 N/mm²

Par identification avec le tableau de l’annexe (1), on déduit que le matériau est le

polypropylène PP homo/ copolymère.

5.3.3. Système de chauffage

Une résistance chauffante est un élément électrique passif, ayant la propriété de

dégager de la chaleur, lorsqu’elle est traversée par un courant électrique. Elle est

généralement destinée à chauffer de l’air dans un local, une surface conductrice de chaleur, du

liquide ou du gaz. Alimentée par un courant électrique continu, alternatif mono ou polyphasé,

sa conception est variable selon l’utilisation : blindée, accessible, souple, tubulaire, à ailette

ou inaltérable aux agents corrosifs.

Figure2.21: résistances électriques blindées (sans ou avec ailettes)

Caractéristiques :

Facile à installer

Disponible dans une grande variété de gaines, diamètres et puissances

nominales

Positionnement précis de la source de chaleur

Variété illimitée de forme

Contrôle facile de la génération de chaleur

Entretien minimal et longue durée de vie

Excellente isolation électrique interne et conduction de chaleur

Le chauffage est effectué au fond de la cuve, selon la puissance de chauffage on

choisit soit le chauffage par des résistances électriques blindées ou par des pompes de

circulation d’eau chaude provenant de la chaudière.

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[ 40 ] ENIS SKG

5.3.4. Système d’agitation

Un agitateur a pour but d'assurer l'homogénéisation d'un milieu (homogénéisation du

point de vue des composants du milieu et de la température). La fonction première d’un

agitateur est donc de mettre des liquides en mouvement à un débit et une vitesse données qui permettra de répondre, agiter, mélanger, dissoudre… des produits miscibles ou non-miscibles

afin d’obtenir un degré d’uniformité désiré dans un réservoir.

Un dispositif d’agitation est constitué :

d’un système d’entraînement

d’un arbre

d’un ou plusieurs mobiles d’agitation

Il faut tenir compte de plusieurs contraintes dépendant :

de la géométrie de la cuve sur laquelle l’agitateur est installé

du régime de fonctionnement

des produits à mélanger

Elles permettent de choisir :

le matériau (à partir de la nature des produits mélangés et des conditions de

pression et de température)

le système d’étanchéité (à partir des conditions de pression, de température et

des produits mélangés)

la conception mécanique et la longueur d’arbre (à partir de la forme de la cuve,

des contraintes d’implantation...).

Il existe différents types d'agitateur en fonction du milieu, de la configuration de

l'unité et de l'effet désiré. On distingue donc selon l’effet désiré les agitateurs à débit radial et

ceux à débit axial.

F igur e 2.22: Types d’agitateurs

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[ 41 ] ENIS SKG

Mélange radial :

Le mélange radial provoque un mouvement au niveau de l'agitateur: le fluide part du

centre du récipient, est propulsé par l'agitateur vers les parois d'où il est renvoyé vers le

centre.

Pour ce cas les types d’agitateurs sont : turbine, ancre, plaque, grille…

Mélange axial :

Le mélange axial provoque un mouvement dans tout le récipient : l’agitateur comme

une pompe qui aspire le fluide le long de son axe avant de le rejeter vers le bas. Le fluide

remonte alors le long des parois et une fois dans la partie supérieure du récipient est aspiré

vers le centre avant de redescendre.

Les types d’agitateurs sont : hélice, turbine à pales inclinées, agitateur ruban…

Pour notre machine on utilise un système d’agitation par hélices à pales inclinés avec

une vitesse lente.

Le choix entre les solutions technologiques des différents organes de la machine

aboutit à la modélisation suivante :

F igur e 2.23 : Machine de traitement organo-minérale

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[ 42 ] ENIS SKG

6. Conclusion

Dans ce chapitre, on a défini les différentes solutions technologiques de la machine de

traitement organo-minérale. En outre, les critères de choix de la solution convenable au besoin

de la société ont été spécifiés. Enfin, on a détaillé le fonctionnement de la solution retenu.

Dans le chapitre suivant, on va s’intéresser au calcul et au dimensionnement de la machine.

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CHAPITRE 3

CALCUL ET DIMENSIONNEMENT

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Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement

[ 44 ] ENIS SKG

1. Introduction

Pour garantir un bon fonctionnement et une longue durée de vie de la machine de

traitement à réaliser, ce chapitre est consacré au calcul et dimensionnement des différents

composants de la machine les plus sollicités. La vérification de la résistance est également

présentée en se basant sur la méthode des éléments finis et le calcul RDM.

2. Dimensionnement des vérins pneumatiques [6]

2.1. Vérins de manutention

2.1.1. Calcul du diamètre d’alésage du vérin

La charge statique appliquée au vérin est due à la masse du support avec le panier.

Cette charge est calculée à partir de la formule suivante :

Cs = (3-1)

Avec :

m : masse du support et du panier

g : accélération de pesanteur

La pratique montre qu’on obtient un bon comportement du vérin avec un taux de

charge inférieur ou égal à 75% (Barlier 1995).

Dans notre cas, on choisit τc = 75%.

D’où la charge dynamique Cd théorique produit par le vérin est égal à :

Cd=

(3-2)

Accélération de la pesanteur : g g = 210 m.s

Masse du support avec

panier : m

m = 90 kg

Charge statique : Cs Cs = 45 daN

Charge dynamique : Cd Cd = 60 daN

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[ 45 ] ENIS SKG

Tableau 2: Calcul de l’effort dynamique des vérins

L’étape suivante consiste à trouver le vérin dont la force dynamique Fd est égale ou

supérieure à la charge dynamique.Fd ≥ Cd (3-3)

D’après les abaques (annexe3.1), le point de rencontre relative de 4 bars et la charge

dynamique de 60 daN se situe entre les courbes des vérins de diamètre D 40 et 50mm.

D’autre part le rendement d’un vérin est défini par :

ρ= (3-4)

D’après les deux relations précédentes on obtient

Fs ≥

En admettant un rendement minimum ρ=0.8

Comme la force statique à la sortie de la tige est

Fs= p (3-5)

Le diamètre de l’alésage de la tige du vérin est donc calculé par la formule suivante :

D =

(3-6)

Avec p : pression de l’air à l’entrée du vérin

Sur le tableau 3 sont récapitulées les valeurs numériques des différents paramètres

étudiés.

Tableau 3: Calcul du diamètre d’alésage de la tige des vérins de manutention

Pression de l’air : p p=4 bar

Rendement du vérin : ρ ρ= 0.8

Diamètre d’alésage de la tige du vérin : D D = 48.86 mm

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[ 46 ] ENIS SKG

Figure3.1: Vérin pneumatique

2.1.2. Calcul du taux de charge corrigé

L’effort dynamique réel F' se calcule à l’aide de la formule suivante :

2DF' p

4

(3-7)

Le taux de charge réel s’exprime par la formule suivante :

r =F'

(3-8)

Les résultats numériques sont récapitulés dans le tableau 4 :

Tableau 4 : Calcul du taux de charge corrigé

2.1.3. Calcul de l’effort dynamique à l’entrée de la tige du vérin

L’effort dynamique à l’entrée de la tige du vérin est déterminé à partir du

tableau présenté dans l’annexe (3.2) .Pour une pression p=4 bar et un diamètre du piston égal

à D= 50mm, correspond la valeur numérique de l’effort dynamique à l’entrée de la tige du

vérin Fe=62daN.

2.1.4. Calcul de l’effort théorique du vérin à la sortie de la tige

L’effort théorique du vérin du côté de la chambre avant est déterminé par la formule

suivante :

2 2(D d )F p

4

(3-9)

Avec d : diamètre de la tige

Diamètre du piston : D D = 50 mm

Pression de l’air : p p = 4 bar

Effort dynamique réel : F' F' = 78.5 daN

Taux de charge réelle : τr τr = 57 %

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[ 47 ] ENIS SKG

Pour un diamètre d’alésage de vérin (D = 50mm) correspond un diamètre de la tige d

égal à 18 mm (annexe 3.2), suivant le fonctionnement du système

A.N F= 68.4 daN

2.1.5. Calcul de la durée de vie des joints

La durée de vie des joints ne dépend que de la course du vérin.

D’après le tableau de l’annexe (3.3), la plus grande course normalisée du vérin

correspondant au diamètre nominal D=50 mm est C= 400mm.

Alors qu’il existe sur le marché C = 500 mm, et qui convient mieux pour le

fonctionnement du système de manutention.

Pour cette valeur de la course, à partir de l’abaque présenté dans l’annexe (3.4),

on trouve une durée de vie des joints égale à DU = 2 106

manœuvres de vérin.

2.1.6. Vérification de la résistance de la tige au flambage

La charge critique est calculée par la formule suivante :

2

c 2

E IF p

C

(3-

10)

Le moment polaire I est déterminé par la formule suivante :

I = π d4 / 64 (3-11)

La condition de la résistance au flambage est définie par :

cFF

s

(3-12)

Avec

module d’élasticité (déterminé à partir de l’annexe 3.5): E 3E 210x10 MPa

coefficient de sécur ité (déterminé par l’annexe 3.6) : s s = 1.7

Tableau 5: Paramètres de la résistance de la tige

A.N Fc / s = 1005 daN

On vérifie donc la résistance de la tige du vérin au phénomène de flambage.

2.1.7. Détermination de la vitesse de déplacement

La vitesse maximale de déplacement de la tige est déterminée à partir de l’abaque de

l’annexe 3.7.

1

MaxV 0,7 m.s

.

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[ 48 ] ENIS SKG

Nous avons choisi une vitesse de déplacement égale à -1V=0,2 m.s . Ce qui vérifie les

conditions précédentes.

2.1.8. Calcul du débit d’air

Le débit de l’air nécessaire pour soulever la charge du panier est égale à :

Q 2 V S (3-13)

2DS

4

(3-14)

Avec :

S : section du piston

Q=7.85

10-4 m 3 /s

Q= 47.12 l/min

Ce qui est adaptable avec le compresseur de la société.

2.1.9. Les amortisseurs

Tout mobile de masse M et de vitesse v possède une énergie cinétique. Il en est de

même pour le système composé des parties mobiles du vérin (piston, tige et moyen

d’attelage) et de la charge entrainée. Si le vérin arrive à grande vitesse en fin de course, il peut

en résulter un choc plus ou moins violent sur le fond du vérin ou sur les butées extérieures.

Ces chocs sont néfastes pour les organes du vérin et les mécanismes d’où la nécessité

d’introduction d’un amortisseur pour absorber l’énergie cinétique absorbée.

On choisit le cas d’un amortisseur pneumatique dont le piston porte un moyeu venant

s’engager en fin de course dans l’alésage du flasque du vérin. L’air emprisonné entre le piston

et le flasque passe par l’étranglement ajusté par une vis pointeau. Deux effets se conjuguent.

D’abord l’air emprisonné amortit la plus grande partie du choc, ensuite le réducteur de débit

réduit suffisamment la vitesse pour que le choc final soit atténué.

F igur e 3.2: Symbole vérin double effet avec amortisseur pneumatique

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[ 49 ] ENIS SKG

Figur e 3.3: Principe de l’amortissement pneumatique

2.1.10. Calcul du diamètre de l’axe de pivotement

a. Vérification de la résistance de l’axe au cisaillement :

La contrainte de cisaillement est exprimée par la relation :

τ = =

rod (3-15)

Avec T = Fr / 2

La condition de résistance au cisaillement s’écrit :

τ ≤ pg

R (3-16)

pgR =

egR

Pour un acier allié, d’après l’annexe (3.8)eg e

R 0,8 R

L’équation (3-16) s’écrit alors:

r

ro pg

2 Fd

R

(3-17)

Avec

T : effort tranchant agissant sur l’axe T=225N

R e : résistance élastique R e = 700MPa

egR : Résistance élastique au cisaillement. egR = 560 MPa

s : coefficient de sécurité (annexe3.9) s= 4

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[ 50 ] ENIS SKG

pgR : Résistance pratique au cisaillement

pgR = 140 MPa

rod : Diamètre de l’axe ro

d ≥ 1.43 mm

Tableau 6: Résistance au cisaillement de l’axe de pivotement

b. Vérification de la résistance à la flexion de l’axe de la rotule :

Le moment fléchissant maximal est déterminé par la formule suivante :

fz r M F l (3-18)

Avec :

l : longueur de l’axe égal à l=150mm

r F : Effort exercé sur le vérin

La contrainte maximale max est déterminée par la formule suivante :

maxmax fz

Gz

yM

I (3-19)

romax

dy

2 (3-20)

4

roGz

dI

64

(3-21)

Avec :

maxy : Flèche maximale

GzI : Moment quadratique

La condition de résistance de l’axe à la flexion s’écrit :

max peR (3-22)

R pe = R e /s. on prend s = 4

L’équation (3-22) s’écrit alors:

3ro

32 Mfz sd

Re

(3-23)

Soit : rod ≥ 15.77 mm

Dans notre cas, on prend un diamètre vérifiant à la fois la résistance au cisaillement et

à la flexion. Soit : rod 16 mm.

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[ 51 ] ENIS SKG

2.2. Vérin d’inclinaison

2.2.1. Calcul du diamètre d’alésage du vérin

Cs . Cos α (3-24)

A.N Cs = 90 daN

Avec

α : angle d’inclinaison du support ; 0≤ α ≤ 50°

Cd

A.N Cd = 120 daN

Fd ≥ Cd

D’après les abaques (annexe3.1), le point de rencontre relative de 4 bar s et la charge

dynamique de 120 daN se situe entre les courbes des vérins de diamètre D 63 et 80mm.

D’autre part le rendement d’un vérin est défini par :

ρ= Fs ≥

ρ=0.8

Fs= p

Le diamètre de l’alésage de la tige du vérin est donc calculé par la formule suivante :

D =

Avec p : pression de l’air à l’entrée du vérin

Sur le tableau 7 sont récapitulées les valeurs numériques des différents paramètres

étudiés.

Tableau 7: C alcul diamètre du vérin d’inclinaison

On prend donc D = 80 mm.

2.2.2. Calcul du taux de charge corrigé

2DF' p

4

r =F'

Pression de l’air : p p=4 bar

Rendement du vérin : ρ ρ= 0.8

Diamètre d’alésage de la tige du vérin : D D = 69.09 mm

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[ 52 ] ENIS SKG

Les résultats numériques sont récapitulés dans le tableau 8:

Tableau 8: Taux de charge du vérin d’inclinaison

Pour améliorer le taux de charge on peut agir sur la pression vue qu’elle est réglable

par l’introduction d’un régulateur débit.

En effet pour p= 3 bar ; F' = 150.7 daN ; τr= 59 %

2.2.3. Calcul de l’effort dynamique à l’entrée de la tige du vérin

A partir du tableau présenté dans l’annexe (3.2) , Fe=170 daN.

2.2.4. Calcul de l’effort théorique du vérin à la sortie de la tige

2 2(D d )F p

4

D’après l’annexe (3.2), d = 22 mm

A.N F= 185.8 daN

2.2.5. Calcul de la durée de vie des joints

D’après le tableau de l’annexe 3.3, parmi les courses normalisées du vérin correspondant

au diamètre nominal D=50 mm, on prend C= 400mm.

Pour cette valeur de la course, à partir de l’abaque présenté dans l’annexe 3.4 , on

trouve une durée de vie des joints égale à DU = 2.8 106 manœuvres de vérin.

2.2.6.

Vérification de la résistance de la tige au flambage

2

c 2

E IF p

C

I=πd4/64

La condition de la résistance au flambage est définie par :

cFF

s

module d’élasticité (déterminé à partir de l’annexe 3.5): E 3E 210x10 MPa

Diamètre du piston : D D = 80 mm

Pression de l’air : p p = 4 bar

Effort dynamique réel : F' F'= 201 daN

Taux de charge réelle : τr τr = 45 %

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[ 53 ] ENIS SKG

coefficient de sécur ité (déterminé par l’annexe 3.6) : s = 2

Tableau 9: Paramètres de calcul

A.N Fc / s = 2979 daN

D’ où la vérification de la résistance de la tige du vérin au phénomène de flambage.

2.2.7. Détermination de la vitesse de déplacement

Nous avons choisi une vitesse de déplacement égale à -1V=0,2 m.s .

2.2.8. Calcul du débit d’air

Le débit de l’air nécessaire pour soulever la charge du panier est égale à :

Q 2 V S (3-25)2

DS

4

(3-26)

Avec :

S : section du piston

Q=2*10-3 m 3 /s

Q= 120 l/min

2.2.9. Choix de la rotule et du système de fixation du vérin

Les systèmes de fixation des vérins sont multiples et sont représentés dans l’annexe

(3.10).Vue la position inclinée du vérin, on choisit une rotule (A) pour la fixation avant et un

tourillon ou pivot (H) pour celle arrière. Suivant le diamètre d’alésage D=80mm, les

références sont : la référence KF-17080 (annexe 3.11) pour la rotule et la référence KF-13080

(annexe 3.12) pour le tourillon.

L’axe de la chape est arrêté en translation par deux circlips.

On choisit de même le cas d’un amortisseur pneumatique intégré au vérin.

Le support sur lequel est fixé le vérin d’inclinaison est un support rectangulaire 70*40

soudé sur une longueur de 100mm sur les plaques .Ce choix est effectué après étude et

optimisation sur RDM6 de la réaction du tube :

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[ 54 ] ENIS SKG

Figur e3.4 : Modélisation du support

Résultats

F igur e 3.5 : Résultat de la réaction du support

La contrainte maximale est de 130MPa qui est inférieure à la contrainte admissible

(147MPa).

2.2.10. Calcul du diamètre de l’axe de la rotule

a. Vérification de la résistance de l’axe au cisaillement :

τ = = rod

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[ 55 ] ENIS SKG

La condition de résistance au cisaillement s’écrit :

τ ≤ pgR

dro ≥

pgR

T : effort tranchant agissant sur l’axe de la rotule T=900N

R e : résistance élastique R e = 700MPa

egR : Résistance élastique au cisaillement.egR = 560 MPa

s : coefficient de sécurité s= 4

pgR : Résistance pratique au cisaillement

pgR = 140 MPa

rod : Diamètre de l’axe de la rotule ro

d ≥ 2.86 mm

Tableau 10: C alcul diamètre de l’axe de la rotule

b. Vérification de la résistance à la flexion de l’axe de la rotule

fz r M F l

Avec :

l=100mm

r F : Effort exercé sur le vérin

La contrainte maximale max est déterminée par la formule suivante :

maxmax fz

Gz

yM

I

romax

dy

2

4

roGz dI

64

Avec :

maxy : Flèche maximale

GzI : Moment quadratique

La condition de résistance de l’axe à la flexion s’écrit :

max peR

R pe = R e /s. on prend s = 4

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[ 56 ] ENIS SKG

L’équation (3-2 1) s’écrit alors:

3ro

32 Mfz sd

Re

Soit : rod ≥ 17.36 mm

On prend rod 20 mm.

3. Dimensionnement de l’unité de guidage [7]

Le dimensionnement de l’unité de guidage s’appuie essentiellement sur la vérification

de la condition du non-arc-boutement .Cette condition s’écrit :

f : coefficient d’adhérence entre les surfaces de contact

L : longueur du guidage (3-27)

: Distance entre la direction de l’action mécanique et l’axe de la

liaison.

On désire utiliser des douilles à billes, les deux surfaces de contacts sont donc acier-

acier ayant pour coefficient de frottement 0.2

étant égale à 55mm donc L >=22mm.

On choisit une unité de guidage forme H avec 8 douilles à billes KH2030.

Le dimensionnement de l’unité de guidage est effectué selon la norme ISO6432

(voir annexe3.13).Pour la fixation des formes H sur la cuve, on fait un méplat de 5mm sur

l’unité, un fer plat est soudé sur le méplat et une cornière vient se fixer par des vis au fer plat

d’une part et soudé sur la cuve d’autre part.

2f

L

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[ 57 ] ENIS SKG

F igur e 3.6: Unité de guidage linéaire

4. Calcul de la puissance du moteur-réducteur [5]

Vu que le panier tourne à une faible vitesse, la réduction à partir de 1440 tr/mn se fait par

deux rapports:

1er rapport du moteur réducteur :

Roue et vis sans fin : r 1 = 24

2éme rapport de réduction :

Engrenage : r 2 = 4.5

Le rapport de réduction global est

r = r I * r 2 (3-27)A.N r = 108

La fréquence d’entrée est la fréquence de rotation de l’arbre moteur

Nm = Ne = 1440tr/min → We = 150.79 rd / s

Or

r = → Ws =

(3-28)

La puissance de sortie est donnée par la formule suivante :

Ps = M p . Ws (3-29)

M p est le moment polaire exprimée par :

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[ 58 ] ENIS SKG

M p = I . ε = .

(3-30)

La puissance d’entrée est reliée à celle de sortie par :

Pe =

(3-31)

Le rendement η est obtenu par le produit des deux rendements η1 (roue-vis) et η2

(roue-pignon)

η1= 0.5 ; η2= 0.9

M: masse de la charge M = 120 Kg

R : rayon du panier R = 0.24 m

Td : temps de démarrage du moteur Td = 0.07 s

Ws : vitesse angulaire de sortie du systéme Ws = 1.4 rd / s

Ps : puissance de sortie Ps = 96.768 W

Pe : puissance du moteur Pe = 215 W

Tableau 11: Calcul de la puissance du moteur

Le couple d’entrainement est défini par :

C = (3-32)

Le couple d’entrée est donc Ce =

A.N Ce = 1.43 N.m

Le couple de sortie est Cs =

A.N Cs = 69.12 N.m

L’application de la finition varie d’une gamme de produits à un autre, l’utilasation

d’un variateur de fréquence avec un moteur de puissance 0.35 Kw permet de s’adapter à la

qualité et la quantité des pièces.

5. Calcul des engrenages

5.1. Calcul du module [8]

bdi² = 19 106 ( ) (

) (1+) ys y υ (3-33)

bdi² = 8 m Z1² m² = 8 m3 Z12 (3-34)

Par suite m = [ ( ys y υ]

1/3

(3-35)

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[ 59 ] ENIS SKG

E : module d’élasticité E = 1400 MPa

α : angle de pression α = 20°

Z1 : nombre de dents du pignon Z1 = 30

P : puissance P = Pn η2 = 370 * 0.5 = 185 W

σ = σHadm : contrainte admissible σHadm =σe =

* 22.04 = 14.66 Mpa

n = n p : fréquence de rotation du pignon n p = 60 tr /min

i1,2 : rapport de réduction i1,2 = 4.5

ys ys = 1.05

y υ y υ = 1.1

m : module des roues m = 4

Tableau 12: Calcul du module d’engrènement

5.2.

Caractéristiques des roues à denture droite normale (α =20 °) [9]

Toute les roues à denture droite et de même module engrènent entre elles, quels que

soient leur diamètre et leur nombre de dents

Roue Pignon

Module m : déterminé à partir du calcul

précédent de résistance des

matériaux

m = 4

Nombre de dents Z : déterminé à partir des

rapports des vitesses r 2= =

Zr = 135 Z p = 30

Pas p = m .π p = 12.5

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[ 60 ] ENIS SKG

Saillie ha = m ha = 4

Creux hf = 1.25. m hf = 5

Hauteur de dent h = ha + hf = 2.25. m h = 9

Diamètre primitif d = m. Z dr = 540 d p = 120Diamètre de tête da = d + 2m dar = 548 dap = 128

Diamètre de pied df = d – 2.5m dfr = 530 dfp = 110

Largeur de denture b = k .m (k valeur à se fixer

fréquemment 8 ou 10) on prend

k=8

b = 32

Entraxe de deux roues a = =

+ a = 330

Tableau 13: Caractéristiques des roues

5.3. Calcul de la clavette [9]

Une clavette est une pièce destinée à rendre solidaires un organe de machine et un

arbre. On utilise une clavette pour permettre la liaison en rotation du pignon et de l’arbre du

moteur réducteur.

La clavette est longitudinale, parallèle à l’axe des pièces à immobiliser.

On choisit un clavetage forcé dont la liaison est obtenue par coincement de faces

intérieures et supérieures de la clavette sur ses portées, de forme A de longueur 28mm

F igur e 3.7: Clavette forcée

D’après l’annexe (3.14) on déduit le tableau suivant :

D a b h Smin j K 1

30 8 7 11 0.25 d-4 d+2.4

Tableau 14: Dimensionnement de la clavette

Par suite j= 26 ; K 1 = 32.4

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[ 61 ] ENIS SKG

L’arrêt en translation du pignon par rapport à l’axe du moteur réducteur est effectué

par un circlips et un épaulement dans l’axe du moteur réducteur.

6. Paliers de guidage en rotation

6.1. Les coussinets [5]

Ce type de guidage présente une solution simple à mettre en œuvre, économique et

assurant un fonctionnement silencieux. Les coussinets existent sous des formes et dimensions

normalisés différentes.

F igur e 3.8: Types de coussinets

Ces bagues peuvent fonctionner à sec ou avec lubrification pour diminuer le

frottement. Le calcul des dimensions du coussinet est estimé par le calcul du produit P*V.

La pression diamétrale P (N/mm2) donnée par la formule suivante :

P=F / (d*L) (3-36)

F : la charge radiale sur le palier(N)

d : diamètre d’alésage du coussinet (mm)

L : longueur du coussinet (mm)

La charge radiale F est exprimée

F = (3-37)

C : couple D : diamètre

Pour le pignon C = Ce = Pe / We = 2.45 N.m

Pour la roue C = Cs = Ps / Ws = 119 N.m

La vitesse circonférentielle V en m/s :

V=R*

(3-38)

Avec :

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[ 62 ] ENIS SKG

R : rayon intérieur du coussinet

: vitesse angulaire en rd/s (=2πN/60)

Le facteur P*V permet de s’assurer, en fonction du matériau du coussinet, s’il serait capable

de supporter l’énergie engendrée par le frottement. La condition est donc

P*V ≤ (P*V )adm (3-39)

Coussinet de

guidage pourMatériau ϕ L F P(MPa) V(m /s) P*V (P*V)admi

pignon Téflon 37 40 66.22 0.045 0.0944.23

10-3 1.5

Roue Téflon 78 40 1525.64 0.5 0.049 0.045 1.5

Tableau 15: Dimensionnement des coussinets

Le montage d’un coussinet dans l’alésage se fait avec un ajustement serré.

Figure 3.9 : Montage d’un coussinet

6.2. Résultats de l’emploi des coussinets

L’utilisation du coussinet pour le guidage de la roue dentée pose problème. En faite, dans

la position la plus défavorable de la machine c'est-à-dire le support est incliné de 50° de la

position verticale ; le frottement entre l’inox et le téflon minimise la durée de vie du coussinet

et la coplanarité des roues dentées n’est plus respectée. Pour cela ,on utilise deux roulements à

billes logés entre un arbre fixe soudé sur le support et un moyeu tournant qui permet la

7/18/2019 Gem 08802258



[ 63 ] ENIS SKG

rotation de la roue dentée ,donc du panier remplie de pièces .Pour garder un système étanche,

l’utilisation de deux joints d’étanchéité est recommandée. Un joint est disposé lors de la mise

en place du couvercle qui s’appuie sur la bague extérieure du roulement.

6.3. Les roulements [10]

En tenant compte du diamètre de l’axe tournant guidant le diamètre extérieur du

roulement d’une part et du catalogue fournisseur (annexe 3-15) d’autre part, on

choisit d’introduire deux roulements à billes de diamètre intérieur d = 40 mm, de diamètre

extérieur D = 68mm et d’épaisseur B = 15mm.

La distance entre les deux roulements représente la longueur de guidage L.

L = 1.5 à 2 x dOn prend L = 1.8 x d = 72 mm.

La charge dynamique équivalente appliquée sur les roulements est :

P = X Fr + Y Fa (3-40)

En effet, d’après l’annexe (3-16) le calcul du rapport Fa / C0 détermine la valeur de e. Et en

comparant le rapport Fa / Fr à e, on trouve la valeur de X et Y.

Avec Fr : effort radial, Fa : effort axial.

X et Y : coefficients à déterminer.

C0 : charge de base statique déterminée d’après l’annexe (3-15): C0 = 780 daN =7800N

La durée de vie souhaitable s’exprime :

Lh = L10 → L10 =

Lh (3-41)

Lh : durée de vie souhaitable du roulement

(annexe 3-17)

Lh = 20000 h

N : fréquence de rotation N = 15 tr/min

L10 : durée de vie du roulement L10 = 18 millions de tours

Tableau 16 : Durée de vie du roulement

La charge dynamique du roulement s’écrit :

C = P x (L10)^(1/3) (3-42)

6.3.1 En position verticale

Dans cette position, on ne dispose que d’effort axial alors :

P= Y Fa

L’effort radial Fr tend vers 0, par suite le rapport Fa / Fr tend vers ∞ donc supérieur à e.

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[ 64 ] ENIS SKG

Fa 900 N

Fa / C0 0.128

D’après l’annexe (3-16), 0.27 ≤ e ≤ 0.31 0.31

Y 1.4

P 1260 N

C 3302 N

Tableau 17 :Calcul de la charge dynamique du roulement en position verticale

6.3.2 En position inclinée

Fa = F sin α

Fr = F cos α

Fa 690 N

Fr 587.5 N

Fa / C0 0.088

D’après l’annexe (3-16),

0.27 ≤ e ≤ 0.31

0.27

Fa / Fr 1.17

X 056

Y 1.6

P 1433 N

C 3755 N

Tableau 18 : Calcul de la charge dynamique du roulement en position inclinée

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[ 65 ] ENIS SKG

6.3.3 Conclusion

Dans chacune des deux positions la charge dynamique équivalente appliquée sur les

roulements est inférieure à la charge qu’ils peuvent supporter. Cette charge est déterminée

d’après l’annexe (3-15), C = 1020 daN = 10200 N.

7. Calcul de la puissance des résistances chauffantes

7.1. Bilan d’énergie

Le bilan d’énergie dans la cuve est représenté par la relation suivante :

(Energie d’entr ée) + (Energie génération) = (Energie de Sortie) + (Energie

d’accumulation)

W = MF CPF ( TcF - TfF ) + MI CPI (TcI – TfI) + Meau CPeau (Tceau – Tfeau) (3.43)

Avec

F : FINIGARD I : charge en inox

Mi : masse de l’élément i

CPi : chaleur massique de i

7.2. Puissance des résistances chauffantes

On suppose que le FINIGARD, la charge et la masse d’eau se chauffe pendant la

même durée ∆t = 1h = 3600 s.

La puissance nécessaire pour chauffer la cuve est donc

P = (3.44)

P =

+

–

+

–

(3-45)

A.N P = 12kW

Vue l’importance de cette puissance, nous sommes face à deux solutions de chauffage

de la cuve. L’une est les résistances chauffantes, l’autre est l’introduction de circulateurs

d’eau chaude provenant d’une chaudière déjà existante dans la société.

Le climat, à l’été, favorise le maintient de température à 20°C. Le problème de

chauffage sera donc traité ultérieurement.

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[ 66 ] ENIS SKG

8. Calcul d’agitation [5]

8.1. Calcul de la puissance du moteur réducteur d’agitation

Le nombre de Reynolds s’exprime :

R e = (3-46)

Avec ρ : masse volumique du finigard (kg/m3)

N : vitesse de rotation (s-1), N = n / 60 où n est la fréquence de rotation de l’arbre

du moteur.

D : diamètre du mobile (m)

: viscosité (kg/ m .s)

A.N R e = (1027*60*0,32)/0.06

R e =1540

Cette valeur correspond à un régime laminaire donc à un nombre de puissance

N p = 0,5 d’après l’annexe (3.18).

La puissance dissipée est :

P = N p ρ N3 D5 (3-47)

On choisit un moteur réducteur de puissance 0.18 Kw

8.2. Calcul du diamètre de l’arbre d’agitation

8.2.1. Calcul de l’arbre en torsion

Le couple en torsion est exprimé par :

Mt = (3-48)

A.N Mt = 29 N.m

La condition de résistance à la torsion s’écrit :

τ ≤ τa (3-49)

La contrainte admissible de l’arbre en torsion est τ a = 20 MPa.

7/18/2019 Gem 08802258



[ 67 ] ENIS SKG

τ = (3-50)

Avec I0 = ; v =

L’équation (3-49) devient

d ≥ ^(1/3) (3-51)

A.N d ≥ 19.47 mm

8.2.2. Calcul de l’arbre en flexion

Le couple en flexion est exprimé par :

Mf = x La (3-52)

A.N Mf = 116 N.m

La condition de résistance à la flexion s’écrit :

η ≤ ηa (3-53)

La contrainte admissible de l’arbre en flexion est ηa = 100 MPa.

η=

(3-54)

Avec I = ; v =

L’équation (3-53) devient

d ≥ ^(1/3) (3-55)

A.N d ≥ 22.77 mm

On prend d = 30 mm.

9. Calcul par éléments finis

9.1. Résistance de la structure de la cuve

La cuve est fabriqué à partir de tôles épaisseur 3mm pliés. Pour renforcer la structure,

deux tubes croisés sont disposés au fond et un tube au milieu de la cuve afin d’annuler toute

possibilité de flexion de la cuve suite à un poids de 1300 kg de finigard.

7/18/2019 Gem 08802258



[ 68 ] ENIS SKG

La simulation aboutit aux résultats suivants :

Contraintes de Von Mises

La contrainte maximale 15 MPa est inférieur à la contrainte admissible.

Déformations

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[ 69 ] ENIS SKG

Conclusion :

Les simulations montrent que la structure est bien robuste et résistante à toute

déformation et déplacement imposé par le poids du produit immergé.

9.2. Résistance du support

La simulation aboutit aux résultats suivants :

Contraintes de Von Mises :

La contrainte maximale 30 MPa est inférieur à la contraintes admissible.

Déformations :

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[ 70 ] ENIS SKG

Conclusion :

Les simulations prouvent la résistance du support à la force de réaction lors de la sortie

de la tige du vérin d’inclinaison.

10. Conclusion

Le dimensionnement des différents ensembles et pièces de la machine ainsi que le

calcul des organes de transmission de mouvement et de puissance, étaient l’objet de ce

chapitre. Nous nous intéressons dans le chapitre suivant à l’étude du système de commande et

de ses composantes d’automatisation.

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CHAPITRE 4

COMMANDE DE LA MACHINE

7/18/2019 Gem 08802258


Chapitre 4 : Commande de la machine

[ 72 ] ENIS SKG

1. Introduction

On s’intéresse dans ce chapitre aux circuits de puissance et de commande des différents

organes de la machine. Les sources d’énergie sont l’énergie électrique et pneumatique.

2. Description du système

La machine est orienté par trois vérins pneumatiques à double effet, deux ayant le rôle

d’assurer le mouvement (descendent et ascendant) du support alors que le troisième est

employé pour son basculement. La position des vérins est déterminée par des capteurs fins de

course. Le chauffage du solvant se fait par des résistances chauffantes. La détection de la

température de la cuve se fait par un thermocouple. Un capteur de niveau est utilisé chaquefois où le niveau du solvant est à un niveau minimal.

Les capteurs sont représentés dans le tableau 19 :

Cn Capteur de niveau

C1 Capteur vérin1 en position basse

C2 Capteur vérin1 en position haute

C3 Capteur vérin2 en position basse

C4 Capteur vérin2 en position hauteC5 Capteur vérin3 tige sortante

C6 Capteur vérin3 tige rentrante

Tableau 19 : Les capteurs

Les actionneurs sont représentés dans le tableau 20 :

M1+ moteur d’agitation en fonctionnement

M2+ moteur tournant dans le sens horaire

M2-

moteur tournant dans le sens trigonométrique

M0 arrêt du moteur

V1+ montée du vérin

V1- descente du vérin

V2+ montée du vérin

V2- descente du vérin

V3+ rentrée de la tige du vérin d’inclinaison

V3-

sortie de la tige du vérin d’inclinaison

Tableau 20 : Les actionneurs

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[ 73 ] ENIS SKG

Le GRAFCET de la partie commande du système est représenté sur la figure 4.1 :

Figure4.1 : GRAFCET de la partie commande

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[ 74 ] ENIS SKG

3. Organes d’automatisation

3.1. Capteur de position

Les capteurs de fin de course sont installés sur deux barres de guidage pour les vérins

de manutention alors qu’on achète des ca pteurs magnétiques intégrés pour le vérin

d’inclinaison.

3.2. Les distributeurs

Pour synchroniser les vérins de manutention on utilise un seul distributeur 5/2.De

même, un autre est employé pour le troisième vérin.

3.3. Contacteur

Le choix d'un contacteur est fonction de la nature et de la valeur de la tension du

réseau, de la puissance installée, des caractéristiques de la charge, des exigences du service

désiré.

4. La commande semi automatique de la machine

La commande de la machine de traitement du FINIGARD est semi automatique. Cette

solution présente les avantages suivants :

La manipulation de l’armoire électrique est facile

Le coût est moins élevé qu’un automate programmable


Montage complexe

L’armoire électrique est de grandes dimensions à cause du grand nombre desactionneurs et de la séparation obligatoire des éléments pneumatiques des éléments

électriques.

4.1. Circuit du moteur électrique

Le démarrage du moteur est un démarrage direct avec deux sens de rotation.

L’inversion du sens de rotation est temporisée par rapport au déclenchement de l’inclinaison

du panier (capteur du vérin d’inclinaison).

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[ 75 ] ENIS SKG

Circuit de puissance

F igur e 4.2: Circuit de puissance du moteur électrique

Circuit de commande :

F igur e 4.3: Circuit de commande du moteur électrique

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[ 76 ] ENIS SKG

4.2. Circuit du moteur électrique d’agitation

Le moteur assurant l’agitation du produit fonctionne avec démarrage direct et tournant

dans un seul sens de rotation.

Circuit de puissance :

F igur e 4.4: Circuit de puissance du moteur d’agitation


L1, L2, L3 alimentation triphasée

Q fusible sectionneur

KM1 contacteur principal 1

F relais thermique M moteur triphasé

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[ 77 ] ENIS SKG

F contact auxiliaire du relais thermique

S0 bouton poussoir arrêt

S1 bouton poussoir marche

KM1

bobine du contacteur

KM11 contact auxiliaire du contacteur

F igur e 4.5: Circuit de commande du moteur d’agitation

4.3. Circuit des résistances chauffantes

Circuit de puissance :

1 Resistance électrique triphasé

3 Sectionneur triphasé porte fusible

M 3 Contacteur triphasé de résistance chauffante

10 Sélecteur à 2positions de la marche de résistance

1 Thermorégulateur

2 Sonde de température triphasée

Figur e 4.6: Circuit de puissance des résistances chauffantes

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[ 78 ] ENIS SKG


Sur la figure 4.7 est présenté le circuit de commande des résistances électriques.

Lorsqu’on appui sur S10, la résistance est fonctionne. L’arrêt du fonctionnement se fait en

appuyant sur le sélecteur S10. La régulation de la température est assurée par un régulateur de

température. La détection de la température se fait par une sonde de température.

S10 Sélecteur à 2 positions de la marche de résistance

1 Thermorégulateur+ Sonde de température triphasée

KM3 Bobine

F igur e 4.7: Circuit de commande des résistances électriques

1

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[ 79 ] ENIS SKG

4.4. Schéma pneumatique des vérins pneumatiques de

manutention [6]

F igure 4.8 : Schéma pneumatique des vérins de manutention

Rep. Désignation Commentaire

1 Vérin pneumatique à double effet

avec amortisseur

Diamètre : 50mm

Course : 250mm2 Régulateur de débit

unidirectionnel

Calibre 1/4"

3 Distributeur 5/2 bistable Calibre 1/4"

4 Ensemble de conditionnement

d’air

Filtre+régulateur de

pression

5 Compresseur Calibre 1/4"

6 Graisseur à goutte Calibre 1/4"

7 Silencieux 4 Bars

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[ 80 ] ENIS SKG

4.5. Circuit de commande du vérin pneumatique

d’inclinaison [6]

Le vérin d’inclinaison est à tige sortante au repos. Il est muni de 2 capteurs

magnétiques montés sur le corps du vérin. L’inclinaison est temporisée lors de la rotation dans

le sens horaire du moteur électrique bien que dans le sens inverse.

Schéma pneumatique du vérin d’inclinaison:

Figure 4.9: Schéma pneumatique du vérin d’inclinaison

Rep. Désignation Commentaire1 Vérin pneumatique à double effet

avec amortisseur

Diamètre : 50mm

Course : 250mm

2 Régulateur de débit

unidirectionnel

Calibre 1/4"

3 Distributeur 5/2 bistable Calibre 1/4"

4 Silencieux 4 Bars

5 Graisseur à goutte Calibre 1/4"

6 Ensemble de conditionnement

d’air

Filtre+régulateur de

pression

7 Compresseur Calibre 1/4"

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[ 81 ] ENIS SKG

4.6. Armoire électrique

Figure4.10: Armoire électrique

L’armoire électrique de la machine contient un bouton de mise en marche moteur, un

bouton d’arrêt, et un sélecteur 3 positions pour les vérins de levage dont 2 positions

actionnent un mode manuel de descente ou de montée des vérins alors que la troisième

position désigne un mode automatique gérant une suite d’actions :immersion de 40 secondes

dans le bain, levage du panier, inclinaison du système et enfin, retour à la position initiale.

5. Solution Automate Programmable industriel

La commande de la machine peut être réalisée par un automate, cette solution

présente les avantages suivants :

Faciliter le paramétrage du fonctionnement

Gérer automatiquement la ligne de production toute entière

Les inconvénients de cette solution sont :

Cout élevé

On choisit donc une commande semi-automatique de la machine vue qu’elle est plus

facile à manipuler et de cout moins élevé.

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[ 82 ] ENIS SKG

6. Conclusion

Dans ce chapitre la commande de la machine est établie. Les étapes de réalisation et

l’étude économique sera donc sujet du chapitr e suivant.

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CHAPITRE 5

REALISATION ET ETUDE ECONOMIQUE

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Chapitre 5 : Réalisation et étude économique

[ 84 ] ENIS SKG

1. Introduction

La réalisation de la machine de traitement repose sur la construction de certains

composants et la sous-traitance d’autres. Par ailleurs ce chapitre est consacré à l’explication

des opérations de construction, aussi une étude économique de notre machine est détaillée.

2. Fabrication de la cuve

La construction de la cuve se fait par soudure de tôles constituant les parois et le fond.

La décomposition en tôles doit satisfaire les conditions suivantes :

Les dimensions de tôles existantes sur le marché

Le minimum de déchet.

2.2 Découpage des tôles [11]

Compte tenu de ces conditions, on décompose la cuve en six tôles : trois tôles chacune

est une face longitudinale, une tôle incluant la quatrième surface et le fond et deux tôles

coplanaires pour assurer la paroi intérieure du double fond établi pour le chauffage.

Il existe divers procédés de découpage : par une presse, le découpe à plasma.

- Industriellement, l’opération du découpage s’effectue sur une presse. Un poinçon

animé d’un mouvement de translation exerce un effort sur la tôle en appui sur la

matrice (partie fixe de l’outil) qui joue le rôle d’une contre-lame

F igure 5.1 : Découpage par presse

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[ 85 ] ENIS SKG

- La découpe à plasma est un processus utilisé pour couper l’acier et d’autres métaux

(parfois d’autres matériaux) en utilisant une torche à plasma.

Pendant le processus, un mélange gazeux ionisé (bien que ce ne soit que de l’air

compressé dans certains équipements) est expulsé à grande vitesse hors de la tête de coupe ;

au même moment, un arc électrique est formé à travers le gaz depuis une électrode intérieure

à la tête de découpe jusqu’à la surface à découper, changeant une partie de ce mélange gazeux

en plasma.

Le découpage plasma permet la découpe de tôles en métal sur des épaisseurs de 0 à 70

mm avec une précision de plus ou moins 0,2 mm.

F igure 5.2 : Découpage avec plasma

- Les tôles fines d’épaisseur 3mm sont découpées dans l’atelier de mécanique de la

société SKG vue la disponibilité d’une presse de découpage. Alors que les plaques

d’épaisseur 20mm sont découpées à plasma chez le fournisseur.

2.3 Pliage des tôles [12] [13]

Le pliage est une opération de conformation à froid qui consiste à déformer une tôle

plane en changeant la direction de ses fibres de façon brusque suivant un angle déterminé. Il

faudra dépasser la limite élastique pour obtenir l’angle voulu.

Ci-dessous un poinçon applique une force F sur une tôle qui va s’enfoncer dans une

matrice appelée Vé.

Il existe plusieurs techniques pour plier une pièce : pliage en l’air dans une presse - plieuse, pliage en frappe, pliage sur plieuse à sommier ou universelle…

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[ 86 ] ENIS SKG

Figure 5.3 : Pliage sur presse plieuse

F igure 5.4 : Presse plieuse

La société dispose d’une presse plieuse sur laquelle sont effectuées tous les travaux de

pliage.

Le développement du flan :

La connaissance de la position de la fibre neutre permet d’obtenir avec une bonne

approximation le développement du flan.

Approximativement, la fibre neutre est située à : e/2 si R/e ≥ 3

2 e/ 5 si R/e ≈ 2

e/3 si R/e ≈ 1

2.4 Soudure des tôles

Il existe différents procédés de soudage qu’on peut classifier en deux groupes selon la

source d’énergie utilisée :

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[ 87 ] ENIS SKG

- Le soudage utilisant une source d’énergie interne (ou endogène) aux pièces : soudage

électrique par résistance, soudage par friction, par diffusion, par explosion, par

ultrasons.

- Le soudage utilisant une source d’énergie extérieure à la pièce : flamme, arc

électrique, faisceau d’électrons, faisceau Laser, jet de plasma…

Ce second groupe est le plus répandu dans l’industrie (hormis dans l’automobile où on

soude par résistance), et plus particulièrement le soudage à l’arc, technique de très loin la plus

utilisée pour le soudage des aciers et des autres métaux et alliages.

L’assemblage des différents tubes et tôles est effectué par une soudure à l’arc.

.

F igure 5.5 : La cuve

3. Fabrication du support de la charge

La fabrication du support se fait par découpage des tubes carrés et rectangulaires de

dimensions respectives 50x50 et 100 x 50 en des tronçons de longueurs différentes. Ce

support est en inox . Le choix de ce matériau est justifié par le faite que le support va être

immergé dans la solution FINIGARD. L’assemblage de ces tronçons est assuré par soudage

électrique à l’arc.

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[ 88 ] ENIS SKG

Figur e 5.6 : Le support

4. Montage de la machine

4.1. Montage du guidage linéaire

Le montage du guidage linéaire doit obligatoirement répondre à la contrainte

géométrique de parallélisme entre les deux colonnes guidant la translation longitudinale du

système.

4.2. Montage du support du panier

Vue la forme en U du support, le parallélisme des barres longitudinales est obligatoire

pour garder par la suite le parallélisme entre le support et les plaques d’épaisseur 20mm et le

guidage linéaire.

5. Etude économique

L’étude économique est indispensable lors de la réalisation d’un tel projet. Elle permet

de s’informer sur l’investissement nécessaire pour la mise au point d’un tel équipement. Le

coût total doit tenir compte de la somme des coûts suivants :

coût de la matière première,

coût de fourniture,

coût de sous-traitance

coût de la main d’œuvre

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[ 89 ] ENIS SKG

5.1. Coût de la matière première

Le coût de la matière première nécessaire pour la fabrication des pièces mécaniques de

la machine est présenté dans le tableau suivant :

Nb Désignation Prix U.H.T

(DT)

Coût total (DT)

1 Tôle Inox 2000 x1000 x3 456 456

3 Tôle Inox 1250 x 2000x3 2257

1 Tube carré Inox 50x50 37 37

1 Plaque rectangulaire Inox e=20 448 448

1Plaque en polypropylène e=30

(prix de 1 Kg)7 70

1 Tube 60*40 200

Total (DT) 3468

Tableau21: Coùt de la matière première

5.2. Coût de la fourniture

Ce coût englobe le coût :

Du matériel pneumatique,

Du matériel électrique,

Des accessoires.

Le matériel nécessaire est classifié selon les tableaux suivants :

Nb Désignation Prix U.H.T (DT) Coût total (DT)

2 Vérin pneumatique D=50,

Course=500263 526

1 Vérin pneumatique D=80,

Course=400395

1 Rotule 63

1 Chape de pied 461 Flasque orientable 34

1 Capteur magnétique 99

4 Capteurs fin de course 60

2 Distributeur 5/2 50 100

6 Régulateur de débit 1/8-T6 10 60

2 Filtre, manomètre et régulateur de

pression150

Total (DT) 1533

Tableau 22: Coût du matériel pneumatique

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[ 90 ] ENIS SKG


2 Contacteur 50 100

3 Disjoncteur 35 105

1 Variateur de vitesse400 400

6 Porte Fusible RT18-32 1P+ Fusible

10*38-4A3 18

1 Coffret Armoire Electrique 120 120

3 Chemin des câbles 10 30

2 Temporisateur 70 140

Total (DT) 913

Tableau 23: Coût du matériel électrique


1 Moteur réducteur P=0.37kW, r=24 831

2 Tuyaux D=8 20

Vis et écrous 20

Total (DT) 871

Tableau 24: Coût des accessoires

Le coût de la fourniture est donc la somme des différents types de matériels = 3317DT.

5.3. Coût de la sous-traitance

Vue la non disponibilité des machines, certaines pièces sont sous traités. Le coût de la

sous-traitance est présenté dans le tableau suivant :

Désignation Coût total (DT)

Taillage des roues 259

Usinage des brides de renfort de la

roue88

Usinage des différents axes et plaques 760

Usinage de l’unité de guidage 597

Total (DT) 1704

Tableau 25: Coût de la sous-traitance

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[ 91 ] ENIS SKG

5.4. Coût global de la machine

Coût de la matière première 3468

Coût de la fourniture 3317

Coût de la sous-traitance 1704

Coût main d’œuvre 800

Coût global (DT) 9289

Tableau 26 :Coût global de la machine

6. Conclusion

Dans ce chapitre nous nous sommes intéressés à la présentation des différentes étapes

nécessaires à la fabrication des différents éléments de la machine de traitement. L’étude

économique nous a permis de chiffrer le coût global de la machine. La comparaison d’un tel

prix avec d’autres fournisseurs internationaux permet d’encourager l’industriel pour un tel

investissement.

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CONCLUSION ET PERSPECTIVES

En conclusion, nous désirons saisir cette occasion pour dire que le projet de fin d’études

nous a été d’une très grande utilité aussi bien pédagogique que professionnelle.

Ce rapport indique le chemin à suivre pour pouvoir mettre en place l’étude, la

conception et la réalisation de la machine de traitement organo-minérale. Et ce à travers une

série d’étapes et de procédures nécessaires afin d’entamer cet objectif. Pour cela, notre travail

a été décomposé en cinq étapes majeures. La première avait pour but de faire une étude

bibliographique. La deuxième étape consistait à la proposition et au choix des solutions

technologiques nécessaires pour la machine à réaliser. La troisième donnait l’essentiel des

étapes de calcul et dimensionnement des organes de la machine. La quatrième étape consistait

à la définition de la commande de la machine, le câblage électrique et pneumatique des

différents composants. Enfin, la dernière étape avait pour but de décrire les principales étapes

de la réalisation ainsi que de présenter une étude économique.

Ce travail a été très enrichissant en matière d’informations surtout qu’il a constitué pour

nous une exploitation et enrichissement des connaissances théoriques de telle façon à lesrendre en harmonie parfaite avec les besoins du milieu professionnel : le sens de la

responsabilité, les relations humains, la discipline et l’initiative.

Il ne nous a pas été simple de nous familiariser avec la vigueur et la méthodologie du

domaine de travail au sein de la société SKG sans l’assistance de ses personnels qui ont eu

l’amabilité de nous faire part de leurs suggestions et de leurs critiques dans le but de nous

envoler toute ambigüité.

gem 08802258

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