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Processus de fabrication

GELIN, PT, Roosevelt, Reims 1

Mise en place d’un processus de fabrication



1 - Introduction

La mise en place d’un processus de fabrication nécessite de maîtriser :

Les procédés d’obtention des bruts

Soudage, Moulage, Forgeage

Les traitements thermiques

Recuit, Cémentation, Trempe, Revenu, Nitruration

La réalisation de surface par enlèvement de matière

Tournage, Fraisage, Perçage, Rectification

La métrologie

Contrôle dimensionnel, Contrôle de forme et de position, Rugosité



2 – Ordonnancement

Schématiquement les différentes étapes de la réalisation d’une pièce mécanique sont :

1. Obtention du brut

2. Eventuellement traitement thermique

3. Usinage

4. Eventuellement traitement thermique

5. Eventuellement finition à l’outil abrasif

6. Contrôle




2.1 – Obtention du brut

Le procédé d’obtention du brut dépend :

Du matériau de la pièce

Soudable, moulable, forgeable…

Du nombre de pièces à fabriquer

Unitaire, petite, moyenne, grande série voire illimitée

De la fonction de la pièce

Pièce de sécurité

De la complexité de la pièce

Eventuellement des possibilités de l’entreprise




2.1 – Obtention du brut2.1.1 Pièce taillée dans la barre Laminage

Forme : Barre laminée, étirée, profilée

Série : Unitaire à très grande série

Matériau :Aciers , Alliage légers de corroyage (Al - Cu4 Mg…), Alliages cuivreux : laitons (Cu Zn…), certains bronzes (Cu Sn…), …Etc…

Tolérances :Laminage : quelques dizièmes de mmEtirage : qualité 9 ou 10 selon dimension




2.1 – Obtention du brut2.1.2 Pièce moulée

Forme :Toute forme moulable

Série :Unitaire à très grande série selon procédé de moulage

Matériaux :Fontes : EN GJL…, EN GJS…, EN GJM…, EN GLN…, … Certains aciers G…Alliages légers de moulage (EN AC… )Alliages cuivreux : bronzes (Cu Sn…), certains laitons (Cu Zn …),Etc…

Tolérances :IT de 1 à 6 mm selon procédé, dimension et direction de la dimension




2.1 – Obtention du brut2.1.2 Pièce moulée

Tolérances (suite)

Déport entre deux parties du moule :m = 1,6 + 2,5 D/2D = plus grande dimension concernée




2.1 – Obtention du brut2.1.3 Pièce forgée

Forme :Toute forme forgeable

Série :Unitaire à très grande série selon procédé de forgeage

Matériaux :La plupart des aciersAlliages légers de forgeage (EN AW… )Alliages cuivreux : laitons (Cu Zn …),Etc…

Tolérances :De quelques centièmes à 1 mm selon procédé et dimension nominale




2.1 – Obtention du brut2.1.3 Pièce forgée

Tolérances (suite):

Pièces en aciers

Pièces en alliages d’aluminium




2.1 – Obtention du brut2.1.4 Pièce mécano-soudé

Forme :Unitaire petite série pour les pièces « mécaniques »

Série :Jusqu’à très grande série pour la tôlerie

Matériaux soudables :Aciers à moins de 0,4 % de carbone équivalentAlliages légers sous atmosphère neutreEtc…

Matériaux brasables :A peu près tous les métaux

Tolérances :Quelques dizièmes de mm à quelques mm.




2.1 – Obtention du brut2.1.5 Contrôles

DimensionnelsDans la masse




2.2 – Traitements thermiques

On peut pratiquer un recuit sur la pièce brute pour :

Améliorer l’usinabilité :

Homogénéiser la matière

Faire disparaître les points durs

Atténuer ou faire disparaître les contraintes internes

Ce qui entraîne moins de déformations après usinage




2.3 – Usinage

Les procédés d’usinage au programme de PTSI PT sont :

Tournage sur tour CN 2D

Fraisage sur fraiseuse CN 3D

Perçage, taraudage sur perceuse CN et/ou tour CN et/ou Fraiseuse CN




2.3 – Usinage2.3.1 Rappels

Phase :Groupement d’opérations réalisées sur la pièce sans démontage de celle-ci.

Opération :Usinage élémentaire réalisé avec un même outil. L’outil peut avoir plusieurs mouvements.Exemples :

• Chariotage ébauche• Chariotage finition• Centrer les 4 trous• Tarauder les 2 trous• Coutournage finition du profil A4…

Cote fabriquéeEnsemble des dimensions obtenues sur un lot de pièces entre deux surfaces réalisées dans la même phase




2.3 – Usinage2.3.2 Méthode d’ordonnancement des phases d’usinage

Analyser le dessin de définition

1. Nombre de pièces à fabriquerMoyens à mettre en œuvre en fonction du type de série

2. MatièreConditions de coupe

3. Formes de la piècesType de machines à utiliser

Pièces prismatique : fraisagePièces cylindriques : tournage

4. Analyse de la cotation Cotes de liaison au brut première mise en positionAssociation de surfaces surfaces à usiner dans une même phaseTolérances et rugosité moyens de finition.




2.3 – Usinage2.3.2 Méthode

2.3.2.1 Exemple

Mat : GE235

Nombre de pièces :Série renouvelable : Machine

à commande numérique




2.3 – Usinage

Mat : GE235

2.3.2 Méthode2.3.2.1 Exemple

Matière :Acier de mécanique généraleRe = 235 MPaG : moulé





2.3.2.1 Exemple

Mat : GE235

Formes des surfaces usinées :•Surfaces cylindriques extérieures et intérieures.•Surfaces planes•Rainure de clavette

• Tour CN + Fraiseuse CN + Perceuse CN + Brocheuse

• Fraiseuse CN (CU 4D) + brocheuse




2.3 – Usinage

Mat : GE235

2.3.2 Méthode2.3.2.1 Exemple

Analyse de la cotation :•Cotes de liaison aux bruts





2.3.2.1 Exemple

Mat : GE235

Analyse de la cotation :•Cotes de liaison aux bruts





2.3.2.1 Exemple

Analyse de la cotation :•Associations de surfaces

Mat : GE235





2.3.2.1 Exemple

Mat : GE235

Analyse de la cotation :•Association de surfaces





2.3.2.1 Exemple

Analyse de la cotation :•Tolérances et rugosité

Finition à l’outil possible

Mat : GE235





2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 1

CBE1 CBE2




2.3 – Usinage2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 1, Solution 1

CBE1 CBE2

1 2 3

4

Ph10 : sciage

0 1 32CF10

Ph40 :tournage1 2 3

CF40

Ph30 :tournage

123CF30

Ph20 : tournage

1 2 30CF20

CBE1 ≡ CF40

CBE2 ≡ CF30 – CF40

IT CBE1 ≥ ITCF40

IT CBE2 ≥ ITCF30 + ITCF40





CBE1 CBE2

1 2 3

4

Ph10 : sciage

0 1 32CF10

Ph20 : tournage

3 2 14CF20

Ph30 :tournage

123CF30 CF31

CBE1 ≡ CF30

CBE2 ≡ CF40

IT CBE1 ≥ ITCF30

IT CBE2 ≥ ITCF31

FIN GROUPE B




2.3 – Usinage2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 2

φ t





φ t

41

2

3

φ t1

φ t2

PH 10 : Sciage

PH 30 : Tournage

PH 20 : Tournage

t ≥ t1 + t2




φ t

2

3

φ t1

2

3

A φ t2 A

Fin groupe A

2.3 – UsinagePH30 : Tournage

2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 2, Solution 2 PH10 : Sciage

t ≥ t2

PH20 : Tournage




2.3 – Usinage2.3.3 Causes de variation des « cotes fabriquées »

PièceCFr

S MEP

SU

L3

L6SU

CFi

Bâti

Outil

MontageChariot

Chariot

L2

L1

L4L5

L1 et L4 : guidagesL2 et L5 : encastrements, pas de démontage d’une pièce à l’autreL3 : encastrement, démontage à chaque pièceL6 : usinageCFr : Cote(s) Fabriquée(s) résultant de L1,…, L6Cfi : Cote(s) Fabriquée(s) indépendantes de certaines liaisons Li




2.3 – Usinage2.3.3 Causes de variation des « cotes fabriquées »Exemple

CF1 CF2

CF3

CF1 dépend essentiellement de :• L’arrêt de l’outil sur la butée• De l’usure d’outil • De l’encastrement de la pièce dans le

montage

CF2 dépend essentiellement de :• L’arrêt des outils sur les butées• De l’usure des outils

CF3 dépend essentiellement de :• L’arrêt de l’outil sur la butée• De l’usure d’outil• Du guidage du porte outil




2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.1 Dispersion de mise en position

Ordre de grandeur des dispersion de mise en position en fonction de l’état de surface de la pièce

0,01 mmSurface usinée Ra 1,60,02 mmSurface usinée Ra 3,20,03 mmSurface usinée Ra 6,30,03 mmSurface étirée0,3 mmSurface forgée, laminée, sciée0,5 mmSurface moulée au sable




2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.1 Dispersion de mise en position

Ordre de grandeur des dispersion de coaxialité des surfaces usinées en tournage par rapport à la surface de mise en position

en fonction du dispositif de mise en position

0,01 mmMontage entre pointes0,02 mmMandrin conique0,01 mmMandrin Ringspann0,02 mmMandrin expansible0,04 mmMandrin 3 mors doux0,03 mmMandrin 3 mors durs rectifiés0,1 mmMandrin 3 mors durs neufs




2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.2 Dispersion d’arrêt des outils

Ordre de grandeur des dispersions d’accostage sur butée mesurées au niveau de l’outil en fonction du type de butée

Fonction du φ

Foret dans guide de perçage ≤ 0,01 mmMachine à commande numérique0,02 mmButée d’arrêt automatique électrique0,07 mmButée d’arrêt automatique mécanique0,03 mmButée fixe (accostage manuel)




2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.2 Dispersion d’usinage

Les outils s’usent ce qui entraîne une variation de position de l’arête de coupe par rapport au référentiel. Cette variation entraîne une évolution linéaire, fonction du temps, des dimensions obtenues sur un lot de pièces.

Recul de l’arête sous l’effet de l’usure




2.3 – Usinage2.3.5 Contrôle

Il convient de contrôler chaque élément de cotation de fabrication à l’issue de chaque phase.

Le contrôle peut être statistique ou systématique.

Les moyens de contrôle sont :• Standards : calibres…• Spécifiques : montages de contrôle…• Machine de mesure tridimensionnelle




2.4 – Traitements thermiques

A ce niveau, on peut pratiquer des traitements thermiques comme la trempe suivie d’un revenu pour donner aux pièces d’acier les caractéristiques attendues.Ces traitements peuvent apporter des déformations qui risquent de donner des défauts géométriques et dimensionnels à la pièce.Les surfaces devant présenter de grandes qualités dimensionnelle et géométrique doivent être reprises à l’outil abrasifs : rectification.

2.5 – Rectification

Les pièces ayant subi une trempe ne sont plus usinables à l’outil classique, il est souvent nécessaire d’utiliser l’outil abrasif pour terminer certaines surfaces.Même si la pièce n’a pas été traitée, si les qualités dimensionnelle et géométrique l’impose, l’outil abrasif peut être nécessaire pour terminer les surfaces. Notamment dans le cas d’état de surface de Ra ≤ 1,6 µm ou pour des tolérances dimensionnelles dont le N° est ≤ 6.




2.6 – Contrôle final

Le dessin de définition de la pièce comporte des spécifications :DimensionnelleGéométriqueDe positionD’état de surface…

C’est à ce niveau qu’on doit contrôler toutes ces spécifications.



3 – Exercice

Manchon



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