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Cours processus- production
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Cours processus- production

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  • 1. Cours Processus de production Abdallah NASRI Ministère de l’Enseignement Supérieur et Recherche Scientifique NOTES DE COURS Processus de production POUR LA SPECIALITE Electro-Mécanique PAR Abdallah NASRI Enseignant à l’ENIT1CEM-ESPRIT Page 1
  • 2. Cours Processus de production Abdallah NASRI SOMMAIRESOMMAIRE…………………………………………………………….………………..1PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DIMENSIONNELLES………………………………...61. TOLERANCES DIMENSIONNELLES ............................................................................................. 6 1.1. Nécessité des tolérances : ............................................................................................. 6 1.2. Eléments d’une cote tolérée : ....................................................................................... 6 1.2.a- Cote nominale : .................................................................................................. 6 1.2.b- Zone de tolérance :............................................................................................. 6 1.3. Normalisation des valeurs de tolérances : .................................................................... 7 1.3.a- Détermination de la valeur de la tolérance : ...................................................... 7 1.3.b- Position de la tolérance : .................................................................................... 8 1.3.c- Classe de tolérance : .......................................................................................... 9 1.3.d- Dimension tolérancée : ...................................................................................... 92. AJUSTEMENTS ......................................................................................................................... 9 2.1. Critère d’interchangeabilité - Définition : .................................................................... 9 2.2. Désignation normalisée : ............................................................................................. 9 2.3. Calcul des jeux: ............................................................................................................ 9 2.4. Types d’ajustements: .................................................................................................. 10 2.4.a- Ajustement avec jeu : ....................................................................................... 10 2.4.b- Ajustement avec serrage : ................................................................................ 10 2.4.c- Ajustement incertain : ...................................................................................... 10 2.5. Systèmes d’ajustements: ............................................................................................ 11 2.5.a- Système à arbre normal : .................................................................................. 11 2.5.b- Système à alésage normal : .............................................................................. 11 2.6. Choix d’un ajustement: .............................................................................................. 11INSTRUMENTS DE MESURE A LECTURE DIRECTE ET INDIRECTE….…………………….131. QUALITES D’UN INSTRUMENT DE MESURE ............................................................................. 13 1.1. L’étendue de mesurage : ........................................................................................... 13 1.2. La justesse : ............................................................................................................... 13 1.3. La fidélité : ................................................................................................................ 13 1.4. La sensibilité ou pouvoir d’amplification: ................................................................ 14 1.5. La précision : ............................................................................................................. 14 1.6. La résolution :............................................................................................................ 142. TYPES DE MESURES ET INSTRUMENTS ASSOCIES: ................................................................... 14 2.1. Mesure directe : ......................................................................................................... 14 2.1.a- Pied à coulisse: ................................................................................................. 14 2.1.b- Micromètre ou palmer: .................................................................................... 17 2.1.c- Rapporteur d’angles: ........................................................................................ 19 2.2. Mesure indirecte : ...................................................................................................... 19 2.2.a- Mesure par comparaison : ................................................................................ 19 2.2.b- Mesure par calibrage :...................................................................................... 21 2.2.c- Matériel de laboratoire : ................................................................................... 223. INCERTITUDE ET ERREURS DE MESURE : ................................................................................ 22 3.1. Définitions : ............................................................................................................... 22 3.2. L’erreur aléatoire : ..................................................................................................... 23 3.3. L’erreur systématique :.............................................................................................. 23 3.4. Détermination des incertitudes de mesure : .............................................................. 241CEM-ESPRIT Page 2
  • 3. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.4.a- Etude statistique – Rappel :............................................................................. 24 3.4.b- Méthodes de calcul des incertitudes : ............................................................. 24 3.4.c- Procédure d’évaluation des incertitudes : ....................................................... 254. CHOIX DE L’INSTRUMENT DE MESURE :.................................................................................. 265. LES CONDITIONS DE MESURE : ............................................................................................. 26GENERALITES SUR LA COUPE DES METAUX ………………….….…………………….271. DEFINITION ............................................................................................................................ 482. ELEMENTS DE L’OUTIL DE COUPE .......................................................................................... 49 2.1. Faces et arêtes de l’outil : .......................................................................................... 49 2.2. Angles de coupe : ...................................................................................................... 493. PARAMETRES DE COUPE......................................................................................................... 50 3.1. Mouvements de l’outil et de la pièce : ...................................................................... 29 3.1.a- Mouvement de coupe : ..................................................................................... 29 3.1.b- Mouvement d’avance : .................................................................................... 29 3.2. Paramètres géométriques de coupe : ......................................................................... 29MATERIAUX A OUTILS DE COUPE………... ………………….….…………………….301. INTRODUCTION ...................................................................................................................... 512. PROPRIETES DES MATERIAUX A OUTIL ................................................................................... 513. TYPES DES MATERIAUX A OUTIL ............................................................................................ 52 3.1. Aciers rapides : .......................................................................................................... 52 3.2. Aciers rapides revêtus : ............................................................................................. 53 3.3. Carbures métalliques : ............................................................................................... 53 3.3.a- Carbures micro grains : .................................................................................... 54 3.3.b- Carbures revêtus : ............................................................................................ 54 3.3. Céramiques: ............................................................................................................... 55 3.4. Les cermets :.............................................................................................................. 55 3.5. Le Nitrure de Bore Cubique (CBN): ......................................................................... 564. CONCLUSION ......................................................................................................................... 56INTRODUCTION AUX PROCEDES DUSINAGE………………….….…………………….361. GENERATION DES SURFACES.................................................................................................. 57 1.1. Schéma cinématique d’usinage : ............................................................................... 57 1.2. Classification des surfaces usinées : .......................................................................... 57 1.2.a- Surfaces cylindriques : ........................................................................................... 58 1.2.b- Surfaces planes : .................................................................................................... 58 1.2.c- Surfaces hélicoïdales : ........................................................................................... 58 1.2.d- Surfaces de forme : ................................................................................................ 582. PARAMETRES DE COUPE......................................................................................................... 59 2.1. Principe : ................................................................................................................... 59 2.2. Critères de choix : ..................................................................................................... 39 2.2.a- Type de machines :................................................................................................. 39 2.2.b- Puissance de la machine :..................................................................................... 39 2.2.c- Matière de la pièce : .............................................................................................. 39 2.2.d- Matière de l’outil : ................................................................................................. 39 2.2.e- Opération d’usinage : ............................................................................................ 39 2.3. Réglage des conditions de coupe : ............................................................................ 613. ISOSTATISME ......................................................................................................................... 61 3.1. Définition : ................................................................................................................ 611CEM-ESPRIT Page 3
  • 4. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.2. Règles d’isostatisme : ................................................................................................ 61 3.3. Cas des pièces de révolution : ................................................................................... 62 3.3.a- Centrage court : D>1.5 L ...................................................................................... 62 3.3.b- Centrage long : D<L<10D .................................................................................... 62 3.4. Cas de pièces prismatiques :...................................................................................... 624. GAMME DE FABRICATION ...................................................................................................... 63 4.1. Définitions : ............................................................................................................... 63 4.1.a- Phase d’usinage: .................................................................................................... 63 4.1.b- Sous phase d’usinage:............................................................................................ 63 4.1.c- Opération d’usinage: ............................................................................................. 63 4.2. Gamme d’usinage : .................................................................................................... 63 4.3. Règles générales : ...................................................................................................... 63 4.3.a- Choix du brut: ........................................................................................................ 63 4.3.b- Association des surfaces: ....................................................................................... 63 4.3.c- Création des sous phases: ...................................................................................... 63 4.3.d- Mise en position sur surfaces usinées:................................................................... 64 4.3.e- Choix de la machine: ............................................................................................. 64 4.4. Application : .............................................................................................................. 64LE TOURNAGE………………….………………………………..…………………….441. DEFINITION ............................................................................................................................ 652. LES MACHINES DE TOURNAGE ............................................................................................... 65 2.1. Les tours parallèles à charioter et à fileter :............................................................... 65 2.2. Les tours à copier: ..................................................................................................... 66 2.3. Les tours semi-automatiques: .................................................................................... 66 2.4. Les tours automatiques: ............................................................................................. 66 2.5. Les tours automatiques multibroches: ....................................................................... 66 2.6. Les tours à commande numérique: ............................................................................ 663. LES OPERATIONS DE TOURNAGE ............................................................................................ 67 3.1. Les opérations de tournage extérieures : ................................................................... 67 3.1.a- Chariotage: ............................................................................................................ 67 3.1.b- Dressage: ............................................................................................................... 67 3.1.c- Chanfreinage : ....................................................................................................... 67 3.1.d- Rainurage : ............................................................................................................ 67 3.1.e- Tronçonnage : ........................................................................................................ 67 3.1.f- Filetage : ................................................................................................................. 67 3.2. Les opérations de tournage intérieures : .................................................................... 67 3.2.a- Perçage: ................................................................................................................. 67 3.2.b- Alésage:.................................................................................................................. 67 3.2.c- Filetage intérieur : ................................................................................................. 674. LES OUTILS DE TOURNAGE ..................................................................................................... 68 4.1. Les outils de tournage extérieurs :............................................................................. 68 4.2. Les outils de tournage intérieurs : ............................................................................. 685. LES CONDITIONS DE COUPE ................................................................................................... 48 5.1. Paramètres de coupe : ................................................................................................ 48 5.2. Paramètres de réglage sur machine : ......................................................................... 486. LES MONTAGES EN TOURNAGE .............................................................................................. 71 6.1. Montage en l’air L<D/2: ........................................................................................... 71 6.2. Montage mixte 3D<L<5D: ........................................................................................ 71 6.3. Montage entre pointe L>5D: ..................................................................................... 711CEM-ESPRIT Page 4
  • 5. Cours Processus de production Abdallah NASRI7. EFFORTS DE COUPE EN TOURNAGE ........................................................................................ 728. RUGOSITE DES SURFACES EN TOURNAGE ............................................................................... 72LE FRAISAGE………………….………………………………..……………………...521. DEFINITION ........................................................................................................................... 732. LES MACHINES DE FRAISAGE ................................................................................................. 73 2.1. Les fraiseuses universelles : ...................................................................................... 73 2.2. Les fraiseuses verticales: ........................................................................................... 74 2.3. Les fraiseuses horizontales: ....................................................................................... 74 2 .4. Les centres d’usinage: .............................................................................................. 743. LES OUTILS DE FRAISAGE : FRAISES ....................................................................................... 75 3.1. Caractéristiques d’une fraise : ................................................................................... 75 3.1.a- La taille: ................................................................................................................. 75 3.1.b- La forme: ................................................................................................................ 75 3.1.c- La denture : ............................................................................................................ 75 3.1.d- Les dimensions : ..................................................................................................... 75 3.1.e- Le mode de fixation : .............................................................................................. 75 3.1.f- Construction : ......................................................................................................... 75 3.2. Types de fraises : ....................................................................................................... 75 3.2.a- Fraises à surfacer: ................................................................................................. 76 3.2.b- Fraises disques: ..................................................................................................... 76 3.2.c- Fraises à rainurer : ................................................................................................ 76 3.2.d- Fraises de forme : .................................................................................................. 76 3.3. Montage des fraises : ................................................................................................. 76 3.3.a- Fraise à surfacer: .................................................................................................. 76 3.3.b- Fraise à trou lisse ou taraudé:............................................................................... 77 3.3.c- Fraise à trou lisse rainuré : ................................................................................... 77 3.3.d- Fraise à queue conique (cône morse) :.................................................................. 77 3.3.e- Fraise à queue cylindrique : .................................................................................. 774. LES OPERATIONS DE FRAISAGE .............................................................................................. 77 4.1. Le surfaçage : ............................................................................................................ 77 4.2. Le rainurage : ............................................................................................................ 77 4.3. Le contournage : ........................................................................................................ 77 4.4. Le profilage : ............................................................................................................. 775. MODES D’ACTION DES FRAISES ............................................................................................. 78 5.1. Modes de fraisage : ................................................................................................... 78 5.2. Modes d’attaque en fraisage : .................................................................................... 576. LES CONDITIONS DE COUPE ................................................................................................... 58 6.1. Paramètres de coupe : ................................................................................................ 58 6.2. Paramètres de réglage sur machine : ......................................................................... 587. ABLOCAGE DES PIECES .......................................................................................................... 598. EFFORTS DE COUPE EN FRAISAGE .......................................................................................... 819. RUGOSITE DE SURFACE EN FRAISAGE .................................................................................... 82 9.1. Fraisage en bout : ...................................................................................................... 82 9.2. Fraisage en profil :..................................................................................................... 82BIBLIOGRAPHIE…………….………………………………..………………………...831CEM-ESPRIT Page 5
  • 6. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON I PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DIMENSIONNELLES1. TOLERANCES DIMENSIONNELLES 1.1. Nécessité des tolérances : L’imprécision inévitable des procédés d’usinage fait qu’une pièce ne peut pas être réaliséede façon rigoureusement conforme aux dimensions fixées d’après les exigencesfonctionnelles. C’est pour cette raison qu’il a fallut tolérer que la dimension effectivementréalisée soit comprise entre deux dimensions limites (maxi et mini), compatibles avec unfonctionnement correct de la pièce et dont la différence constitue la tolérance dimensionnelle. Dimension maximale Dimension réalisée Dimension minimale Tolérance 1.2. Eléments d’une cote tolérée : 1.2.a- Cote nominale : C’est une cote théorique caractérisant la ligne de référence pour les écarts de tolérances.Elle est choisie autant que possible dans la série des dimensions linéaires nominales. 1.2.b- Zone de tolérance : Pour qu’une dimension soit acceptable, il suffit qu’elle soit comprise dans la zone detolérance déterminée par deux valeurs limites obtenues en retranchant la dimension nominalede la dimension limite considérée. La différence entre la cote maximale et la cote minimale, correspond à la valeur de la zonede tolérance ou intervalle de tolérance IT. IT= Cote Maxi-Cote mini IT = Ecart Supérieur - Ecart inférieur1CEM-ESPRIT Page 6
  • 7. Cours Processus de production Abdallah NASRI L’écart supérieur (ES, es) est la différence algébrique entre la cote maxi et la cotenominale. L’écart inférieur (EI, ei) est la différence algébrique entre la cote mini et la cote nominale. Deux configurations se présentent : - Alésage :(pièce femelle ou contenant) ES= Cote Maxi-Cote nominale EI= Cote Mini- Cote nominale - Arbre :(pièce male ou contenu) es= Cote maxi-Cote nominale ei= Cote mini- Cote nominale Exemple : +0,1 -0,05 Soit la dimension d’un alésage 20 20 = cote nominale +0,1=Ecart Supérieur ES -0,05=Ecart Inférieur EI Calculer IT, Cote Maxi, Cote Mini 1.3. Normalisation des valeurs de tolérances : La valeur d’une tolérance est choisie d’après la destination de la pièce. Le système ISOprévoit 18 classes de tolérances normalisées correspondant chacune à l’une des tolérancesdites fondamentales qui sont repérées par IT01, IT0, IT1, …, IT16. 1.3.a- Détermination de la valeur de la tolérance : Les valeurs des tolérances exprimées en µm sont déterminées à partir du diamètre nominalD par les formules suivantes : - Qualités 01, 0 et 1 : Qualité IT01 IT0 IT1 Valeur 0,3+0,008 D 0,5+0,012 D 0,8+0,02 D - Qualités de 5 à 16 : - Qualit IT IT IT IT IT IT1 IT1 IT1 IT1 IT1 IT1 IT1 é 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 Valeu 7i 10i 16i 25i 40i 64i 100 160 250 400 640 100 r i i i i i 0i Avec i = 0, 45 3 D + 0,001D1CEM-ESPRIT Page 7
  • 8. Cours Processus de production Abdallah NASRI - Qualités de 2 à 4 : Les valeurs des tolérances IT2, IT3 et IT4 sont échelonnées en progression géométriqueentre les valeur de IT1 et IT5. Le tableau suivant résume les principales tolérances fondamentales. 1.3.b- Position de la tolérance : La position des tolérances par rapport à la cote nominale, dite ligne d’écart nul ou ligne« zéro », est symbolisée par une ou deux lettres telles que : - de A à Z pour les alésages, - de a à z pour les arbres. En particulier : - la lettre H caractérise l’alésage dont la cote mini est égale à la cote nominale (EI=0) et qu’on appelle alésage normal ; - la lettre h caractérise l’arbre dont la cote maxi est égale à la cote nominale (es=0) et qu’on appelle arbre normal.1CEM-ESPRIT Page 8
  • 9. Cours Processus de production Abdallah NASRI 1.3.c- Classe de tolérance : La classe de tolérance est l’association d’un écart fondamental et d’un degré de tolérance.Dans ce cas, les lettres IT du degré de tolérance sont remplacées par la ou les lettres de l’écartfondamental par exemple H8, h7, g6. 1.3.d- Dimension tolérancée : La dimension tolérancée est désignée par la dimension nominale, suivie du symbole declasse de tolérance requise comprenant une ou deux lettres et un numéro. Exemple : Soit la dimension 45 g 6 45 = cote nominale g=Symbole de la position de tolérance (écart) 6=Symbole de la valeur (qualité) Les valeurs des écarts des classes de tolérances pour les alésages et les arbres sontindiquées dans le tableau suivant.2. AJUSTEMENTS 2.1. Critère d’interchangeabilité - Définition : Les divers mécanismes réalisés en mécanique nécessitent des assemblages de deux ouplusieurs pièces. Pour garantir le fonctionnement durable de ces mécanismes, les piècesutilisées doivent être interchangeables et ne peuvent dans aucun cas être fabriquées à desdimensions absolues fixées à l’avance. Pour l’assemblage de ces types de pièces de même dimension nominale, on a recours à descatégories de dimensions tolérancées normalisées appelées ajustements. 2.2. ) Désignation normalisée (NF EN20286- ISO 286-1) : Soit par exemple un assemblage constitué de : - un arbre de diamètre nominal 60 mm et de classe de tolérance p6 ; - un alésage de même diamètre nominal et de classe de tolérance H7. D’après la norme ISO, l’ajustement correspondant est désigné par la dimension nominalesuivie des symboles correspondant à chaque pièce en commençant par l’alésage : ∅ 60 H 7 p 6 Dimension nominale Qualité de l’arbre Ecart sur l’alésage Ecart sur l’arbre Qualité de l’alésage 2.3. Calcul des jeux: On peut calculer la différence entre les dimensions limites de l’alésage et de l’arbre suivantla position relative des zones de tolérances respectives. On définit ainsi le jeu maximal (Jmax) et le jeu minimal (Jmin) tels que : Jmax = Alésage Maxi – arbre mini = ES – ei Jmin = Alésage mini – arbre Maxi = EI – es1CEM-ESPRIT Page 9
  • 10. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.4. Types d’ajustements: Suivant les valeurs algébriques calculées des jeux, on distingue trois types d’ajustements : 2.4.a- Ajustement avec jeu : La cote minimale de l’alésage est supérieure à la cote maximale de l’arbre. ⇒ Jmax > 0 et Jmin ≥ 0 Ce type d’ajustement est utilisé pour les pièces mobiles l’une par rapport à l’autre. Exemple : - grand jeu : H11 d11 et parfois H11 c11, H9 d9, H9 c9 - jeu(pièce tournante ou glissante) : H8 f7, H8 e8, H9 e9 et parfois H7 e7 - précis(mouvement de faible course) : H7 g6 et parfois H6 g5. 2.4.b- Ajustement avec serrage : La cote minimale de l’arbre est supérieure à la cote maximale de l’alésage. ⇒ Jmax ≤ 0 et Jmin < 0 Ce type d’ajustement est utilisé pour les pièces immobiles l’une par rapport à l’autre. Exemple : - Démontage possible sans destruction et sans transmission deffort .. à la main : H6 js5, H6 h5, H7 h6, H8 h7, H9 h8 et parfois H7 js6. .. avec outil(maillet) : H6 k5, H7 m6. - Démontage impossible ou destructif et avec transmission deffort .. avec outil(presse) : H7 p6. .. par dilatation : H8 s7, H8 u7, H8 x7. 2.4.c- Ajustement incertain : On peut obtenir soit le jeu soit le serrage. ⇒ Jmax > 0 et Jmin < 0 Ce type d’ajustement est utilisé pour assurer un centrage précis d’une pièce par rapport àl’autre. Exemple : H7 k61CEM-ESPRIT Page 10
  • 11. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.5. Systèmes d’ajustements: Afin de réduire le nombre d’ajustements possibles, on n’applique que l’un des deuxsystèmes suivants : 2.5.a- Système à arbre normal : La position des tolérances pour tous les arbres est donnée par la lettre « h », c’est à direl’écart supérieur de l’arbre est nul (es=0). L’ajustement désiré est obtenu en faisant varier pour l’alésage la position de la tolérance. Ce système est employé quand larbre est déjà existant, comme pour les applicationssuivantes : clavette, roulements, arbre en acier rectifié… 2.5.b- Système à alésage normal : La position des tolérances pour tous les alésages est donnée par la lettre « H », c’est à direl’écart inférieur de l’alésage est nul (EI=0). L’ajustement désiré est obtenu en faisant varier pour l’arbre la position de la tolérance. Cest ce système qui doit être employé de préférence : il est plus facile dusiner un arbreque de réaliser un alésage. Remarque : Les ajustements homologues des deux systèmes présentent les même jeux ou serrages. Par exemple l’ajustement 30 H7 f7 donne les même jeux que l’ajustement 30 F7 h7. 2.6. Choix d’un ajustement: Le choix des ajustements n’est pas arbitraire. Il dépend essentiellement de la nature de laliaison à réaliser et de la précision exigée pour le guidage. Généralement, on procède comme suit : - déterminer les jeux ou serrages limites compatibles avec un fonctionnement correct ; - éviter tout excès de précision inutile puisque les coûts augmentent avec le degré de précision exigé ;1CEM-ESPRIT Page 11
  • 12. Cours Processus de production Abdallah NASRI - choisir dans les normes et de préférence dans les valeurs les plus couramment utilisées l’ajustement ISO qui comporte des jeux ou serrages aussi voisins que possibles des valeurs précédemment déterminées. - utiliser en priorité le système de l’alésage normal ; - suivre les indications sur les qualités que l’on peut attendre des principaux procédés d’usinage (Tableau ci-dessous). IT (qualité) 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Oxycoupage Sciage Rabotage Perçage Fraisage Perçage +alésoir Alésage Brochage Tournage Rectification Rodage Superfinition Règle pratique : - on prend en général H sur l’alésage ; - on choisit la lettre sur l’arbre selon le type de jeu que l’on veut : très glissant (d, f), glissant (g), juste (h), un peu serré (k, m), très serré (p). - on choisit la qualité suivant la précision de l’assemblage. S’il doit être précis on prend une petite valeur (5, 6,7). Si l’on peut accepter de l’imprécision on peut prendre un peu plus grand car c’est moins cher (9, 11, …, 16).1CEM-ESPRIT Page 12
  • 13. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON II INSTRUMENTS DE MESURE DIRECTE ET INDIRECTE1. QUALITES D’UN INSTRUMENT DE MESURE D’une façon générale, la métrologie a pour but de définir la valeur d’une grandeurphysique avec un degré d’incertitude aussi faible que possible. Un instrument de mesure permet d’établir une relation entre la valeur de Mesurande M(grandeur faisant l’objet de la mesure) et la valeur lue L du résultat de la mesure. La qualité des appareils de mesure peut être caractérisée par : - l’étendue ; - la justesse ; - la fidélité ; - la sensibilité ; - la précision ; - la résolution. 1.1. L’étendue de mesurage : Cest le domaine de variation possible de la grandeur à mesurer. Elle est définie par unevaleur minimale et une valeur maximale. Exemple : micromètre 0-25 mm. 1.2. La justesse : Elle caractérise l’exactitude de la graduation de l’appareil de mesure ou sa valeur indiquée.Elle dépend des soins apportés à la fabrication des appareils ou à leur mise à zéro(étalonnage). Dans le cas de mesures multiples Li cest lécart entre le résultat moyen Lmoy et la valeurvraie de la mesurande M. n ∑L i J= | Lmoy – M| avec Lmoy = i =1 n 1.3. La fidélité : C’est l’aptitude d’un appareil de mesure à indiquer toujours la même dimension quand onrépète n fois la mesure de la même pièce dans les mêmes conditions. Dans le cas de mesures multiples Li , elle caractérise la dispersion de ces mesures pour unemême grandeur dont on définit l’écart type σ. n ∑(L − L ) 2 i moy σ= i =1 n −1 Les défauts de fidélité ont pour causes : - erreurs d’opérateur en lecture ou manipulation ; - déformation permanente de l’appareil par usure ; - déformations élastiques de l’appareil lors de la mesure, etc.1CEM-ESPRIT Page 13
  • 14. Cours Processus de production Abdallah NASRI 1.4. La sensibilité ou pouvoir d’amplification: C’est le rapport entre le déplacement ∆d de l’indicateur de l’instrument de mesurecorrespondant à une variation ∆M de la grandeur mesurée. ∆d S= ∆M Exemple : Les graduations d’un comparateur à cadran sont espacées de 1mm dont chacunecorrespond à un accroissement de 0,01mm sur la pièce mesurée. 1 S= = 100 0, 01 1.5. La précision : La précision est la qualité globale de linstrument du point de vue des erreurs. Plus laprécision est grande, plus les indications sont proches de la valeur vraie. La précision englobedonc les différentes erreurs définies ci-dessus. Précision Fidélité Justesse 1.6. La résolution : La résolution ou la quantification de l’instrument est la plus petite variation perceptiblede la grandeur à mesurer. Exemple : pour un pied à coulisse au 1/50, elle est de 0,02 mm.2. TYPES DE MESURES ET INSTRUMENTS ASSOCIES: Il existe deux types de mesurage dimensionnel : la mesure directe et la mesure indirecte. 2.1. Mesure directe : Dans ce type de mesure, la valeur de la grandeur à mesurer est obtenue directement parlecture de la grandeur à mesurer. Les instruments utilisés dans cette catégorie sont : le pied àcoulisse, la jauge de profondeur et le micromètre ou palmer. 2.1.a- Pied à coulisse: - Description : C’est un appareil servant à mesurer différents types de dimensions (extérieures, intérieureset de profondeur) en fonction de sa longueur et la forme de ses becs. Il est essentiellementformé par une jauge fixe (règle) sur laquelle glisse un coulisseau à vernier.(fig.)1CEM-ESPRIT Page 14
  • 15. Cours Processus de production Abdallah NASRI - Principe du vernier : L’échelle gravée sur le coulisseau s’appelle vernier. Elle permet de déterminer la fractionde mesure sur l’échelle principale de la règle. Afin d’établir la résolution « q » d’un pied à coulisse, on doit diviser la distance entre deuxdivisions successives de l’échelle de la règle (1mm) par le nombre n des divisions du vernier. 1 q= n Suivant le nombre n des divisions, il existe trois types de verniers : (fig.) - vernier au 1/10eme : il possède 10 graduations égales et mesure 9 mm. Une graduation égale 0,9 mm. La résolution relative est 0,1 mm. - vernier au 1/20eme : il possède 20 graduations égales et mesure 19 mm. Une graduation égale 0,95 mm. La résolution relative est 0,05 mm. - vernier au 1/50eme : il possède 50 graduations égales et mesure 49 mm. Une graduation égale 0,98 mm. La résolution relative est 0,02 mm. - Utilisation et lecture : Le pied à coulisse est utilisé pour la mesure des dimensions extérieures, intérieures et deprofondeur (fig.). L’étendue de mesure est de 150 mm à 1,5 m. Pour les mesures extérieures, on doit insérer la pièce dans les machoirs intérieurs du pied àcoulisse puis les fermer. On fige la mesure avec la molette de blocage. Pour les dimensions intérieures, la mesure est faite avec les becs extérieurs. On rajoute à lamesure lue la valeur de l’épaisseur des becs (10 mm).1CEM-ESPRIT Page 15
  • 16. Cours Processus de production Abdallah NASRI Quand on doit effectuer une mesure avec le pied à coulisse, indépendamment de sarésolution, deux cas de figure se présentent : - Le zéro du vernier coïncide exactement avec un trait de l’échelle de la règle graduée. Dans ce cas, la valeur de la mesure est donnée par le nombre de mm comptés à gauche du zéro du vernier. - Le zéro du vernier se trouvent entre deux traits de l’échelle de la règle graduée. Dans ce cas, la valeur de la mesure est donnée par le nombre de mm comptés à gauche du zéro du vernier plus la fraction de mm indiquée par le trait correspondant avec un trait de la règle graduée. (fig.) - Remarques : - Il existe différents types de becs : becs simples, becs à pointes ou couteaux, becs d’intérieur et becs boucle. - Il existe différents modes d’affichage à vernier, numérique et à cadran. (fig.) - Avant d’utiliser le pied à coulisse, il faut s’assurer qu’il soit propre, que le coulisseau glisse sans trop de jeu, que les surfaces de contact des becs se joignent parfaitement une fois le coulisseau fermé et que le trait du zéro du coulisseau coïncide avec celui de la règle une fois l’instrument fermé. - Pour les mesures intérieures, on utilise la jauge de profondeur.1CEM-ESPRIT Page 16
  • 17. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.1.b- Micromètre ou palmer: - Description : C’est est un appareil de mesure des longueurs. Il est très utilisé en mécanique pour mesurerdes épaisseurs, des diamètres de portées cylindriques (micromètre dextérieur) ou desdiamètres de perçage ou dalésage (micromètre dintérieur). Son avantage réside dans la vis micrométrique qui lui donne une bonne précision ainsiquune bonne fidélité. - Micromètre extérieur : Le micromètre dextérieur est composé dun corps sur lequel sont montées une touche fixeet une touche mobile. La touche mobile est actionnée par un mécanisme de vismicrométrique. Ce dernier permet au tambour gradué de tourner et de glisser sur une douillecylindrique. Le limiteur de couple permet dexercer sur la pièce un serrage identique pourchaque mesure. Dans le cas des micromètres dextérieur il est généralement situé entre 5 et 20newtons. Sur la douille cylindrique du palmer, deux échelles sont gravées, rapportées à la mêmeligne de foi : l’échelle des mm en haut et l’échelle des ½ mm en bas et sans numéros. Il y a en plus une échelle des centièmes gravée sur l’extrémité conique du tambour mobile,divisée en 50 parties égales. - Principe de lecture : Une rotation complète du tambour correspond à un déplacement sur la douille de 0,5 mm(vis micrométrique de pas=0,5 mm). La résolution du palmer est alors : 0,5 R= = 0, 01mm 50 A chaque déplacement d’un trait de l’échelle du tambour correspond, donc, undéplacement de 0,01 mm de la douille.1CEM-ESPRIT Page 17
  • 18. Cours Processus de production Abdallah NASRI La lecture des déplacements en mm et en ½ mm effectués par la douille cylindrique se faiten lisant le numéro de divisions laissées découvertes par le tambour. La valeur de la fraction de mesure est déterminée à partir du trait du tambour coïncidantavec la ligne de foi. Exemples de lecture : 21,26 mm 22,5+0,06=22,56 mm Pour mesurer une pièce, il faut l’insérer dans les mâchoires du palmer. L’approche se fait àl’aide du tambour gradué et le serrage se fait à l’aide de la molette limiteur d’effort. - Remarques : - Le micromètre dintérieur est utilisé pour mesurer le diamètre de trous cylindriques. Il en existe deux versions : - le micromètre dintérieur deux touches; - le micromètre dintérieur trois touches (parfois appelé alésomètre). - Pour la mesure des profondeurs, on utilise une jauge micrométrique. - l’étendue de mesure du palmer est choisie suivant la pièce à mesurer (0 à 25 mm ; 25 à 50 mm, 50 à 75 mm ; etc.) - avant l’emploi du micromètre, il faut s’assurer que le trait du zéro du tambour est aligné avec la ligne de foi et que le zéro de cette ligne correspond avec le bord du tambour en question lorsque le palmer est fermé. - Le palmer doit être étalonné à l’aide d’une cale de référence. - Suivant l’utilisation du palmer, on trouve différents types de touches : touches fixes effilées, touches à plateau, touches pour filetage, etc.1CEM-ESPRIT Page 18
  • 19. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.1.c- Rapporteur d’angles: - Description : C’est est un appareil de mesure des angles. Il comporte : un secteur gradué, un vernier etune réglette coulissante. Réglette coulissante Secteur gradué Vernier La résolution du rapporteur est calculée d’après la formule : a valeur de division du secteur gradue (1 deg ) R= = n nombre de divisions du vernier Généralement, on utilise des verniers à 12 ou 60 graduations. D’où la résolution : 1° 60 R12 = = = 5 12 12 1° 60 R60 = = = 1 60 60 2.2. Mesure indirecte : La grandeur à mesurer est comparée à une grandeur de même nature, de valeur connue,peu différente de celle de la grandeur à mesurer (on mesure l’écart entre les deux grandeurs).On distingue deux méthodes : - Mesure par comparaison avec la grandeur connue d’un étalon. On utilise alors des cales étalons, comparateur à cadran, etc. - Mesure par calibrage : calibre à mâchoires, tampon tangent, etc. 2.2.a- Mesure par comparaison : On détermine l’écart existant entre la dimension de la pièce à mesurer et celle voisine d’unétalon. Les écarts mesurés sont très faibles ; un dispositif d’amplification permet la lecture.1CEM-ESPRIT Page 19
  • 20. Cours Processus de production Abdallah NASRI- Cales étalons : Les cales étalons sont des parallélépipèdes généralement en acier spécial traité, rectifié etrodé mécaniquement après vieillissement. La longueur entre deux des faces est parfaitementconnue à moins de 1µm. Elles sont utilisées pour étalonner ou régler des appareils de mesure de longueur. Les tolérances de fabrication varient suivant les cotes nominales et selon la qualité de lacale. D’après la norme française NF E 11-010, il y a six classes de précisions (par ordrecroissant de précision) : • 00 : cale de haute précision • K : étalon primaire pour étalonnage dautres cales étalon (en entreprise) • 0 : travaux précis de laboratoire • 1 : réglage précis pour travaux de mesure sur marbre ou étalon de transfert • 2 : réglages précis en atelier • 3 : vérification et réglage de machine Les cales sont livrées par jeux groupées dans des boites. Le jeu de cales est constitué d’unesérie de cales dont les dimensions sont en progression géométrique par intervalle. Les principales cales sont celles de JOHANSSON et MANURHIN.- Comparateur à cadran : Le dispositif d’amplification s’appelle comparateur ou amplificateur. Dans la catégorie desappareils à amplification mécanique, le comparateur à cadran est le plus largement utilisédans les ateliers. L’amplification des déplacements du palpeur solidaire d’une crémaillère est obtenue pardes engrenages.1CEM-ESPRIT Page 20
  • 21. Cours Processus de production Abdallah NASRI Le déplacement axial du palpeur fait tourner l’indicateur principal sur le cadran gradué,divisé en 100 parties égales. A chaque tour complet de l’indicateur principal sur le cadran, correspond un déplacementaxial du palpeur de 1 mm. Par conséquent, la sensibilité s de l’instrument est s=1/100 = 0,01 mm. La course du palpeur (étendue de mesure) est de 0 –3 mm ou bien de 0 –10 mm selon lestypes. Pour effectuer n’importe quel mesurage ou contrôle, il faut : - placer le comparateur sur le support posé sur une surface plane ; - s’assurer que le palpeur est perpendiculaire à la surface à mesurer ou à contrôler ; Exemple : Soit la cote à contrôler de 100 ±0,05. On prend un étalon de même cote nominale. On met à zéro le comparateur sur étalon et on règle les indicateurs de tolérance sur lesvaleurs des écarts de part et d’autre du zéro. On déplace ensuite la base avec le comparateur eton passe à comparer sur la pièce en examen. Si l’indicateur principal est entre les indicateurs de tolérance, la pièce est bonne. Sinon, lapièce est mauvaise. Remarque : - A l’aide du comparateur, on ne relève pas seulement les mesures par comparaison, mais on contrôle aussi les tolérances géométriques (cylindricité, coaxialité, planéité, ..). - Pour contrôler des formes intérieures, il est commode d’utiliser des comparateurs à levier 2.2.b- Mesure par calibrage : Les vérificateurs de tolérances sont employés pour s’assurer que les cotes des piècesexécutées sont bien comprises entre les tolérances prévues sur le dessin. Ils sont utilisés en fin de production pour classer les pièces « bonne » ou « mauvaise ». En général, un vérificateur comprend un coté « entre » et un coté « n’entre pas »correspondant respectivement à la dimension minimale et maximale à vérifier. On distingue pour la vérification : - des alésages : tampon double, jauge plate (double, double à un seul coté) - des arbres : calibre à mâchoires (double dissymétrique, à un seul coté, dissymétrique rigide, en deux pièces), bague lisse ou lunette, - des filetages : peigne de filetage extérieur, calibres à filetage intérieur, - des rayons : jauges à rayons, - des jeux entre deux pièces : jauges d’épaisseur de précision,1CEM-ESPRIT Page 21
  • 22. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.2.c- Matériel de laboratoire : - Trusquin : Il sert à tracer des lignes parallèles à une hauteur donnée. - Equerre : Elle permet d’apprécier à l’œil la différence entre son angle et celui de la pièce. - Bloc en Vé : Utilisé pour retenir des pièces cylindriques en vue de traçage et du contrôle, aussi pourcontrôler des surfaces perpendiculaires des pièces prismatiques avec le marbre. - Marbre : Support en fonte ayant une surface supérieure parfaitement plane utilisé pour lavérification de la planéité d’une pièce. - Barre sinus : Elle sert à mesurer un angle dont la précision est supérieure à cinq minutes ou à régler unepièce suivant un angle très précis.3. INCERTITUDE ET ERREURS DE MESURE : 3.1. Définitions : Tout moyen de mesure, aussi précis soit-il, ne permet pas de donner la valeur vraie d’unegrandeur. Dans la pratique, l’incertitude correspond à la variation maximale que lon pourraitconstater en effectuant des mesures sur une même grandeur. Lincertitude découle des erreursde mesure dues à la qualité de linstrument, à lopérateur, à lenvironnement de la mesure(température, vibrations, ...), à la procédure de mesure,... Cote maximale lue Dimension réelle Cote minimale lue Incertitude Pour l’ensemble des instruments usuels, la principale cause d’incertitude est la résolution.1CEM-ESPRIT Page 22
  • 23. Cours Processus de production Abdallah NASRI Cette erreur représente la part principale de l’incertitude (plus de 50%). Les autres erreurs sont : - l’erreur systématique ; - l’erreur aléatoire. 3.2. L’erreur aléatoire : Appelée aussi erreur accidentelle ou dispersion statistique. Si lon mesure plusieurs fois la même grandeur avec un appareil suffisamment précis, onobtiendra chaque fois un résultat différent. Ceci est du aux phénomènes perturbateurs et à l’ensemble des fluctuations aléatoires quepeut subir l’instrument. Les phénomènes perturbateurs sont tels que : - l’erreur d’échantillonnage : l’échantillon n’est pas représentatif de ce que l’on veut mesurer ; - l’erreur de préparation : léchantillon saltère pendant le transport, le stockage ou la manipulation. Les fluctuations aléatoires sont représentées par : - la fidélité ; - déformations mécaniques de l’instrument ou de son support; - variation de la température ; - erreur de lecture de l’opérateur (parallaxe, interprétation, etc.). Lévaluation de la dispersion statistique se fait par des mesures de répétabilité et dereproductibilité, et éventuellement par des mesures croisées inter-laboratoires. La valeur de cette erreur est très significativement plus faible que la quantification del’instrument (de 3 à 10 fois). Exemple : pour un pied à coulisse au 1/50, elle est de 3µm. 3.3. L’erreur systématique : C’est une erreur qui se reproduit de façon identique à chaque mesurage. Elle est due à une imperfection de sens constant des méthodes et moyens de mesure. Essentiellement, elle est due au mauvais étalonnage d’un instrument. Létalonnage est lopération qui consiste à comparer les valeurs indiquées par lappareil àétalonner avec les valeurs de références correspondantes (étalons). Dans certains domainesréglementés, létalonnage est obligatoire, par exemple lorsque les erreurs peuvent provoquerdes accidents, des dérives sur la qualité dun produit D’une façon générale, on peut considérer que l’erreur systématique n’est finalement jamaisévaluée car elle est : - soit inconnue ; - soit connue et alors corrigée, auquel cas on l’annule. Note : L’incertitude de mesure comprend, en général, plusieurs composantes. Certainespeuvent être estimées en se fondant sur la distribution statistique des résultats de séries demesurage et peuvent être caractérisées par un écart type expérimental . L’estimation desautres composantes ne peut être fondée que sur l’expérience ou sur d’autres informations.1CEM-ESPRIT Page 23
  • 24. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.4. Détermination des incertitudes de mesure : 3.4.a- Etude statistique – Rappel : On se propose de répéter n fois la mesure d’une grandeur L. - la valeur moyenne est : n ∑L i Lmoy = i =1 n - l’écart type ou écart quadratique moyen est : n ∑(L − L ) 2 i moy σ= i =1 n −1 - l’histogramme est le graphe obtenue en portant les résultats Li et la fréquence ν(Li) d’obtention de ces résultats en ordonnée : il a une structure discontinue, sensiblement symétrique avec une forte accumulation vers la valeur moyenne. - La courbe continue associée à l’histogramme est sensiblement une courbe de Gauss. 3.4.b- Méthodes de calcul des incertitudes : On distingue deux méthodes pour le calcul des incertitudes types. - Méthode de type A : Elle se fonde sur l’application de la statistique. Elle est principalement utilisée pourquantifier les incertitudes de répétabilité de mesurage. Sur un grand nombre de mesures, on peut considérer que lon a une probabilité dont ladistribution est gaussienne. L’incertitude type s’écrit : σ ∆A = n σ : l’écart type des mesures effectuées. n : nombre de mesures1CEM-ESPRIT Page 24
  • 25. Cours Processus de production Abdallah NASRI - Méthode de type B : Elle recouvre tout ce qui n’est pas statistique (spécification, constructeur, certificatsd’étalonnage, facteur d’influence...). Exemple : q - Incertitude de quantification ∆ q = (avec q = résolution ou quantification de 12 l’instrument de mesure) δ T .α .L - Incertitude sur l’écart max de la température ∆T = 3 avec δT : écart sur la température α : coefficient de dilatation linéique L : grandeur à mesurer 3.4.c- Procédure d’évaluation des incertitudes : - Tout d’abord, il est impératif de modéliser le processus de mesure (chaîne de vérification)sous la forme Y=f(x1,x2,...xn)Exemple : Mesure avec micromètre ∆o ∆12 ∆i ∆11 ∆13 ∆pChaîne de vérification = opérateur, milieu ambiant, étalon et pièce. - L’étape suivante consiste à déterminer chaque quantité xi ainsi que l’incertitude type (∆1i(xi) et ∆interne ) qui lui est associée. ∆1i Signification Valeur ∆int ∆p Défaut de forme de la surface palpée 0,05 ∆11 Mauvais appui instrument/pièce ∆i Résolution instrument ±0,01 ∆12 Erreur lecture 0,01 ∆o Problème lié à l’opérateur ∆13 Mauvais contact touche palpeur 0,01 à instrument/pièce 0,03 - La loi de propagation des incertitudes permet d’écrire l’écart - type composé σ c (Y ) = ∑  ∆ ( xi )    i =11CEM-ESPRIT Page 25
  • 26. Cours Processus de production Abdallah NASRI - Puis l’incertitude élargie ∆L est obtenue en multipliant l’écart - type composé par un facteur d’élargissement k. ∆L=k . σc La valeur du facteur d’élargissement est liée à la probabilité souhaitée (intervalle deconfiance). 68% pour k=1, 95% pour k=2, 99.8% pour k=3 (suivant la loi normale). - L’incertitude absolue statistique est ∆L = 2σ c (k=2). Le résultat s’énonce L = Lmoy ± ∆L . ∆L 2σ c - L’incertitude relative est = . Lmoy Lmoy Remarque : Il est indispensable que la mesure et l’incertitude aient le même nombre de chiffres après la virgule. Exercice : On utilise un pied à coulisse 1/20 pour mesurer une cote de longueur 75 mm. On effectuedix lectures. On obtient le tableau des valeurs suivant : 1- évaluer l’incertitude type de type B due à la résolution de l’instrument ; 2- évaluer l’incertitude type de type A ; 3- calculer l’incertitude combinée puis l’incertitude élargie (k=2) ; 4- Ecrire le résultat final.4. CHOIX DE L’INSTRUMENT DE MESURE : La norme NF-E 02-204 prescrit que la résolution R doit être inférieure ou égale au 1/4 dela tolérance ⇒ R≤IT/4 +0,1 Exemple : Soit à mesurer une pièce de longueur 20 -0,05 - L’inégalité donne : R≤IT/4 ⇒ R ≤0,15/4=0,0325 o l’instrument peut être un pied à coulisse au 1/50ème dont R=0,02 mm5. LES CONDITIONS DE MESURE : Les conditions normales de mesure sont : - température : 20°C - pression atmosphérique : 101325Pa (1013.25 mbar) - Hygrométrie : 55% Commentaire : Le taux d’hygrométrie affecte principalement les dimensions des pièces en caoutchouc, enmatière plastique, en granit...1CEM-ESPRIT Page 26
  • 27. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON III TOLERANCES GEOMETRIQUES DEFINITIONS ET METHODES DE CONTROLE1. INTRODUCTION 1.1. Intérêts des tolérances géométriques: Les tolérances dimensionnelles ne permettent pas toujours de définir rigoureusement laforme géométrique de la pièce à fabriquer. En effet, malgré la cotation tolérancée desdimensions, les défauts géométriques peuvent subsister et nuire lors du fonctionnement oul’assemblage. L’emploi des conditions géométriques permet donc de remédier à ce problèmeen précisant les variations (de forme, d’orientation, de position ou de battement) permises. Une tolérance géométrique définit la zone de tolérance à l’intérieur de laquelle l’élémentréel tolérancé doit être compris. Elle limite les écarts admissibles de forme, d’orientation, deposition ou de battement d’un élément. 1.2. Inscription des TG: Les tolérances géométriques se distinguent des tolérances dimensionnelles par leur moded’inscription et par le fait qu’elles n’affectent pas directement une dimension linéaire ouangulaire. Contrairement aux tolérances de forme, les tolérances de position, d’orientation et debattement exigent l’emploi d’une référence ou élément de référence : point, ligne, surface. Généralement, l’élément de référence est précisé par un triangle noirci. L’élémenttolérancé est indiqué par une flèche. Suivant la position du triangle ou de la flèche on distingue trois cas : Commentaire Elément de référence Elément tolérancé Si le triangle ou la flèche sont appliqués sur l’élément ou sur la ligne de rappel, la référence ou la tolérance concerne l’élément lui-même Si le triangle ou la flèche sont appliqués dans le prolongement de la ligne de cote, la référence ou la tolérance concerne l’axe ou le plan médian ainsi spécifié Si le triangle ou la flèche sont appliqués sur un axe ou un plan médian, la référence ou la tolérance concerne cet axe ou ce plan médian1CEM-ESPRIT Page 27
  • 28. Cours Processus de production Abdallah NASRI2. SYMBOLES ET DEFINITIONS DES TG: On peut classer les tolérances géométriques en quatre types : tolérances de forme,d’orientation, de position et de battement. 2.1. Tolérances de forme : Le tableau suivant résume les six tolérances de forme. Forme d’une ligne Forme d’une surface Désignation Symbole Désignation SymboleTolérance de rectitude Tolérance de planéitéTolérance de circularité Tolérance de cylindricitéTolérance de ligne quelconque Tolérance de surface quelconque 2.1. a- Tolérance de rectitude : La génératrice du cylindre doit être comprise entre deux droites parallèles, distantes de lavaleur de la tolérance h et contenues dans un plan passant par l’axe du cylindre. 2.1. b- Tolérance de circularité : Le profil de chaque section droite doit être compris entre deux circonférencesconcentriques dont les rayons diffèrent de la valeur de la tolérance. La circonférenceintérieure est la plus grande circonférence inscrite. 2.1. c- Tolérance de planéité : Une partie quelconque de la surface, sur une longueur L, doit être comprise entre deuxplans parallèles distants de la valeur de tolérance.1CEM-ESPRIT Page 28
  • 29. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.1. d- Tolérance de cylindricité : La surface de révolution doit être comprise entre deux cylindres coaxiaux dont les rayonsdiffèrent de la valeur de la tolérance. Le cylindre extérieur est le plus petit cylindre circonscrit. 2.2. Tolérances d’orientation : Le tableau suivant résume les différentes tolérances d’orientation. Désignation Symbole Tolérance de parallélisme Tolérance de perpendicularité Tolérance d’inclinaison 2.2. a- Tolérance de parallélisme : La zone de tolérance doit être comprise entre deux plans parallèles, distantes de la valeurde la tolérance h et parallèles à la référence spécifiée A. 2.2. b- Tolérance de perpendicularité : La zone de tolérance doit être limitée par deux plans parallèles, distants de la valeur de latolérance h et perpendiculaires à la référence spécifiée A.1CEM-ESPRIT Page 29
  • 30. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.2. c- Tolérance d’inclinaison : La surface tolérancée doit être comprise entre deux plans parallèles, distants de la valeur dela tolérance et inclinés de l’angle spécifié sur la référence spécifiée. 2.3. Tolérances de position : Le tableau suivant résume les différentes tolérances de position. Désignation Symbole Tolérance de localisation Tolérance de coaxialité Tolérance de symétrie 2.3. a- Tolérance de localisation : L’axe du trou doit être compris dans une zone cylindrique de diamètre égal à la valeur dela tolérance, dont l’axe est dans la position théorique spécifiée. 2.3. b- Tolérance de coaxialité : L’axe du cylindre doit être compris dans une zone cylindrique de valeur égale à latolérance coaxiale à l’axe du cylindre de référence.1CEM-ESPRIT Page 30
  • 31. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.3. c- Tolérance de symétrie : Le plan médian de la rainure doit être compris entre deux plans parallèles distants de lavaleur de la tolérance et disposés symétriquement par rapport au plan médian du cylindre. 2.4. Tolérances de battement : Les tolérances de battement s’appliquent uniquement aux surfaces de révolution. On distingue les tolérances de battement circulaire et total, radial et axial tels que spécifiésdans le tableau suivant : Désignation Symbole Battement circulaire Battement total 2.4. a- Battement circulaire axial : Le battement axial de la ligne tolérancée, lors d’une révolution entière de la pièce autour del’axe du cylindre de référence, ne doit pas dépasser, séparément pour chaque diamètre d ducylindre de mesure, la valeur de la tolérance. 2.4. b- Battement circulaire radial : Le battement radial de la ligne tolérancée, lors d’une révolution entière de la pièce autourde l’axe du cylindre de référence, ne doit pas dépasser, séparément pour chaque position l duplan de mesure, la valeur de la tolérance.1CEM-ESPRIT Page 31
  • 32. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.4. c- Battement total axial : Le battement axial de la surface tolérancée, lors des révolutions complètes de la pièceautour de l’axe du cylindre de référence, doit être compris entre deux plans distants de lavaleur de la tolérance et perpendiculaires à l’axe du cylindre de référence. 2.4. d- Battement total radial : Le battement radial de la surface tolérancée, lors des révolutions complètes de la pièceautour de l’axe du cylindre de référence, doit être compris entre deux cylindres coaxiauxdistants de la valeur de la tolérance et dont les axes coïncident avec l’axe du cylindre deréférence.3. METHODES DE CONTROLE DES TG: Pour effectuer le contrôle des tolérances géométriques, on utilise généralement le matérielsuivant : un marbre, un ou plusieurs blocs en vé, des vérins fixes ou réglables, un comparateurà cadran menu de son socle, un montage entre pointes, etc… Ce contrôle doit s’effectuer dans un local dont la température est voisine de 20°C. Les pièces doivent être ébavurées et nettoyées avant le contrôle. 3.1. Tolérances de forme : 3.1. a- Tolérance de rectitude : Déplacer le support menu du comparateur à cadran sur le marbre en suivant la génératricecomme il est indiqué sur la figure. Répéter l’opération sur au moins trois génératrices différentes. Chaque génératrice doitrester comprise entre deux droites parallèles, distantes de la valeur de la tolérance.1CEM-ESPRIT Page 32
  • 33. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.1. b- Tolérance de planéité : Régler le comparateur à cadran à zéro au dessus du vérin fixe. Amener le comparateur au dessus des vérins réglables. Régler les vérins afin que le comparateur indique zéro. Déplacer ensuite le socle du comparateur sur le marbre et enregistrer les écarts. 3.1. c- Tolérance de cylindricité : Poser la pièce sur un jeu de vés étroits rectifiés ensemble. Relever sur le comparateur les déviations pour une rotation complète. Effectuer le contrôle sur les autres sections.1CEM-ESPRIT Page 33
  • 34. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.2. Tolérances de position : 3.2. a- Tolérance de parallélisme : Poser la surface de référence sur le marbre. Déplacer la pièce sous le comparateur et relever les écarts. 3.2. b- Tolérance de perpendicularité : Poser la surface de référence sur le marbre. Déplacer le comparateur sur toute la surface à contrôler. 3.2. c- Tolérance de coaxialité : . Le cylindre de référence est monté sur un vé. Le comparateur vient palper sur le cylindre à contrôler. Faire tourner la pièce dans le vé et enregistrer les écarts1CEM-ESPRIT Page 34
  • 35. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.3. Tolérances de battement : 3.3. a- Battement axial : La pièce étant maintenue dans une broche de précision. Lors d’une révolution complète de la pièce autour de l’axe du cylindre de référence, lapièce ne doit pas dépasser séparément la valeur de la tolérance pour chaque diamètre devérification. Répéter le contrôle sur des diamètres différents. 3.3. b- Battement radial : Avec le même montage que pour le battement circulaire axial, les relevés sont pris sur lesdiamètres extérieurs de la pièce en plusieurs endroits à chaque révolution complète.1CEM-ESPRIT Page 35
  • 36. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON IV MAITRISE STATISTIQUE DES PROCEDES (MSP)1. CONTROLE DE PROCEDE 1.1. Le procédé : Cest un système qui combine plusieurs facteurs agissant en même temps pour lobtentiondune production de biens ou de services. Ces facteurs appelés les 5M désignent les éléments ayant une influence prépondérante surla qualité du produit fini tels que : - Les hommes et les organisations (Main d’œuvre) - Les équipements de production et de tests (Matériels) - Les matières premières à transformer (Matières) - Les méthodes, les instructions et les procédures (Méthodes) - L’environnement social, économique et climatique (Milieu) 1.2. Variabilité du procédé : Dans une production, deux pièces ne sont jamais parfaitement identiques. Les dimensions précises d’une pièce usinée sur une machine- outil, par exemple, dépendent de nombreux facteurs. Ces causes de variabilité peuvent être regroupées en deux catégories: - causes communes ou aléatoires ; - causes spéciales ou assignables. 1.2. a- Causes communes: Ce sont les nombreuses sources de variation attribuables au hasard qui sont toujoursprésentes à des degrés divers dans les différents processus. Elles se caractérisent par : - leur nombre très important ; - par le fait quelles sont toujours présentes ; - leurs variations faibles; - leur indépendance les unes des autres ; …etc. Exemples: - jeux dans les éléments de la machine ; - température de latelier ; - défaut de la broche de la machine ; - élasticité des organes ; … etc. Si toutes les causes communes qui agissent sur le processus sont dun ordre de grandeur équivalent, alors la caractéristique doit suivre une répartition en forme de cloche (loi de Gauss).1CEM-ESPRIT Page 36
  • 37. Cours Processus de production Abdallah NASRI Si la moyenne de la production est centrée sur la cible, il est donc naturel de trouver desvaleurs comprises entre ± 3 l’écart types (σ) de cette cible. Un processus qui ne comprend que des causes communes est dit sous contrôle, on dit aussiquil est stable ou quil est maîtrisé. 1.2. b- Causes spéciales: Ce sont les causes de dispersion identifiables, souvent irrégulières et instables, et parconséquent difficiles à prévoir. L’apparition d’une cause spéciale nécessite une interventionsur le processus. Contrairement aux causes communes, les causes spéciales sont en généralpeu nombreuses, elles ne sont pas inhérentes au processus et elles en résultent une dispersionvariable dans le temps. Exemples: - usure, déréglage ou cassure dun outil ; - mauvaise lubrification ; - changement dopérateur ; - coupure du courant ; … etc. Lorsqu’on analyse les causes spéciales qui interviennent sur le processus, on saperçoitquon peut les classer en deux catégories (figure 1) : - celles qui agissent sur la position de la valeur surveillée (déréglage dun outil par exemple) ; - celles qui agissent sur la dispersion et donc sur la capabilité du processus (défaut de lubrification par exemple). Lors de la présence de ce type des causes dans un processus, on dit que ce dernier estinstable, ou encore quil est hors contrôle, ou quil n’est pas maîtrisé.2. CONCEPT DE LA MSP 2.1. Introduction : La Maîtrise Statistique des Procédés (MSP) est une démarche méthodologique qui utilisedes modélisations mathématiques se basant sur la statistique. Son application a pour objectifd’assurer une maîtrise de la qualité d’un produit ou d’un service. La MSP se déroule sur deux phases complémentaires. La première phase de mise en place consiste à : - analyser un processus quelconque afin de déterminer de façon qualitative les causescommunes et assignables qui sont présentent ; - rendre ce processus prévisible en supprimant les causes assignables. La distribution ducaractère du produit final doit être mathématiquement modélisable (Loi Normale) ; - rendre le processus capable en diminuant l’effet des causes communes. Le caractère duproduit final doit être compris dans l’intervalle de tolérance exigé. La deuxième phase de suivi consiste à surveiller et maintenir le processus en détectant etéliminant à fur et à mesure les causes assignables qui sont à l’origine de la dégradation de laproduction.1CEM-ESPRIT Page 37
  • 38. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.2. Phase 1 : Mise en place de la MSP L’application de la démarche MSP nécessite, tout d’abord, une analyse du processus enmodélisant la distribution du caractère du produit (exemple : dimension) et ce en effectuant unéchantillonnage avec un pas de temps régulier. Cette première étape nécessite le traçage del’histogramme décrivant l’évolution de la fréquence relative des mesures dans chaqueintervalle (voir paragraphe 3). Si la distribution obtenue est quelconque et non modélisable, c’est qu’il existe des causesspéciales qu’il faut éliminer. Les outils de diagnostic de ces causes sont multiples. On cite : - le diagramme d’Ichikawa (ou diagramme causes/effets) : A partir d’un brainstorming, on peut répertorier les causes suivant les 5 M caractéristiques du procédé ; CAUSES Main d’œuvre Moyens EFFET Méthodes Milieu Matières - le diagramme de Pareto (ou loi des 80-20) : 20% des causes sont à l’origine des 80% des effets. %Effets %Causes Une fois les causes spéciales sont identifiées, un plan d’action sera établi pour les éliminer. L’étape d’après consiste à retracer l’histogramme et analyser encore une fois ladistribution. Si toutes les causes assignables ne sont plus présentes, alors la distribution aurala forme d’une cloche (gaussiènne). Elle est modélisable suivant une loi normale (loi deGauss). Les valeurs mesurées sont centrées vers une moyenne x avec une dispersion de 6σ. Sur le même graphe, on trace les limites de tolérance supérieure et inférieure de ladimension.1CEM-ESPRIT Page 38
  • 39. Cours Processus de production Abdallah NASRI A partir de ce graphe, on peut juger s’il y a production de pièces défectueuses ou non et ceen comparant l’intervalle de tolérance IT à la dispersion totale 6σ (voir paragraphe 4). On parle ainsi d’indicateur de capabilité Cp tel que : IT Cp = 6σ Si Cp<1 c’est qu’il y a des pièces mauvaises. L’action de correction consiste à diminuerl’effet des causes communes pour réduire l’écart type σ. Une fois Cp≥1, on n’est pas encore sûr que toutes les pièces produites soient bonnes. Unproblème de réglage peut causer un décalage entre la valeur moyenne x calculée et la valeurnominale. On introduit alors l’indicateur de préréglage Cpk qui s’écrit : Cpk = min ( Ts − x x −Ti 3σ ; 3σ ) Si Cpk<1 c’est qu’il faut revoir le réglage de la machine pour faire coïncider x avec lavaleur nominale. Le problème de réglage étant résolu, on obtient un procédé qualifié de stable, et on arrive,ainsi, au terme de la première phase de mise en place de la démarche MSP. 2.3. Phase 2 : Suivi du processus Dans un souci d’assurer une amélioration continue de la qualité du produit, la MSP met àdisposition de son utilisateur des outils de suivi de sa production : les cartes de contrôle. Ces cartes permettent d’avoir une image du déroulement du processus de production etd’intervenir rapidement et à temps sur celui-ci. On distingue deux types de cartes de contrôle : - cartes de contrôle par mesure : la spécification contrôlée est une grandeur chiffrable par un instrument de mesure. Ces cartes de contrôle permettent de surveiller la tendance de fabrication (moyenne x ) et la variabilité du processus (étendue W=xmax-xmin). - cartes de contrôle par attributs : les produits sont classés en « bon » ou « mauvais ». Ces cartes contrôlent le nombre ou la proportion des défectueux. En ce qui suit, on ne traitera que les cartes de contrôle par mesure. 2.3. a- Mise en œuvre des cartes de contrôle: A chaque pas de temps il sera prélevé quelques pièces « représentant » l’ensemble de lapopulation produite. De cet échantillon de pièces il sera déduit une valeur moyenne x et unevaleur étendue W (ou écart type).0h 1h 2h X X1,W1 X2,W2 X,W N° de prélèvement : 1 N° de prélèvement : 21CEM-ESPRIT Page 39
  • 40. Cours Processus de production Abdallah NASRI Pour chaque échantillon prélevé et mesuré on trace simultanément sur la carte de contrôlede la moyenne et de l’étendue respectivement la valeur moyenne et la valeur de l’étendue.Chaque nouveau point est reliés à la valeur précédente par un segment de droite afind’améliorer la visibilité de leur évolution. X M o ye n ne d e s é c h a n tillo n s 1 2 ... N ° d e p r é lè v e m e n t Les cartes de contrôle, avec les points représentatifs de chaque échantillon, permettent devoir l’évolution des valeurs moyennes et de la dispersion des dimensions fabriquées. Mais elles ne permettent pas de déterminer si ces variations sont dues uniquement à descauses communes ou à l’apparition d’une cause assignable. Il faut donc tracer des limites decontrôle (LCS, LCI) ainsi que la valeur moyenne x des moyennes. X Moyenne des échantillons LCS +3σ x LSS +2σ x +1σ x 99,73% des X 68,26% X X 95,44% Moyennede la population −1σ x LSI −2σ x LCI −3σ x Les limites de contrôle LC et LS sont les images 1 2 ... de la capabilité du processus et évolueront donc N° de prélèvement en même temps que sa dispersion Les limites de contrôle pour la cartede contrôle des moyennes s’écrivent : LCS x = x + A2 W Etendue des échantillons W LCI = x-A 2 W x LCS Pour la carte de contrôle des étendues LSSces limitent s’expriment telles que : LCS = D4 W W R Etendue moyenne de la population LCI = D3 W LSI R LCI N° de prélèvement 1 2 ...1CEM-ESPRIT Page 40
  • 41. Cours Processus de production Abdallah NASRI x : moyenne globale de l’ensemble des données ; W : étendue moyenne. x1 + x 2 + x 3 + ... + x n W + W2 + W3 + ... + Wn ; n : nombre d’échantillons x= ; W= 1 n n A2, D3 et D4 sont des coefficients dépendants du nombre n des échantillons prélevés. n A2 D3 D4 2 1.937 0.00 4.12 3 1.054 0.04 2.99 4 0.750 0.10 2.58 5 0.594 0.16 2.36 6 0.498 0.21 2.22 2.3. b- Diagnostic des cartes de contrôle: L’analyse d’une carte de contrôle s’effectue selon des tests spécifiques qui permettent dediagnostiquer les fluctuations anormales de la tendance centrale et de la dispersion de lacaractéristique, et éventuellement d’identifier les causes spéciales qui en affectent lecomportement. - Variation de la moyenne x : Résultat du contrôle Constats Interprétations Corrections Pas de grande Processus réglé et Pas de corrections à variation de la stable envisager moyenne La dernière Processus en Intervenir et régler le moyenne est trop dérive, il faut processus. Voir journal grande et sort des trouver la cause de bord pour trouver la limites de contrôle commune pour cause et la corriger corriger durablement On constate une Le processus Intervenir et régler le série de sept points dérive, ce qui peut processus. Voir journal consécutifs du être dû à un de bord pour trouver la même côté de la mauvais réglage cause et la corriger moyenne initial On constate une Processus en Régler le processus. série de sept points dérive constante, Rechercher la cause consécutifs en risque de sans doute spéciale dérive constante production (usure d’outil) mauvaise Les 2/3 des points Forte probabilité Renforcer la sont en dehors due à une cause surveillance. Modifier d’une zone centrée aléatoire les conditions de autour de la production pour moyenne globale trouver la cause aléatoire1CEM-ESPRIT Page 41
  • 42. Cours Processus de production Abdallah NASRI - Variation de l’étendue W : Résultat du contrôle Constats Interprétations Corrections Pas de grande Processus réglé et Pas de corrections à variation de stable envisager l’étendue L’étendue d’un Etendue trop Arrêt immédiat du échantillon sort des grande, le processus. Voir journal limites de contrôle processus n’est de bord pour trouver la pas capable, il cause et la corriger produit des pièces mauvaises3. HISTOGRAMME 3.1. Définition : L’histogramme est une représentation graphique de la distribution des valeurs regroupéespar classes, sa forme renseigne sur la normalité de la distribution de léchantillon. 3.2. Procédure de construction : Pour tracer l’histogramme, on doît prélablement définir les grandeurs suivantes : - le nombre de classes K (arrondi au nombre entier supérieur) : 10 K=1+ log ( N ) avec N : l’effectif de l’échantillon ; 3 - l’étendue de mesure W : W=x max -x min xmax et xmin respectivement les valeurs maxi et mini du prélèvement ; - l’étendue de classe ∆L : ∆L= W K - les limites de chaque classe. Ensuite, on remplie le tableau suivant en comptant le nombre d’effectif dans chaque classe(m : fréquence absolue) ainsi que la fréquence relative m/N. n° 1 2 3 4 5 6 Classe [xmin ;xmin+ ∆L[ [xmin+ (K-1)∆L ;xmax] m m/N m/N En portant en abscisse les cotes et enordonnée la fréquence relative propre àchaque classe, on construit sur chaqueintervalle un rectangle dont la surface estproportionnelle au nombre de pièces(histogramme des fréquences). Intervalle1CEM-ESPRIT Page 42
  • 43. Cours Processus de production Abdallah NASRI4. ETUDE DE CAPABILITE D’UN PROCEDE 4.1. Concept de la capabilité : La capabilité, cest laptitude dun processus de fabrication à produire des pièces «bonnes».Un processus de fabrication est caractérisé par la dispersion due aux variations aléatoires. Si cette distribution se situe dans l’intervalle de tolérance, les pièces seront conformes etlorsque la distribution des pièces est plus grande que l’intervalle de tolérance, certaines neseront pas conformes. 4.2. Indicateurs de capabilité : 4.2. a- Indice de Capabilité: Cp La capabilité est une caractéristique propre du processus et ne fait donc à aucun momentréférence à lintervalle de tolérance. Il est donc intéressant de comparer la capabilité duprocessus (dispersion) à létendue de l’IT de la spécification à réaliser ou à contrôler. On définit alors l’indice de capabilité Cp tel que : Etendue IT Cp = = Dispersion 6σ Les valeurs remarquables de Cp sont résumées dans le tableau suivant : Valeur de Cp Qualification Processus Cp>1.66 performant Cp>1.33 capable Cp≥1 juste capable Cp<1 non capable Cp<1,33 Cp>1,331CEM-ESPRIT Page 43
  • 44. Cours Processus de production Abdallah NASRI 4.2. b- Indicateur de centrage: Cpk Malgré la situation confortable que procure un Cp ≥ 1,66 ou Cp ≥ 1,33 il est toujourspossible de produire des défectueux à la suite du décentrage de la moyenne des dimensionspar rapport à la spécification moyenne. Il est donc nécessaire de définir un indicateur appeléindicateur de centrage de la production : Cpk. Cpk = min ( Ts − x x −Ti 3σ ; 3σ ) Avec - Ts : Tolérance supérieure ; - x : Moyenne de la population ; - Ti : Tolérance inférieure ; - σ : Ecart type de la population. Si 1≤Cpk≤Cp : toutes les pièces sont conformes. Si Cpk<1 : il y a rebut. Cp=1,5 Cp=1,5 En outre, on distingue deux types d’indicateurs de capabilité : - les indicateurs court terme qui traduisent la dispersion sur un temps très court (dispersion instantanée). Cette dispersion est généralement imputable au moyen de production et est appelée Capabilité Moyen. - les indicateurs long terme qui traduisent la dispersion globale sur un temps suffisamment long pour que les 5 M du procédé ( Main d’œuvre, Moyen, Méthodes, Milieu et Matière) aient eu une influence. Cette dispersion est imputable non seulement au moyen mais également aux changements d’équipes, aux différences d’interprétation des procédures, aux modes de réglages différents d’une équipe à l’autre, aux matières d’origines différentes, à la variabilité des conditions climatiques et des horaires ( travail diurne ou nocturne ) etc... On parlera alors de la Capabilité Processus. Il est fondamental de préciser, dans toute étude de capabilité, s’il s’agit de la capabilitémoyen ou processus.5. APPLICATION 5.1. Problématique : Une entreprise fabrique des axes de diamètres φ20±0,2 mm. Pour assurer la qualité de cesaxes, le responsable qualité a prélevé un échantillon de 50 pièces. Les résultats de mesure sontillustrés dans le tableau ci-dessous.1CEM-ESPRIT Page 44
  • 45. Cours Processus de production Abdallah NASRI On demande : 5.1.a- Elaboration d’un histogramme : - Calculer les paramètres de l’histogramme ; - Déterminer l’effectif de chaque classe ; - Tracer l’histogramme ; - Tracer les limites imposées par le client sur cet histogramme ; - Commenter le résultat ; - Calculer l’écart type et la moyenne de distribution de cet échantillon. 5.1.b- Etude de capabilité : - Calculer les indicateurs de capabilité ; - Commenter le résultat ; 5.1.c- Estimation des rebuts : - Calculer le pourcentage des pièces défectueuses, hors limite supérieure de la cote imposée par le client; - Calculer le pourcentage des pièces défectueuses, hors limite inférieure de la cote imposée par le client; - Calculer le taux des pièces défectueuses ; - Estimer le nombre des pièces défectueuses pour un lot de 20000 pièces. On donne la table de la fonction intégrale de la loi normale. t1CEM-ESPRIT Page 45
  • 46. Cours Processus de production Abdallah NASRI 5.2. Eléments de réponse : 5.2.a- Elaboration d’un histogramme : - le nombre de classes K (arrondi au nombre entier supérieur) : 10 K=1+ log ( N ) avec N =50 ; 3 K=7 classes - l’étendue de mesure W : W=x max -x min =20,07-19,81=0,26 mm - l’étendue de classe ∆L : ∆L= W = 0,26 = 0,036 K 7 - tableau des fréquences : n° 1 2 3 4 5 6 7 m 1 4 10 18 11 3 3 m/N 0,02 0,08 0,2 0,36 0,22 0,06 0,06 - Histogramme : 0.4 0.35 0.3 Fréquence relative 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1 2 3 4 5 6 7 N° intervalle La valeur moyenne x =19,948 mm L’écart type σ=0,101 5.2.b- Indicateurs de capabilité : IT 0, 4 Cp = = = 0, 66 < 1 Procédé non capable il existe N’ pièces défectueuses 6σ 0, 606 Avec N’=QxN (Q : volume des pièces défectueuses) Cpk = min ( Ts − x x −Ti 3σ ; 3σ ) = min ( 0,81;0,48) = 0,48 Il ya décalage vers la côte mini.1CEM-ESPRIT Page 46
  • 47. Cours Processus de production Abdallah NASRI 5.2.c- Estimation des rebuts : Le volume des pièces défectueuses peut être déterminé d’après la formule: Q = Qa +Qb Avec Qa= 1- ∏ (tmax) tmax = Cmax −x σ Qb= ∏ (tmin) si tmin >0 C −x Qb= 1-∏ (|tmin|) si tmin <0 tmin = min σ ∏ (t) est la fonction intégrale de la loi normale centrée, réduite. 20,2-19,948 19,948-19,8 t max = = 2, 49 t min = = 1, 46 0,101 0,101 ∏ (2,49)= 0,9936 ∏ (1,46)= -0,9279 Qa= 0,0064 Qb=0,0721 Q= 0,0785 Pour un lot de 20000 pièces : le nombre de pièces défectueuses est N’ N’=0,0785x20000= 1570 pièces t1CEM-ESPRIT Page 47
  • 48. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON V GENERALITES SUR LA COUPE DES METAUX 1. DEFINITION Les procédés de fabrication des pièces mécaniques se partagent en neuf famillesprincipales, selon que le matériau de la pièce est : - moulé : mise en forme à l’état liquide ; - déformé : par exemple, forgeage, matriçage, estampage, emboutissage… ; - déplacé : par exemple, fluotournage ; - compacté : mise en forme à l’état pulvérulent ; par exemple, frittage ; - joint : par exemple par soudage, brasage, collage… ; - déposé : association de matériau de revêtement et matériau de substrat ; - traité en surface ou en volume : il s’agit de modification des propriétés du matériau ; - séparé : par découpage et enlèvement de matière (usinage)... La mise en forme par enlèvement de matière appelée usinage est considérée à la base desprincipales techniques de production mécanique. En fait, L’usinage consiste en un enlèvement de matière sur la pièce afin de lui donner laforme, les dimensions et un fini de surface d’un produit déterminé. Cet enlèvement peut êtreobtenu par une action mécanique des outils tranchants, abrasion, érosion, déplacement desions, corrosion chimique, vaporisation, fusion, etc. Quel que soit le mode d’enlèvement dematière (tournage, fraisage, perçage, etc.) il existe un élément commun, en l’occurrence laformation de copeaux. Fig.1- Génération d’une surface par enlèvement de copeaux1CEM-ESPRIT Page 48
  • 49. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2. ELEMENTS DE L’OUTIL DE COUPE Un outil de coupe consiste en un corps et une queue. Un corps est la partie de l’outilportant les éléments coupants ou les plaquettes. Parfois, les arêtes peuvent être tailléesdirectement dans le corps. D’autre part, la queue de l’outil est la partie par laquelle celui-ci estmaintenu. La partie de l’outil qui intervient directement dans l’opération de coupe (les arêtes, la facede coupe et la face de dépouille) est appelée partie active. On y distingue différentes faces etarêtes qui sont illustrées sur la figure 2 (les arêtes, la face de coupe et la face de dépouille). Fig.2- Eléments d’un outil de coupe 2.1. Faces et arêtes de l’outil : La partie de l’outil impliquée directement dans la coupe est appelée taillant. Elle estlimitée par trois faces : la face de coupe le long de laquelle glisse le copeau et les deux facesde dépouille (principale et secondaire) le long desquelles passent les surfaces coupée etengendrée. On appelle une arête un bord de la face de coupe destiné à l’enlèvement de matière. Dansun outil de tournage simple, on peut distinguer une arête principale, intersection entre la facede coupe et la face de dépouille principale, et une arête secondaire, intersection entre la facede coupe et la face de dépouille secondaire. La jonction des arêtes principale et secondaireforme le bec de l’outil. Il peut être droit, arrondi ou représenter l’intersection vive des deuxarêtes. 2.2. Angles de coupe : La figure 3 illustre, dans le système de référence outil en main, les trois angles principauxdu taillant, l’angle de dépouille α, l’angle de taillant β et l’angle de coupe γ. Fig.3- Angles de coupe1CEM-ESPRIT Page 49
  • 50. Cours Processus de production Abdallah NASRI Globalement, l’angle de dépouille α influe sur le frottement entre l’outil et la pièce et doncla durée utile de l’outil. L’angle de coupe γ a une influence sur la manière dont s’écoule lecopeau sur la face de coupe et ainsi les efforts de coupe, la puissance consommée, lesdégagements de chaleur etc. La somme de ces trois angles est toujours égale à 90º. α + β + γ = 90º (1) 3. PARAMETRES DE COUPE Les paramètres de coupe sont, d’une part, des valeurs qui caractérisent les déplacements del’outil et de la pièce usinée (paramètres de coupe cinématiques) et, d’autre part, les valeursdes surépaisseurs d’usinage et des dimensions de coupe (paramètres de coupe géométriques) 3.1. Mouvements de l’outil et de la pièce : Pour enlever de la matière en cours d’usinage, deux mouvements sont nécessaires :mouvement de coupe et mouvement d’avance. Dune manière générale les mouvements decoupe peuvent être donnés soit par la pièce soit par loutil. 3.1.a- Mouvement de coupe : Le mouvement de coupe est un mouvement relatif principal entre l’outil et la pièce. Il estcaractérisé par la vitesse de coupe vc qui est une vitesse instantanée du point considéré del’arête par rapport à la pièce. Dans le cas du mouvement circulaire, la vitesse de coupe est unefonction de la vitesse de rotation N et du diamètre D de l’élément en rotation. π DN VC = (2) 1000 La vitesse de coupe Vc est définie en m/min, le diamètre D en mm et la vitesse de rotationN en tr/min. 3.1.b- Mouvement d’avance : Au mouvement de coupe, vient s’ajouter un autre mouvement relatif entre l’outil et lapièce, le mouvement d’avance, nécessaire à la génération de la surface de la pièce. Le mouvement d’avance est caractérisé par la vitesse d’avance Vf qui est une vitesseinstantanée du mouvement d’avance du point considéré de l’arête de coupe par rapport à lapièce. Elle est exprimée soit en mm/min soit en mm/tour. 3.2. Paramètres géométriques de coupe : La distance entre la surface de la pièce et la surface engendrée est appelée profondeur decoupe ap. Cependant, afin d’arriver à la dimension finale de la pièce, on doit souvent effectuerplusieurs passes. La passe est définie comme la couche de matière de la pièce qui doit êtreenlevée par un passage unique de l’outil de coupe. La partie de matière usinée entre la surfacede la pièce et la surface finale désirée (après avoir effectué toutes les passes nécessaires) estappelée surépaisseur d’usinage.1CEM-ESPRIT Page 50
  • 51. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇONVI MATERIAUX A OUTILS DE COUPE 1. INTRODUCTION Le choix d’un outil de coupe pour n’importe quelle opération d’usinage est conditionné parplusieurs exigences provenant d’abord des caractéristiques du matériau à usiner (structure,dureté, résistance, …); elles dépendent ensuite des conditions techniques à satisfaire (opération decoupe, type de machine-outil, conditions de coupe), puis économiques, et plus généralement mixtes. L’outil retenu sera caractérisé par le matériau le constituant et par sa géométrie. 2. PROPRIETES DES MATERIAUX A OUTIL Un matériau d’outil doit réunir plusieurs caractéristiques physiques pour présenter uneaptitude à la coupe suffisante. Les propriétés remarquables d’un tel matériau sont les suivantes : - avoir une dureté de valeur élevée à la température de travail ; - avoir une bonne résistance à l’usure par abrasion ; - avoir une ténacité élevée (résistance à la rupture et aux chocs); - être chimiquement inerte par rapport à la matière usinée; - avoir une bonne conductibilité thermique et une bonne résistance aux chocs thermiques. Le graphe suivant représente l’influence de la température sur la dureté des matériauxutilisés pour la fabrication des outils de coupe. Fig.1- Influence de la température sur la dureté des matériaux à outils1CEM-ESPRIT Page 51
  • 52. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3. TYPES DES MATERIAUX A OUTIL Les matériaux à outils peuvent être classés en plusieurs groupes : les aciers rapides, lescarbures métalliques, les cermets, les céramiques, le nitrure de bore cubique et les diamants. La figure suivant représente les différents domaines d’utilisation de ces matériaux. Fig.2- Domaines d’utilisation des différents types de matériaux à outils 3.1. Aciers rapides : Les aciers rapides sont des alliages fer-carbone qui contiennent plus de 0.7 % de carbone etdes éléments d’addition susceptibles de former des carbures. On peut distinguer deux typesd’aciers rapides : - aciers rapides en base de tungstène contenant 0.7 % de carbone (C), de 12 à 20 % de tungstène (W), environ 4 % de chrome (C), de 1 à 5 % de vanadium et jusqu’à 12 % de cobalt (Co); - aciers rapides en base de molybdène contenant de 6 à 13 % de tungstène, de 3.5 à 10 % de molybdène. Leur désignation est la suivante : HS suivi de la teneur en tungstène (W), molybdène(Mo), de vanadium (V) et de cobalt (Co). Exemple : HS12-0-5-5 : acier rapide, 12%W, 0%Mo, 5%V, 5%Co. Suivant la teneur en tungstène, on distingue trois types d’aciers rapides : - de 12 à 16% : Acier Rapide Ordinaire (ARO) ; - de 17 à 19% : Acier Rapide Supérieur (ARS) ; - de 19 à 20% : Acier Rapide Extra Supérieur (ARES). Les aciers rapides conservent une dureté très élevée jusqu’à une température de l’ordre de600oC.1CEM-ESPRIT Page 52
  • 53. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.2. Aciers rapides revêtus : Les aciers rapides peuvent subir un revêtement sur la surface d’une épaisseur pouvantatteindre jusqu’à 10 µm est d’habitude constitué de nitrure de titane (TiN), d’une duretéd’environ 2500 HV. Les outils revêtus par TiN sont facilement reconnaissables par unecouleur dorée. La méthode revêtement des aciers rapides est le dépôt physique en phase vapeur PVD(Physical Vapor Deposition) nécessitant une température d’environ 500oC. Cette technique consiste à chauffer sous vide le matériau que l’on veut déposer. Lesatomes du matériau à évaporer reçoivent de l’énergie calorifique, c’est-à-dire que leur énergievibratoire dépasse l’énergie de liaison et provoque l’évaporation. Le matériau évaporé estalors recueilli par condensation sur le substrat à recouvrir. Les principales techniques sedifférencient par le mode de chauffage du matériau. La figure 3 représente l’une des méthodes de PVD utilisées industriellement. Fig.3- Principe d’une installation de dépôt par pulvérisation Le revêtement des aciers rapides par TiN augmente considérablement la durée de vie del’outil. Il est utilisé surtout pour le revêtement des outils de forme complexe comme les forets,les tarauds et les outils pour tailler les engrenages. Le revêtement des forêts permet d’augmenter la vitesse de coupe d’environ 25 %. 3.3. Carbures métalliques : Les carbures métalliques sont fabriqués sous forme de plaquettes selon la technique demétallurgie de poudres par frittage. Ils sont constitués de : - carbures de tungstène (WC) – phase α – ; - carbures de titane(TiC), carbures de tantale (TaC)et de niobium –phase γ– ; - un liant (de 10 à 30%), généralement le cobalt –phase β–. Le rôle des constituants de la phase γ est d’augmenter les propriétés à hautes températures(vitesses de coupe élevées) en diminuant le frottement. Les carbures métalliques possèdent une dureté (HRA 89 à 93) très supérieure à celle desaciers rapides, une bonne conductivité thermique et une petite dilatation thermique. Leur dureté à chaud permet l’usinage jusqu’à une température de 1000 oC. Les principales évolutions des outils de coupe à base de carbures ont portées sur : - les nuances à micro grains; - les carbures revêtus.1CEM-ESPRIT Page 53
  • 54. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.3.a- Carbures micro grains : Ils sont caractérisés par une structure granulométrique des carbures de tungstène (WC)très fine (de 0.2 à 1 µm) liée par du cobalt (de 8 à 20%). Ces nuances permettent d’atteindre un compromis dureté/ténacité. La faible dimension des grains permet une grande finesse d’arête pour obtenir des états desurfaces soignés. Ils peuvent être utilisés pendant l’usinage de finition des aciers traités, des fontes, desaciers alliés et des aciers inoxydables. 3.3.b- Carbures revêtus : Les carbures revêtus ont été mis au point dans le but d’associer une résistance à l’usureélevée à la surface des plaquettes et une forte ténacité du substrat en carbure de tungstène(WC). Fig.4- Plaquettes en carbures revêtus Les matériaux déposés en revêtement sont nombreux. On distingue essentiellement : - le carbure de titane (TiC) qui adhère mieux aux substrats ; - l’oxyde d’aluminium (Al2O3) qui protège contre la diffusion et l’oxydation à hautes températures ; - le nitrure de titane (TiN) qui résiste mieux à l’abrasion. La méthode revêtement des carbures est le dépôt chimique en phase vapeur CVD(Chemical Vapor Deposition) basé sur une série de réactions chimiques dans une enceinteplacée à haute température de l’ordre de 950 à 1000 °C. Fig.5- Principe d’une installation CVD La symbolisation des carbures a fait l’objet de la recommandation NF E 66-304 (ISO 513),les nuances y sont divisées en trois grandes catégories : - P (couleur bleue) : acier faiblement allié ; - M (couleur jaune) : acier inoxydable, acier au Manganèse ; - K (couleur rouge) : fonte, aluminium, bronze, plastique, composites, …1CEM-ESPRIT Page 54
  • 55. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.3. Céramiques: La céramique est une combinaison d’éléments inorganiques non métalliques (fibres) etd’éléments métalliques. Ces éléments ont des températures de fusion très hautes et de grandesduretés. Les outils de coupe en céramiques sont divisés en deux catégories : - les céramiques à base d’alumine (Al2O3); - les céramiques à base de nitrure de silicium (Si3N4). Les céramiques à base d’alumine se divisent en trois groupes : - A1 pures de couleur blanche composées d’oxyde d’aluminium et d’autres oxydes métalliques ; - A2 mixtes (Al2O3 et TiC) de couleur gris noir, composées d’oxyde d’aluminium et de carbures métalliques ; - A3 renforcées, composées d’oxyde d’aluminium et renforcées de fibres d’un diamètre de 1 micron et d’une longueur d’environ de 20 microns (whishers). Fig.6- Fibres de « whiskers » en SiC utilisés pour renforcer l’alumine Les céramiques à base de nitrure de silicium sont des matériaux totalement différents. Lesplus connus sont les sialons (Si3N4) de couleur noire composées de nitrure de silicium etd’oxydes métalliques. Les céramiques présentent une grande dureté et une grande résistance à l’usure. En contrepartie, elles sont d’une fragilité qui exige des machines très stables. Il est normal d’utiliser cesmatériaux avec des vitesses de coupe de 900 m/min. Les plaquettes en céramique sont principalement destinées à l’usinage de la fonte grise, desalliages réfractaires, de l’acier trempé, de la fonte nodulaire et de l’acier. 3.4. Les cermets : Les CERMETS (CERamique METal) sont des matériaux composés de céramique et demétal. Ils sont constitués principalement de carbure de titane TiC, de carbonitrure de titaneTiCN et/ou de nitrure de titane TiN. Ils possèdent par rapport aux matériaux à outil durs une dureté et une résistance à l’usureplus élevées. Les cermets sont utilisés pour les travaux de finition et l’usinage de précision demandantde grandes vitesses de coupe (100-200 m/min) et des avances très faibles (0.02-0.15 mm/tr). L’application en usinage des cermets est prépondérante au Japon où on passe aux travauxde finition directe à partir de pièces brutes très proches des cotes finales (technologie near netshape).1CEM-ESPRIT Page 55
  • 56. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.5. Le Nitrure de Bore Cubique (CBN): Le nitrure de bore cubique est un matériau de synthèse qui existe sous deux formes structurales : hexagonale et cubique. Sous forme hexagonale, ses propriétés sont proches de celles du graphite, alors que sous forme cubique, il devient un des matériaux synthétiques les plus dures (juste après le diamant). Le passage de la structure hexagonale à la structure cubique se fait à des températures supérieures à 1500 oC et à des pressions comprises entre 50 et 100 kbar permettant d’obtenir des liaisons solides entre les cristaux de bore cubiques et le liant céramique ou métallique. Il est très dur à chaud et garde cette dureté jusqu’à la température de 2000 oC , possède une excellente résistance à l’usure par abrasion et une bonne stabilité chimique. Il est relativement fragile mais plus tenace que les céramiques. Il est utilisé pour le tournage des matériaux très durs tels que l’acier trempé (acier de roulement 100C6), l’acier forgé, la fonte, ou les alliages réfractaires. L’utilisation du nitrure de bore cubique permet parfois d’éliminer des opérations de rectification et ainsi justifier sa rentabilité. Fig.7- Procédé d’obtention des CBN 4. CONCLUSION La résistance à l’usure (dureté) et résistance à la rupture (ténacité) sont les deux propriétésde base de tout matériau à outil coupant. La figure situe les matériaux à outils dans cet espace. Le matériau idéal, pour lequel grande dureté et ténacité élevée seraient réunies, n’existedonc pas. Fig.8- Matériaux à outils en fonction de la dureté et de la ténacité1CEM-ESPRIT Page 56
  • 57. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON VII INTRODUCTION AUX PROCEDES D’USINAGE 1. GENERATION DES SURFACES 1.1. Schéma cinématique d’usinage : En usinage la génération des surfaces est basée sur un ensemble de mouvement de la pièceet de l’outil appelé schéma cinématique d’usinage. Tous les schémas sont basés sur lacombinaison de trois mouvements élémentaires : - mouvement de coupe Mc; - mouvement d’avance Ma ; - mouvement de pénétration Mp. Le mouvement de coupe attribué à l’outil ou à la pièce est celui qui engendre l’enlèvementde la matière ou du coupeau. La vitesse relative à ce mouvement est appelée vitesse de coupe Vc. Le mouvement d’avance est caractérisé par la vitesse d’avance F. Le mouvement de pénétration est caractérisé par la profondeur de passe a. Mc et Ma peuvent être rotatifs ou rectilignes. Mp ne peut être que rectiligne. Selon la nature de ces mouvements on peut distinguer plusieurs procédés d’usinage : Mouvement de Mouvement Mouvement de coupe Mc d’avance Ma pénétration Mp Rotatif Rectiligne Rotatif Rectiligne Rectiligne Pièce Tournage Outil Pièce Fraisage Outil Pièce Perçage Outil Pièce Rabotage Outil Rectification Pièce plane Outil Rectification Pièce cylindrique Outil 1.2. Classification des surfaces usinées : Les surfaces usinées par enlèvement de matière sont classées en 4 catégories : - les surfaces cylindriques ; - les surfaces planes ; - les surfaces hélicoïdales ; - les surfaces de forme.1CEM-ESPRIT Page 57
  • 58. Cours Processus de production Abdallah NASRI 1.2.a- Surfaces cylindriques : Les surfaces cylindriques sont des surfacesengendrées par la rotation d’une droite parallèle à l’axede rotation. Cette droite est appelée génératrice. Les surfaces cylindriques sont généralementobtenues par tournage qui consiste à couper une piècetournante par un outil de coupe se déplaçantparallèlement à l’axe de rotation de la pièce. Nous pouvons également obtenir des surfacescylindriques dans la matière par perçage. Le diamètredu cylindre creux dépendra du diamètre du forêtutilisé. 1.2.b- Surfaces planes : Les surfaces planes sont des surfaces engendréespar la translation d’une droite. Les surfaces planesforment des pièces limitées par des plans pouvant êtreparallèles ou quelconques. Les surfaces planes sont généralement obtenues parfraisage qui engendre un plan par la combinaison de larotation et la translation d’un outil à arrête coupantemultiple appelé fraise. 1.2.c- Surfaces hélicoïdales :Les surfaces hélicoïdales sont définies par ledéplacement d’une section ouverte quelconque sur unehélice. Les surfaces hélicoïdales peuvent être générées partournage, d’une façon identique aux surfacescylindriques sauf que l’outil de coupe et les paramètres d’usinage sont différents. 1.2.d- Surfaces de forme : Les surfaces de forme sont obtenues par la rotation ou la translation d’une sectionquelconque ouverte. Elles sont très utilisées en fabrication mécaniques comme par exemple :les engrenages, les arbres cannelés, les hélices, etc… Les surfaces de forme sont obtenues par plusieurs procédés : le tournage, fraisage, perçage,etc… La différence entre les modes de génération de ces surfaces et les surfaces cylindriquesou planes réside dans l’outil de coupe qui a en général la forme de la section à générer. Ces surfaces peuvent être également obtenues par des outils de coupe standards montés surdes machines ayant des mouvements d’avance combinés selon deux directions. Ex. les tours àcommande numérique. D’une façon générale, en usinage l’outil et la pièce ont des mouvements caractéristiquesqui ont pour but d’usiner d’une manière optimale de la matière et produire un coupeau pardéplacement relatif de la pièce par rapport à l’outil ou inversement.1CEM-ESPRIT Page 58
  • 59. Cours Processus de production Abdallah NASRI Rainurage extérieur Chanfreinage Rainurage intérieur Rainurage en T Logement de clavette Engrenages Forme quelconque 2. PARAMETRES DE COUPE 2.1. Principe : Lors d’un usinage par enlèvement de matière, on se retrouve, dans la majorité des cas, dansla configuration suivante : Une lame d’outil pénètre dans la matière et enlèveun copeau. L’outil suit une trajectoire par rapport à la pièce àusiner. Ces mouvements sont assurés par les élémentsconstitutifs de la machine outil. Pour obtenir un travail satisfaisant (bon état de lasurface usinée, rapidité de l’usinage, usure modérée del’outil, ...) on doit régler les paramètres de la coupe. Il y a plusieurs critères qui permettent de définir les paramètres de la coupe, notamment : - le type de machine (tournage, fraisage, perçage) ; - la puissance de la machine ; - la matière usinée (acier, aluminium) ; - la matière de l’outil (ARS, carbure) ; - le type de l’opération (perçage, chariotage, surfaçage). L’objectif final est d’obtenir une pièce usinée dans de bonnes conditions1CEM-ESPRIT Page 59
  • 60. Cours Processus de production Abdallah NASRI Pour cela il faut déterminer certains paramètres spécifiques : - la vitesse de coupe : Vc [m/min]; - la vitesse d’avance : F [mm/tr]; - la profondeur de passe : a [mm]. 2.2. Critères de choix : 2.2.a- Type de machines : Suivant le type d’opération à réaliser, il faut choisir la méthode d’usinage, et donc choisirla machine à utiliser. Donc il faut choisir entre tournage, fraisage ou perçage. Naturellement ily a souvent plusieurs possibilités pour réaliser un même type d’usinage. 2.2.b- Puissance de la machine : La puissance de la machine influe sur les performances. Pour l’usinage, il y a deux grands cas de figure : - Usinage en ébauche : on cherche à enlever un maximum de matière en un minimum de temps, l’objectif est dans ce cas d’augmenter au maximum le débit de copeaux. Mais la machine doit être suffisamment puissante, ainsi que l’attachement pièce/porte-pièce. - Usinage en finition : cette fois, c’est la qualité de réalisation qui est importante. La surface doit être lisse, les cotes doivent être correctes … Comme les efforts en jeu sont plus faibles que pour une ébauche, la puissance de la machine n’est pas un critère primordial. 2.2.c- Matière de la pièce : Il est évident que les efforts de coupe ne sont pas les mêmes si vous usinez une pièce enpolystyrène ou en acier. Donc la matière influe sur des choix relatifs à la puissance machine(entre autre). 2.2.d- Matière de l’outil : C’est l’outil qui doit usiner la pièce et non l’inverse. Donc, cela influe sur l’usure de l’outilet sa durée de vie. 2.2.e- Opération d’usinage : Sur la même machine, on peut réaliser plusieurs opérations qui nécessitent un contact entrel’outil et la pièce. Plus on augmente la surface de contact entre l’outil et la pièce, plus l’effortde coupe augmente. Donc il est nécessaire de prendre en compte la forme de l’outil et parailleurs l’opération à effectuer.1CEM-ESPRIT Page 60
  • 61. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.3. Réglage des conditions de coupe : Pour le réglage des conditions de coupe sur la machine, il faut agir sur trois paramètres : - N [tr/min]: le taux de rotation de la pièce en tournage, ou de l’outil en fraisage ; - Vf [mm/min]: la vitesse d’avance suivant la trajectoire d’usinage, en fait on détermine d’abord F [mm/tr] ; - a [mm]: la profondeur de passe. Il est donc nécessaire de déterminer les relations entre Vc, Vf et N. La profondeur depasse, a, est fixée suivant la nature de l’opération (ébauche, semi-finition, finition). On dispose d’un tableau de caractéristiques de coupe. Il permet de définir Vc, F et a enfonction du type de machine, de l’outil, de la matière. Suivant le type d’opération à réaliser, il faut choisir la méthode d’usinage, et donc choisirla machine à utiliser. Donc il faut choisir entre tournage, fraisage ou perçage. Naturellement ily a souvent plusieurs possibilités pour réaliser un même type d’usinage. 3. ISOSTATISME 3.1. Définition : Le mouvement d’un solide dans l’espace peut sedécrire suivant la combinaison de 3 translations et de 3rotations par rapport à une base orthogonale. Ces 6mouvements représentent les 6 degrés de liberté dusolide. Pour immobiliser un solide dans l’espace, ilsuffit de supprimer ces 6 degrés de liberté. En fabrication, l’isostatisme, c’est l’étude de lasuppression des degrés de liberté d’un solide. Il est eneffet préférable que la pièce soit bien mise en placependant les opérations d’usinage. Il ne faut pas confondre la mise en position (quicorrespond à l’isostatisme) et le maintien de la piècepar un serrage. 3.2. Règles d’isostatisme : On cherche à placer la liaison qui supprime le plus grand nombre de degré de liberté sur laplus grande surface. Les degrés de liberté ne sont supprimés qu’une seule fois. On ne peut donc pas mettre enplace un isostatisme avec 3 liaisons appui plan, cela enlèverait 3*3=9 degrés de liberté sur untotal de 6 maximum. Pour supprimer les degrés de liberté, il suffit d’utiliser une ou plusieurs liaisons quis’opposent aux mouvements.1CEM-ESPRIT Page 61
  • 62. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.3. Cas des pièces de révolution : Soit une pièce de diamètre D et de longueur L. On ne peut pas supprimer le degré de liberté correspondant à la rotation sur l’axe derévolution. On doit donc supprimer 5 degrés de liberté. Il y a deux cas de figure, pour lespièces de type rondelle et les pièces de type axe. 3.3.a- Centrage court : D>1.5 L Si D > 1.5 L, la pièce est de type rondelle. L’isostatisme est du type centrage court. La surface la plus importante est le planperpendiculaire à l’axe de révolution. Pour éliminer lemaximum de degré de liberté on lui associe une liaisonappui plan. Il reste (5-3=2) degrés de liberté quicorrespondent à 2 translations. Pour éliminer les 2 degrés de liberté restant (2translations), on utilise une liaison linéaire annulaire surla surface cylindrique. Cet isostatisme permet une mise en position unique,même pour une pièce aux formes quelconques. 3.3.b- Centrage long : D<L<10D Si D < L < 10 D, la pièce est de type axe. L’isostatisme est du type centrage long. La surface la plus importante est la surfacecylindrique. Pour éliminer le maximum de degré deliberté on lui associe une liaison pivot glissant. Il reste (5-4=1) degré de liberté qui correspond à 1 translations. Pour éliminer la translation restante, on utilise uneliaison ponctuelle sur le plan perpendiculaire à l’axe derévolution. 3.4. Cas de pièces prismatiques :Comme la pièce est composée de plans. On choisit desupprimer un maximum de degré de liberté sur unesurface plane. On utilise la liaison appui plan quisupprime 3 degrés de liberté. Il reste donc 6-3=3 degré deliberté : 2 translations et une rotation.Sur une autre surface perpendiculaire à l’appui planprécédent, on peut enlever 2 degrés de libertésupplémentaire (1 translation et 1 rotation) : donc liaisonlinéaire rectiligne. Il reste donc 3-2=1 degré de liberté (1translation). Attention, la ‘ligne’ de la liaison rectiligneest parallèle à la surface de la liaison appui plan. Sur une surface perpendiculaire aux 2 précédentes, onplace une liaison ponctuelle.La mise en position d’une pièce prismatique est assurée avec l’isostatisme associant :un appui plan + un appui linéaire rectiligne + un appui ponctuel1CEM-ESPRIT Page 62
  • 63. Cours Processus de production Abdallah NASRI 4. GAMME DE FABRICATION 4.1. Définitions : 4.1.a- Phase d’usinage: C’est le fait de réaliser l’usinage sur une même machine (tour, fraiseuse, perceuse,..). La phase d’usinage est relative au choix du même procédé d’usinage. Elle est notée 10, 20, 30, …. 4.1.b- Sous phase d’usinage: C’est le regroupement d’une ou plusieurs opérations réalisées sur la pièce. La mise enposition sera unique, et la pièce ne DOIT PAS être démontée entre les opérations. On change de sous phase à chaque démontage de pièce. La sous phase est notée A, B, C, ….. 4.1.c- Opération d’usinage: C’est le fait de réaliser l’usinage d’une surface sur une pièce (dressage, chariotage,perçage, surfaçage …). L’opération est notée a, b, c, ….. 4.2. Gamme d’usinage : C’est le regroupement de l’ensemble des phases d’usinage. La gamme d’usinage est le document qui décrit la méthode complète d’obtention de lapièce. Les informations devant apparaître sur cette gamme d’usinage pour chaque sous phased’usinage sont : - le dessin de la pièce après cette sous phase d’usinage (les surfaces non usinées en trait fin, les surfaces usinées en trait fort), l’isostatisme ou mise en position. La pièce est toujours dessinée dans la position d’usinage ; - la désignation des opérations dans l’ordre d’usinage, le nom des outils utilisés pour chaque opération. 4.3. Règles générales : 4.3.a- Choix du brut: A partir du dessin définition, donc de la forme générale de la pièce il faut choisir le brut dedépart. On essayera de limiter le volume de matière à enlever par usinage, on limite lessurépaisseurs d’usinage. 4.3.b- Association des surfaces: On réalise dans la même sous phase les surfaces liées entre elle par des cotes ou desspécifications géométriques (coaxialité, perpendicularité …) En Effet, il est difficile de maîtriser les erreurs de remise en position de la pièce lors dumontage/démontage. 4.3.c- Création des sous phases: On minimise le nombre de montage/démontage de la pièce. On réalise un maximum desurface pour une mise en position donnée.1CEM-ESPRIT Page 63
  • 64. Cours Processus de production Abdallah NASRI 4.3.d- Mise en position sur surfaces usinées: L’isostatisme sera défini afin que la mise en position de la pièce soit unique, surtout sivous devez réaliser plusieurs fois la même pièce. Pour mettre la pièce en position sur le porte-pièce choisi, on s’appuie sur des surfacesusinées. On élimine le plus grand nombre de degré de liberté sur les plus grandes surfaces. 4.3.e- Choix de la machine: Par rapport aux associations de surfaces définies, il faut choisir la machine qui permet deréaliser les usinages définis. 4.4. Application : A partir du dessin définition de la vis de serrage, déduire la gamme de fabrication.1CEM-ESPRIT Page 64
  • 65. Cours Processus de production Abdallah NASRI LEÇON VIII LE TOURNAGE 1. DEFINITION Le tournage est un procédé d’usinage qui permet d’obtenir des pièces de révolution, animées d’un mouvement circulaire autour d’un axe fixe. Au moyen du tournage on peut usiner des : - Surfaces cylindriques extérieures ; - Surfaces cylindriques intérieures ; - Surfaces coniques extérieures ; - Surfaces coniques intérieures ; - Filetages extérieures ; - Filetages intérieures. Les mouvements relatifs entre la pièce et l’outil sont : - Mouvement de coupe Mc (pièce) ; - Mouvement d’avance Ma (outil) ; - Mouvement de pénétration Mp (outil). 2. LES MACHINES DE TOURNAGE Les machines outils les plus courantes utilisées pour le tournage sont: 2.1. Les tours parallèles à charioter et à fileter : Ces machines sont utilisées pour les travaux unitaires ou de petites et moyennes série sur des pièces très simples. Seules les surfaces dont les génératrices sont parallèles ou perpendiculaires à l’axe de la broche sont réalisables en travail d’enveloppe. Mandrin porte pièce Tourelle porte outil Broche Pièce Chariot supérieur Chariot transversal Contre-pointeBoite de vitesses Outil de brocheBoite de vitesses des avances Moteur Bâti Barre de chariotage Chariot longitudinal ou traînard 1CEM-ESPRIT Page 65
  • 66. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.2. Les tours à copier: Ils permettent l’usinage de pièces par reproduction, à partir d’un gabarit, grâce à unsystème de copiage hydraulique qui pilote le déplacement du chariot transversal. C’est une machine assez flexible qui peut convenir pour des travaux de petites à grandesséries. La génératrice des surfaces de révolution peut être quelconque. 2.3. Les tours semi-automatiques: Ce sont des tours équipés d’un traînard semblable à celui d’un tour parallèle avec unetourelle hexagonale indexable munie de 6 postes d’outils animée d’un mouvementlongitudinal contrôlé par des butées. Les outillages spécialement conçus pour la machine permettent des opérations simples etprécises. La commande de ces tours peut être manuelle ou en partie automatique. La flexibilité de ces machines est très limitée. On les utilisera pour des travaux de moyennesérie. 2.4. Les tours automatiques: Plusieurs outils sont montés tangentiellement à la pièce. Les mouvements sont obtenus pardes cames qui donnent la vitesse d’avance et la course de chaque outil. Une came estspécifique à une opération et à une pièce. Ces tours sont entièrement automatiques. Ces machines n’ont aucune flexibilité. Elles conviennent pour les très grandes séries. 2.5. Les tours automatiques multibroches: Ce type de tour comportera par exemple huit broches. Huit outils soit un par brochetravaillent en même temps et effectuent une opération différente. Ce sont les broches quitournent d’un huitième de tour pour présenter la pièce devant l’outil suivant. Lorsque lesbroches ont effectuées un tour complet la pièce est terminée. Il est possible de travailler dans la barre. Sur ce type de tour les réglages sont longs et le temps de passage d’une série à l’autreimmobilise la machine. Ce tour sera réservé pour les grandes et très grandes séries à despièces de dimensions réduites à cause de l’espacement entre les broches. 2.6. Les tours à commande numérique: Comme en copiage la génératrice de la pièce peut être quelconque mais ici la trajectoire del’outil est obtenue par le déplacement simultané de deux axes dont les positions successivessont données par un calculateur travaillant à partir d’un programme propre à la pièce. Cestours sont équipés d’un magasin d’outils et éventuellement d’un système de chargement despièces. La flexibilité de ces machines est très grande et particulièrement bien adapté pour le travailunitaire ou les petites séries répétitives.1CEM-ESPRIT Page 66
  • 67. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3. LES OPERATIONS DE TOURNAGE On distingue les opérations de tournage extérieures et intérieures. 3.1. Les opérations de tournage extérieures : 3.1.a- Chariotage: Opération qui consiste à usiner une surfacecylindrique ou conique extérieure. 3.1.b- Dressage: Opération qui consiste à usiner une surfaceplane perpendiculaire à l’axe de la brocheextérieure ou intérieure. 3.1.c- Chanfreinage : Opération qui consiste à usiner un cône depetite dimension de façon à supprimer un anglevif. 3.1.d- Rainurage : Opération qui consiste à usiner une rainureintérieure ou extérieure pour le logement d’uncirclips ou d’un joint torique par exemple. 3.1.e- Tronçonnage : Opération qui consiste à usiner une rainurejusqu’à l’axe de la pièce afin d’en détacher untronçon. 3.1.f- Filetage : Opération qui consiste à réaliser un filetageextérieur. 3.2. Les opérations de tournage intérieures : 3.2.a- Perçage: Opération qui consiste à usiner un trou àl’aide d’un forêt. 3.2.b- Alésage: Opération qui consiste à usiner une surfacecylindrique ou conique intérieure. 3.2.c- Filetage intérieur : Opération qui consiste à réaliser un filetageextérieur.1CEM-ESPRIT Page 67
  • 68. Cours Processus de production Abdallah NASRI 4. LES OUTILS DE TOURNAGE On distingue les outils de tournage extérieurs et intérieurs. 4.1. Les outils de tournage extérieurs : 4.1.a- Outils en ARS : 4.1.b- Outils en Carbure : 4.2. Les outils de tournage intérieurs : 4.2.a- Outils en ARS : 4.2.b- Outils en Carbure :1CEM-ESPRIT Page 68
  • 69. Cours Processus de production Abdallah NASRI 5. LES CONDITIONS DE COUPE 5.1. Paramètres de coupe : Vc : vitesse de coupe (m/min) ; F : avance par tour (mm/tr) ; P : profondeur de passe (mm). 5.2. Paramètres de réglage sur machine : 5.1.a- Fréquence de rotation N : C’est la fréquence de rotation de la broche N (tr/min) qui est liée à la vitesse de coupe Vc(m/min) et au diamètre de la pièce à tourner D (mm) telle que: 1000Vc ( m / min ) N ( tr / min ) = π D ( mm ) (1) 5.1.b- Vitesse d’avance Vf : La vitesse d’avance Vf(mm/min) est reliée à l’avance par tour F (mm/tr) par la relationsuivante : (2) V f ( mm / min ) = F ( mm / tr ) .N ( tr / min ) Le choix de la vitesse de coupe, de l’avance et de la profondeur de passe s’effectue à partirdu tableau des conditions de coupe relatif aux travaux de tournage. Les critères de choix sont les suivants : - matériau à usiner ; - matière de l’outil ; - opération ; - ébauche, finition.1CEM-ESPRIT Page 69
  • 70. Cours Processus de production Abdallah NASRI1CEM-ESPRIT Page 70
  • 71. Cours Processus de production Abdallah NASRI 6. LES MONTAGES EN TOURNAGE 6.1. Montage en l’air L<D/2: 6.2. Montage mixte 3D<L<5D: 6.3. Montage entre pointe L>5D:1CEM-ESPRIT Page 71
  • 72. Cours Processus de production Abdallah NASRI 7. EFFORTS DE COUPE EN TOURNAGE L’étude et lapproximation des efforts de coupe sont nécessaires pour choisir les outils etdimensionner la porte pièce; leurs directions permettent de déterminer le sens de déplacementdes outils afin que les appuis du montage sopposent à ces efforts. L’effort de coupe FT exercépar la pièce sur l’outil: L’effort de coupe FT exercé par la pièce surl’outil admet trois composantes : • Fc : effort tangentiel de coupe dû aumouvement de coupe. • Ft : effort tangentiel d’avancement dûau mouvement d’avance. • Fa : effort radial dû à la profondeur depasse. La composante la plus importante est Fc. Cet effort s’exprime par la relation : Fc = Kc.P.F • Kc : pression spécifique de coupe fonction de l’épaisseur du copeau et du matériau usiné (N/mm2) • p : valeur de la profondeur de passe (mm) • f: valeur de l’avance (mm/tr). Le tableau ci-contre représente quelquesvaleurs de Kc pour quelques nuances dematières en fonction de la valeur d’avance. 8. RUGOSITE DES SURFACES EN TOURNAGE l’état géométrique de la surface obtenue par tournage est caractérisée par son critère derugosité : l’écart moyen arithmétique Rt. L’expression de ce critère est fonction des paramètres de coupe telle que : - Vf : vitesse d’avance (mm/min) ; - rε : rayon de bec de l’outil (mm).1CEM-ESPRIT Page 72
  • 73. Cours Processus de production Abdallah NASRILEÇON IX LE FRAISAGE 1. DEFINITION Le fraisage est un procédé d’usinage quipermet d’obtenir des pièces généralementprismatiques, à l’aide d’un outil composé deplusieurs arêtes tranchantes appelé fraise. Au moyen du fraisage on peut usiner des : - Surfaces planes ; - Rainures ; - Alésages ; - Dentures d’engrenage ; …etc. Les mouvements relatifs entre la pièce et l’outilsont : - Mouvement de coupe Mc (outil) ; - Mouvement d’avance Ma (pièce) ; - Mouvement de pénétration Mp (pièce). 2. LES MACHINES DE FRAISAGE Les machines outils les plus utilisées en fraisage sont: 2.1. Les fraiseuses universelles : Ces fraiseuses sont équipées d’une tête porte broche (dite tête universelle) qui permet deplacer la broche soit en position horizontale, soit en position verticale. Tête universelle Broche Outil Pièce Porte pièce Table (mt longitudinal) Chariot (mt transversal) Moteur des avances Moteur de broche1CEM-ESPRIT Page 73
  • 74. Cours Processus de production Abdallah NASRI 2.2. Les fraiseuses verticales: L’axe de la broche de cette fraiseuse est vertical.Sa conception en fait une machine plus rigide etplus économique à capacité égale que la fraiseuseuniverselle. Les travaux les plus fréquemment exécutés surune fraiseuse verticale sont : dressage avec desfraises en bout, usinage de contours, usinage derainures droites, etc. 2.3. Les fraiseuses horizontales: L’axe de la broche de cette fraiseuse esthorizontal. La fraiseuse horizontale est employé pour lestravaux courant de fraisage, tels que : dressagede surfaces, usinage de rainures droites desections diverses. La configuration de la machine autorise lefraisage combiné avec plusieurs fraises (train defraises). Le rendement est alors grandementaugmenté. 2 .4. Les centres d’usinage: Ce sont des fraiseuses à commande numérique dont la broche est verticale ou horizontaleou encore à deux broches horizontale et verticale. Ces machines sont en outre équipées d’un magasin d’outil avec changeur d’outils etéventuellement d’un système de palettisation: Il s’agit d’une fausse table amovible etindexable. La table peut également être équipée d’un plateau circulaire d’axe horizontal. Dans ce casla pièce peut se présenter devant l’outil dans un nombre important de positions permettantainsi l’usinage d’un maximum de surfaces sans démontage de la pièce. Ce type de machine permet de réaliser en plus des surfaces planes toutes les opérations deperçage et d’alésage.1CEM-ESPRIT Page 74
  • 75. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3. LES OUTILS DE FRAISAGE : FRAISES 3.1. Caractéristiques d’une fraise : L’outil de coupe en fraisage est appelé fraise. Une fraise consiste généralement en un corps cylindrique pourvu d’entailles égalementréparties sur la périphérie, chacune d’elles tenant lieu d’une arête tranchante. La fraise est caractérisée par : 3.1.a- La taille: Suivant le nombre d’arêtes tranchantes pardents, on distingue les fraises une taille, deuxtailles ou trois tailles. 3.1.b- La forme: 1 taille 2 tailles 3 tailles Suivant le profil de la génératrice par rapportà l’axe de l’outil, on distingue les fraisescylindriques, coniques et les fraises de forme. 3.1.c- La denture : Fraise conique Fraise en Té Suivant le sens d’inclinaison de l’arêtetranchante par rapport à l’axe de la fraise, ondistingue : les dentures hélicoïdales à droite ouà gauche et les dentures à double hélicealternée. Si l’arête tranchante est parallèle àl’axe de la fraise, la denture est droite. Une Denture hélicoïdale Denture hélicoïdalefraise est également caractérisée par son à gauche à droitenombre de dents Z. 3.1.d- Les dimensions : Pour une fraise deux tailles : diamètre et hauteur taillée. Pour une fraise trois tailles :diamètre de l’outil, épaisseur, diamètre de l’alésage. Pour une fraise conique : l’angle, lediamètre de l’outil et l’épaisseur. 3.1.e- Le mode de fixation : - à trou : lisse ou taraudé ; - à queue : cylindrique ou conique. 3.1.f- Construction : Les fraises peuvent être à dentures fraisées (ex : fraise conique deux tailles α=60°), ou àdenture détalonnée et fraisée (ex : fraise disque pour crémaillère). Elles sont en acier rapide. Pour les fraises à outils rapportés sur un corps de fraise, les dents fixées mécaniquementsont en acier rapide, ou le plus souvent en carbure métallique. 3.2. Types de fraises : On distingue quatre familles de fraises : - les fraises à surfacer et à contourner ; - les fraises disques ; - les fraises à rainurer ; - les fraises de forme.1CEM-ESPRIT Page 75
  • 76. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.2.a- Fraises à surfacer: Elles servent à dégrossir et àfinir des surfaces planes sur desfraiseuses horizontales etverticales. 3.2.b- Fraises disques: Elles sont utilisées pour lefraisage de rainures étroites. Ce type de fraise se monte surun arbre porte-fraises sur unefraiseuse horizontale. 3.2.c- Fraises à rainurer : Elles servent pour laréalisation de rainures droites etpour le contournage. Elles sont soit à queue conique(cône morse) soit à queuecylindrique. 3.2.d- Fraises de forme : Elles sont utilisées pour laréalisation de formes telles que :rainures en Té et à queued’aronde, dentures d’engrenage,demi-cercle et quarto de cercle. 3.3. Montage des fraises : Les conditions à satisfaire lors des montages des fraises sont : - situer la fraise sur le porte-outil, dans une position géométriquement correcte ; - assurer l’entrainement de l’outil ; - permettre un montage et un démontage rapides. Suivant le type des fraises, on utilise divers porte-outils : 3.3.a- Fraise à surfacer: Les fraises de grand diamètre (160 à 630mm) à outils rapportés, se montent directementsur le nez de la broche par l’intermédiaire d’uncentreur.1CEM-ESPRIT Page 76
  • 77. Cours Processus de production Abdallah NASRI 3.3.b- Fraise à trou lisse ou taraudé: Elles sont montées sur un mandrin porte-fraise, généralement au cône S.A. 3.3.c- Fraise à trou lisse rainuré : Elles sont montées sur un arbre porte-fraise,généralement au cône S.A. Il en existe deuxtypes : le type court pour le travail en lair, dontla longueur utile est intérieure ou égale à 160mm, le type long (montage dune lunette) dontla longueur utile est égale ou supérieure à 200mm. 3.3.d- Fraise à queue conique (cône morse) : Elles sont montées par l’intermédiaire d’unedouille de réduction dont le cône extérieurcorrespond à celui de la broche, et le côneintérieur à celui de la fraise. 3.3.e- Fraise à queue cylindrique : Elles sont montées au moyen d’un mandrin àpince. La liaison broche porte-fraise est assurée par une tige de rappel. 4. LES OPERATIONS DE FRAISAGE On distingue les opérations suivantes : 4.1. Le surfaçage : Opération qui consiste à réaliser une surfaceplane à l’aide de fraise de face ou de profil. 4.2. Le rainurage : Opération qui consiste à réaliser une rainureà l’aide de fraise de forme adaptée au genre derainure à exécuter. 4.3. Le contournage : Opération qui consiste à finir le profil d’unepièce à l’aide d’une fraise généralementcylindrique. 4.4. Le profilage : Lorsque les profils fraisés résultentdirectement de forme de la fraise et non dumouvement de la pièce.1CEM-ESPRIT Page 77
  • 78. Cours Processus de production Abdallah NASRI 5. MODES D’ACTION DES FRAISES 5.1. Modes de fraisage : 5.1.a- Fraisage de face : L’axe de la fraise est perpendiculaire au plan fraisé. Procédé d’obtention de surfaces planes où l’on ne retrouveaucune trace de la forme de la génératrice de la fraise. Ce mode de fraisage est également appelé fraisage en bout,symbole frb. 5.1.a- Fraisage de profil : La génératrice de la fraise est parallèle à la surface usinée. Procédé d’obtention de surfaces planes ou quelconque dansdes positions diverses. Ce mode de fraisage est également appelé fraisage en roulant,symbole frr. 5.2. Modes d’attaque en fraisage : 5.2.a- Fraisage en opposition : la direction d’avance de la pièce est àl’opposé du sens de rotation de la fraise dans lazone de coupe. L’épaisseur des copeaux, nulleau départ, augmente jusqu’à la fin de la passe. La pièce tend à être soulevée sous l’actionde R. 5.2.b- Fraisage en avalant : La direction d’avance est la même que lesens de rotation de la fraise. L’épaisseur decopeau va donc diminuer jusqu’à être égale àzéro en fin de passe. La pièce tend à être plaquée contre le porte-pièce sous l’action de R. 6. LES CONDITIONS DE COUPE 6.1. Paramètres de coupe : Vc: vitesse de coupe (m/min) ; fz : avance par dent (mm/dent) ; P: profondeur de passe(mm). 6.2. Paramètres de réglage sur machine : 6.2.a- Fréquence de rotation N : C’est la fréquence de rotation de la broche N (tr/min) qui est liée à la vitesse de coupe Vc(m/min) et au diamètre de la fraise D (mm) telle que: 1000Vc N ( tr/min ) = πD (1)1CEM-ESPRIT Page 78
  • 79. Cours Processus de production Abdallah NASRI 6.2.b- Vitesse d’avance Vf : La vitesse d’avance Vf(mm/min) est reliée à l’avance par dent fz (mm/dent) par la relationsuivante : (2) Vf ( mm/min ) =fz.Z.N Z étant le nombre de dents de la fraise. Le choix de la vitesse de coupe, de l’avance et de la profondeur de passe se fait à partir dutableau des conditions de coupe relatif aux travaux de fraisage. Les critères de choix sont les suivants : matériau à usiner, matière de l’outil, opération,ébauche, finition.1CEM-ESPRIT Page 79
  • 80. Cours Processus de production Abdallah NASRI 7. ABLOCAGE DES PIECES L’ablocage désigne les opérations nécessaires pour fixer ou caler les pièces, afin d’enpermettre l’usinage. Pour obtenir une exécution de travail, en plus du montage parfait de la fraise, il estnécessaire d’assurer une fixation correcte de la pièce sur la table. Le choix de l’outillage pour l’ablocage d’une pièce dépend de la forme, des dimensions dela pièce et du genre d’usinage. Pour des petites pièces, l’accessoire le plus utilisé est l’étau. Pour les pièces de grandes dimensions ou de formes irrégulières, on utilise des brides ouétriers. Pour l’ablocage de pièce de série, on emploie des outillages spéciaux, munis d’un systèmerapide d’ablocage et de manœuvre, conçu de façon à éliminer l’opération de positionnementpièce-fraise.1CEM-ESPRIT Page 80
  • 81. Cours Processus de production Abdallah NASRI 8. EFFORTS DE COUPE EN FRAISAGE L’effort de coupe peut être décomposé en trois composantes suivant les directionsprivilégiées : - composante tangentielle de coupe Fc : c’est la composante agissant dans la direction de la vitesse de coupe ; - composante d’avance ou axiale Fa : c’est la composante agissant dans la direction de la vitesse d’avance ; - composante de refoulement ou radiale Fr : c’est la composante agissant dans une direction perpendiculaire aux deux autres et elle agit dans le sens de l’axe de la fraise. En général, les composantes Fa et Fr sont négligeables devant la valeur de la composanteFc vues les valeurs relativement petites des vitesses d’avance comparées à la vitesse de coupe. L’effort de coupe Fc peut être exprimé tel que : Fc = K s .A avec Ks : pression spécifique de coupe en N/mm² ; A : section de coupe (mm²) telle que A = p.f z .sinθ p : profondeur de passe en mm ; fz : avance par dent ; θ : angle de rotation de l’outil. D’où Fc = K s .p.f z .sinθ Le tableau suivant résume les valeurs de Ks en fonction du matériau usiné. Matière Ks(N/mm²) Matière Ks(N/mm²) XC10 2750 MN35-10 2200 XC35 3000 MP60-3 2000 XC80 3300 Ft20 1400 10NC6 3200 Ft40 1800 35CD4 3900 FGS400-12 1500 Z8C17 3200 FGS7002 2250 90MV8 6750 FGS800 47501CEM-ESPRIT Page 81
  • 82. Cours Processus de production Abdallah NASRI 9. RUGOSITE DE SURFACE EN FRAISAGE 9.1. Fraisage en bout : En surfaçage de face on observe des sillons espacés d’un intervalle variable (entre e et f)dont la valeur maximum correspondant à l’avance par dent fz. Profil fz obtenu rε R Forme du copeau enlevé Trajectoire d’une dent par une dent pendant le surfaçage Fraise fz L Pièce Zone de section e mini du copeau L’expression du critère de rugosité R est fonction des paramètres de coupe telle que : R = f z 2 / 8rε - fz : avance par dent (mm/dent) ; - rε : rayon de bec de la fraise (mm). 9.2. Fraisage en profil : Le profil laissé par la fraise en surfaçage de profil est formé d’une succession de portionsde cycloïde que l’on peut assimiler à des arcs ayant pour rayons le rayon D de la fraise et dontle pas est donné par la valeur de l’avance fz. Fraise Profil obtenu p D fz ≈ D/2 R fz Forme du copeau Le critère de rugosité R est exprimé par : R = f z 2 / 4D1CEM-ESPRIT Page 82
  • 83. Cours Processus de production Abdallah NASRI BIBLIOGRAPHIE[1] Guide du dessinateur industriel, A. Chevalier, Edition Hachette Technique, Paris 2004[2] Guide pratique de l’usinage - Tournage, J. Jacob, Y. Malesson, D. Ricque, Edition Hachette Technique, Paris, 1992[3] L’usinage des métaux – Manuel pratique, M. Clinet, L. Le Cam, L. Verdijo, Edition Dunod, Paris, 1983[4] Fabrication mécanique - Technologie, R. Butin, M. Pinot, Edition Foucher, Paris1CEM-ESPRIT Page 83