Technologie de Base PDF - Novembre 2017

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Hassiba Benbouali de Chlef Faculté de Génie Civil et d’Architecture Département de Génie Civil Polycopié de Technologie de Base...

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Hassiba Benbouali de Chlef Faculté de Génie Civil et d’Architecture Département de Génie Civil Polycopié de Technologie de Base Réalisé par Docteur MEZIANE EL Hadj Novembre 2017  Table des Matières Chapitre 1 : Matériaux 1.1. Introduction …………………………………………………………………………………….. 02 1.2. Métaux et alliages et leurs désignations ………………………………………………. 02 1.2.1. Symboles métallurgiques……………………………………….………………………… 02 a. Aluminium et alliages d'aluminium …………………….……………..…………….. 03 a.1.Alliage d’aluminiums destinés au corroyage…………………..….…………. 03 a.2.Alliage d’aluminiums destinés à la fonderie………………………………….. 04 b. Cuivre et alliages de cuivre ………………………….…….……………..…………… 06 c. Fer et alliages ferreux…………………….…………………………………....………… 06 d. Zinc et alliages de zinc…………………….…………………………………..….……… 07 1.3. Matière plastique…………………….…………………………………………………………. 08 1.4. Matériaux composite…………………….……………………………………………….…… 09 Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 1. Introduction………………….……………………………………………………..……..….…… 11 2. Réalisation par moulage ………………….…………………………………..………….…… 11 2.1. Moulage en sable ………………….………………….……………………..…………… 15 2.2.1. Le sable de moulage ………………….………………………………..…………….. 18 3. Le Forgeage ………………….…………………………………………….…………………..…. 18 3.1. Forgeage libre … ………….……………………………………….…………… 18 4. Estampage- Matriçage ……………………………………………………………..…… 19 5. Laminage ………………………………………………………………………………..……. 19 Autres méthodes ……………………………………………………………………………..……… 20  Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 1. Définition …………………………………………………………………………….……..……… 22 2. Génération de surface …………………………………………………………………..…….. 22 3. Les machines ………………………………………………………………………………………. 27 3.1. Fraiseuse, Centre d'usinage …………………………………………………..……….. 28 3.2. Tour ……………………………………………………………………………………..……… 28 4. Les outils …………………………………………………………………………………..……….. 29 4.1. Les outils axiaux……………………………………………………………………..……… 29 4.2. Les outils de tournages ………………………………………………………..………… 29 4.3. Les outils de fraisage …………………………………………………………..………… 31 5. Les paramètres de coupe ……………………………………………………………..……… 31 6. La gamme, la phase ………………………………………………………………..………….. 32 7. La mise en position (MIP) et le maintien en position (MAP)………………………. 33 8. La cotation de fabrication …………………………………………………….…..………….. 36 9. Le contrat de phase…………………………………………………………………..……..….. 38 10. Le perçage……………………………………………………………………..………………….. 41 10.1. Définition………………………………………………………………….………………….. 41 10.2.Principe………………………………..……………………….…………………………….. 41 10.3. Mode d’action……………………………………………………………………………….. 41 10.4. Les Matériels……………………………………………………………………………….. 41 10.5. La forêt hélicoïdale…………………………………..……………………….………….. 41 Chapitre 4 : Technique d’assemblage 4.1. Introduction ……………………………………………………………………………………… 43 4.2. Les assemblages amovibles ……………..…………………………………………..…… 43 4.2.1. Les assemblages à vis et à boulons ……………..…………….…………..…… 43 4.2.2. Les filets rapportés ……………..……………………………………………………… 44 4.2.3. Les écrous……………..…………………………………………………………………… 45 4.2.4. Le couple de serrage ……………..…………………………………………………… 45 4.2.5. Les forme des rivets……………..……………………………………………..……… 47  4.2.6. Les matériaux des rivets……………..…………………………………..…..……… 48 4.2.7. Le rivetage……………..……………………………………………………..…………… 48 4.3. Les assemblages par brasage tendre (à l’étain) ……………..………………..….. 48 4.3.1. La définition du brasage ……………………………………………..………..…… 48 4.3.2. La sécurité au travail ……………………………………………..……………..…… 49 4.3.3. Les procédés de brasage ……………………………………………..……..……… 49 4.3. Soudage ……………………………………………..…………………………………..………. 50 4.3.1.Généralités ……………………………………………..………………………..………. 50 a) Le soudage automatique ………………………………………………..………….. 50 b) Le soudage hétérogène ……………………………………………..….…….……. 51 4.3.2. Les avantages techniques et économiques du soudage sont …….……. 52 4.3.3. Classification générale des procédés de soudage ……………….…………. 52 1. Soudage oxyacétylénique ……………………………………………………………………… 52 2. Soudage à l’arc électrique …………………………………………………………………….. 53 a- Soudage en atmosphère inerte (T.l.G) ………………………………………………. 53 b- Soudage avec électrode enrobée ……………………………………………….……… 53 c- Soudage avec fil électrode sous protection gazeuse (M.I.G, M.A.G) ……… 53 d- Soudage avec fil électrode sous flux en poudre ………………………………….. 53 3. Soudage par résistance électrique …………………………………………………………. 53 a- Soudage par points ……………………………………………………………………….. 53 b- Soudage à la molette …………………………………………………………………….. 54 c- Soudage en bout par étincelage ……………………………………………………… 54 d- Soudage par induction …………………………………………………………………… 54 e- Soudage par friction ………………………………………………………………………. 54 f- Aluminothermie ……………………………………………………………………………… 54 g- Soudage par ultrasons …………………………………………………………………… 54 4.3.4. Le soudage oxyacétylénique …………………………………………………………. 54 4.3.5. Le soudage à l’arc électrique …………………………….………………………….. 56 4.3.5.1. L'arc électrique ……………………………………………………………….…….. 56 4.3.5.2 Les postes de soudage ……………………………………………………………. 57 Chapitre 1 : Matériaux Chapitre 1 : Matériaux 2 1.1. Introduction Un matériau désigne toute matière utilisée pour réaliser un objet au sens large. Ce dernier est souvent une pièce d'un sous-ensemble. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en œuvre en vue d'un usage spécifique. La nature chimique, la forme physique (phases en présence, granulométrie et forme des particules, par exemple), l'état de surface des différentes matières premières, qui sont à la base des matériaux, leur confèrent des propriétés particulières. On distingue ainsi quatre grandes familles de matériaux. En science des matériaux, par exemple, « matériau » est un terme générique employé dans le sens de matière, substance, produit, solide, corps, structure, liquide, fluide, échantillon, éprouvette, etc., et désignant notamment l'eau, l'air, et le sable (dans des tableaux de caractéristiques) ; un matériau viscoélastique est souvent qualifié de « fluide à mémoire ». 1.2. Métaux et alliages et leurs désignations En métallurgie, la désignation des métaux et alliages est la désignation normalisée des matériaux métalliques, à indiquer par exemple sur les dessins de pièces. 1.2.1. Symboles métallurgiques Jusque dans le années 1990, on utilisait en France de symboles dits « métallurgiques » pour indiquer les éléments chimiques dans les alliages. Ces symboles étaient utilisés dans plusieurs normes, par exemple la norme NF A 02-004 pour les alliages d'aluminium ou la norme NF A 35-573/4 pour les aciers. Magnésium Aluminium Manganèse Chrome Silicium Cuivre Cobalt Titane Nickel Étain Bore Zinc Élément Symbole Al B Cr Sn Mg Co Mn Ni Si Ti Cu Zn chimique Symbole A B C E G K M N S T U Z métallurgique Chapitre 1 : Matériaux 3 a. Aluminium et alliages d'aluminium a.1.Alliage d’aluminiums destinés au corroyage Il s'agit des alliages destinées à être transformés par déformation (laminage, forgeage, filage etc).  Désignation numérique Les alliages d'aluminium pour corroyage sont référencés par une désignation de 4 chiffres. Cette désignation est conforme aux directives de l'Aluminium Association (Washington DC 20006, États-Unis), ce qui donne par exemple : 7075. Les quatre chiffres sont parfois précédés par les lettres AA (exemple : AA 6061), acronyme de « Aluminium Association ». Les quatre chiffres sont parfois suivis par une lettre qui indique une variante nationale d'une composition existante. Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 573-3 en ajoutant les préfixe EN, A (aluminium) et W (Wrought : mot anglais signifiant corroyage). Ce qui donne EN AW-7075. Dans les faits, très souvent, seuls les quatre chiffres sont utilisés. Cette notation à quatre chiffres est très usitée internationalement et a dans la pratique remplacé les anciennes appellations nationales. Le premier chiffre indique l'élément d'addition principal de l'alliage :  1XXX (série des 1000) : alliage comportant au minimum 99 % d'aluminium (exemple : 1050)  2XXX (série des 2000) : cuivre (exemple 2024)  3XXX (série des 3000) : Manganèse (exemple : 3003)  4XXX (série des 4000) : silicium (exemple : 4006)  5XXX (série des 5000) : magnésium (exemple : 5083)  6XXX (série des 6000) : magnésium, silicium (exemple : 6061)  7XXX (série des 7000) : zinc (exemple : 7020)  8XXX (série des 8000) : autres éléments. Le deuxième chiffre indique une variante (exemple : 7075 comporte 0,50 % de fer et le 7175 plus pur comporte 0,20 % de fer). Les troisième et quatrième chiffres sont des numéros d'ordre et servent à identifier l'alliage. Chapitre 1 : Matériaux 4 La seule exception est la série 1000, ces deux derniers chiffres y indiquant le pourcentage d'aluminium (exemple : 1050 qui comporte au minimum 99,50 % d'aluminium).  Désignation ISO Il s'agit d'une désignation utilisant les symboles chimiques dite souvent ISO (suivant ISO 209- 1 : aluminium et alliages d'aluminium corroyés - Composition chimique et formes des produits. Partie 1 : composition chimique). Elle est très peu usitée. Exemple : Al Cu4 Mg Si  Désignation alphanumérique Européenne Il existe une norme européenne qui décrit des appellations très proches des appellations de type ISO. Cette norme porte la référence EN 573-2 (Aluminium et alliages d'aluminium - Composition chimique et forme des produits corroyés - Partie 2 : système de désignation fondé sur les symboles chimiques). En principe, cette appellation ne doit pas être utilisée seule mais doit être mise derrière l'appellation numérique, entre crochets. Elle est très peu usitée. Exemples : EN AW-2024 [Al Cu4Mg1], EN AW-6060 [Al Mg Si], EN AW-7075 [Al Zn5, 5MgCu] (désignation exacte suivant la série de norme EN 573). a.2.Alliage d’aluminiums destinés à la fonderie Il s'agit des alliages destinés à être transformés par moulage (fonderie d'aluminium).  Désignation numérique Les alliages d'aluminium pour fonderie sont référencés par une désignation de 5 chiffres. Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 1780-1 en ajoutant les préfixe EN, A (aluminium) et C (casting : mot anglais signifiant fonderie). Ce qui donne EN AC-43100 par exemple. Dans les faits, très souvent, seuls les cinq chiffres sont utilisés. Cette notation à cinq chiffres est usitée internationalement mais la France reste plutôt attachée à une ancienne désignation décrite plus bas. Chapitre 1 : Matériaux 5 Le premier chiffre indique l'élément d'addition principal de l'alliage :  (série des 20000) : cuivre (exemple 21000)  (série des 40000) : silicium (exemple : 43300)  (série des 50000) : magnésium (exemple : 51200)  (série des 70000) : zinc (exemple : 71000) Le deuxième chiffre indique le groupe de l'alliage. Cette notion de groupe est utilisée pour les alliages normalisés (EN 1706). Chaque groupe présente un ensemble de caractéristiques mécaniques et/ou physiques similaires. Par exemple les alliages du groupe AlSi ont une composition proche de l'eutectique aluminium-silicium (12,6 % en masse) ce qui leur confère une excellente aptitude à la coulée. Les trois chiffres suivant indiquent une variante (exemple : 43100 comporte 0,10 % de cuivre et le 43200 plus pur comporte 0,35 % de cuivre, les proportions de zinc et nickel, de plomb et de titane varient aussi entre ces deux alliages, dans des proportions similaires). Les trois chiffres suivant sont des numéros d'ordre et servent à identifier l'alliage.  Désignation chimique Il s'agit d'une désignation utilisant les symboles chimiques (suivant EN 1780-2 : Aluminium et alliages d'aluminium - Système de désignation applicable aux lingots pour refusion en aluminium allié, aux alliages-mères et aux produits moulés - Partie 2 : système de désignation basé sur les symboles chimiques.). Elle est très peu usitée. Exemple : Al Cu4 Mg Ti pour le 21000  Ancienne désignation française Cette désignation était décrite dans la norme NF A 02-004 (annulée). Elle s'appuyait sur une codification des éléments chimiques différente de la nomenclature habituelle chimique (aluminium : A, cuivre : U, zinc : Z, etc). Elle donnait également une indication sur les pourcentages d’éléments contenus dans l'alliage. Chapitre 1 : Matériaux 6 Exemple A-U5GT pour le 21000. On notera une nuance entre ces deux désignations, l'une indiquant AlCu4MgTi et l'autre A-U5GT pour cet alliage dont la teneur en cuivre est comprise entre 4,20 % et 5,00 %. Cette appellation est encore très utilisée en France pour les alliages de fonderie. b. Cuivre et alliages de cuivre Cuivres Exemple : Cu-ETP  Alliages de cuivre Exemple : Cu Zn39 Pb2 c. Fer et alliages ferreux  Fontes  Fontes à graphite lamellaire (non alliées) Par exemple: EN-GJL-350 o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJL: Fonte à graphite lamellaire o 350: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa)  Fontes à graphite sphéroïdal (non alliées) Par exemple: EN-GJS-450-10 o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJS: Fonte à graphite sphéroïdal o 450: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) o 10 : Allongement après rupture en %  Fontes malléables (non alliées) Par exemple: EN-GJMB-550-4 o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJMB : Fonte malléable à cœur noir (Black) o 550: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) o 4: Allongement après rupture en % Chapitre 1 : Matériaux 7  autre exemple: EN-GJMW-380-12 o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJMW : Fonte malléable à cœur blanc (White) o 380: Résistance minimale à la rupture par traction (Rr en MPa) o 12: Allongement après rupture en %  Fontes austénitiques (alliées) Par exemple: EN-GJS Ni Cr 30-1 o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJS: Fonte à graphite sphéroïdal alliée o Ni: Nickel avec 30 % o Cr: Chrome avec 1 %  par exemple: EN-GJN Cr15Mo Ni o EN : European Norm (Norme Européenne) o GJN: Fonte blanche alliée o Cr: Chrome avec 15 % o Mo: Molybdène avec quelques traces o Ni: Nickel avec quelques traces  Aciers  Aciers d'usage général  Aciers spéciaux (non alliés) pour traitement thermique  Aciers faiblement alliés  Aciers fortement alliés  Aciers de constructions d. Zinc et alliages de zinc Exemple : Z - A4G (cependant, on utilise fréquemment la désignation « ZL » pour Zinc- aluminium suivie de la teneur arrondie en aluminium de l'alliage). Il est utilisé pour le revêtement, en tôle, ou pour la galvanisation (on recouvre de zinc), et sous forme d’alliage. D'une manière générale, les alliages de zinc normalisés en fonderie sont des alliages zinc- aluminium avec des teneurs variables en aluminium (de 4 à 30 %), de faibles additions de magnésium (de 0,012 à 0,06 %) et de cuivre (de 0 à 3 %).  Les alliages ZL3, ZL5 et ZL2 (zamak) sont essentiellement utilisés en moulage sous pression (pour les pignons et les fermetures éclairs par exemple), ils représentent environ 95 % du marché. Chapitre 1 : Matériaux 8 Leur composition est définie par les normes NF EN 1774 « Zinc et alliages de zinc - Alliages pour fonderie - Lingots et liquide » et NF 12844 "Zinc et Alliages de zinc - Pièces moulées - Spécifications", ainsi que la norme internationale ISO 301.  Les alliages Kayem utilisés pour la fabrication économique d'outillages de presse (outils de découpe et d'emboutissage, moules d’injection, de thermoformage des matières plastiques).  Les alliages ZL8, ZL12 et ZL27 avec: o Le ZL8 qui apporte une bonne tenue en température, présente un ensemble de propriétés mécaniques d'un très bon niveau et qui est modulable sur les machines à chambre chaude, o Le ZL12 (ILZRO 12) principalement utilisé dans la réalisation de prototypes ou de préséries de pièces qui seront ensuite réalisées en Zamak par moulage sous pression, o Le ZL27 qui se caractérise par une charge de rupture élevée (de 400 à 450 MPa). C'est le seul alliage susceptible de recevoir un traitement thermique d'homogénéisation qui améliore sa ductilité. Il existe également d'autres alliages spéciaux qui répondent à des exigences particulières de résistance au frottement ou de tenue en température 1.3. Matière plastique Une matière plastique, ou en langage courant un plastique, est un mélange contenant une matière de base (un polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet. Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères synthétiques ou artificiels. On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés qui n'avaient jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux chocs. Généralement, les polymères industriels ne sont pas utilisés à l'état « pur », mais mélangés à des substances miscibles ou non dans la matrice polymère. Chapitre 1 : Matériaux 9 Structure typique d'une formule : matière plastique = polymère(s) brut(s) (résine(s) de base) + charges + plastifiant(s) + additifs. Il existe un grand nombre de matières plastiques ; certaines connaissent un grand succès commercial. Les plastiques se présentent sous de nombreuses formes : pièces moulées par injections, tubes, films, fibres, tissus, mastics, revêtements, etc. Ils sont présents dans de nombreux secteurs, même dans les plus avancés de la technologie. 1.4. Matériaux composite Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux composants non miscibles (mais ayant une forte capacité de pénétration) dont les propriétés se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué, hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne possèdent pas. Ce phénomène, qui permet d'améliorer la qualité de la matière face à une certaine utilisation (légèreté, rigidité à un effort, etc.) explique l'utilisation croissante des matériaux composites dans différents secteurs industriels. Néanmoins, la description fine des composites restes complexe du point de vue mécanique de par la non-homogénéité du matériau. Un matériau composite se compose comme suit : matrice + renfort + optionnellement : charge et/ou additif. Exemples : le béton armé = composite béton + armature en acier, ou le composite fibre de verre + résine polyester.  Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 12 1. Introduction Les procédés de mise ayant une incidence directe sur les caractéristiques morphologiques et mécaniques des pièces, il est nécessaire de connaître les principes physiques et technologiques de ceux-ci afin de concevoir efficacement nos produits. Le choix d’un procédé de mise en forme est fonction du matériau retenu et des caractéristiques produit. En effet, chaque procédé dépend d’une famille de matériaux et impose ses règles de tracé. De la même manière, les caractéristiques pièces peuvent imposer un procédé. Exemple: o Le procédé de forgeage est retenu pour la fabrication d’essieu de camion car il améliore les caractéristiques mécaniques du matériau. o Le procédé d’injection plastique est retenu pour la fabrication de coque de téléphone portable car il permet de grande cadence de production à faible coup. D’autre part, les procédés peuvent être associés: Exemple: o Une obtention de pièce en fonderie, puis une reprise en usinage. o Une obtention de pièce en frittage laser métal puis rectification. 2. Réalisation par moulage Le principe de ces procédés est de couler le matériau à l’état liquide ou pâteux dans un moule, et après solidification d’ouvrir ou de détruire le moule afin de récupérer la pièce. On peut mouler tout type de matériaux (plastique, métallique, résine). Ces procédés nécessitent la réalisation d’un moule, et sont donc réservé à la fabrication de pièce en série, mais les techniques de prototypage rapide peuvent être utilisées afin d’optimiser l’utilisation des ces procédés. Les moules peuvent être: - Permanent: Dans ce cas le moule est en plusieurs parties et s’ouvre pour libérer la pièce - Non permanent: Dans ce cas, le moule est détruit pour récupérer la pièce. Suivant le matériau à mouler et le nombre de pièce souhaité, les moules sont réalisés en silicone, en plâtre, en sable ou en acier. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 13 Certains procédés utilisant des modèles perdus permettent la réalisation de pièces de grande précision et de grande complexité Les organes et pièces constituants les machines et appareils proviennent de sources diverses de fabrication tels que forgeage, usinage, estampage, fonderie etc. La technique de fonderie est la plus souvent utilisée car elle est non seulement économique mais : Elle permet de produire des pièces de formes complexes (difficilement réalisables par usinage ou par d'autres procédés). La série des pièces est identique. Obtention de pièces massives telles que bâtis, volants etc. Le moulage ou fonderie est un ensemble de procédés qui permet de réaliser des pièces métalliques brutes. Le moulage proprement dit consiste à réaliser des pièces brutes par coulée du métal en fusion dans un moule en sable ou en métal (représentant l'empreinte de la pièce à obtenir), le métal en se solidifiant, reproduit les contours et dimensions de l'empreinte du moule (figure.1). Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 14 Figure2. 1 : un moule en sable ou en métal Dans la spécialisation de la fonderie, on distingue pratiquement les fonderies suivantes : a) Selon la nature des métaux et alliages - Fonderie de fonte. - Fonderie d'acier. - Fonderie d'aluminium et ses alliages. - Fonderie de cuivre, bronzes, laitons etc... b) Selon l'utilisation - Fonderie d'art. - Fonderie d'ornement (bijoux). - Fonderie de mécanique industrielle. c) Selon le procédé de moulage - Moulage en sable (manuel ou mécanique). - Moulage en carapaces. - Moulage à la cire perdue. - Moulage en coquilles (moule permanent). Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 15 Dans ces procèdes le moule peut-être permanent ou non permanent (destructible). Le moule non permanent est utilisé qu'une seule fois, pour extraire la pièce, il faut le détruire, l'empreinte est obtenue par moulage du matériau constitutif autour d'un modèle réalisé en bois ou en métal. Le moule permanent peut servir un grand nombre de fois, il est réalisé en plusieurs parties pour faciliter l'extraction de la pièce. Il est utilisé surtout lorsque la quantité de pièces à couler est importante. Le choix des procédés de moulage dépend du métal à couler. En général la température de fusion du métal coulé doit- être inférieure à la température de fusion du matériau constituant le moule. Tableau2.1 : Les métaux et leurs différentes températures de fusion Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 16 Comme il a été déjà cité, le moulage est généralement très économique, mais les caractéristiques d'un alliage coulé sont plus faibles que celles du même alliage forgé. Les défauts de fonderie, fréquents dans les pièces moulées, diminuent encore leur résistance globale, certains de ces défauts, dus aux gaz occlus ou à la contraction du métal au refroidissement, peuvent être évités par un tracé judicieux des formes. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 17 2.1. Moulage en sable Le moulage en sable consiste à couler le métal en fusion dans l'empreinte du moule en sable, réalisée d'après un modèle ayant la forme de la pièce à obtenir. Le moulage en sable est le procédé Le plus ancien et convient presque pour tous Les métaux et alliages de moulage. Il s'adapte bien aux petites séries de production et surtout pour les pièces de grandes dimensions. Un moule simple est constitué de deux parties : - La partie supérieure. - Et la partie inférieure. La figure 2.3 représente un moule en sable avec les différentes parties essentielles. Le métal en fusion est coulé à travers le trou du système de coulée, en traversant les canaux jusqu'à remplissage de l'empreinte. Après refroidissement et solidification, la pièce est sortie pour subir les différentes opérations de finition. L'ensemble des opérations de moulage en sable est donné par le schéma ci- dessous : Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 18 Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 19 Figure 2.2 : Schéma de déférentes étapes de moulage Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 20 Figure2. 3 : Moule en sable avec les différentes parties essentielles Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 21 2.2.1. Le sable de moulage Le sable de moulage doit être infusible (résister à la température de coulée du métal), résistant (Résister à l'érosion du métal liquide) et poreux (ne peut s'opposer au passage des gaz produits au moment de la coulée), et se compose en général : a) de sable quartzeux (86-96%) pratiquement infusible en contact avec le métal liquide. b) d'argile (bentonite) (3-10%) qui lie les grains de silice entre eux et empêche le moule de se détériorer après enlèvement du modèle. 3. Le Forgeage Le forgeage consiste à exercer un effort important sur un lopin de métal chauffé ou non pour le contraindre à prendre la forme désirée. On distingue plusieurs techniques : estampage, matriçage, extrusion, laminage, forgeage libre. Le principal avantage du forgeage sur les autres techniques est d’améliorer les caractéristiques mécaniques du métal mis en œuvre. En effet, sous l’effet de la pression, les particules de métal vont se déformer et les « grains » de matière vont s’orienter suivant certaines directions. Il en résulte un fibrage de la pièce forgée, qui aura donc de meilleures caractéristiques dans ces directions, notamment une meilleure tenue en fatigue (efforts alternés et répétés). 3.1. Forgeage libre C’est la plus ancienne des techniques de forgeage, qui consiste à frapper avec un sur un lopin de métal chauffé posé sur une enclume. La forme de la pièce sera obtenue en ajustant la position de la pièce sous le marteau. Il n’y a pas d’outillage spécifique ce qui permet de réaliser des pièces en petites séries ou à l’unité. Cette méthode est parfois utilisée pour réaliser rapidement des bruts destinés à être usinés, en tirant profit des caractéristiques mécaniques du métal forgé. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 22 Figure 2.4 : Réalisation d'un brut en forge libre Figure 2.5 : Pièces forgées 4. Estampage- Matriçage Le lopin de matière chauffé est placé sur une matrice, puis soumis à une pression importante pour le contraindre à prendre la forme souhaitée. Selon les cas (matière, forme, qualité souhaitée), l’opération peut se dérouler en 2 ou 3 phases. Contrairement au forgeage libre, la matrice a ici la forme de la pièce désirée. Les coûts d’outillages sont donc plus élevés, ce qui réserve cette technique à des productions en séries importantes. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 2 : Procédés d’obtention des pièces sans enlèvement de matière 23 Figure 2.6 : Pièce d'acier en cours de laminage 5. Laminage Le laminage consiste à réduire progressivement l’épaisseur d’un bloc de métal chauffé en le faisant passer entre deux rouleaux. Suivant les profils à réaliser le métal chauffé va passer dans une série de plusieurs laminoirs (jusqu’à plus de 30) dans lesquels la section va être progressivement réduite, et la vitesse accélérée (jusqu’à plus de 100m/s en sortie). Cette technique est utilisée pour la réalisation de tôles, poutrelles et fils en très grande quantité. Autres méthodes D’autres méthodes existent pour le formage à chaud ou à froid : filage, tréfilage, extrusion. Ces procédés sont réservés à de la production en très grande série. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base  Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière  Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 23 3.1. Définition L'usinage appartient à l'ensemble des Procédés d'obtention de pièces par Enlèvement de matière dans lequel on trouve trois familles de procédés : o Procédés d'enlèvement de matière par électroérosion o Procédés d'enlèvement de matière par abrasion o Procédés d'enlèvement de matière par usinage Usiner c'est couper La formation du copeau a généré la science qui permet d'optimiser les conditions de l'usinage : Figure 2.1 : Schéma représentatif pour optimiser les conditions de l’usinage 3.2. Génération de surface. Usiner c'est générer une (des) surface(s). Géométriquement, on peut générer des surfaces en utilisant 2 lignes formatrices : Génératrice Elle est mobile (G) Lignes formatrices Elle est fixe. Directrice (D) Elle donne la direction du mouvement. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 24 Exemples : Génération d'une surface plane Figure 2.2 : Génération d'une surface plane Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 25 Génération d'une surface cylindrique Figure 2.3 : Génération d'une surface cylindrique Il faut matérialiser les lignes formatrices : Des mouvements relatifs sont donnés à l'outil et/ou à la pièce et permettent de matérialiser la ligne Génératrice et la ligne Directrice : Le mouvement de coupe (noté Mc) est un mouvement rapide, conditionnant la formation du copeau. Le mouvement d'avance (noté Mf) est un mouvement plus lent. Ce sont des mouvements relatifs de l'outil par rapport à la pièce, via la machine-outil (MO). Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 26 Figure 2.4 : Le mouvement d'avance dans le de tournage et fraisage On distingue deux types de travail de génération : a.Travail de forme La forme de la génératrice de la surface correspond à la forme de l’arête coupante de l’outil. Mc Mc Mf Mf b.Travail d’enveloppe La forme de la génératrice de la surface correspond à l’enveloppe des positions successives de l’outil (c’est à dire le mouvement d’avance). Mc Mc Mf Mf Figure 2.5 : Types de travail de génération(a :Travail de forme, b :travail d’enveloppe) Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 27 Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 28 3.3. Les machines Elles sont caractérisées par leur cinématique, c'est-à-dire les différents mouvements relatifs outil/pièce possibles. Le mouvement de coupe (de rotation) est donné par la broche, à l'outil sur les fraiseuses ou centres d'usinage, à la pièce sur les tours. Les autres mouvements peuvent être donnés soit à l'outil, soit à la pièce. Les axes conventionnels Axe Z : Axe de rotation de la broche Axe X : Axe de plus grande direction Axe Y : Axe qui forme un trièdre direct Axes A,B,C : Axes de rotation autour de X,Y,Z Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 29 3.3.1. Fraiseuse, Centre d'usinage 3.3.2. Tour : Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 30 Figure 2.6 : les différents types de fraiseuses, Centre d'usinage 3.4. Les outils 3.4.1. Les outils axiaux Forêt Forêt étagé Fraise 2T Forêt à centrer Alésoir Taraud Figure 2.7 : Les outils Axiaux Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 31 3.4.2. Les outils de tournages Figure 2.8 : Les outils de tournages 3.4.3. Les outils de fraisage Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 32 Figure 2.9 : Les outils de fraisage 3.5. Les paramètres de coupe La donnée principale de départ est la vitesse linéaire de coupe Vc, fonction des matières du couple outil/pièce. Elle est donnée par le fabriquant d'outil. Elle s'exprime en m/min. Fréquence de rotation n = 1000.Vc / πD……………………3.1. Avec : n : Fréquence de rotation (tr/min) Vc :Vitesse de coupe (m/min) => elle dépend de la matière de la pièce et de la matière de l’outil. On trouve des valeurs de Vc (Mat pièce ; Mat outil) dans les catalogues des fabricants d’outils. D : Diamètre de la pièce en tournage Diamètre de la fraise en fraisage Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 33 Vitesse d’avance En tournage : Vf = n.f En Fraisage : Vf = n.fz.z Avec : o Vf : Vitesse d’avance (mm/min) o n : Fréquence de rotation (tr/min) o f : Avance par tour (mm/tr) f mini =0.05 (en dessous, copeau mini) o fz : Avance par dent (mm/dent) fz mini =0.05 (en dessous, copeau mini) o z : Nombre de dent de la fraise (dent/tr) En ébauche, on cherchera à avoir une avance élevée pour diminuer le temps d’usinage. (limite : puissance machine, déformation de la pièce sous les efforts de coupe….) En finition, on cherchera à avoir une avance faible pour diminuer les efforts de coupe qui nuisent à la précision. Profondeur de passe ap maxi = 2/3 de la longueur d’arête (pour les outils à plaquette carbure) En ébauche, on cherchera à avoir une profondeur de passe élevée pour diminuer le temps d’usinage. En finition, on cherchera à avoir une profondeur de passe faible pour diminuer les efforts de coupe qui nuisent à la précision. 3.6. La gamme, la phase. Une gamme de fabrication est la succession des étapes qui depuis la réalisation de la pièce brute, permet d'obtenir la pièce finie. Chacune de ces étapes porte le nom de phase. Cet enchaînement est le fruit d'une démarche complexe qui doit prendre en compte un nombre important de paramètres (technique, économique, logistique…) et auquel on aboutit après validations successives. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 34 L'avant projet d'étude de fabrication (APEF) est au cœur de cette démarche. Son élaboration permet de définir les différentes phases (d'usinage, de traitement thermique, de finition, de contrôle, de lavage…). Pour chacune des phases d'usinage, il faut préciser le posage de la pièce, les cotes fabriquées, les outils, leurs conditions d'utilisation… 3.7. La mise en position (MIP) et le maintien en position (MAP) La mise en position ou posage, a pour fonction de donner à chaque pièce de la série la possibilité d'occuper la "même position" par rapport à un référentiel machine, afin d'assuré une réalisation des surfaces usinée qui soit compatible avec les exigences du dessin de définition. "Même position" est définie avec les incertitudes de mise en position, appelées dispersions de mise en position. Il peut être nécessaire de supprimer jusqu'à six degrés de libertés (3 translations et 3 rotations). La fonction du maintien en position est de permettre à la pièce de conserver sa position pendant la phase d'usinage, malgré les efforts générés par la coupe. Modélisation et représentation de la mise en position. Les liaisons sont modélisées par des normales de contact matérialisant les points d'appui. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 35 Symbole de base Exemples de représentation Symbolisations frontales équivalentes Symbolisation projetée Représentation Représentation normale simplifiée Figure 2.10 : Exemple de représentation Association Normale/Surface Surfaces planes Surfaces cylindriques Surfaces coniques Petite Moyenn Grande Court Long Cour Long e L1.5D t L>1.5D L< D Figure 2.11 : Les différents Type de surfaces Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 36 Ces fonctions sont assurées par le porte-pièce, qui peut être : standard (mandrin, étau), spécifique modulaire ou spécifique dédié. Standards : Spécifique Modulaire : Spécifique Dédié: Figure 2.12 : Les différentes fonctions assurées par le porte-pièce Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 37 3.8. La cotation de fabrication Elle permet de définir précisément la valeur ajoutée par la phase à la pièce. Cote fabriquée : cote à réaliser dans une phase donnée entre 2 surfaces actives de la phase. Surface active : Les surfaces usinées dans une phase et les surfaces de référence (surfaces d'appuis appartenant à la pièce) constituent le groupe des surfaces actives dans cette phase. Par extension : Spécification fabriquée, les conditions géométriques imposées entre des surfaces actives d'une phase. Surface de référence : Les surfaces de la pièce qui assurent la mise en position sur les montages sont les surfaces de référence. Toutes les pièces fabriquées doivent vérifier les cotes fabriquées (validation la conformité de la production au modèle de simulation). Détermination de cotes fabriquées et validation de l'APEF. Une simulation permet de déterminer les cotes fabriquées à partir des conditions BE (dessin de définition) et de décider de la capabilité du process de fabrication choisi. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 38 Phase 10 Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 39 Phase 20 Figure 2.13 : Les différentes phases de fabrication d’une pièce 3.9. Le contrat de phase Il recense l'ensemble des informations nécessaire à la mise en œuvre d'une phase : machine outil, mise en position, maintien en position, surfaces usinées, cotation de fabrication, outil, trajectoire d'usinage, condition de coupe. Contenu d’un contrat de phase :  Informations relatives à la phase :  Mode d'usinage (tournage, fraisage, etc.)  Numéro de phase  Type de machine utilisée  Nature du porte-pièce  Informations relatives à la pièce :  Nom de l'ensemble auquel appartient la pièce  Nom de la pièce  Nombre de pièces fabriquées et cadence  Matière  État du brut (coulé, laminé, étiré, etc.) Dessin de la pièce dans l'état où elle se trouve à la fin de la phase. Ce dessin comporte les renseignements suivants :  Surfaces à usiner représentées en trait fort.  Normale de repérage (localisation isostatique) ou symbolisation technologique.  Symbole de maintien en position (facultatif)  Référentiel de cotation : (O, x, z) pour les pièces de tournage et (O, x, y, z) pour les pièces usinées dans les trois dimensions.  Tolérances de position.  Tolérances de forme.  États de surface. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 40 Remarque : Le dessin de phase comporte également des informations relatives à l'outil :  Dessin de l'outil précisant la géométrie de l'outil.  Cycle d'usinage. Informations relatives aux opérations à effectuer :  Nature de l'opération.  Cotes de fabrication.  Les tolérances de forme.  Les tolérances de position.  Les états de surface. Éléments de coupe :  Vc vitesse de coupe en m/min  n fréquence de rotation en tour  f avance par tour en mm/tour (en tournage)  f avance par dent en mm/tour (en fraisage)  Vf avance par tour en mm/min  a profondeur de passe en mm  p nombre de passes Outillage de coupe :  Outil (Type, nature, rayon de bec, etc.)  Porte outil Outillage de contrôle :  Noms et caractéristiques des instruments utilisés (mesurage). Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base  Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 41 PHASE N Désignation ° CONTRAT DE PHASE 1 0 FRAISAGE Ensemble: Moteur F Code pièce : Brut: Pièce : C.A.I Porte-pièce: Modulaire Programme: Matière : AS9U3 Machine : CU HURON Nom: CONDITIONS DE COUPE ANALYSE DE LA PHASE N Désignation des opérations Outillage de coupe vc fz ap ap z n vf ° et contrôle XY Z 1 Tête à aléser d’ébauche 380 0.08.85 -- 2 3185 478 Aléser cy105 en ébauche  39.7 2 Surfacer pl100 ébauche cote de 16.2  0.2 Fraise à surfacer Ø125 880 0.18 -- 0.8 7 2242 2803 Percer cy103 cy104 5.7 et chanfreiner ch101 3 Outil fraise combiné 80 0.15 3 -- -- 4500 675 ch102 4 Chanfreiner ch106 à 30° cote de 22.5  0.2 Fraise à chanfreiner Ø29 380 0.05 -- 1 -- 4200 420 5 Surfacer pl100 en finition cote de 16  0.2 Fraise à surfacer Ø125 1200 0.05 -- 0.2 7 3033 1213 Figure 2.14 :Schéma représentatif pour un contrat de phase Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 3 : Procédés d’obtention des pièces par enlèvement de matière 42 3.10. Le perçage 3.10.1. Définition Le perçage est un procédé d’usinage qui consiste à obtenir un trou circulaire par enlèvement de copeaux. 3.10.2.Principe Le perçage est obtenu a l’aide d’un outil de coupe appelé foret. Il est animé d’un mouvement de rotation continu et d’un mouvement d’avance. 3.10.3. Mode d’action C’est la combinaison de deux mouvements que l’on peut faire varier: a) Le mouvement de rotation (MC): L’outil tourne sur lui-même, c’est la vitesse de rotation en tour par minute (Tr/min). b) Le mouvement de descente (Mf): L’outil pénètre dans la matière, c’est l’avance en mètre par minute (m/min). 3.10.4. Les Matériels a)Les perceuses portatives: Il en existe de différentes capacités, elles peuvent être à batterie, électrique ou pneumatique. Tel que :  Perceuse électrique  Perceuse électro-magnétique  Perceuse à batterie 3.10.5. La forêt hélicoïdale 1. Descriptif Le foret hélicoïdal, également appelé foret américain, est l’outil de perçage le plus couramment employé, il comprend: 1. la tête ou partie active formée par les deux surfaces d’affûtage, partie conique dont l’arrête d’intersection forme le sommet du foret. Les arrêtes tranchantes, ou lèvres du foret, sont déterminées par les intersections des surfaces coniques et des rainures hélicoïdales. 2. le corps constitué par un cylindre dans lequel ont été fraisées deux rainures hélicoïdales servant au dégagement des copeaux et au passage du lubrifiant. 3. la queue cylindrique ou tronc conique. Les queues troncs coniques se terminent par un tenon d’en traînement qui empêche toute rotation dans l’organe de la machine. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4 : Technique d’assemblage Chapitre 4: Technique d’assemblage 44 4.1. Introduction Le terme assemblage mécanique est souvent utilisé pour des assemblages permanents entre deux ou plusieurs pièces via une déformation de l'une au moins des pièces, ou d'un accessoire intermédiaire. Jusqu'à présent, il n'existe aucune norme internationale reprenant la classification des différentes techniques existantes. La norme allemande DIN 8593-5 classifie les techniques d'assemblages par transformation suivant le type de pièces à assembler. Les techniques sont alors subdivisées en procédés avec et sans moyen d'assemblage. 4.2. Les assemblages amovibles 4.2.1. Les assemblages à vis et à boulons La majeure partie des assemblages dans la construction des machines se font avec des vis. Figure 4.1 : Assemblages à vis et à boulons Les assemblages vissés sont constitués par des boulons (vis traversantes avec écrous), des vis pour taraudage borgne ou non ou par des goujons. Figure 4.2 : Différents types de boulons Les boulons traversant serrent les deux éléments par la tension qui est établie entre l’écrou et la tête de la vis. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 45 Les vis pour taraudage assemblent deux éléments en traversant le premier et en pénétrant le deuxième par un taraudage. Sur les goujons, la tête de la vis est simplement remplacée par un écrou. 4.2.2. Les filets rapportés Pour les matériaux à petite résistance au cisaillement, p. ex. les métaux légers, les matières synthétiques et le bois, les taraudages peuvent être arrachés lors de grandes charges. Pour éviter ce risque, on utilise des filets rapportés. On les utilise aussi pour réparer des taraudages abîmés ou lorsque les vis doivent être enlevées et remises fréquemment, p. ex. pour des plaques de serrage d’installations flexibles. Les filets rapportés taraudent eux-mêmes le filet de leur logement. Ils sont parfois fabriqués à partir de fils profilés rhombiques. On produit ainsi des filetages supportant de très hautes charges p. ex. pour l’aviation et la recherche spatiale en alliage Al-Mg. Figure 4.3 : Différents types de filet Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 46 4.2.3. Les écrous Les forces de traction des boulons sont Les écrous crénelés avec 6 ou 8 transmises aux pièces par la tête et l’écrou de la entailles sont utilisés quand vis. l’assemblage doit être sécurisé L’effort de précontrainte allonge la vis. Cet avec des goupilles. allongement et la sollicitation de l’écrou sont La hauteur des écrous hexagonaux (à six pans) est en général de 0,8d, relativement élevés sur le premier filet et ils plus rarement 0,5d. diminuent progressivement jusqu’au dernier filet. Les écrous sont souvent utilisés en combinaison avec des vis et des goujons. Figure 4.4 : Différents types des écrous 4.2.4. Le couple de serrage La transmission de la force et de la charge Lors du serrage d’un écrou ou d’une vis, il se produit un couple. Par le serrage, ce couple produit un allongement de la tige de la vis. La force qui cherche à remettre la tige du boulon dans son état originel écrase les pièces à assembler et, de ce fait, les serres. Cette force est appelée l’effort de précontrainte Fv. S’il est trop grand, il déforme le boulon et peut le casser. Les boulons ne doivent donc pas être serrés trop fortement ni trop faiblement. Si on ne tient pas compte de la friction, l’effort de précontrainte maximal Fv ne dépend que de la dimension et du matériau de la vis. En raison de la friction, le boulon ne subit pas seulement une charge de traction, mais aussi une charge de torsion. Pour cette raison, plus la friction est élevée, plus l’effort de précontrainte Fv maximal doit être réduit. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 47 L’effort de précontrainte Fv est produit par le couple de serrage MA. Lors d’un serrage à la main, le couple correspond à la force de la main F1 et à la longueur efficace de la clé l. L’effet de la précontrainte Les clés dynamométriques : Le réglage rapide et son blocage sur n’importe quelle valeur du cadran sont possibles grâce aux crans et à la touche de blocage dans la poignée. Lorsque, pendant le serrage, la valeur réglée est atteinte, la clé décroche en donnant un « signal » (bruit et sensation). Et la clé est tout de suite prête à un nouvel emploi. Figure 4.5 : Couple de serrage Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 48 Figure 4.6 : Clé dynamiques 4.2.5. Les forme des rivets Les rivets peuvent être classés par la forme de leur tête, par le type de leur tige et par le procédé de rivetage. Figure 4.7 : Les différentes formes des rivets. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 49 4.2.6. Les matériaux des rivets Les rivets doivent être suffisamment solides tout en étant faciles à déformer. Afin d’éviter la corrosion électrochimique et/ou un desserrage par réchauffement, les rivets sont idéalement du même matériau que les éléments à assembler. 4.2.7. Le rivetage On distingue le rivetage à froid et à chaud. Les rivets prêts à l’emploi consistent en une tête de pose, une tige et une rivure. Les rivets en acier jusqu’à un diamètre d’environ 8 mm et les rivets dans d’autres matériaux sont déformés à froid. Lors du formage de la tête de rivure, la tige est aussi refoulée et le rivet remplit tout le perçage. Figure 4.8 : Les différentes têtes de rivure. 4.3. Les assemblages par brasage tendre (à l’étain) 4.3.1. La définition du brasage Le brasage fait partie des assemblages inamovibles. Il est possible d’assembler des éléments de matières différentes. Le brasage nécessite des matériaux auxiliaires tels le métal d’apport, c’est à dire l’alliage de brasage. La température de fusion du métal d’apport doit toujours se situer en dessous de la température de fusion des éléments à assembler. Les matériaux des éléments sont mouillés sans qu’ils ne fusionnent. Les assemblages par brasage sont solides, étanches et conducteurs. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 50 4.3.2. La sécurité au travail  On ne doit pas porter de survêtement facilement inflammable.  Le survêtement doit être sans traces d’huile ou de vapeurs inflammables.  Les yeux doivent être protégés avec des lunettes adéquates.  Il est important de travailler dans des pièces bien aérées, car le brasage génère des vapeurs toxiques. 4.3.3. Les procédés de brasage On distingue la soudure forte de la soudure tendre. Pour les températures jusqu’à 450 °C, on parle de soudure tendre. Pour les températures entre 600 °C et 1080 °C on parle de soudure forte. Et pour les températures au dessus de 900 °C, on parle de brasage à haute température. Un bon assemblage par brasage est produit lorsque : Figure 4.9 : Les procédés de brasage. On distingue la soudure forte de la soudure tendre. Pour les températures jusqu’à 450 °C, on parle de soudure tendre. Pour les températures entre 600 °C et 1080 °C on parle de soudure forte. Et pour les températures au dessus de 900 °C, on parle de brasage à haute température. Un bon assemblage par brasage est produit lorsque : - les surfaces métalliques sont propres - les surfaces sont exemptes d’huile et de graisse - on choisit la bonne température de travail - l’écart se situe entre 0,05 et 0,2 mm Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 51 4.4. Soudage 4.4.1.Généralités Parmi les procédés d'assemblages, le soudage occupe une place importante dans toutes les branches d'industrie et du bâtiment, car il permet d'adapter au mieux les formes de construction aux contraintes qu'elles sont appelées à supporter en service. Le soudage est une opération qui consiste à assurer la liaison permanente de deux ou plusieurs parties constitutives de nature identique ou différente, soit par chauffage, soit par pression, soit par l'action simultanée des deux, de la chaleur et de la pression. Le soudage peut être effectué avec ou sans métal d'apport. Dans le cas particulièrement important des matériaux métalliques, le soudage se présente sous deux aspects : a) Le soudage automatique Lorsque le métal d'apport et le métal de base sont de nature identique. Dans ce procédé le métal des pièces à assembler participe à la constitution du joint au même titre que le métal d'apport. Donc c'est une opération de " fusion localisée " de deux pièces de même nature. Le métal de base se dilue dans le métal d'apport. La température de soudage est donc nécessairement supérieure à la température de fusion des pièces à assembler. Figure 4.10 : Soudure autogène bout à bout sur chanfrein en V. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 52 b) Le soudage hétérogène Lorsque le métal de base et le métal d'apport sont de nature différente. Dans ce procédé, les pièces à assembler ne sont pas portées à la température de fusion et ne participent pas à la constitution du joint. Ce rôle est uniquement rempli par le métal d'apport, dont la température de fusion est plus basse et qui assure, en se solidifiant, une liaison métallique entre les surfaces à assembler. Dans ce procédé on distingue : - Le brasage fort (température de fusion du métal > 450°C, avec utilisation du décapant Borax). - Le brasage tendre (température de fusion du métal‹ 450°C, avec utilisation du décapant Borax). - Le soudo-brasage réalisé généralement au chalumeau. La température à obtenir varie suivant les métaux à souder : -Aciers et fontes 600°C à 900°C -Cuivre 850 à 900°C -Aluminium 600°C Soudure hétérogène Soudo- brasure Figure 4.11 : soudure hétérogène Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 53 Le soudo-brasage et le brasage s'appliquent lorsque : - Les métaux de base ne sont pas soudables par ex : les aciers à outils. - Les joints sont difficiles d'exécution (faibles dimensions des pièces à souder). - Les métaux de base sont différents. - Il n'est pas impératif de conserver les propriétés mécaniques des métaux de base. 4.4.2. Les avantages techniques et économiques du soudage sont a- Les assemblages soudés présentent une résistance élevée par rapport à d'autre type d'assemblage. b- Le soudage est très souvent employé en combinaison avec le moulage, forgeage, estampage etc..., ce qui permet d'obtenir des pièces d'une forme très compliquées et dont les dimensions sont très grandes. c- Haute productivité, bas prix de revient avec possibilité d'obtention des assemblages étanches. d- Diminution des dépenses initiales des équipements des ateliers de soudage. 4.4.3. Classification générale des procédés de soudage Il existe plusieurs procédés de soudage caractérisés par le type de source d'énergie pour réchauffement et par l'état du métal à l'endroit du soudage. Selon le type de la source d'énergie on distingue : - Énergie thermochimique. - Énergie thermoélectrique. - Énergie mécanique. - Énergie de rotation Les sources d'énergie doivent être capables d'apporter en un temps assez court une grande quantité de chaleur en un point bien localisé. Actuellement il existe plusieurs dizaines de procédés de soudage et parmi lesquels on peut citer : 1. Soudage oxyacétylénique La source d'énergie est la flamme oxyacétylénique. Il est le seul procédé utilisé pour l'exécution des joints soudo-brasés ou brasés. Ce procédé présente une grande souplesse et Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 54 recommandé pour l'exécution de travaux délicats sur pièces de nuances diverses et de petites dimensions. 2. Soudage à l’arc électrique La source d'énergie est l'arc électrique qui jaillit entre le métal à souder et le métal d'apport qui est une électrode. Dans ce procédé on peut citer : a- Soudage en atmosphère inerte (T.l.G) L'électrode est réfractaire (non fusible) et le bain de fusion est protège par un gaz inerte, argon ou autre. Ce procédé se substitue de plus en plus au chalumeau pour le soudage des aciers alliés, de l'aluminium, du cuivre et de ses alliages, des alliages de nickel. b- Soudage avec électrode enrobée L'enrobage de l'électrode dépose sur le métal en fusion un laitier protecteur. Ce procédé à fait de très gros progrès depuis une trentaine d'années, grâce surtout aux nouvelles techniques de fabrication des électrodes. La rapidité d'exécution des soudures est importante et liée au fait que l'apport de chaleur est très localisé. c- Soudage avec fil électrode sous protection gazeuse (M.I.G, M.A.G) Ici le métal d'apport est constitué par un fil qui arrive en continu au niveau de l'arc. Le bain de fusion est protégé par un gaz inerte. On peu souder avec ce procédé pratiquement tous les métaux à une grande vitesse de soudage. d- Soudage avec fil électrode sous flux en poudre Même procédé que le procédé MIG, seulement ici la protection du bain se fait par un flux en poudre. 3. Soudage par résistance électrique Le chauffage nécessaire à l'endroit du soudage est assuré par effet de Joule : Q = I2R.t. ……………..………..4.1 L'intensité de soudage et le temps de passage jouent donc un grand rôle dans ce procédé. Il est utilisé essentiellement pour assembler des pièces par recouvrement. Dans ce procédé on distingue : a- Soudage par points Les appareils de soudage sont constitués en principe de deux bras portant chacune une électrode, l'un de ces bras est mobile et vient pincer les pièces à souder. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 55 b- Soudage à la molette Utilise le même principe que le soudage par points, les électrodes se présentant sous forme de disques rotatifs. c- Soudage en bout par étincelage Ce procédé de soudage par résistance est essentiellement utilise pour le raboutage des tubes. Les bords à souder sont rapprochés sous-tension et des arcs s'amorcent successivement, provoquant la fusion des bords. Le soudage à eu lieu alors par forgeage, les deux pièces à souder étant comprimées l'une contre l'autre. d- Soudage par induction La source d'énergie est ici le courant électrique induit dans les pièces à souder par l'application d'un champ magnétique intense et de haute fréquence. e- Soudage par friction Le principe est le suivant : Une pièce est fixe, l'autre animée d'un mouvement de rotation et est appliquée contre la première. L'énergie thermique dégagée par le frottement permet d'atteindre la température de forgeage. f- Aluminothermie On utilise ici la chaleur dégagée par la réaction suivante : F203+ 2 Al → AI2O3 + 2 Fe………………….4.2 Il faut amorcer la réaction soit avec de la poudre, soit avec une résistance électrique. Ce procédé est surtout utilisé pour le soudage des rails de chemin de fer. g- Soudage par ultrasons Ce procédé utilise l'énergie de vibration produite par un appareil électro-acoustique. Il est utilisé surtout dans l'industrie nucléaire et en électrotechnique pour les soudages des feuilles d'aluminium, de molybdène, de platine etc... Il est très employé pour assembler les matières plastiques. 4.4.4. Le soudage oxyacétylénique C'est vers la fin du siècle dernier et à la suite des travaux du français Georges Claude et de l'allemand Von Linde que naquit l'idée d'utiliser la flamme pour chauffer localement des pièces jusqu'à leur point de fusion dont le principal but est de les assembler. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 56 On peut obtenir cette flamme par la combustion d'un gaz combustible dans 1’air. L air étant composé de 4/5 d'azote qui ne participe pas à la combustion, on a donc cherché à utiliser un autre gaz comme carburant l'oxygène. Donc la haute température (3000°C) de la flamme oxyacétylénique est obtenue par la combustion d'un mélange d'acétylène et d'oxygène dans une proportion bien définie. Le soudage oxyacétylénique est caractérisé par des vitesses d'échauffement et de refroidissement du métal plus faibles en comparaison avec le soudage à l'arc électrique ce qui conduit à la formation d'une structure à gros grains dans le métal adjacent au cordon de soudure, diminue la résistance du joint soudé et provoque des déformations importantes de la pièce soudée.. ,. Si l'épaisseur des tôles dépasse 2mm, le soudage oxyacétylénique devient moins rentable que celui de l'arc électrique. L’oxygène (O2) : L'oxygène est un gaz incolore, inodore et sans saveur. Il est obtenu par 1’électrolyse de l'eau ou par liquéfaction de l'air qui en contient 1/5 de son volume. Il est d'une pureté très élevée 99%, car un oxygène moins pur entraîne une augmentation de la consommation de l'acétylène. L'acétylène (C2H2) : L'acétylène (C2H2) est un hydrocarbure gazeux, incolore avec un pouvoir calorifique de 14000calorie/m et dont l'odeur est désagréable (odeur d'œil). Il est dangereux au point de vus déflagration il explose en présence d'une décharge électrique ou du feu. Un mélange d'oxygène et d'acétylène peut exploser à la pression atmosphérique s'il ne contient que très peu d'acétylène. Industriellement l'acétylène utilisé pour le soudage et l'oxycoupage est fabriqué à partir du carbure de calcium (CaC2), lequel est obtenu à partir d'un mélange de carbone (Coke) et de chaux vive à très haute température, la réaction chimique qui s'y produit est la suivante : CaO + 3C → CaC2+ CO-Q ………….…………..4.3. Ensuite l'acétylène est obtenu dans des générateurs par la décomposition chimique du carbone de calcium avec l'eau selon la réaction suivante : CaC2+ 2H2O →Ca (OH)2+ C2H2+Q……………….4.4. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 57 4.4.5. Le soudage à l’arc électrique C'est un procédé de soudage autogène, donc la chaleur est fournie par l'arc électrique qui jaillit entre l'électrode et la pièce à souder. La formation d'un arc électrique entre l'électrode et les éléments à souder (le plus souvent sont de même nature) engendre la chaleur qui fait fondre localement la pièce à souder et l'électrode dont le métal est projeté dans le bain de fusion et formant ainsi la soudure. La plupart des électrodes utilisées actuellement ont un enrobage qui facilite l'amorçage. La chaleur de fusion est fournie à l'aide d'un courant électrique approprié fourni par un transformateur de soudage (poste de soudage). Le rôle du poste de soudage est de débiter le courant électrique convenable (forte intensité sous faible différence de potentiel). Le courant électrique fourni par le réseau sous tension (220 ou 380V le plus souvent) est transformé, car la tension d'utilisation est comprise entre 18 et 50V. La soudure à l'arc électrique est moins souple que la soudure oxyacétylénique, mais l'exécution des soudures est plus rapide que celle du chalumeau, l'apport de chaleur étant très localisé et très important (température de l'arc comprise entre 3000 et 4000°C). Ce procède est à déconseiller dans le cas du soudage des tôles très minces. Le soudage à l'arc électrique s'applique aux aciers doux, la plupart des aciers spéciaux et inoxydables sont soudables à l'arc électrique, mais au delà d'une teneur de 0,4 à 0,5% de carbone les soudures sont assez fragiles. Le soudage de la fonte grise est possible soit à froid 'exige une préparation coûteuse et une exécution attentive), soit à chaud (préchauffage, soudage, refroidissement lent). Les applications aux métaux et alliages non ferreux quoique possible dans la plupart des cas ont été jusqu'alors assez limitées. 4.4.5.1. L'arc électrique C'est une décharge électrique de longue durée se produisant dans un mélange de gaz et de vapeurs ionisées formée sous l'effet du passage du courant électrique entre le métal d'apport (électrode) et la pièce à souder (anode). Le mélange de gaz et de vapeur constitue le milieu conducteur et permet le passage de l'arc. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Chapitre 4: Technique d’assemblage 58 Figure 4.12 : Soudage à l'arc électrique 4.4.5.2 Les postes de soudage Ces appareils sont destinés essentiellement à transformer le courant électrique du réseau (à tension élevée : 220 à 380 volts et faible intensités) en un courant utilisable pour le soudage qui met en jeu de fortes intensités mais des tensions faibles. Ils ont pour rôle essentiel : - De permettre un régalage de l'intensité, - D'assurer automatiquement le passage de la tension d'amorçage à la tension d'arc. - De fournir un courant stable permettant de souder dans les meilleures conditions. On distingue deux grandes catégories de postes : - Les postes à courant alternatif de soudage, - Les postes à courant continu. Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base Références bibliographiques Références bibliographiques 60 Références bibliographiques 1. Manuel de technologie mécanique, Guillaume SABATIER, et al Ed. Dunod. 2. Memotech : productique matériaux et usinage BARLIER C. Ed. Casteilla 3. Sciences industrielles MILLET N. ed. Casteilla 4. Memotech : Technologies industrielles BAUR D. et al , Ed. Casteilla 5. Métrologie dimensionnelle CHEVALIER A. Ed. Delagrave 6. Perçage, fraisage JOLYS R et LABELL R. Ed. Delagrave 7. Guide des fabrications mécaniques PADELLA P. Ed. Dunod 8. Technologie : première partie, Bensaada S et FELIACHI d. Ed. OPU Alger 9. ‫د فواز و ز خریر التصنیع عملیات تكنولوجیا‬. ‫الجزائر الجامعیة المطبوعات دیوان‬ Université Hassiba Ben Bouali- Chlef Cours de Technologie de Base