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Processus de fabrication
GELIN, PT, Roosevelt, Reims 1
Mise en place d’un processus de fabrication
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Processus de fabrication
GELIN, PT, Roosevelt, Reims 2
1 - Introduction
La mise en place d’un processus de fabrication nécessite de maîtriser :
Les procédés d’obtention des bruts
Soudage, Moulage, Forgeage
Les traitements thermiques
Recuit, Cémentation, Trempe, Revenu, Nitruration
La réalisation de surface par enlèvement de matière
Tournage, Fraisage, Perçage, Rectification
La métrologie
Contrôle dimensionnel, Contrôle de forme et de position, Rugosité
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
Schématiquement les différentes étapes de la réalisation d’une pièce mécanique sont :
1. Obtention du brut
2. Eventuellement traitement thermique
3. Usinage
4. Eventuellement traitement thermique
5. Eventuellement finition à l’outil abrasif
6. Contrôle
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut
Le procédé d’obtention du brut dépend :
Du matériau de la pièce
Soudable, moulable, forgeable…
Du nombre de pièces à fabriquer
Unitaire, petite, moyenne, grande série voire illimitée
De la fonction de la pièce
Pièce de sécurité
De la complexité de la pièce
Eventuellement des possibilités de l’entreprise
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.1 Pièce taillée dans la barre Laminage
Forme : Barre laminée, étirée, profilée
Série : Unitaire à très grande série
Matériau :Aciers , Alliage légers de corroyage (Al - Cu4 Mg…), Alliages cuivreux : laitons (Cu Zn…), certains bronzes (Cu Sn…), …Etc…
Tolérances :Laminage : quelques dizièmes de mmEtirage : qualité 9 ou 10 selon dimension
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.2 Pièce moulée
Forme :Toute forme moulable
Série :Unitaire à très grande série selon procédé de moulage
Matériaux :Fontes : EN GJL…, EN GJS…, EN GJM…, EN GLN…, … Certains aciers G…Alliages légers de moulage (EN AC… )Alliages cuivreux : bronzes (Cu Sn…), certains laitons (Cu Zn …),Etc…
Tolérances :IT de 1 à 6 mm selon procédé, dimension et direction de la dimension
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.2 Pièce moulée
Tolérances (suite)
Déport entre deux parties du moule :m = 1,6 + 2,5 D/2D = plus grande dimension concernée
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.3 Pièce forgée
Forme :Toute forme forgeable
Série :Unitaire à très grande série selon procédé de forgeage
Matériaux :La plupart des aciersAlliages légers de forgeage (EN AW… )Alliages cuivreux : laitons (Cu Zn …),Etc…
Tolérances :De quelques centièmes à 1 mm selon procédé et dimension nominale
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.3 Pièce forgée
Tolérances (suite):
Pièces en aciers
Pièces en alliages d’aluminium
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.4 Pièce mécano-soudé
Forme :Unitaire petite série pour les pièces « mécaniques »
Série :Jusqu’à très grande série pour la tôlerie
Matériaux soudables :Aciers à moins de 0,4 % de carbone équivalentAlliages légers sous atmosphère neutreEtc…
Matériaux brasables :A peu près tous les métaux
Tolérances :Quelques dizièmes de mm à quelques mm.
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.1 – Obtention du brut2.1.5 Contrôles
DimensionnelsDans la masse
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2 – Ordonnancement
2.2 – Traitements thermiques
On peut pratiquer un recuit sur la pièce brute pour :
Améliorer l’usinabilité :
Homogénéiser la matière
Faire disparaître les points durs
Atténuer ou faire disparaître les contraintes internes
Ce qui entraîne moins de déformations après usinage
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage
Les procédés d’usinage au programme de PTSI PT sont :
Tournage sur tour CN 2D
Fraisage sur fraiseuse CN 3D
Perçage, taraudage sur perceuse CN et/ou tour CN et/ou Fraiseuse CN
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.1 Rappels
Phase :Groupement d’opérations réalisées sur la pièce sans démontage de celle-ci.
Opération :Usinage élémentaire réalisé avec un même outil. L’outil peut avoir plusieurs mouvements.Exemples :
• Chariotage ébauche• Chariotage finition• Centrer les 4 trous• Tarauder les 2 trous• Coutournage finition du profil A4…
Cote fabriquéeEnsemble des dimensions obtenues sur un lot de pièces entre deux surfaces réalisées dans la même phase
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode d’ordonnancement des phases d’usinage
Analyser le dessin de définition
1. Nombre de pièces à fabriquerMoyens à mettre en œuvre en fonction du type de série
2. MatièreConditions de coupe
3. Formes de la piècesType de machines à utiliser
Pièces prismatique : fraisagePièces cylindriques : tournage
4. Analyse de la cotation Cotes de liaison au brut première mise en positionAssociation de surfaces surfaces à usiner dans une même phaseTolérances et rugosité moyens de finition.
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.1 Exemple
Mat : GE235
Nombre de pièces :Série renouvelable : Machine
à commande numérique
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage
Mat : GE235
2.3.2 Méthode2.3.2.1 Exemple
Matière :Acier de mécanique généraleRe = 235 MPaG : moulé
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.1 Exemple
Mat : GE235
Formes des surfaces usinées :•Surfaces cylindriques extérieures et intérieures.•Surfaces planes•Rainure de clavette
• Tour CN + Fraiseuse CN + Perceuse CN + Brocheuse
• Fraiseuse CN (CU 4D) + brocheuse
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage
Mat : GE235
2.3.2 Méthode2.3.2.1 Exemple
Analyse de la cotation :•Cotes de liaison aux bruts
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.1 Exemple
Mat : GE235
Analyse de la cotation :•Cotes de liaison aux bruts
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.1 Exemple
Analyse de la cotation :•Associations de surfaces
Mat : GE235
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.1 Exemple
Mat : GE235
Analyse de la cotation :•Association de surfaces
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.1 Exemple
Analyse de la cotation :•Tolérances et rugosité
Finition à l’outil possible
Mat : GE235
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode
2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 1
CBE1 CBE2
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 1, Solution 1
CBE1 CBE2
1 2 3
4
Ph10 : sciage
0 1 32CF10
Ph40 :tournage1 2 3
CF40
Ph30 :tournage
123CF30
Ph20 : tournage
1 2 30CF20
CBE1 ≡ CF40
CBE2 ≡ CF30 – CF40
IT CBE1 ≥ ITCF40
IT CBE2 ≥ ITCF30 + ITCF40
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 1, Solution 2
CBE1 CBE2
1 2 3
4
Ph10 : sciage
0 1 32CF10
Ph20 : tournage
3 2 14CF20
Ph30 :tournage
123CF30 CF31
CBE1 ≡ CF30
CBE2 ≡ CF40
IT CBE1 ≥ ITCF30
IT CBE2 ≥ ITCF31
FIN GROUPE B
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 2
φ t
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 2, Solution 1
φ t
41
2
3
φ t1
φ t2
PH 10 : Sciage
PH 30 : Tournage
PH 20 : Tournage
t ≥ t1 + t2
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Processus de fabrication
GELIN, PT, Roosevelt, Reims 29
2 – Ordonnancement
φ t
2
3
φ t1
2
3
A φ t2 A
Fin groupe A
2.3 – UsinagePH30 : Tournage
2.3.2 Méthode2.3.2.2 Influence de la cotation sur l’ordonnancement des phases d’usinageExemple 2, Solution 2 PH10 : Sciage
t ≥ t2
PH20 : Tournage
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.3 Causes de variation des « cotes fabriquées »
PièceCFr
S MEP
SU
L3
L6SU
CFi
Bâti
Outil
MontageChariot
Chariot
L2
L1
L4L5
L1 et L4 : guidagesL2 et L5 : encastrements, pas de démontage d’une pièce à l’autreL3 : encastrement, démontage à chaque pièceL6 : usinageCFr : Cote(s) Fabriquée(s) résultant de L1,…, L6Cfi : Cote(s) Fabriquée(s) indépendantes de certaines liaisons Li
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.3 Causes de variation des « cotes fabriquées »Exemple
CF1 CF2
CF3
CF1 dépend essentiellement de :• L’arrêt de l’outil sur la butée• De l’usure d’outil • De l’encastrement de la pièce dans le
montage
CF2 dépend essentiellement de :• L’arrêt des outils sur les butées• De l’usure des outils
CF3 dépend essentiellement de :• L’arrêt de l’outil sur la butée• De l’usure d’outil• Du guidage du porte outil
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Processus de fabrication
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.1 Dispersion de mise en position
Ordre de grandeur des dispersion de mise en position en fonction de l’état de surface de la pièce
0,01 mmSurface usinée Ra 1,60,02 mmSurface usinée Ra 3,20,03 mmSurface usinée Ra 6,30,03 mmSurface étirée0,3 mmSurface forgée, laminée, sciée0,5 mmSurface moulée au sable
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.1 Dispersion de mise en position
Ordre de grandeur des dispersion de coaxialité des surfaces usinées en tournage par rapport à la surface de mise en position
en fonction du dispositif de mise en position
0,01 mmMontage entre pointes0,02 mmMandrin conique0,01 mmMandrin Ringspann0,02 mmMandrin expansible0,04 mmMandrin 3 mors doux0,03 mmMandrin 3 mors durs rectifiés0,1 mmMandrin 3 mors durs neufs
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.2 Dispersion d’arrêt des outils
Ordre de grandeur des dispersions d’accostage sur butée mesurées au niveau de l’outil en fonction du type de butée
Fonction du φ
Foret dans guide de perçage ≤ 0,01 mmMachine à commande numérique0,02 mmButée d’arrêt automatique électrique0,07 mmButée d’arrêt automatique mécanique0,03 mmButée fixe (accostage manuel)
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.4 Ordre de grandeur des différentes dispersions2.3.4.2 Dispersion d’usinage
Les outils s’usent ce qui entraîne une variation de position de l’arête de coupe par rapport au référentiel. Cette variation entraîne une évolution linéaire, fonction du temps, des dimensions obtenues sur un lot de pièces.
Recul de l’arête sous l’effet de l’usure
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2 – Ordonnancement
2.3 – Usinage2.3.5 Contrôle
Il convient de contrôler chaque élément de cotation de fabrication à l’issue de chaque phase.
Le contrôle peut être statistique ou systématique.
Les moyens de contrôle sont :• Standards : calibres…• Spécifiques : montages de contrôle…• Machine de mesure tridimensionnelle
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2 – Ordonnancement
2.4 – Traitements thermiques
A ce niveau, on peut pratiquer des traitements thermiques comme la trempe suivie d’un revenu pour donner aux pièces d’acier les caractéristiques attendues.Ces traitements peuvent apporter des déformations qui risquent de donner des défauts géométriques et dimensionnels à la pièce.Les surfaces devant présenter de grandes qualités dimensionnelle et géométrique doivent être reprises à l’outil abrasifs : rectification.
2.5 – Rectification
Les pièces ayant subi une trempe ne sont plus usinables à l’outil classique, il est souvent nécessaire d’utiliser l’outil abrasif pour terminer certaines surfaces.Même si la pièce n’a pas été traitée, si les qualités dimensionnelle et géométrique l’impose, l’outil abrasif peut être nécessaire pour terminer les surfaces. Notamment dans le cas d’état de surface de Ra ≤ 1,6 µm ou pour des tolérances dimensionnelles dont le N° est ≤ 6.
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2 – Ordonnancement
2.6 – Contrôle final
Le dessin de définition de la pièce comporte des spécifications :DimensionnelleGéométriqueDe positionD’état de surface…
C’est à ce niveau qu’on doit contrôler toutes ces spécifications.
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3 – Exercice
Manchon
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