Devoir de Maison Janvier 2021 [PDF]

Zitiervorschau

Département : G M Classes :1A GM3 GM2 G2 Année Universitaire : 2020/2021 Semestre : 1 Module : Production mécanique et Enseignants : Mr. B. Ben Fathallah matériaux, Matière : Procédés d’usinage conventionnel Coefficient : 2, Durée: 2H00, Nombre de pages: 12 Documents non autorisés, calculatrices autorisées. /A répondre directement sur les pages de 5/12 à 12/12. Devoir de maison janvier 2021

Etude de fabrication d’un dispositif de sécurité manuel d’une barrière levante. Présentation fonctionnelle de la barrière levante : Le contrôle des entrées et sorties du parking s’effectue depuis un poste de garde à l'aide de boutons de commande ou bien par badge électronique ou télécommande. Pour simplifier son fonctionnement, la barrière est équipée d’une boucle de détection assurant sa fermeture automatique dans les deux sens de passage. L’étude est consacrée à la partie mécanique située dans le dispositif de sécurité. 1 2 3 4 5 6 7 8

Carrosserie Couvercle Porte Groupe mécanique carte électronique Embase de fixation Mâchoire de fixation de la lisse Socle

Tendeur de courroie et fixation moteur

Groupe mécanique du dispositif de sécurité.

Palier de guidage

Mini-rupteurs de fin de course

Crochet ressort bas

Composants du groupe mécanique :

Tirant ressort

Support butées de fin DM PUC janvier 2021

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de course

DM PUC janvier 2021

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Sujet : Spécification et caractéristiques principales de l’usinage des composants du groupe mécanique : A. Partie A : Analyse d’usinage de l’ensemble du Palier de guidage: (15 pts)

A-1) Etude de Perçage du support d’axe en fonte EN-GJS-350-10 (FGS 350-10) (page 4/12)  Choix du foret : Utiliser les graphiques (tableau 1 et 2 et figure 1 et 2) pour choisir le type de foret adopté en fonction du diamètre et de la profondeur du perçage. En plus l’étude concerne les outils de coupe qui tient compte de la productivité horaire du poste de travail.

Quantité de piècesproduites productivité  horaire  Nombre d'heures de travail Les valeurs indiquées varient en fonction des conditions de coupe, de la matière, du rendement machine et de l’usure. Les valeurs indiquées par les graphiques ci-dessous correspondent au groupe matière Seco.

figure 1: Tableau 1. Groupe matière SECO

Choix du foret.

Tableau 2. Conditions de coupe : foret CW- Monobloc… :

 SD10 – SD20 – SD25

 SD10 – SD20 – SD25

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Avance du foret f1=0,32 mm/tr f2=0,30 mm/tr f3=0,27 mm/tr f4=0,24 mm/tr f5=0,22 mm/tr f6=0,20 mm/tr

figure 2:

Puissance absorbée réelle de perçage.

En utilisant les documents précédents A-1/ 1) Choisir les forets pour réaliser les essais de perçage des diamètres 16H13 (page 4/12) profondeur de perçage Déterminer par calcul le rapport diamètre : 74 r= =4.625 16 Donner les références des forets adaptés pour cette opération : SD30 ; SD103 ; SD105 Donner les conditions de coupe de chaque foret (valeurs recommandées) Ref . Vc f DM PUC janvier 2021

SD30

SD103

SD105

0.25 90

0.3 110

0.35 120 Page 5/12

2) Donner les références des deux forets les plus performants pour procéder aux essais SD103 SD105

Après essais, les conditions de Vc (m/mn) f (mm/tr)

coupe stabilisées sont les suivantes :

Foret N°1 90

Foret N°1 120

0,3

0,35

3) Déterminer le foret le plus performant (calculs apparents) Temps de coupe ; Tc1 et Tc2 On aT c =

1000 V C L avec V f =N∗f = ∗f Vf πD

V f 1=537 mm/min

74mm

V f 1=835.5 mm/ min

( 74+ 6+1 )∗10−3 T c1 = =0.15∗10−3 min 537 T c2 =

( 74+ 6+1 )∗10−3 =0.096∗10−3 min 835.5

Conclusion : On a T c2 < T c1

lorsque on augmente Vc alors

T caugmente 4) Comparaison entre la puissance absorbée réelle (figure1) et calculée en perçage questions (a) et (b) Calcul de la puissance absorbée en perçage : Pour réaliser l’opération de perçage de diamètre 16H13 sur la pièce en fonte EN-GJS-350-10 avec un forêt en ARS, on donne : C=1450N/mm², n = - 0,3, m = 0,01 et les conditions de coupe suivante : f = 0.30 mm/tr , r = 60° et  =15° et la vitesse de coupe Vc = 30 m/mn. a)

Déterminer la résultante des efforts de coupe s’exerçant sur une arête des trois composantes : Fc :

effort tangentiel de coupe, Ff : effort d’avance et Fp : effort de pénétration et moment de torsion appliqué au foret sachant que son expression s’écrit :

Mt  Fc 

D 2

b) Calculer la puissance absorbée P et comparer avec celle déduite du graphique (figure 2 page 5/12). a/ Fc=ks *D/2 * f/2

Ff=(ks*f*D*sin kr)/2

Kc=C*K1*K2…………………K1=( fsin ( kr ) )nK2=1+(mƟ) App.Num. : K1=1.52K 2=0.99 Fc=2618.35 N

Kc=2181.96N/mm2

Ff=4236.58N

b/Pc=Fc*Vc = 1.3kw

Pf=Ff*Vf =12.6kw

…………………………………………. ………………………………………

…………………………Pcalc=Pc+Pf =13.9kw………………… Graphiquement : Pabs=5.4kw …….…… ……………………………… Comparaison Pcalc et Pabs :……………………………………………. ….…………………………………………………………………

A-2) Etude de l’usinage du palier, du support et de l’axe du groupe mécanique. 1) Citer 6 paramètres qui ont une influence sur la variation de la vitesse de coupe Vc en tournage : - matériau de la pièce usinée - matériau de l’outil - type d’opération . - vitesse d’avance - l’angle d’attaque 2) Citer 2 paramètres qui n’influent pas sur la variation de la vitesse de coupe Vc en tournage : - profondeur de passe – l’entité d’usinage 3) Citer 1 paramètre qui n’influe pas sur la variation de la vitesse de coupe Vc en fraisage : - profondeur de passe Calcul de la rugosité Ra. On souhaite réaliser un dressage finition en tournage. L’état de surface demandé sur le dessin de définition est Ra= 1.2μm. L’avance par tour lors de cet usinage est de f=0.15mm/trs et le rayon de bec de la plaquette est Rε=0.2mm. Donner l’expression de Ra et la calculer selon les conditions de coupe données: f2 Rt = ∗1000=14 μm 8 rε Ra =

1 8 √3

R t= 1μm

L’état de surface obtenu ne correspond pas aux exigences du dessin de définition Ra= 1.2μm, calculer f pour satisfaire les conditions précédente. Rt =8 √ 3 R a=16.63 μm f=

√

R t∗8 r ε =0.16 mm /trs 1000

- Pour éviter le talonnage des outils de coupe, en dressage et en tronçonnage sur des tours à fréquence de rotation N=cte. Ecrire et représenter graphiquement les relations entre les angles de coupe et de dépouille respectivement fe et  fe et la hauteur de réglage h, on donne le diamètre D de la pièce, et les angles de l’outil de coupe en travail f et  f. h=Rsin ( ρ )

avec

Vc∗sinρ=Vc∗sin η

et on a η=γ f −γ fe

…………………………………………… …………………………………… ……………………….…… …………………………………… …………………………………… ………………………..…………

6) Compléter la figure suivante par ce qui convient : angles

Pf

et plans de coupe.

Po Pn

Pr

D’attaque Kr

Ps

𝜆s

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7) Rédiger le contrat de phase en respectant les points suivants : le repérage isostatique, les cotations de fabrication, les conditions de coupe, les outils de coupe en position de travail et les vérificateurs. Hypothèses : - la surépaisseur d’usinage est de 2,5 mm - l’alésage est de Ø 25 obtenu de la fonderie. - la fabrication est considérée sérielle (100 pièces / mois / 3ans).

CONTRAT DE PHASE : Ensemble : Désignation pièce : Matière : EN-GJS-HB 230 Nb . de pièces : 100

Machine : fraiseuse universelle N°3

Phase : N°30

Porte - pièce : F30

6

6'

1

2

3

Opération d’usinage N °

A

Désignati on

4

5

Eléments de coupe Vc m/mn

N tr/mn

Outillages Outil de coupe

vérificateur

2, 5

Fraide à surfacer de Ø30mm

PàC

…

Foret à centrer Ø1.5mm ………… Foret de Ø10mm …………

PàC

Fraise à aléser

PàC

fz mm/d nt

Vf mm/m in

a

Surfaçer F4

35

371

0,15

55.65

Centrer D1

10

212 2

0,08

1697

Percer D1

10

318

0.08

25.5

p

m m

b

c d

… e

Aléser D3

10

318

0,08

25.5 …

Chanfreiner D1

10

… ….

0,08

…….

……. Fraise à chanfreine

….. PàC …..

…………

… .

r

…..

8) Le surfaçage en ébauche du support en 35CrMo4, avec une fraise carbure monobloc de 63 : Kc = 2497 N/mm2 ; Vc = 80 m/min ; profondeur de passe a = 2,5mm ; largeur fraisée a r = 40mm ; Z = 4 dents ; avance f = 0,16 mm/dent ; rendement  =0,8.

Travail demandé : Donner la puissance consommée par le moteur pour l'usinage de cette pièce, en traçant sur l'abaque donné.

B. Partie B. Calcul d’usure de l’outil de coupe et optimisation d’usinage (5 pts)

B-1)Calcul des conditions de coupe en fonction de l’usure de l’outil Il s’agit de choisir les conditions de coupe pour réaliser l’usinage en tournage d'une série de pièces en acier C 60. L’effort de coupe spécifique KC (e0,γ0) = 2200 MPa pour e0 = 0,4 mm et γ0 = 10°, - Outils de coupe : diverses plaquettes en carbures, d'angle de coupe γ = -5° et d'angle de direction κ = 75°.

Nous souhaitons réaliser (sans démontage) sur chaque pièce acier et dont le diamètre brute est D = 72 mm, deux opérations de chariotage chacune de longueur : L = 100 mm (figure schématique ci-dessous) : - une opération d'ébauche avec une profondeur de passe aPE = 5 mm, - une opération de finition avec aPF = 1 mm.

a) Opération d'ébauche L'opération d'ébauche est réalisée avec l'outil de nuance NR2 (voir tableau). La rigidité du porte-outil impose une section de copeau inférieure ou égale à 4 mm². Les nuances des plaquettes disponibles et les conditions de coupe de référence du fabriquant sont indiquées dans le tableau ci-dessous :

Les lois d'usure (modèles de Taylor) de ces outils sont données ci-dessous : - Nuances non revêtues (NRj) : - Nuances revêtues (Ri)

:T

T = K1 a –0,7 f -1,3 VC –4

= K2 a–0,5 f -1VC -3

a.1. Calculer l'avance par tour et la vitesse de coupe pour obtenir un temps d'usinage minimal et une durée de vie d'arête de coupe de 20 min. K1 ? K1 =

Tr a−0.7∗f −1.3∗Vc−4

=3.43* 109

Vc2? Vc2= ¿)*Vc1 = 121 m/min Tr = 0.35mm/trs K 1∗a ∗f −1.3∗Vc−4 a.3. Calculer le nombre de pièces usinées avec une arête de coupe. f=

−0.7

Tc =

L 100 = =0.53 min Vf 187.2

Nbres de pièce =

T =37 pi è ces Tc /p

L'opération de finition est réalisée avec un des outils de nuance revêtue (Ri). Les contraintes d'état de surface et de fragmentation du copeau conduisent à choisir la plage des avances suivante:0,1≤fmm/tr≤0,2 . Opération de finition Tr 7 K2= −1 −0.5 −3 = 7.6*10 f ∗a ∗Vc Vc2= ¿)*Vc1 = 168.1 m/min Tr f= = 0.8mm/trs −0.5 K 2∗a ∗f −1.3∗Vc−4

B-2)Conditions de coupe et Optimisation Paramètres de production: • Coût d’usinage: Cm: coût machine en DT/min, Cc = Cm.tc et Ci = Cm.ti, on donne :

,

Cu=Cm.(tc+ti)+(

Po .t c

+

2

Cm .t c .t cs

+Cf avec : T = C. f x . apy .VC k (modèle d’usure de Gilbert), le

T

temps d’usinage s’écrit : tm=tc +ti+ tcs

tc T

Critères d’optimisation : on donne la vitesse de coupe économique: Vce Etudier l’influence de la vitesse de coupe sur le coût: Si Vc Tu cout Pour une avance donnée f, on recherche le minimum de la fonction Cu : …………………………………………………………………………………………………………… La vitesse de coupe économique dépend de la vitesse d’avance choisie. - Si l’arête tranchante est coûteuse, (P0+tcs.Cm) est grand, il faut alors augmenter la durée de vie de l’outil

en réduisant les conditions de coupe. Etude de l’influence de la vitesse d’avance sur le coût: pour Vc donnée Montrer :

et