Filtre À Huile [PDF]

Zitiervorschau

ENSAM CER Angers

École Nationale Supérieure d'Arts et Métier Centre d'Étude Régionalisé d'Angers

UEC Déformation plastique : Étude d'un boîtier de filtre à huile.

DALMIÈRES Antoine GILET François BRÉNAGET Stéphane élèves ingénieurs ENSAM première année.

Édition :mars 2006 CR.odt

Antoine Dalmières, GILET François, BRENAGET Stéphane - CR.odt - mars 2006 - 1/13

Sommaire I - Introduction.................................................................................................................... 3 II - Étude industrielle......................................................................................................... 3 II.1 - Gamme de fabrication........................................................................................... 3 II.2 - Principaux matériaux des outillages.................................................................... 3 II.3 - Efforts d'emboutissage et de découpage............................................................... 3 II.4 - Type de machine d'emboutissage.......................................................................... 4 II.5 - Cadences espérées................................................................................................. 4 II.5.1 - Production espérée......................................................................................... 5 III - Définition de la pièce à réaliser.................................................................................. 5 IV - Fabrication................................................................................................................... 6 IV.1 - Calcul du diamètre de flan................................................................................... 6 IV.2 - Emboutissage........................................................................................................ 7 IV.3 - Détourage.............................................................................................................. 8 IV.3.1 - Objectif........................................................................................................... 8 IV.3.2 - schématisation du détourage........................................................................ 8 IV.3.3 - Outillage........................................................................................................ 9 IV.3.4 - Réglages......................................................................................................... 9 IV.4 - Bordage............................................................................................................... 10 IV.4.1 - Objectif......................................................................................................... 10 IV.4.2 - Schématisation du processus de bordage................................................... 10 IV.4.3 - Outillage...................................................................................................... 12 IV.4.4 - Réglage......................................................................................................... 12 V - Conclusion................................................................................................................... 13 VI - Bibliographie.............................................................................................................. 13

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I - Introduction. Dans le cadre de l'UEC DEPL nous avons mené une étude sur le mode de fabrication d'un carter de filtre à huile de moto. Cette étude est divisée en deux grandes parties : une étude en autonomie sur la fabrication au niveau industriel de cette pièce, et la réalisation d'une pièce équivalente avec les outils de l'atelier.

II - Étude industrielle. II.1 - Gamme de fabrication. Si la matière première se présente sous forme de bobine, la première opération consistera à dévider cette bobine et à applanir la tôle. Ensuite la tôle sera poinçonnée en flan au diamètre désiré. Pour ammener les flancs il existe deux manières : soit ils sont palettisés et amenés au premier poste d'emboutissage, soit ils sont directement transférés. Le premier poste réalise un emboutissage cylindrique en une passe. La pièce obtenue est tranférée sur le poste suivant. Le second poste réalise un détourage (la pièce est débarassée de sa collerette). On transfert la pièce sur le dernier poste. Le dernier poste est une opération d'agrafage avec les restes des éléments du filtre à huile. L'opération d'agrafage est dérivée du bordage, elle consiste à border deux pièces dans la même opération et de finir en écrasant le bordage pour réaliser une étanchéité par contact.

II.2 - Principaux matériaux des outillages. Les outils pour petites pièces de carrosserie sont habituellement réalisés à partir d’aciers en plaque s’échelonnant du E24 jusqu’au 160 CDV 12, avec ou sans traitements thermiques ou de surface.Pour les grosses pièces de carrosserie, les outils sont le plus souvent réalisés à partir de moulages en fonte. Les principales nuances utilisées sont les fontes grises lamellaires de type FGL 240 ou les fontes à graphite sphéroïdal FGS 600 ; une trempe superficielle peut être localement réalisée pour renforcer la tenue à l’usure. Les pièces fragiles sont réalisées en acier 50 CD 4 ou 35 NCD 16. Pour les outils à cadence rapide où l’allègement des masses mobiles est recherché, on peut parfois utiliser des alliages d’aluminium de type Fortal. Pour les prototypes ou les très petites séries (quelques dizaines de pièces), des outillages à base de béton de résine ou d’alliage à bas point de fusion (Cerrotru ) sont souvent utilisés. Des traitements thermiques peuvent être nécessaires pour renforcer des zones fortement sollicitées. Ces opérations sur gros outils sont réalisées localement à l’aide de chauffage par induction ou même au chalumeau.

II.3 - Efforts d'emboutissage et de découpage. Calcul de l’effort de découpage des Flancs : Hypothèses : ● Soit D le diamètre du flanc D = 177 mm ● Soit Rg la résistance à la rupture au cisaillement de la tôle Antoine Dalmières, GILET François, BRENAGET Stéphane - CR.odt - mars 2006 - 3/13

● ● ●

On suppose que Rg = 0.6 Rm = 134 MPa Soit Fd la force de découpe nécessaire Soit e l’épaisseur de la tôle e = 1 mm Fd = π DeRg = 74.5 kN

Calcul de l’effort de découpage lors du détourage : Hypothèses : ● Soit De le diamètre du détourage ● Soit Rg la résistance à la rupture au cisaillement de la tôle ● On suppose que Rg = 0.6 Rm = 134 MPa ● Soit Fd la force de découpe nécessaire ● Soit e l’épaisseur de la tôle e = 1 mm Fd = π DeRg = 43 kN

II.4 - Type de machine d'emboutissage. Pour les petites pièces , plutôt que de travailler opération par opération, on préfère généralement réaliser l’ensemble des opérations sur une seule machine : soit une presse à poinçons multiples , également appelée presse transfert , sur laquelle sont montés tous les outils de la gamme, les transferts s’effectuant d’un poste à l’autre par un jeu de barres équipées de pinces ou de ventouses ; soit une presse à suivre équipée d’outils progressifs, dans lesquels le squelette de la bande de découpe porte la pièce d’une opération à l’autre avant d’être éliminé. Pour les pièces de grande dimension , l’emboutissage s’effectue le plus souvent sur presse double effet monoposte, les opérations de parachèvement étant réalisées sur des presses simple effet alignées avec la première ; c’est le cas pour l’ensemble des pièces de robe (c’est-à-dire pièces extérieures de carrosserie) nécessitant 3 à 5 presses de parachèvement. Les presses en ligne qui concourent à la réalisation d’une pièce constituent un ensemble habituellement désigné par l’expression ligne d’emboutissage Dans notre cas la bonne solution serait sans doute une presse transfert regroupant tout les outils nécéssaire à la gamme de fabrication.

II.5 - Cadences espérées. L’emboutissage est un procédé particulièrement bien adapté à la production de masse à cadence élevée ; les cadences de frappe courantes sont de l’ordre de 10 à 20 coups/min. Ces cadences élevées sont réalisées grâce à des lignes fortement automatisées qui fonctionnent généralement par campagne de 3 000 à 5 000 pièces correspondant à 2 ou 3 jours de production des ateliers d’assemblage des carrosseries. Ces campagnes relativement courtes (3 à 5 h) supposent des changements rapides d’outillages (inférieurs à la demi-heure) pour réduire au maximum le manque à produire des lignes d’emboutissage.

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II.5.1 - Production espérée. En comptant une production annuelle de 100000 motos par ans (1% du marché mondial) et avec des vidanges tout les deux ans on peut espérer devoir produire 100000 filtres à huiles par an plus 100000 suplémentaires tout les deux ans. L'évolution de la production aurais cette alure là :

Titre principal 500000 450000 400000 350000 300000 Production

250000 200000 150000 100000 50000 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Remarque : Nous avons supposé que les parts de marché restaient constantes.

III - Définition de la pièce à réaliser. La pièce est obtenu par emboutissage d'une tôle en alliage d'aluminium (5754) de 1mm d'épaisseur. La pièce est cylindrique et est bordée.

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Hext = 43 mm R = 10 mm

Dext = 96,5 mm

IV - Fabrication. La pièce est réalisé en trois étapes successive : un emboutissage cylindrique, un détourage et un bordage.

IV.1 - Calcul du diamètre de flan. On cherche d'abord à connaître le diamètre de flan pour obtenir la forme de l'emboutis cylindrique.

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Avec la méthode de Guldin nous obtenons un diamètre de flan de 177mm. La collerette supplémentaire de 3mm permet d'assurer une bonne réalisation de pièce tout en limitant l'utilisation de matière.

IV.2 - Emboutissage. On emboutit la pièce sur une hauteur de 57mm avec la presse Grimar à l'aide d'une matrice supérieure animée d'un mouvement de va-et-vient, d'un poinçon solidaire de la table inférieure et d'un serre-flan.

Illustration 1 : embouti (CAO) Effort d'emboutissage : F e =d e Rr K =×96×222,69=67,16 kN

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avec K = f 

d =1 pour l'aluminium D

avec R r=222,69 MPa Effort de serre-flan : F s=

 2  2 2 2  D −d  P= 177 −96  1,5=26 kN 4 4

avec P=1,5 MPa pour l'aluminium. On converti cette valeur d'effort en pression dans le vérin du serre-flan : P sf =k F=2,6 bars

avec k =

1 −1 bars⋅kN 10

IV.3 - Détourage. IV.3.1 - Objectif. L’opération de détourage consiste à enlever la totalité de la collerette de la pièce en la découpant. IV.3.2 - schématisation du détourage.

Illustration 2 : Position au point mort haut.

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Illustration 3 : Position au point mort bas après descente de la matrice, découpe de la collerette.

Illustration 4 : Evacuation des collerettes par les biseaux lors du détourage en série. IV.3.3 - Outillage. L’outillage est relativement simple et l’on n’utilise pas de serre-flan pour cette opération. Les deux pointes biseautées situées de part et d’autre du poinçon servent à briser et ainsi dégager les collerettes cerclées autour du poinçon (cf. Figure 3). Cela a d’autant plus d’intérêt lorsqu’il s’agit d’une opération réalisée en série car cela évite l’intervention d’un opérateur. IV.3.4 - Réglages Le plus important est le réglage du point mort bas car il faut que la matrice découpe la collerette de la pièce mais qu’elle ne touche pas les deux lames biseautées. Le réglage de la course est approximatif. En effet il faut juste permettre un bon dégagement de la pièce après opération.

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IV.4 - Bordage. IV.4.1 - Objectif. L’opération de bordage consiste retourné un parti du métal afin de réalisé un bord sur l’extérieur de la pièce. Cette opération est réalisée après le détourage. IV.4.2 - Schématisation du processus de bordage

Illustration 5 : poinçon au point mort haut.

Illustration 6 : descente du poinçon.

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Illustration 7: le bord de la pièce commence à prendre la forme de la rainure.

Illustration 8 : poinçon au point mort bas. Dans la position au point mort bas, le bord de la pièce à totalement épouser la rainure du poinçon et partiellement celle du guide (pièce jaune). Les disques de caoutchouc sont comprimés.

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Illustration 9 : retour du poinçon au point mort haut, la pièce est bordée. IV.4.3 - Outillage. L’outillage est plus complexe que pour le détourage. Le poinçon possède une rainure qui permet au bord de la pièce de se retourner progressivement et en étant guider. On utilise un disque de guidage (pièce jaune) qui maintient la pièce lors du bordage. Ce disque contient une rainure qui guidera la bordure de la pièce durant l’opération. La pression exercée sur le disque de guidage est faible (< 1 bar). On utilise également un jeu de disques en caoutchouc qui sont comprimés par le poinçon lors de sa descente. Leur rôle est de limiter le flambage de la pièce qui se caractérise ici par un dôme au fond de la pièce. Nous avons réalisé un essai sans les disques de caoutchouc et on a pu constater la présence de flambage. IV.4.4 - Réglage Le réglage du point mort bas représente la plus grosse difficulté car il s’agit de trouver le point tel que le bordage soit à la limite d’entrer en contact avec la pièce. Nous avons donc tâtonner pour la première pièce et augmenter la course de millimètre en millimètre jusqu’à obtenir un bon réglage. Il est évident que lors d’un processus d’industrialisation il faut trouver un moyen plus rapide de régler le point mort bas car la perte de temps à chaque changement de type de pièce peut-être considérable.

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V - Conclusion. Lors de cet UEC DEPL, nous avons mise en oeuvre ce que nous avons apris en cours et en travaux pratique pour effectuer les opérations de fabrication ce rapprochant de la gamme de fabrication du carter du filtre. Puis, nous avons effectué une recherche sur les différences avec la gamme de fabrication réelle nécessaire.

VI - Bibliographie. Les techniques de l'ingénieur.

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