CR Final Chaud. BULUT ET CAPELLE
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CR Final Chaud. BULUT ET CAPELLE
TP Chaudronnerie 10/12/2014 15/12/2014 Introduction : Le but de ce TP de chaudronnerie est de découvrir les différentes étapes nécessaires à l'élaboration d'un brut mécano-soudé. On va donc réaliser plusieurs pièces d'un vélo allongé pour illustrer les techniques disponibles. Chaque binôme va réaliser une pièce différente. On créé une fusée de direction, qui permet deux liaisons pivots : entre la roue et la fusée et entre la fusée et le châssis. Ces pièces doivent être résistantes et précisent car elle doivent supporter le poids du passager et avoir les pivots concourants. On utilise donc quelques pièces qui ont été usiné afin d'améliorer leur précision. En effet les techniques de mécano-soudages sont bien moins précisent que l'usinage. Elles ont donc l'avantage d'avoir des matériaux et des machines peu coûteuses mais ne permettent pas de faire tout type de pièce. La conception de bruts mécano-soudé est composée de plusieurs parties. Nous allons décrire ces parties qui permettent à partir de matériaux bruts la création de nombreux objets fonctionnels ou esthétiques présents autour de nous. La conception de bruts mécano-soudé est définie de la manière suivante : Produit standard => Découpage => Conformation => Assemblage => Traitement => Métrologie I- Présentation des étapes Les produits standards Les produits standards se présentent sous la forme de -tôles de métal de format 2m-1m ou 3m-2m -tubes de différents rayons et épaisseurs Les matériaux les plus utilisés sont l’acier inoxydable, l'aluminium,le titane ou encore le plastique. 1) Découpage Le découpage est une partie importante de la chaudronnerie. Les produits de bases étant normalisés, il faut les découper afin d’obtenir le format nécessaire pour réaliser la pièce demandée. Il existe plusieurs méthodes de découpe qui sont ou non à privilégier suivant différents facteurs tels que : -L'épaisseur du produit de base -Le matériau -La précision demandée Les procédés de découpe sont divisés en deux grandes parties : -Le découpage thermique qui consiste à utiliser la chaleur pour faire fondre des parties de la pièce et ainsi la découper -Le découpage mécanique qui consiste à appliquer un effort suffisant sur une partie de la pièce l'amenant à dépasser sa limite de cassure. BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 1/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 a) La découpe thermique -Oxycoupage : L'oxycoupage consiste à découper la matière par combustion localisée et continue du métal par un jet d'oxygène pur. On chauffe donc la tôle puis on envoie de l'oxygène pur qui oxyde la partie touchée et chauffe les parties autour. Ce gaz sous pression permet aussi d'évacuer la matière fondue. Le point de la pièce où l'on commence la découpe est donc porter à une température d'environ 1300 °C Cette méthode est la plus souvent utilisés pour le Fer, le Manganèse et le Titane Les épaisseurs oxycoupables vont pour l'acier de 3mm à 2m, on peut donc découper de grosses pièces grâce à cette méthode. La précision quant-à elle varie selon la pureté de l'oxygène envoyé. L’inconvénient de cette méthode est le temps que met la machine pour la découpe qui est assez long. -Découpe plasma : La découpe plasma consiste à créer un arc électrique compris entre 3000°C et 3200°C. La température de fusion de l'acier par exemple est 1500°C-1600°C Un arc électrique seul est donc peu adapté. On rajoute donc un gaz plasmagène (jet d'air ionisé) qui est injecté dans l'axe pour atteindre 15000°C-30000°C La matière fond donc rapidement et le gaz souffle la matière fondue avec des vitesses très élevées. L'épaisseur de découpe varie selon le gaz utilisé : Air (15mm) - Azote - Argon-Hydrogène (35mm) On est donc limité en épaisseur. La qualité de la découpe quant-à elle dépend de la qualité de la machine. Finalement il y a création d'une dépouille lors de la découpe ce qui peut être gênant. -Découpe laser : Le découpage laser consiste à découper la matière grâce à une grande quantité d'énergie générée par un laser concentrée sur une très faible surface. La consommation globale d'énergie n'est donc pas énorme mais on obtient une puissance surfacique gigantesque. Le découpage laser permet une découpe fine avec peu de déformations. Un autre avantage est que l'on peut régler la puissance pour par exemple découper du plastique. Conclusion : -Laser : 10mm max d'épaisseur – bonne précision (0,1mm). -Plasma : 50mm max d’épaisseur – précision moyenne (dépouille). -Oxycoupage : 1000mm max d’épaisseur – méthode longue. b) La découpe mécanique -Cisaillage : Le cisaillage consiste à déformer la matière grâce à une contrainte de cisaillement. La tôle est cisaillée entre deux lames : l’une fixe et l’autre mobile. Il y a alors création de deux fissures de chaque côté de la pièce qui se rejoignent séparant ainsi la pièce à l'endroit souhaité. Les avantages de cette méthode est que l'on puisse incliner plus ou moins la lame mobile pour BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 2/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 diminuer les efforts nécessaires. Le problème étant les fissures qui ne sont pas perpendiculaires à la pièce, il faut donc ajouter un angle α entre les deux lames. De plus, plus la lame est inclinée, plus il faut de temps de découpe. Finalement le plus gros problème est le pliage de la tôle dut à la friction. -Poinçonnage : La poinçonneuse est constituée d'un poinçon et d'une matrice de la même forme que le poinçon. Elle utilise le grignotage, succession de trou tangent, afin de créer une découpe. La précision dépend des poinçons installés sur la machine. Seul inconvénient : une couche de graisse est déposée sur la pièce. -Découpe jet d'eau : Cette méthode consiste à envoyer de l'eau sous haute pression afin de découper les pièces Par comparaison : Eau du robinet : 1,5 bar - 3 bars Nettoyeur haute pression : une 100e de bars Découpe jet d'eau : entre 4000 et 6000 bars Cette technique a plusieurs avantages : Pas d'échauffement des matériaux Pas d'efforts de coupe Flexibilité (type de matériaux, petites et grandes tailles) On peut également grâce à cette technique faire de la découpe alimentaire (mille-feuille, pizza, …) Le problème de cette technique est la nécessité d'un bassin d'environ 700mm d'eau au minimum en dessous de la pièce qu'on souhaite découper. L'eau du bassin à pour but de ralentir l'eau sous pression. Il est même nécessaire de rajouter une tôle martyr au fond du bassin pour stopper la pression énorme et ne pas abîmer le fond du bassin. 2) Conformage -Pliage : Le pliage consiste à fléchir la tôle et dépasser sa limite élastique pour ainsi créer un pli. On obtient α (l'angle de pliage) en gérant la force F appliquée par le poinçon sur la tôle. Cette méthode donne une précision d'environ 0,1mm – 0,5mm. La matière est déformée localement au niveau du pli. On a d'un côté de la pièce une traction et de l'autre une compression. BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 3/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 Il est donc intéressant de connaître la fibre neutre de la pièce afin de savoir où plier. -Profilage : Le profilage consiste en un succession de pliages à froid, effectués grâce à des mollets, afin d'arriver au pliage souhaité. 3) Assemblage Soudage : Le but est d'assembler de façon permanente plusieurs pièces, tout en assurant entre elles la continuité de la matière. Cette méthode est impossible pour des métaux avec des températures de fusion différentes. -Soudage par point : Technique électrique sans métal d'apport. On met en contact les deux pièces puis on fait passer un courant qui crée un soudage ponctuel entre les deux pièces. Cette technique doit être répétée à plusieurs endroit afin d'obtenir un soudage global résistant. -Soudage à l'arc : On créer un arc électrique (3000°C – 3500°C) qui permet de faire les deux pièces en contact et ainsi de les souder. (je ne comprends pas cette phrase) Il faut protéger la zone qui se solidifie pour éviter l'oxydation ? On ajoute donc du laitier en fusion pour la protéger puis une fois solidifié, on le casse. (je ne sais pas non plus) -Soudage Mig-Mag : On utilise une électrode fusible et un gaz protecteur (gaz neutre qui ne réagit pas avec le métal fondu pour Mig: argon ou argon + hélium contrairement au Mag : mélange d'argon avec du dioxyde de carbone et de l'hydrogène en proportions variables selon les métaux à souder ) On obtient une grande vitesse de soudage avec cette technique. -Soudage Tig : On utilise une électrode non fusible (tungstène) et un gaz protecteur également. Un métal d'apport peut être rajouté. Cette méthode est uniquement viable pour de faible épaisseurs -Soudage Oxy-Acethylenique : BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 4/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 Création d'une flamme avec une température au sommet du dard de 3100°C. Un métal d'apport peut être amené en supplément si les pièces sont trop écartées. Suite à la présentation des machines, nous sommes passé à l'acte et avons réalisé des pièces à l'état brut grâce à l'aide du professeur nous encadrant. II- Présentation des travaux réalisés Norme de sécurité à respecter dans l'atelier : une blouse en coton, un pantalon en coton, des chaussures de sécurité, les cheveux attachés, pas d'écharpe ou autre. 1) La première étape consiste à limer les bords des pièces pour que ce soit lisse car la découpe a provoqué des bavures sur les contours des pièces. Cette étape est nommée l'ébavurage. Nous faisons cela avec une meule ou alors une lime pour les parties cylindrique. La pièce étant graisseuse à la sortie de la machine de poinçonnage et grignotage, un dégraissage est donc nécessaire. Pour ce faire, nous utiliserons un produit spécifique permettant le dégraissage de la pièce. Il faut bien la sécher avant la dernière étape pour pas que le sable fasse des cailloux bloquant les conduits. La dernière étape avant le pliage consiste à décaper la pièce. Effectivement, une couche d'oxyde est formée sur notre métal (l'acier). Nous voulons avoir son aspect naturel et non oxydé. Nous utiliserons donc une machine à sabler. Sortie du sablage, la pièce reprend son aspect naturel qui ressemble plus à l'acier. 2) Deuxième étape : Le Pliage Cette étape consiste à plier les pièces. Une machine de pliage est disponible dans l'atelier et nous a permis d'effectuer cette étape. La machine est reliée à un poste de commande numérisé. Les programmes de pliage sont préenregistrés : il nous suffit de le choisir puis effectuer le pliage comme décrit à l'écran. La machine comporte deux lames avec un angle spécifique. La pièce étant posée dessus, une autre lame verticale vient appliquer un effort pour le pliage de celle-ci. L'angle de pliage est défini et la machine s'occupe du reste en appliquant une force nécessaire. Des capteurs à faisceau sont installés sur la machine en guise de sécurité : lorsque notre main est entre les lames, la machine ne se met pas en route. Pour une pièce de petit gabarit où il est nécessaire de la tenir, la sécurité peut être contournée : nous actionnons le pliage puis lorsque la sécurité se désactive nous pouvons tenir notre pièce et continuer l'action. Limite(s) et contrainte(s) de ce procédé : le pliage en « U » d'une pièce ayant une trop grande hauteur ne sera pas possible. Il faudra donc faire 2 parties et les souder. Il peut y avoir une petite différence d'angle entre ce que nous voulions effectuer et ce qui a été effectuer mais cette écart peut être corrigé avec le poste de commande, qui lui, a été programmé ainsi. 3) Troisième étape : Le Soudage cette étape nous permet de souder d'autres pièces en métal sur notre pièce de base, comme des bosses ou un cylindre. Plusieurs procédés existent. Nous allons essayer de décrire nos réalisations. BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 5/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 a) Premier procédé : le MAG (Métal Active Gas) La fusion du bout métallique (généralement le même type de métal que la pièce à souder) est effectuée grâce un arc électrique. Un fil d'acier se déroule automatiquement lorsque nous actionnons le bouton. C'est une méthode de soudage à l'arc. La table est reliée à la masse ce qui permet la création d'un arc entre l'appareil et la pièce qui elle aussi est conductrice. Essentiellement deux gaz sont soufflés lors du soudage : l'argon et le dioxyde de carbone ceci permettant d'améliorer la soudure. Une belle soudure est sans doute une soudure uniforme et sans boulette. Nous avons procédé comme suit : nous avons fixé notre pièce avec un cylindre grâce à deux pinces étau. Nous avons placé deux points de soudure puis avons enlevé les pinces. Ensuite nous avons soudé en forme d'arc. Il faut faire attention à ne pas rester trop longtemps car le cylindre que l'on souhaite souder peut se déformer. Or celui-ci à été usiné afin d'avoir une meilleur précision, il ne faut donc pas le déformer. Sécurité : un casque à cristaux liquides qui s'opacifie dès que la soudure est lancée et des gants thermiques. Plusieurs niveaux sont disponibles sur le casque qui diffèrent selon la sensibilité des yeux de chacun. b) Deuxième procédé : le TIG (Tungsten Inert Gas ) C'est un procédé à l'arc comme la méthode précédente, la seule différence est qu'il n'y pas d'apport de matière. Les plaques à souder doivent être fines et très proche l'une de l'autre. Nous actionnons donc le bouton qui permet de faire fondre par effet joule le métal et ainsi créer une soudure entre les deux pièces. Sécurité : un casque qui s'opacifie dès que la soudure est lancée et des gants thermiques. Plusieurs niveaux sont disponibles sur le casque qui diffèrent selon la sensibilité des yeux de chacun. c) Troisième procédé : soudage à la flamme Deux gaz sont utiles pour ce procédé : l'acétylène et l'oxygène. Nous ouvrons d'abord un peu l'acétylène puis nous l'enflammons. Nous augmentons la quantité dégagé jusqu'à ce que la flamme vibre. Nous ouvrons ensuite l’oxygène jusqu'à ce que seulement UN dard soit formé. Puis nous faisons fondre les deux plaques métalliques jusqu'à ce qu'une goutte se forme. Nous pouvons nous aider de la gravité en inclinant les plaques. Puis nous descendons à la vitesse de la goutte. Il faut faire attention à ne pas toucher les métal avec le dard sinon des petites explosions se forment (plus de peur que de mal). Sécurité : des lunettes « de soleil » et gants thermiques. d) Quatrième procédé : soudage par point Nous pouvons souder que des plaques. Deux électrodes verticales sont alignées. Nous insérons les deux plaques à souder puis nous actionnons la gâchette. Une intensité de plusieurs milliers d'ampère passe par ces plaques et donc par effet joule les deux plaques se soudent. Il n'y a pas de risques d'électrocution. Cette méthode est utilisé pour la fabrication des voitures par exemple. Limites et contraintes de ce procédé : Les deux pièces que l'on souhaite souder doivent forcément être superposées, ces soudures ne sont pas étanches et des plaques de grosse épaisseur ne pourront être soudées. Les autres procédés permettent des soudures étanches. Nous avons donc après la réalisation des pièces à l'état brut assisté à un usinage et la métrologie. III- Usinage et métrologie BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 6/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 1) Usinage Les pièces que nous avons réalisé nécessitent à certains endroits une précision supérieure qui n'est pas réalisable grâce aux techniques de mécano-soudage. Nous allons donc utiliser deux machines d'usinage. La première machine permet de réaliser la fusée que l'on a soudée à notre pièce dans la première partie du TP. La machine utilisée est un tour à commande numérique deux axes. Il peut donc effectuer des mouvements suivants deux axes (mouvement plan). La qualité que l'on atteint est une qualité de 7 ce qui équivaut à une précision de plus ou moins 10 microns. Cette échelle de qualité va de 0 à 13 avec la qualité qui baisse quand le nombre augmente. Cette machine permet une réalisation rapide ( environ 3 minutes ) contrairement aux machines conventionnelles qui nécessitent 1h de réalisation. Cette technique permet donc la production de plus de pièces en moins de temps. Le prix est cependant différent : 30k € - 40k € pour une machine conventionnelle, 120k € pour la machine à commande numérique. La première machine est une machine de tournage qui diffère de la seconde machine utilisée qui est une machine de fraisage. La première met en rotation la pièce alors que la seconde met en rotation les outils. Le tournage est donc uniquement intéressant pour des pièces possédants un axe symétrie de révolution. On a deux axes sur cette machines : un axe axiale et un axe radiale. Un axe étant un ensemble moteur-capteur. Il existe une troisième moteur sur la machine qui permet de mettre en rotation la pièce mais la vitesse angulaire étant peu importante, il n'y a pas de capteur associé :ce n'est donc pas un axe. Réalisation de la pièce : La pièce est réalisée en 2 phases : on effectue un premier placement sur la machine puis une fois terminé, on retourne la pièce. Il faut essayer de limiter au maximum le nombre de phases quand on réalise une pièce qui nécessite une bonne précision. En effet quand on change de phase, des défauts de remise en position apparaissent ce qui réduit la précision. La pièce est maintenue grâce à trois mors. Ici ce sont des mors doux qui sont utilisés. Ceux-ci étant usinés sur la machine, ils améliorent la précision contrairement aux mors durs qui sont plus simple à utilisés mais moins précis. La différence se fait sur le décalage axial entre la surface cylindre-mors et l'axe de rotation de la pièce. Une fois tous les réglages effectués, la réalisation de la pièce commence. L'outil enlève 2mm par 2mm de matière pour éviter de l’abîmer voir le détruire. Une lubrification est utilisée tout le long de la manipulation. Celle-ci permet de refroidir les outils et la pièce, d'évacuer les copeaux et d'améliorer les découpes de la matière. Le produit utilisé est composé à 95% d'eau, les 5% restant étant des produits de lubrification. Pour effectuer un trou, on utilise en premier un foret, ceux-ci étant moins précis que les autres outils (qualité 11-12) On fait ensuite le trou définitif grâce à un outil bien plus précis, un alésoir (qualité 7). BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 7/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3 La machine peut être utilisée en parallèle de Catia afin de gérer : -critère qualitatif: correction dynamique des outils possible -critère coût : choix des outils suivant la matière à usiner (il faut un outil avec une dureté supérieur à celle de la pièce), plus un outils est dur, plus on peut travailler vite avec. On va maintenant s’intéresser à la seconde machine qui effectue un fraisage. Celle-ci est une machine 4 axes. On a donc besoin de moins de démontage et donc de moins de phase. La pièce est centrée sur la portée de roulement au plus proche des surfaces fonctionnelles. On a observé l'utilisation d'un tarau-machine permettant de créer un taraudage . Pour ce faire la machine doit rentrer à la bonne vitesse dans la pièce afin d'obtenir un taraudage avec le bon pas de vis. Une fois la pièce terminée, on enlève à la main les bavures, on vérifie le perçage grâce à un cylindre de même diamètre mais de précision plus élevée. Finalement nous devons vérifier les dimensions de la pièce et retrouver la conformité avec le cahier des charges. 2) Métrologie Cette phase finale consiste à effectuer la vérification des dimensions des pièces. Nous avons utilisé un pied à coulisse (précision ±0,012mm) , un micromètre et un outil permettant de mesurer une profondeur. Les dimensions des pièces doivent se rapprocher le plus possible de la nomenclature et être situées entre l'écart de tolérance. Une lettre (minuscule ou majuscule) et un chiffre se trouve à côté de certaines côtes, par exemple N7. Ceci représente la tolérance et l'écart de dimension possible. Un tableau avec toutes les lettres et chiffres nous indiquent entre quelles valeurs doit être la côte. Conclusion : Ces séances de TP nous ont permit de voir ce qui se passe après la conception d'une pièce sur un logiciel de CAO tel que Catia par exemple. Nous avons vu un atelier avec plusieurs machines dont l'objectif commun est de sortir une pièce la plus parfaite possible. Nous avons donc compris que la conformité avec le cahier des charges est une règle absolue. Finalement ce Tp a changé notre vision des bruts mécano-soudés, présents partout autour de nous, en nous montrant et en manipulant les différentes machines et techniques utilisées dans leur conception. BULUT Yavuz CAPELLE Berenger 8/8 TP Chaudronnerie 2014/2015 S3