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Chapitre 4 - 48 - Quel que soit la technique utilisée, il est primordial de se

Chapitre 4 - 48 - Quel que soit la technique utilisée, il est primordial de se poser les questions suivantes : Quel est le matériau envisagé et le degré de complexité des pièces fabriquées ? Quel est le type de machine envisagée et quelle est sa puissance ? Quelle est la température de fabrication des pièces ? Quel est le coût optimal de fabrication ? Quelle est la cadence de fabrication des pièces ? L'emboutissage des métaux dans l'industrie : L'emboutissage de produits plats est un procédé de fabrication par lequel des déformations permanentes sont imposées à une tôle par l'intermédiaire d'un poinçon dont la forme est dictée par le résultat final recherché. Durant la course du poinçon, la tôle est supportée par une matrice présentant une ouverture centrale permettant le passage du poinçon et de la tôle emboutie. Chapitre 4 - 49 - Suivant que la partie de la tôle reposant sur la matrice est bloquée ou libre de s'écouler, on parlera respectivement d'étirage (stretch forming) ou d'emboutissage profond (deep drawing). 4.2.2. Les phénomènes physiques en mise en forme Les procédés de mise en forme impliquent divers phénomènes physiques complexes couplés : 1. Grandes déformations irréversibles plastiques 2. Chargements complexes irréversibles 3. Lois de comportement complexes élasto-visco-plastique 4. Effets thermiques 5. Contact avec frottement évolutif 6. Contraintes initiales et induites 7. Effets cycliques (fatigue) 8. Endommagement et rupture. Ces phénomènes étant complexes, on utilise de plus en plus la Simulation Numérique pour Analyser, Optimiser et Maîtriser les procédés de mise en forme. La mise au point d'une simulation complète est une opération longue et du ressort de spécialistes chevronnés avec des compétences variées : 1. Théorie de la mécanique des matériaux continus déformables. 2. Méthodes numériques de résolution des équations non linéaires. 3. Logiciels de simulation numérique. 4. Outils de XAO, de remaillage et d'optimisation-fiabilité. 4.3. Processus de : La transformation et le travail des métaux : Les différentes branches de la métallurgie travaillent ces métaux pour fabriquer les pièces de machine, les mécanismes, les instruments et les outils dont ont besoin les autres industries et les différents secteurs de l’économie. Chapitre 4 - 50 - Sous leurs diverses formes, qu’il s’agisse de produits laminés (barres, bandes, profilés, tôles ou tubes) ou de produits étirés (barres, profilés, tubes ou fils), métaux et alliages servent de matière de départ pour cette fabrication. On peut citer, par exemple, les principaux procédés métallurgiques comme suis [22-23] : ❖ Forgeage : consiste à déformer, par choc ou par pressage entre deux outils, une masse métallique rendue malléable par chauffage. Aussi, par définition, le forgeage est un procédé de mise en forme des métaux par déformations plastiques à chaud ou à froid. On chauffe le métal (fours) à une température convenable afin que le métal devient malléable et forgeable. Le métal est appelé « Lopin » de volume calculé. Le forgeage manuel : C’est le forgeage traditionnel à l’enclume et l’outillage de frappé à main. Le matriçage et l’estampage : Le matriçage et l’estampage sont deux termes synonymes. C’est un procédé de fabrication mécanique exécuté par les presses sur lesquelles sont fixées des « matrices ». Il permet de produire des grandes séries de pièces. ❖ Fonderie : Cette technique consiste à fondre et à couler le métal dans un moule. Son principe est de couler un alliage dans un moule. En détaillant, 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, le métal en se solidifiant, reproduit les contours et dimensions de l'empreinte du moule. Chapitre 4 - 51 - Utilisées dans des secteurs variés (aéronautique, automobile, robinetterie, appareils ménagers, ...) les techniques dépendent du matériau, des dimensions et des caractéristiques géométriques de la pièce à obtenir, mais également, des quantités à produire. ❖ Frittage : permet de consolider la poudre sous l'action de la chaleur et la rend ainsi compacte. La métallurgie des poudres fait appel à un mélange de fines poudres métalliques sélectionnées en fonction de leur granulométrie et de leur forme. Le mélange des poudres et un lubrifiant sont comprimés à haute pression dans une matrice. Sous l’effet de la pression, chaque particule au sein de la matrice se retrouve mécaniquement verrouillée l’une contre l’autre. Bien qu’elle manque encore de résistance, la pièce présente désormais suffisamment de solidité pour être transportée à la prochaine étape de production, c’est à dire le frittage, qui vise à la solidification complète. Dans le four de frittage, lorsqu’une température critique est atteinte, de solides liaisons intermétalliques se forment. Des opérations complémentaires peuvent alors être envisagées : calibrage, forgeage, usinage, traitements thermiques, ...La métallurgie des poudres présente des avantages économiques car le nombre d’opérations nécessaires à l’obtention de la pièce finie est moindre, mais aussi environnementaux grâce au gain en énergie et à la faible émission de particules gazeuses (le point de fusion n’est pas atteint). ❖ Emboutissage : permet d'obtenir, à partir d'une feuille de tôle mince, un objet dont la forme est non développable. L’emboutissage est un procédé de mise en forme des matériaux métalliques en feuilles minces. Cela consiste à donner une dimension spatiale à une feuille métallique initialement plane. Elle peut se présenter sous la forme de bande ou d’un flan. Chapitre 4 - 52 - Ce procédé permet d’obtenir des pièces de formes complexes, le plus souvent non développables, ce qui est à opposer au procédé tel que le pliage ou le roulage. L’emboutissage permet de fabriquer, entre autres, des pièces pour l’automobile, pour les appareils électroménagers, etc. Figure 4.1. : Les différents procédés de mise en forme et de fabrication des matériaux L’emboutissage peut se diviser en deux : est un procédé de formage par déformation plastique à chaud (emboutissage à chaud pour lequel la tôle est portée à la température de forgeage, (800 à 850 °C pour L’acier doux) ou à froid (pratiqué à la température ambiante) des métaux. Chapitre 4 - 53 - Il est largement employé dans plusieurs domaines industriels : l’automobile, l’aéronautique, l’électromenager, oules appareillages électriques...etc. Il permet de fabriquer à partir d’une feuille de métal initialement plane, appelée "flan", des pièces de forme complexe non développables. Conclusion Le progrès a permis, par la sophistication des procédés de mise en forme, de réaliser des objets techniques de plus en plus complexes performants et durables Chapitre 5 - 54 - 5.1. Rhéologie des polymères Les études rhéologiques nous permettent de faire de la modélisation de l'injection, de l'extrusion et de la vulcanisation [18] : ➢ Détermination expérimentale des paramètres matières nécessaire à la modélisation. ➢ Modélisation de l'injection des thermoplastiques et des caoutchoucs (comparaison de différents lots). ➢ Prévision de l'avancement de la réticulation des caoutchoucs et des thermodurcissables. 5.2. Procédés industriels de transformation et fabrication des polymères (en masse, en solution, en émulsion, en suspension) Rappel sur les polymères Avant de nous pencher sur leur processus de fabrication à proprement parler, attachons-nous à décrire plus précisément les polymères (encore récemment appelés « hauts polymères »), ces matériaux constitués de longues chaînes de molécules élémentaires assemblées (les monomères), elles-mêmes constituées d'atomes de carbone sur lesquelles des opérations chimiques permettent de fixer d'autres éléments, comme de l'hydrogène, du chlore, de l'azote, du fluor ou de l'oxygène. Aussi, sans établir dès maintenant une classification exhaustive des matières plastiques, attardons-nous tout de même sur les diverses caractéristiques de ces trois familles fondamentales [19] : 5.2.1. Les thermoplastiques Si les polymères industriels thermoplastiques, composés de chaînes linéaires, ont pour caractéristique principale, une fois chauffés au-delà d'un certain seuil de température, de présenter une certaine malléabilité facilitant leur mise en forme, ces matériaux uniques retrouvent leur rigidité initiale après refroidissement, sans pour autant que la matière soit thermiquement dégradée. Chapitre 5 - 55 - Une qualité non-négligeable dont profitent directement les sociétés de recyclage du plastique, qui pourront les traiter de nouveau sans affecter leur structure moléculaire. C'est dans cette catégorie de polymères linéaires/plastiques que l'on trouve notamment des polyamides, comme le nylon. 5.2.2. Les thermodurcissables Fondamentalement différents des thermoplastiques, ces polymères organiques réticulés se rigidifient de façon irréversible sous l'effet de la chaleur, et ne sauraient être transformés de nouveau sans impliquer une dégradation de leur structure. En effet, la matière thermodurcissable préserve sa forme en raison des nombreuses et solides liaisons chimiques qui lient ses chaînes. Les silicones et les phénoplastes, comme la bakélite, font partie de cette famille de matériaux. 5.2.3. Les élastomères La réticulation est une opération chimique qui consiste à former un ou plusieurs réseaux au cœur des polymères tridimensionnels, en liant entre elles les chaînes macromoléculaires. C'est grâce à cette opération effectuée durant la conformation du polymère que les élastomères (constituant de base des caoutchoucs), particulièrement déformables, peuvent atteindre jusqu'à huit fois leur taille initiale sans approcher le point de rupture. 5.3. Solidification et mise en forme des polymères 5.3.1. Introduction Les polymères peuvent être mis en œuvre à partir de poudres (revêtements), uploads/s3/ poly-cours-m1.pdf