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ISET Gabès Copie 1 Louhichi Ghassen Jallabi Chadi Sujet : optimisation de la co

ISET Gabès Copie 1 Louhichi Ghassen Jallabi Chadi Sujet : optimisation de la consommation d’énergie et de débit d’enlèvement de matière en fraisage de l’acier inoxydable AISI 304L Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Dédicace Nous dédions ce travail à : Nos mères, sources de tendresse et d’amours pour leurs soutiens tout le long de notre vie scolaire. Nos pères, qui nous ont toujours soutenus et qui ont fait tout possible pour nous aider. Nos frères et nos sœurs, que nous aimons beaucoup. Notre grande famille. Nos cher ami (e) s, et enseignants. Tout qu’ont collaboré de près ou de loin à l’élaboration de ce travail. Que dieu leur accorde santé et prospérité Remercîment Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Nous tenons à remercier dans un premier temps, toute l’équipe Pédagogique de l’Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Gabès et les Intervenants professionnels responsables de la formation génie Mécanique. Avant d’entamer ce rapport, nous profitons de l’occasion pour Remercier tout d’abord notre professeur Monsieur Kamel Bousnina qui N’a pas cessé de nous encourager pendant la durée du Projet, ainsi pour sa générosité en matière de formation et D’encadrement. Nous le remercions également Monsieur Anis Hamza Pour son aide et les Conseils concernant les missions évoquées dans ce rapport, qu’il Nous avons apporté lors des différents suivis, et la confiance qu’il nous A témoigné. Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Nous tenons à remercier nos professeurs de nous avoir incités à Travailler en mettant à notre disposition leurs expériences et leurs Compétences. Nomenclature : ANOVA : Analyse de variance. RSM : Méthodologie de surface de réponse. Ecc : Energie de coupe consommée (KJ). MRR : Débit d’enlèvement de matière (mm3/min). Pc : Puissance consommée (KW). Vc : Vitesse de coupe (m/min). ap : Profondeur de passe (mm). ae : Largeur de la pièce usinée (mm). Vf : Avance de table (mm/min). f : vitesse d’avance (mm/tr) R² : Coefficient de détermination corrélation. rε : Rayon de bec de l’outil (mm). χr : Angle de direction principal (degré) Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Sommaire Introduction générale :..................................................................................................................................1 Chapitre I : Généralité sur l’usinage............................................................................................................2 1. Introduction :........................................................................................................................................3 2. Type d’usinage :...................................................................................................................................3 2.1. Le tournage :.................................................................................................................................3 2.2. Fraisage :.......................................................................................................................................8 2.2.3. Différentes parties de l'outil :..................................................................................................11 3. Conclusion :........................................................................................................................................16 Chapitre II : Plans d’expériences................................................................................................................17 1. Introduction :....................................................................................................................................18 2. Choix de la méthode d’expérimentation :...........................................................................................18 3. Analyse des résultats :........................................................................................................................18 4. Acquisition progressive de la connaissance :......................................................................................18 5. Terminologie :....................................................................................................................................19 5.1. Les différents types de facteurs :................................................................................................19 5.2. Facteurs continus :......................................................................................................................19 5.3. Facteurs discrets :.......................................................................................................................19 5.4. Facteurs ordonnables :................................................................................................................19 5.5. Facteurs booléens :.....................................................................................................................20 6. Notion d'espace expérimental :...........................................................................................................20 6.1. Domaine d’un facteur :...............................................................................................................20 6.2. Espace expérimental :.................................................................................................................20 6.3. Point expérimental :....................................................................................................................21 6.4. Domaine d’étude :......................................................................................................................22 6.5. Notion de surface de réponse :....................................................................................................23 6.6. Notion de modélisation mathématique :.....................................................................................24 6.7. Modélisation expérimentale :......................................................................................................24 6.8. Système d’équations :.................................................................................................................25 7. Définition de la Méthodologie Taguchi :............................................................................................26 Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès 7.1. La Méthodologie Taguchi :.............................................................................................................26 7.2. Une expérimentation en six étapes :...........................................................................................26 7.3. Les points clés pour réussir avec la méthode Taguchi :..............................................................27 7.3.2. Détermination des critères de qualité :....................................................................................27 7.3.4. Préparation de l'expérimentation :...........................................................................................28 8. Conclusion :........................................................................................................................................28 Chapitre III : Etude expérimentale.........................................................................................................29 1. Introduction :......................................................................................................................................30 2. La pièce usinée :.................................................................................................................................30 2.1. Généralités sur Les aciers inoxydables :.....................................................................................30 2.2. Présentation de l’acier 304L :.....................................................................................................31 2.3. Domaines d’application :............................................................................................................31 3. Fraiseuse utilisé :................................................................................................................................32 4. Les fraises :.........................................................................................................................................32 4.1. Fraise ø 63 avec Z 3 :..................................................................................................................32 4.2. Fraise ø 80 avec Z4 :...................................................................................................................33 5. Les outils de mesure et les méthodes :................................................................................................34 5.1. Mesure de la puissance :.............................................................................................................34 5.2. Le schéma de câblage de wattmètre :..........................................................................................34 6. Le débit d’enlèvement de matière (MRR) :........................................................................................34 7. L’énergie de coupe consommée (Ecc) :..............................................................................................35 8. Les paramètres de coupe :...................................................................................................................35 9. Les logiciels utilisés :.........................................................................................................................35 9.1. Minitab 17 :................................................................................................................................35 9.2. Design-Expert 10 :......................................................................................................................36 10. Conclusion :....................................................................................................................................36 Chapitre IV : Résultat et discussion............................................................................................................37 1. Introduction :..........................................................................................................................................38 2. Résultats expérimentaux :...................................................................................................................38 3. Méthodologie de surface des réponses :.............................................................................................39 3.1. Analyse de variance (ANOVA) :................................................................................................39 3.2. Analyse de régression :...............................................................................................................40 4. Résultats et discutions :..................................................................................................................41 4.1. Méthodologie de surface de réponse pour Pc :............................................................................41 4.2. Méthodologie de surface de réponse pour Ecc :..........................................................................46 4.3. Méthodologie de surface de réponse pour MRR :.......................................................................51 5. Optimisations des conditions de coupe :.............................................................................................54 6. Conclusion :........................................................................................................................................56 Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Conclusion générale.....................................................................................................................................57 Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Liste des figures Figure 1: Procédure de tournage......................................................................................................................3 Figure 2: Chariotage........................................................................................................................................5 Figure 3: Dressage...........................................................................................................................................5 Figure 4: Alésage............................................................................................................................................5 Figure 5: Perçage.............................................................................................................................................6 Figure 6: Rainurage.........................................................................................................................................6 Figure 7: Chanfreinage....................................................................................................................................6 Figure 8: Tronçonnage....................................................................................................................................7 Figure 9: Filetage............................................................................................................................................7 Figure 10: Tour parallèle.................................................................................................................................7 Figure 11: Fraiseuse universelle......................................................................................................................8 Figure 12:Fraiseuses de production (à programme, commande numérique)...................................................9 Figure 13: Fraisage en bout.............................................................................................................................9 Figure 14: Fraisage en roulant.......................................................................................................................10 Figure 15: Fraisage combiné.........................................................................................................................10 Figure 16: Fraise...........................................................................................................................................11 Figure 17: Fraises en acier rapide. Figure 18: Fraises en carbure..................................................12 Figure 19: Les paramètres de coupe..............................................................................................................13 Figure 20: Usinage en opposition..................................................................................................................15 Figure 21: Usinage en avalant.......................................................................................................................16 Figure 22: Domaine du facteur......................................................................................................................20 Figure 23: Espace expérimental....................................................................................................................21 Figure 24: Point expérimental.......................................................................................................................21 Figure 25: Le domaine d'étude défini par l'expérimentateur..........................................................................22 Figure 26: Le domaine d’étude sous contraintes est représenté par la partie grisée.......................................23 Figure 27: Surface de réponse.......................................................................................................................23 Figure 28: Dimension de pièce usinée...........................................................................................................30 Figure 29: Fraiseuse universelle VERNIER S.A. FV270..............................................................................32 Figure 30: Fraise ø 63 avec Z 3.....................................................................................................................32 Figure 31: Fraise ø 80 avec Z4......................................................................................................................33 Figure 32: Plaquette......................................................................................................................................33 Figure 33: Pince watt-métrique.....................................................................................................................34 Figure 34: Schéma de câblage de wattmètre.................................................................................................34 Figure 35 : Surface plot 3D de Pc (N,ap).....................................................................................................43 Figure 36: Surface plot 3D de Pc (f,ap).........................................................................................................43 Figure 37: Surface plot 3D de Pc (N,f)..........................................................................................................44 Figure 38: Les effets moyens de Pc...............................................................................................................44 Figure 39: Interaction Plot de Pc...................................................................................................................45 Figure 40: Comparaison entre Pc mesuré et Pc prédite.................................................................................45 Figure 41: Surfaces plots 3D de Ecc.............................................................................................................48 Figure 42 :Les effets moyens de Ecc.............................................................................................................49 Figure 43 : Interaction plot de Ecc................................................................................................................49 Figure 44: La comparaison entre Ecc mesuré et Ecc prédite.........................................................................50 Figure 45: Surfaces plots 3D de MRR...........................................................................................................52 Figure 46: Les effets moyens de MRR..........................................................................................................53 Figure 47 : Comparaison entre MRR mesuré et prédite................................................................................54 Figure 48: L'optimisations de paramètres de coupe.......................................................................................55 Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Liste des tableaux Tableau 1: Composition chimique de l'acier inoxydable AISI 304L.............................................................31 Tableau 2: Caractéristiques mécaniques de l'acier inoxydable AISI 304L....................................................31 Tableau 3: Facteurs et domaine d'étude.........................................................................................................35 Tableau 4: Les résultats de 15 essais.............................................................................................................39 Tableau 5 : La variance de Pc. …………………………………………………………………………………..…..42 Tableau 6 : L’erreur pour les 15 essais réalisés. …………………………………………………………………...46 Tableau 7 : La variance de Ecc. ………………………………………………………………………………… …47 Tableau 8 : L'erreur de Ecc pour les 15 essais. .........................................................................................................50 Tableau 9 : La variance de MRR. ………………………………………………………………………………………… … 51 Tableau 10 : Conditions d’optimisation. ……………………………………………………………………………… ……54 Tableau 11 : Optimisation par MSR. …………………………………………………………………………………………56 Louhichi Ghassen & Jallabi Chadi ISET Gabès Introduction générale : Historiquement, la recherche sur l’usinage s’est concentrée sur deux aspects : le premier aspect concerne le développement technologique qui permet d’améliorer la productivité ainsi que la qualité des pièces finies [1], le deuxième aspect est la modélisation qui permet la prédiction des efforts de coupe, des champs de température et des propriétés des surfaces finies. Cependant, le processus de fabrication, en particulier l’usinage, joue un rôle important sur la qualité et l’intégrité des surfaces réalisées. La complexification constante des systèmes de fabrication et la concurrence amènent les technologies d’usinage à se développer rapidement. Les machines deviennent de plus en plus rapides et puissantes dans le but d’obtenir des gains de productivité [2]. Augmenté la qualité d’un produit usiné et minimisée la consommation d’énergie est un objectif primordial de toutes les industries vues leur impact significatif sur le coût de fabrication et sur l’environnement. Le choix des paramètres de coupe peut être la base d’une économisassions d’énergie allant de 6 jusqu’à 40%. L’objectif du travail présenté est donc vise à comprendre l’influence des paramètres de coupe sur la consommation d’énergie et débit d’enlèvement de matière en fraisage de l’acier inoxydable 304L. Dans les dernières années la consommation d’énergie est devenue l’un des aspects les plus pertinentes des opérations d’usinage mais les recherches dans ce domaine restent toujours insuffisantes. Donc, il est important de se rendre compte de l’influence des différents facteurs impliqués dans le processus de la coupe afin de choisir les paramètres appropriés qui permettent d’atteindre la qualité des surfaces désirée et minimiser l’énergie consommée. Pour mieux présenter l’aspect théorique et aussi l’aspect pratique de notre projet, nous avons partagé le rapport en quatre chapitres en premier lieu le chapitre 1 présente des généralités concernant les différents procédés d’usinage des métaux et surtout l’usinage par fraisage et ses différentes opérations. Par suite on va présenter les plans d’expériences et particulièrement la méthodologie de surface de réponse (MSR) dans le deuxième chapitre. Par ailleurs le chapitre 3 se déroule sur la présentation le plan expérimental réalisé dans ce projet à sa voire la machine, les outils et le matériau de la pièce usinée. Dans le dernier chapitre on va présenter les résultats du notre travail et leurs interprétations avec une comparaison entre les valeurs mesurées et les valeurs uploads/Geographie/ rapport-pfe 1 .pdf