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HAL Id: pastel-00001278 https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001278 Submitted on 7 Jun 2005 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Integrated design and manufacturing of ”net shape” forged products: application on forged differentials Laurent Berviller To cite this version: Laurent Berviller. Integrated design and manufacturing of ”net shape” forged products: application on forged differentials. Engineering Sciences [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2005. English. NNT : 2005ENAM0005. pastel-00001278 N° d’ordre : 2005-05 ECOLE DOCTORALE de l’ENSAM (ED-432) Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers Laboratoire de Génie Industriel et de Production Mécanique (LGIPM) THÈSE présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR de L’ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D’ARTS ET MÉTIERS Spécialité : Mécanique et Génie Mécanique par Laurent BERVILLER __________________ CONCEPTION ET FABRICATION INTEGREES DE PRODUITS FORGES « NET SHAPE » : APPLICATION AUX DIFFERENTIELS FORGES __________________ Soutenue le 29 mars 2005 devant le jury composé de : MM. D. PLAY Professeur à l’INSA, Lyon Président du Jury G. GOGU Professeur à l’IFMA, Clermont-Ferrand Rapporteur S. TICHKIEWITCH Professeur à l’INPG, Grenoble Rapporteur G. COFFIGNAL Professeur à l’ENSAM, Paris Examinateur P. MARTIN Professeur à l’ENSAM, Metz Directeur de thèse R. BIGOT Maître de Conférences HDR à l’ENSAM, Metz Codirecteur de thèse P. SECORDEL Directeur Technique d’ASCOFORGE SAFE Invité J.M. DAVID PREN à l’ENSAM, Lille Invité __________________________________ L’ENSAM est un Grand Etablissement dépendant du Ministère de l’Education Nationale, composé de huit centres : AIX-EN-PROVENCE ANGERS BORDEAUX CHÂLONS-EN-CHAMPAGNE CLUNY LILLE METZ PARIS A Thomas et Cathia, A mes Parents, A ma Famille Remerciements Ces travaux de thèse ont été effectués au sein du Laboratoire de Génie Mécanique et de Production Mécanique (LGIPM) dirigé par Monsieur le Professeur G. Abba, et plus précisément au sein de l'équipe d'Ingénierie de Fabrication (IFAB) dirigée par le Professeur P. Martin. Je les remercie pour leur soutien. Mes plus grands remerciements s’adressent à Monsieur R. Bigot qui a été mon tuteur de thèse et qui a sans cesse su m’encourager, me conseiller et me guider. Ces travaux ont été menés en partenariat fort avec le milieu industriel. Que Monsieur P. Secordel, d’ASCOFORGE SAFE, trouve dans ce mémoire mes plus vifs remerciements pour sa confiance et son soutien. Mes remerciements s’adressent également à l’ensemble des personnes d’ASCOFORGE SAFE qui ont participé à mes travaux et tout particulièrement à Messieurs D. Bertucci, A. Gasse, D. Gulia, G. Mathieu et N. Muller. Je remercie également monsieur M. Robelet, d'ASCOMETAL CREAS, de m’avoir permis d’accéder et de participer aux expertises de différentiels. Je tiens à remercier Monsieur le Professeur G. Gogu, du LaMI à l’IFMA de Clermont-Ferrand et Monsieur le Professeur S. Tichkiewitch, du Laboratoire L3S de Grenoble qui m'ont fait l'honneur de juger ces travaux. Je tiens à exprimer mes plus sincères remerciements à Messieurs G. Coffignal, du LMSP à l’ENSAM de Paris, J.M. David, du L2MA à l’ENSAM de Lille, D. Play, du LDMS à l’INSA de Lyon et P. Secordel, Directeur Technique d’ASCOFORGE SAFE, pour avoir accepté de participer à ce jury. Mes remerciements s'adressent également à Messieurs les Directeurs A. Faessel et G. Kugel, successivement directeurs du centre ENSAM de Metz, pour leur soutien à mes activités de recherche. Je remercie également Madame M. Reynier, Directrice Générale de l’ENSAM, ainsi que Monsieur J.P. Hautier, Directeur de la recherche de l’ENSAM, pour leur soutien par un aménagement de mon service d’enseignement pendant la durée de mes travaux de thèse. Je tiens à exprimer mes plus vifs remerciements à l'équipe des "pièces forgées à hautes performances" constituée de mes collègues Messieurs L. Langlois, J. Bruyère et C. Baudouin pour leur sympathie, pour leurs compétences et pour leur collaboration dans cette recherche technologique. Je remercie tout particulièrement Monsieur L. Morhain, technicien du hall « forge », pour sa collaboration sur les mesures d’engrènement. Je remercie Messieurs V. Fix, N. Behr, J. Schall, R. Falousse, A. Laklalech, Q. Balandier, T. Scheer et G. Balter pour leur contribution à mes travaux à travers tout ou partie de leur étude de Projet de Fin d’Etudes à l’ENSAM. J'adresse mes plus vifs remerciements, une nouvelle fois à Monsieur J.M. David, et également à Monsieur S. Leleu, du L2MA à l’ENSAM de Lille, pour leur soutien et leurs nombreux conseils scientifiques et technologiques. Je voudrais également remercier mon collègue Monsieur D. Matheis pour m’avoir soulagé d’une partie de l’organisation des enseignements de construction pendant la durée de ma thèse. Que tous les membres de l'équipe IFAB, trouvent ici un témoignage de ma reconnaissance. Que tous les membres de l'ENSAM Metz que j'ai côtoyé, et grâce auxquels ce travail a pu être effectué dans une ambiance agréable, trouvent ici l'expression de ma reconnaissance. Conception et fabrication intégrées de produits forgés « net shape » : application aux différentiels forgés 1 Préambule Les travaux présentés dans ce manuscrit ont été menés en étroite collaboration industrielle avec la société ASCOFORGE SAFE et le centre de recherche sur les aciers, le CREAS. Dans un soucis de confidentialité, le manuscrit a été scindé en deux tomes et le tome 2, contenant les parties V et VI, n’est pas diffusé. Seuls les membres du jury ont accès aux deux tomes en sus des équipes impliquées dans ces travaux. Le tome 1 développe l’approche scientifique et technologique mise en œuvre dans ces travaux de thèse. Conception et fabrication intégrées de produits forgés « net shape » : application aux différentiels forgés 2 Sommaire du tome 1 I Introduction........................................................................................................................ 6 II Contexte et problématique ................................................................................................. 9 II.1 Le produit : le différentiel automobile ....................................................................... 9 II.1.1 Présentation du fonctionnement......................................................................... 9 II.1.2 Architecture des différentiels ........................................................................... 11 II.1.3 Conclusion........................................................................................................ 15 II.2 Les outils de formalisation ....................................................................................... 16 II.2.1 Choix d’un outil de description d’activités et d’informations associées.......... 16 II.2.2 Capitalisation des connaissances...................................................................... 16 II.2.3 Approche par entités......................................................................................... 20 II.2.4 Conclusion........................................................................................................ 22 II.3 Conception et fabrication de pignons coniques........................................................ 23 II.3.1 Géométrie......................................................................................................... 23 II.3.2 Démarche de définition géométrique d’un engrenage conique :...................... 29 II.3.2.a Détermination des deux surfaces en développantes..................................... 29 II.3.2.b Définition des paramètres en rapport avec les hauteurs de dents................. 30 II.3.2.c Définition des paramètres en rapport avec les épaisseurs de dents ............ 32 II.3.2.d Modification des épaisseurs pour tenir compte du jeu et du bombé de denture ...................................................................................................................... 34 II.3.3 Dimensionnement............................................................................................. 34 II.3.3.a Calcul de SH.................................................................................................. 39 II.3.3.b Calcul de SF.................................................................................................. 41 II.3.3.c Classification des coefficients de dimensionnement.................................... 42 II.3.3.d Quantification de certains facteurs............................................................... 43 II.3.3.e Conclusions sur le dimensionnement........................................................... 46 II.3.4 Fabrication........................................................................................................ 48 II.3.5 Conclusion........................................................................................................ 49 II.4 Les évolutions de la conception et de la fabrication en mise en forme.................... 49 II.4.1 Processus de conception de pièces en mise en forme ...................................... 52 II.4.2 Outillages de mise en forme de précision ........................................................ 56 II.4.3 Conclusion........................................................................................................ 60 III Approche proposée....................................................................................................... 61 III.1 Présentation de l’approche ....................................................................................... 61 III.1.1 Identification des données, informations et connaissances technologiques pertinentes ........................................................................................................................ 61 III.1.1.a Identification des données, informations et connaissances technologiques utilisées .................................................................................................................. 62 III.1.1.b Détermination des données, informations et connaissances technologiques pertinentes .................................................................................................................. 62 III.2 Perspectives de capitalisation des connaissances acquises ...................................... 62 III.3 Application aux pignons forgés de différentiel........................................................ 63 III.3.1 Description globale des activités initiales et des principales informations associées .......................................................................................................................... 63 III.3.2 Etude des évolutions apportées à l’activité A1 : « concevoir des pignons de différentiel » ..................................................................................................................... 67 III.3.2.a Présentation des principales informations liées à l’activité initiale A1 : « concevoir des pignons de différentiel »..................................................................... 67 Conception et fabrication intégrées de produits forgés « net shape » : application aux différentiels forgés 3 III.3.2.b Présentation de l’évolution des principales informations nécessaires en entrée de l’activité A1 : « concevoir des pignons de différentiel ».............................. 69 III.3.2.c Présentation de l’évolution des principales informations nécessaires en sortie de l’activité A1 : « concevoir des pignons de différentiel »............................... 71 III.3.2.d Présentation de la nouvelle activité A1 : « concevoir des pignons de différentiel » ................................................................................................................. 72 III.3.3 Etude des autres évolutions apportées au niveau du cycle initial .................... 75 III.3.4 Entités liées aux pièces du produit différentiel ................................................ 80 III.3.4.a Mise en place des entités.......................................................................... 80 III.3.4.b Mise en œuvre des entités ........................................................................ 86 III.3.5 Illustration du processus de conception et fabrication sur un exemple d’information.................................................................................................................... 86 IV Conclusions et perspectives ......................................................................................... 88 Références bibliographiques……………………………………………………………......91 Plan du tome 2 V Développement de connaissances et d’outils spécifiques pour la conception et le contrôle de pignons coniques forgés V.1 Connaissances et outils pour la conception des pignons V.1.1 Expertise de différentiels existants V.1.1.a Analyse des calculs normalisés appliqués au différentiel V.1.1.b Détermination des caractéristiques géométriques des pignons expertisés V.1.1.c Détermination des caractéristiques matériaux des pignons expertisés V.1.1.d Résultats de l’expertise V.1.2 Pré – dimensionnement des pignons forgés V.1.2.a Présentation des paramètres de pré - dimensionnement V.1.2.b Présentation de l’outil développé et uploads/Geographie/ these-berviller.pdf