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BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 201

BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 1 sur 43 BREVET de TECHNICIEN SUPÉRIEUR Conception des Processus de Réalisation de Produits Session 2019 Épreuve E4 – CONCEPTION PRÉLIMINAIRE Coefficient 6 – Durée 6 heures Aucun document autorisé L’usage de tout modèle de calculatrice, avec ou sans mode examen, est autorisé. BOITE DE VITESSE ETLC - DOSSIER SUJET Sujet (mise en situation et questions à traiter par le candidat) :  mise en situation (15 minutes de lecture de sujet) pages 2 à 4  partie 1 (1 heure 40 minutes) pages 5 à 6  partie 2 (1 heure) pages 6 à 7  partie 3 (1 heure 20 minutes) pages 8 à 10  partie 4 (1 heure 45 minutes) pages 10 à 13 Le sujet comporte 4 parties indépendantes qui peuvent être traitées dans un ordre indifférent, les durées sont données à titre de conseil. BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 2 sur 43 Mise en situation Alpine A110 Cup : L’entreprise Signatech est chargée du développement de la nouvelle Alpine A110 Cup. Cette voiture reste fidèle au modèle de série avec une adaptation à la compétition ; sa commercialisation est réservée aux clients qui s’engagent dans l’Alpine Europa Cup avec le soutien d’Alpine et de Signatech. Comme pour le modèle de série, l’Alpine A110 Cup est basée sur un châssis monocoque et une carrosserie en aluminium mais le moteur est le 1,8 l TCe poussé à 199 kW. La boite séquentielle à 6 rapports, support de cette étude, n’est pas celle de série, elle est spécifiquement développée par 3MO performances ; cette entreprise étudie et produit des boites de vitesses pour la compétition. Principe de fonctionnement d’une boite de vitesse séquentielle (il n’est pas nécessaire de comprendre précisément son fonctionnement pour traiter le sujet). Diagramme des cas d’utilisations : BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 3 sur 43 Une boite de vitesse est un élément mécanique proposant plusieurs rapports de transmission entre un arbre moteur (arbre primaire) et un arbre de sortie (arbre secondaire). La boite de vitesse séquentielle est dérivée de la boite manuelle, mais avec un dispositif (barillet de sélection) qui impose au conducteur de choisir uniquement le rapport supérieur ou inférieur à celui en service. Le passage de vitesse se fait, sur commande du pilote de la voiture, au moyen d’un automatisme électro- hydraulique. Le barillet de sélection dispose de cames, sa rotation provoque le déplacement latéral d’une fourchette de sélection et du crabot associé, celui-ci se solidarise alors avec le pignon fou correspondant de l’arbre secondaire. Schéma simplifié d’une boite à 4 vitesses + marche arrière Carter Arbre primaire Pignon fou de 1ère Crabot de 3e et 4e Pignon supplémentaire de marche arrière Crabot de 1re et 2e Pignon fou de 2e Pignon fou de 3e Pignon fou de 4e Arbre secondaire Automatisme électro-hydraulique Barillet de sélection Fourchette de sélection Arbre primaire Arbre secondaire Crabot BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 4 sur 43 L’étude proposée repose sur des problématiques rencontrées lors de l’industrialisation et la production de 4 pièces de la boite de vitesse (repérées dans les dessins ci-dessous) : - le boitier de différentiel ; - l’axe de commande ; - la fourchette de sélection ; - le capot de pompe à huile. Le boitier de différentiel est commun à plusieurs types de boite de vitesse. Le besoin annuel est environ de 500 exemplaires par an pendant 5 ans. L’axe de commande est spécifique à la boite de vitesses de l’A110 Cup. Le besoin annuel est environ de 100 pièces par an pendant 5 ans. La fourchette de sélection est commune à plusieurs types de boite de vitesse ; il y en a trois dans chaque boite de vitesses. Le besoin annuel est d’environ de 1500 pièces par an pendant 5 ans. Le capot de pompe à huile est spécifique à la boite de vitesses de l’A110 Cup. Le besoin annuel est environ de 100 pièces par an pendant 5 ans. Boitier de différentiel Axe de commande Capot de pompe à huile Fourchette de sélection BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 5 sur 43 Partie 1 : comment améliorer le processus de fabrication du boitier de différentiel ? Le boitier de différentiel est repéré sur la vue ci-contre. Il est actuellement usiné sur plusieurs machines-outils dont un tour 3 axes, un tour 2 axes et un centre d’usinage 4 axes (voir DT1). L’entreprise vient d’investir dans un tour bi-broches Nakamura super NTJX. Question 1.1 Voir DT1, DT4, DT5 Répondre sur feuille de copie La machine peut travailler simultanément sur les deux broches. Proposer des regroupements de phases rendus possibles par les possibilités techniques de la nouvelle machine. Préciser les sous-phases et les opérations associées. Question 1.2 Voir DT4, DT5 Répondre sur DR1 Compléter le croquis de phase. Vous devez indiquer : - les axes machines ; - l’origine programme ; - la mise en positon (première partie de la norme NF E 04-013) ; - la cotation de fabrication partielle limitée à cette mise en position. Question 1.3 Voir DT1, DT2, DT5 Répondre sur DR2 Le premier diagramme donné sur le document DR2 représente le temps d’usinage cumulé pour une pièce avec l’ancienne gamme. Tracer le diagramme correspondant au nouveau processus. Question 1.4 Voir DT2 Répondre sur DR2 Estimer le gain de temps d’usinage obtenu pour une pièce. Dans l’ancienne gamme, l’alésage (côté denture intérieure) est ébauché sans avant-trou, au moyen d’un foret à plaquettes carbure de Ø80 mm. La vitesse de coupe du foret carbure est de 150 mmin-1. L’avance est de 0,12 mm·tour-1. La force de coupe par unité de surface pour ce matériau et pour ces conditions, est de 2600 Nmm-2. Question 1.5 Voir DT3 & DT4 Répondre sur feuille de copie Calculer la puissance de broche nécessaire au perçage. Conclure en justifiant votre réponse au regard de la capacité de la machine. Boitier de différentiel BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 6 sur 43 Question 1.6 Répondre sur feuille de copie Afin de diminuer la puissance nécessaire à la broche lors de ce perçage, proposer des modifications de paramètres ou une modification de la chronologie des opérations. Question 1.7 Répondre sur feuille de copie Conclure, à partir des réponses aux questions de cette partie, sur la pertinence de ce nouveau processus. Partie 2 : comment maîtriser et contrôler les déformations lors de l’usinage de l’axe de commande ? L’axe de commande, repéré sur le dessin ci- contre et sur le document DT6, est réalisé en 55 Ni Cr Mo V 7. Il permet la manœuvre de changement de vitesse en agissant directement sur la rotation de l’axe de sélection. Cette pièce est délicate à usiner (dureté du matériau et parois fines). Il est à craindre que des déformations soient présentes dans la zone du trou oblong après l’usinage. Ces déformations peuvent rendre la contrainte de symétrie par rapport à K (DT6 coupe A-A) difficilement réalisable. Dans la gamme actuelle, la rainure est usinée avant les formes extérieures. Question 2.1 Voir DT6, DT7, DT8 Répondre sur feuille de copie Une étude en condition d’usinage (fraisage en roulant des surfaces 1, 2, 3, 4, 5, 6) a été effectuée avec un logiciel de simulation par éléments finis dans le cas supposé le plus favorable. Les résultats figurent sur le document DT8. Déterminer si la limite d’élasticité a été dépassée lors de l’usinage. Justifier la réponse. Question 2.2 Voir DT8 Répondre sur feuille de copie Donner la déformation maximale engendrée lors de l’usinage. Question 2.3 Voir DT8 Répondre sur DR3 Sur le document DR3, entourer la forme qui sera obtenue après l’usinage en ébauche. Justifier la réponse. Axe de commande BTS Conception des Processus de Réalisation de Produits CPRP a et b Session 2019 Épreuve E4 : Conception préliminaire Code : CCE4COP Page 7 sur 43 Question 2.4 Répondre sur DR4 L’effort de coupe F engendré par la fraise lors de l’usinage est du type : Avec : F = effort de coupe en N ; Kc = force de coupe par unité de surface en Nmm-2 ; AD = aire du copeau en mm² ; ar = profondeur de passe radiale en mm ; aa = profondeur de passe axiale en mm ; α = angle de balayage d’une dent en rad ; fz = avance par dent en mm ; D = diamètre de la fraise Préciser dans le tableau du document DR4, si les paramètres indiqués uploads/Industriel/ e4-bts-cprp-2019-partie-2-dossier-sujet.pdf