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Soutenance Projet de Fin d'Etude Polissage de vilebrequin Sommaire 27/06/2011 2

Soutenance Projet de Fin d'Etude Polissage de vilebrequin Sommaire 27/06/2011 2 • Introduction • Bibliographie • Plan d'expérience • Expérience avec mâchoire Capricorn • Conception • Conclusion Capricorn Automotive 27/06/2011 3 L’entreprise Introduction Mission du PFE 27/06/2011 4 Etude du processus physique de polissage Bibliographie + Plan d’expérience Besoin d’un outillage générique Conception mécanique Etude du processus de polissage • Bibliographie préliminaire • Plan d’expérience 27/06/2011 5 A. Recherche Bibliographique • GBQ (General Bearing Quality)- le brevet • Le procédé de superfinition par toilage • Similitude et différences par rapport aux autres procédés de superfinition et le rodage 27/06/2011 6 GBQ (General Bearing Quality) • Procédé inventé et breveté en 1985 par IMPCO MACHINE TOOLS • DIN 8589/14 : « rodage extérieur à course courte », plus précisément « rodage à bande » • appelé « polissage dur » à Capricorn, mais pas d’abrasif libre • désignations courantes « superfinition » et « microfinition » 27/06/2011 7 Intérêt 27/06/2011 8 Particularité de GBQ • surfaces de contact des mâchoires rigide correction de forme 27/06/2011 9 Etude du brevet • supports rigides de forme précise pression de contact élevée sur les régions qui dépassent la forme enlèvement de matière plus grand 27/06/2011 10 • Contre ondulation, convexité, concavité • 90 durometre mini • Pierre d’affutage: – pas déformables – Usinage précis est maitrisé – Pas de glissement de la bande 27/06/2011 11 • Montage flottant • Rotation de la pièce + oscillation • Stries croisées 27/06/2011 12 • Toile: – Moindre compressibilité – Taille de grain uniforme • Renouvellement • Changement de sens de rotation affutage 27/06/2011 13 • Forme bombé par – Creux – Saillies • Effet de la pression de contact élevée 27/06/2011 14 • ajouts latéraux en élastomère superfinition des butées axiales et sur les rayons • Combinaison avec des bandes « festonnées » 27/06/2011 15 • L’angle d’enroulement C doit être supérieur à 120° et de préférence environ 160° 27/06/2011 16 27/06/2011 17 L’angle d’enroulement C • Mesures des rayons: – Jeu radiale: environ 224 µm ~ épaisseur bande environ 245 µm • Mesures de la largeur – Jeu axiale de 1,5 à 2,5 mm • Mesures de la pression surfacique – Poids du bras important (raison pour problèmes avec manetons à Capricorn?) – Serrage dans mâchoire 27/06/2011 18 Procédé de superfinition par toilage • Concurrent Supfina – mâchoires dures en céramique en ébauche correction de forme – finition avec mâchoires souples en plastique – angle enrobant : 150° 27/06/2011 19 Influence du temps • Deux régimes : – régime primaire dominé par la formation de micro-copeaux – régime secondaire (régime établi) où le frottement devient important 27/06/2011 20 Influence du temps 27/06/2011 21 27/06/2011 22 Morphologie évolutive des micro-copeaux avec la dure de toilage (N = 100 tours/min, f = 150 oscillations par minute) [SPT] Influence du temps 27/06/2011 23 Morphologie évolutive des grains d’abrasifs en fonction de la durée de toilage ttoilage (N = 100 tours/min, f = 150 oscillations par minute) [SPT] Influence du temps Vitesse de rotation et fréquence de l’oscillation • Vitesses faibles neutre sur le plan thermique • À Capricorn: rapport entre vitesse de rotation et oscillation 27/06/2011 24 L’oscillation • Augmente le pouvoir de coupe • Diminue la rugosité 27/06/2011 25 Lubrification • Refroidissement et réduction du frottement • Nettoiement continuel : évacuation des copeaux etc. 27/06/2011 26 Similitude • Peu d’informations sur ce procédé • But: hypothèses (justifiés par la similitude des procédés) sur le comportement du procédé présent 27/06/2011 27 Rugosité initial • débit de copeau dépend de la rugosité initiale • enlèvement de 2 à 3 fois Rz indépendant de l’état de surface initiale 27/06/2011 28 Le grain • choix en fonction de – rugosité à l'état initial (usinage précédent) – rugosité ciblé – temps d’usinage 27/06/2011 29 Le grain • Abrasif neuf: aigu, Rtsgrande enlèvement élevé épaisseur de copeaux grande sollicitation thermique faible rugosité élevée • Abrasif usé: moindre Rts moindre rugosité débit faible 27/06/2011 30 Dureté du matériau usiné • Matériau dur – Moindre débit ou plus de pression – Comportement fragilmeilleur état de surface • Matériau mou – déformation plastique 27/06/2011 31 Pression spécifique • p= Fn/S • une influence sur la profondeur de coupedébit 27/06/2011 32 Dureté et pression • la pression est un facteur plus influant pour les grandes duretés • HV=0,1891*F/d² si débit x2 p x4 • Facteurs influents nombreux 27/06/2011 33 Nombre de phases de l’usinage • approche à une valeur limite d’une manière asymptotique 27/06/2011 34 Plan d’expérience • Choix des paramètres • Protocole d’expérience et de mesure • Résultats et analyse • Perspective d’amélioration 27/06/2011 35 Choix des paramètres • Le temps de polissage • La pression de serrage • Le grain du papier utilisé • La dureté superficielle de la pièce • La vitesse d'usinage • Le nombre d'aller/retour dans le cycle • La surépaisseur avant polissage (par rapport à la forme de la mâchoire) • La longueur de bande renouvelée entre chaque polissage • Les paramètres géométriques de la portée (diamètre, largeur, excentricité) 27/06/2011 36 • Le temps de polissage • La pression de serrage • Le grain du papier utilisé • La dureté superficielle de la pièce • La vitesse d'usinage • Le nombre d'aller/retour dans le cycle • La surépaisseur avant polissage (par rapport à la forme de la mâchoire) • La longueur de bande renouvelée entre chaque polissage • Les paramètres géométriques de la portée (diamètre, largeur, excentricité) Mesures 27/06/2011 37 Zone de serrage Portée 1 Portée 2 Portée 3 8mm 3 8 13 0° 90° - Diamètre - Rugosité - Rectitude - Cylindricité Avant et après Mesures 27/06/2011 38 Choix des cylindres pour les expériences 39,9840 39,9890 39,9940 39,9990 40,0040 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Diamètres pré-expérimentals Cyl 1 Cyl 2 Cyl 3 Cyl 4 Cyl 5 Cyl 6 Conclusion: Cyl2 et Cyl3 exclus pour plan d’expériences NEUTEQ Essais donc sur Cyl1 58 HRC Cyl4 Cyl5 63 HRC 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Rugosité pré-expérimentale Cyl 1 Cyl 2 Cyl 3 Cyl 4 Cyl 5 Cyl 6 Design Expert 27/06/2011 39 • Statistique • Plan d’expérience • Interpolation/Modélisation A - Pression B - Grain C - Temps D - Dureté E - Défaut de diamètre F - Circularité initiale G - Rectitude Initiale H - Rz Initial J - Ra Initial Problèmes de mesures 27/06/2011 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 6 11 16 21 26 Cylindricité (µm) Zone du cylindre Cylindricité avant et après polissage 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 1 3 5 7 9 111315 1719212325272931 33353739414345 47495153555759 61 Cylindricité (µm) Essai Rectitude -- Après -- Avant FORM-PC V4.24.6 MIP2 INSA LYON 69100 VILLEURBANNE GMC 07.06.2011 13:00:02 Contrôleur Signature Pièce 1 N° de dessin Opération Rapport de mesure 17 Salle : MIP2 Formtester : formtester N° d'ordre : N° de lot : 1 Commentaire Z30 Z X 17-1 Filtre: 0,800 mm (G 50%), Intervalle mes. 0,0100 mm Etendue de mesure : 0,200 mm 0,50 µm 0,600 mm Profil ou Tâche Position [mm, °] Résultat [µm] :[mm] Tolérances [mm] Meth. Référence Excentration [µm] Phs [°] Inc [µm/m] 17-1 90,0 2,79 LSS -35 23 2,79 0,1000 LSS Circularité 27/06/2011 41 FORM-PC V4.24.6 MIP2 INSA LYON 69100 VILLEURBANNE GMC 07.06.2011 11:17:58 Contrôleur Signature Pièce 1 N° de dessin Opération Rapport de mesure 6 Salle : MIP2 Formtester : formtester N° d'ordre : N° de lot : 1 Commentaire Z30 0° 90° 3-1 Filtre: 150 o/tr (G 50%), Intervalle mes. 0,10 ° Etendue de mesure : 0,100 mm 1,00 µm 1,00 µm Profil ou Tâche Position [mm, °] Résultat [µm] :[mm] Tolérances [mm] Meth. Référence Excentration [µm] Phs [°] Inc [µm/m] 3-1 171,30 0,70 LSC 1,45 299,70 21* 0,70 0,0100 LSC 0 0,5 1 1,5 2 2,5 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 Circularité (µm) Essai Circularités Circ Initiale Circ Finale Circularité ∆Circularité = -0,893 + -0,036.A + -0,104.B + - 0,119947.D + -0,722.F + -0,076602.DE + 0,183797.B² Circularité finale = 0,457 + -0,036.A + -0,104.B + - 0,119947.D + 0,128.F + -0,076602.DE + 0,183797.B² 27/06/2011 42 Modèle Codé A - Pression B - Grain D - Dureté F - Circularité initiale Circularité 27/06/2011 43 ~29µm ∆ Diamètre ∆Ø = 12,096 + -0,162.B + -0,061.C + 0,206803.D 27/06/2011 44 B - Grain C - Temps D - Dureté Dureté 63 HRC Rugosité 27/06/2011 45 0 0,5 1 1,5 2 2,5 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 Rz (µm) Essai Rz Rz Init Rz Final 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 1 3 5 7 9 11 13 15 uploads/Ingenierie_Lourd/ fiche-pfe-insa-capricorn-auto.pdf