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PTSI - SII P. CHAUVIN FABRICATION MÉCANIQUE LES DIFFÉRENTS PROCÉDÉS D’OBTENTION

PTSI - SII P. CHAUVIN FABRICATION MÉCANIQUE LES DIFFÉRENTS PROCÉDÉS D’OBTENTION DES PIÈCES (COURS) Table des matières I Présentation générale 1 II Obtention par fusion (fonderie, ou moulage) 2 III Obtention par déformation 4 IV Frittage 8 V Obtention par enlèvement de matière (usinage) 9 VI Obtention par prototypage rapide 12 VII Obtention par assemblage (soudage) 13 Matériau brut, obtenu par formage Obtention de la pièce Barres, tubes ou profilés Pièces brutes de moulage Poudres métalliques Découpe, Perçage, fraisage et pliage Pliage Frittage Forgeage Fraisage Tournage Perçage Rectification Soudage Tôles plates ou bobinées PTSI - SII P. CHAUVIN FABRICATION MÉCANIQUE LES DIFFÉRENTS PROCÉDÉS D’OBTENTION DES PIÈCES Table des matières I Présentation générale 1 Les principaux traitements thermiques Les principaux traitements de surface II Obtention par fusion (fonderie, ou moulage) 2 2.1 Moulage en sable 2 2.2 Moulage métallique (ou moulage permanent) 3 III Obtention par déformation 4 3.1 Extrusion (ou filage) 4 3.2 Laminage 4 3.3 Forgeage libre 5 3.4 Estampage et matriçage 5 3.5 Pliage 6 3.6 Cintrage 6 3.7 Profilage à froid 6 3.8 Emboutissage 7 IV Frittage 8 V Obtention par enlèvement de matière (usinage) 9 5.1 Tournage 9 5.2 Fraisage 9 5.3 Perçage 9 5.4 Brochage 9 5.5 Rectification, rodage, superfinition 10 5.6 Électroérosion 10 5.7 Découpage, poinçonnage, cisaillage 11 VI Obtention par prototypage rapide 12 6.1 UTGV (Usinage Grande Vitesse) 6.2 Stéréolithographie 6.3 Impression 3D (dépôt de fil fondu) VII Obtention par assemblage 13 7.1 Généralités sur le soudage 13 7.2 Soudage à l’arc électrique 15 Soudage à l’électrode enrobée Soudage MIG – MAG Soudage TIG Soudage à l’arc sous flux solide 7.3 Brasage (soudage à la flamme) 17 7.4 Soudage par friction 17 7.5 Soudage par résistance électrique 18 PTSI - SII Les différents procédés d’obtention 1 I) PRÉSENTATION GÉNÉRALE Il existe de nombreuses techniques visant l'obtention d'une pièce par transformation de matière brute. Obtenir la pièce désirée nécessite parfois l'utilisation successive de différents procédés de fabrication (obtention de la pièce brute, puis obtention de la pièce finale). De plus, les pièces obtenues peuvent subir des traitements thermiques ou des traitements de surface afin de modifier leurs propriétés. ♦ Les principaux traitements thermiques : - Trempe : consiste à chauffer un matériau jusqu’à transformation de sa structure interne puis de le refroidir suffisamment rapidement pour « figer » plus ou moins cette phase. La principale conséquence d’une trempe est le durcissement (superficiel) du matériau. - Revenu (d’après trempe) : consiste à chauffer un matériau en dessous de la température de trempe, afin de supprimer les contraintes internes dues à la trempe. Ceci permet au matériau trempé d’être moins fragile, plus résistant à la fissuration. - Recuit : consiste à chauffer un matériau à haute température puis de le refroidir très lentement. Ceci permet de supprimer les effets d’une trempe non désirée. ♦ Les principaux traitements de surface : - Sablage : projection de sable afin de décaper ou d’écrouir la surface. - Moletage : déformation superficielle en forme de stries afin de faciliter la prise en main. - Dépôts métalliques : nickelage, cuivrage, cadmiage, galvanisation (inoxydables), chromage (aspect brillant ou anti-usure), étamage, argenture, dorure… - Diffusion chimique superficielle : cémentation (carbone), nitruration (azote), boruration,… afin d’augmenter la dureté superficielle ; ou aluminisation afin de protéger contre l’oxydation. - Peinture : Sert à protéger (contre l’oxydation, la corrosion) et à améliorer l’aspect des pièces. Le choix d’un procédé d’obtention dépend de nombreux facteurs, dont le matériau, les formes de la pièce, les états de surface, la précision, … Ce cours présente un descriptif très succinct des principaux procédés d’obtention des pièces. Matériau brut, obtenu par formage Exemples du processus d’obtention d’une pièce métallique Traitements thermiques ou de surface Obtention de la pièce Tôles plates ou bobinées Barres, tubes ou profilés Pièces brutes de moulage Poudres métalliques Découpe, Perçage, fraisage et pliage Découpe, perçage, pliage et soudage Ébavurage, Fraisage, tournage, perçage (et rectification) Frittage (et forgeage) Trempe Sablage Moletage PTSI - SII Les différents procédés d’obtention 2 II) OBTENTION PAR FUSION (FONDERIE, OU MOULAGE) Consiste à rendre liquide un matériau afin qu'il prenne la forme d'un moule. Avantages : - Peu de gaspillage de matière première ; - Permet d’obtenir des formes pouvant être très complexes. Inconvénients : - Nécessite un outillage important et coûteux (surtout pour les moules métalliques) ; - La pièce à obtenir doit posséder des épaisseurs approximativement constantes ou variant faiblement, ne pas posséder d’arêtes vives (congés et arrondis vivement conseillés), et avoir des surfaces de dépouilles ; - L’état de surface (rugosité) obtenu est moyen ; - La précision obtenue est moyenne (retraits de matière et déformation en refroidissant) ; - Ces deux derniers inconvénients obligent souvent à ajouter des usinages au niveau des surfaces fonctionnelles de la pièce ; Il existe principalement deux techniques de moulage : en sable ou métallique. II.1) Moulage en sable Le démoulage s’effectue par destruction du moule. On doit donc fabriquer autant de moules que de pièces à fabriquer. Il existe plusieurs techniques d’obtention du moule en sable (sable humide ; durcissement thermique, chimique ou physique). Le moule en sable est obtenu à partir d’un modèle permanent (généralement en bois, en résine ou en métal) ou unique (en cire ou en polystyrène) dans le cas du moulage à modèle perdu. L'intérêt de cette technique est que le sable est réfractaire (il résiste à la chaleur), et que le moule ne coûte pas cher à fabriquer. Par contre, l’état de surface (Ra ≈ 3,2 µm) et la précision obtenus sont assez mauvais. Cette technique convient bien pour des petites séries. Exemple d’obtention d’une pièce par moulage en sable, à joint horizontal a) Le châssis inférieur (2) est rempli de sable, puis compressé par la plaque modèle face externe (1) ; b) Le châssis supérieur (4), posé sur la plaque modèle face interne (5), est rempli de sable pressé par la plaque (3) ; c) La plaque (3) est retirée, un noyau (6’) est déposé dans la partie inférieure du moule (6), puis le châssis (4) est positionné sur le châssis (2), centré par les goujons. Le moule ainsi formé peu recevoir le métal en fusion. d) Après décochage, la pièce (8) est débarrassée des masselottes (7) et peut rejoindre le parachèvement. PTSI - SII Les différents procédés d’obtention 3 II.2) Moulage métallique (ou moulage permanent) Le moule métallique est réutilisable plusieurs fois. Le démoulage est rendu possible par la différence de matière entre le moule et le métal coulé. Le moule subit toujours un poteyage avant introduction du métal en fusion (il est enduit d’un liquide protecteur qui facilitera son démoulage). Le moulage métallique est classé en trois catégories selon la pression d’introduction du matériau liquide dans le moule : ♦ Moulage par gravité La pression est nulle, le matériau liquide est introduit par le haut et rempli le moule par gravité. L’état de surface (Ra ≈ 1,6 µm) et la précision obtenus sont moyens. Cette technique, dont l’outillage est moins coûteux que les suivantes, est adaptée pour les petites séries. ♦ Moulage à basse pression La pression est faible (0,2 à 2 bars), le matériau liquide est introduit par le bas. Le procédé est semi-automatique, et souvent considéré comme une amélioration du moulage par gravité. Le coût de l’outillage est plus élevé, les cadences sont plus importantes, et l’état de surface et la précision sont meilleurs. Cette technique est adaptée pour les petites ou grandes séries. ♦ Moulage sous pression (ou moulage par injection) La pression d’injection du matériau liquide est importante (entre 50 et 200 bars). Ce procédé est souvent automatisé et permet de grandes cadences de production (jusqu’à 500 pièces / heure). Le coût de l’outillage est très élevé. L’état de surface et la précision des pièces obtenues sont bons. Cette technique est adaptée pour les très grandes séries. ♦ Moulage par centrifugation Le moule est entraîné en rotation rapide. Le matériau liquide versé à l’intérieur se colle à la paroi par la force centrifuge et se solidifie. ♦ Moulage par insert (ou surmoulage) Cette technique consiste à mouler un matériau (souvent en plastique) par-dessus une pièce, appelée insert (souvent en métal), insérée dans le moule. Il faut pour cela que le matériau à surmouler possède une température de fusion plus faible que le matériau de l’insert. PTSI - SII Les différents procédés d’obtention 4 III) OBTENTION PAR DÉFORMATION Consiste à déformer plastiquement le matériau jusqu'à obtention de la forme désirée. Une déformation plastique est une déformation permanente du matériau. III.1) Extrusion (ou filage) Principe de l’extrusion (appelée aussi filage pour les métaux) : Un matériau chauffé et compressé est contraint de traverser une filière ayant la section de la pièce à obtenir. Cette technique permet d’obtenir en continu un produit pouvant être très long (barre, tube, profilé, tôle…). Avantages : - Meilleure précision que le matriçage ou l’estampage ; - Bons états de surface ; - Sections des profilés pouvant être creux et très complexes. Inconvénients : - Nécessite beaucoup d’énergie (travail à chaud) ; - Formes limitées à des « extrusions uploads/Sante/ fab-cours 1 .pdf