49088510 Fabrication Mecanique Cours

Facult des Sciences et

Technologies

Licence de Technologie et Mcanique

2004 2005

FABRICATION MECANIQUE

Anne 2004-2005 Philippe DEPEYRE

fabrication mcanique La coupe des mtaux

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Licence et Technologie et Mcanique Universit de la Runion


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Chapitre 1

Usinage par enlvement de matire

Licence de Technologie et Mcanique Universit de la Runion V : 2004-2005


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Sommaire

.1. Gnralit sur lusinage.........................................................................................................5

.2. Les machines ..........................................................................................................................5 .2.1. Le fraisage......................................................................................................................................... 6 .2.2. Le perage ......................................................................................................................................... 8 .2.3. Le tournage ....................................................................................................................................... 8

.3. Les matriaux des outils ......................................................................................................11 .3.1. Matriaux ........................................................................................................................................ 11 .3.2. Choix du matriaux des plaquettes.................................................................................................. 13

.4. Contrle de la position de la pice par rapport loutil...................................................14 .4.1. Les moyens de contrle................................................................................................................... 14 .4.2. Rfrentiels ..................................................................................................................................... 14

.5. La formation des copeaux ...................................................................................................15 .5.1. Gnralit dans le cas du tournage.................................................................................................. 15 .5.2. Les diffrents types de copeaux ...................................................................................................... 16 .5.3. Evolution du copeau en fonction de Vc .......................................................................................... 16 .5.4. Evolution du copeau en fonction de sa section ............................................................................... 17 .5.5. Angles doutil.................................................................................................................................. 18

.6. Usure des outils ....................................................................................................................20 .6.1. Phnomnes dusure ....................................................................................................................... 20 .6.2. Manifestation de lusure.................................................................................................................. 21 .6.3. Dure de vie .................................................................................................................................... 21

.7. Conditions de coupe.............................................................................................................23 .7.1. Les paramtres de coupe ................................................................................................................. 23 .7.2. Choix des paramtres de coupe....................................................................................................... 24 .7.3. Influence des conditions de coupe sur la rugosit........................................................................... 24 .7.4. Optimisation des conditions de coupe............................................................................................. 25



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.1. Gnralit sur lusinage Lusinage par enlvement de matire est le moyen le plus fiable pour obtenir des pices de prcision, partir de pices moules, extrudes ou forges. Le procd est, par contre, coteux (machine, outils, hommes qualifis) et relativement lent. Cest pourquoi on essaye dobtenir maintenant des pices de moulage ne ncessitant pas dusinage. Cela est possible avec le plastique ou le Zamac (Zn, Al, Mg), mais les qualits techniques : rsistance la chaleur ou limite lastique sont encore loin dgaler celles de lacier ou des alliages daluminium. Actuellement parmi tous les axes de recherche en fabrication, on peut en citer deux : lUGV (ou usinage grande vitesse) et les machines axes parallles qui offrent une grande mobilit de la tte dusinage. Avec le travail grande vitesse, la machine-outil passe la vitesse suprieure. La pice usine par UGV est d'une prcision suprieure. Tout d'abord, les efforts de coupe sont rduits. Donc, la pice subit moins de dformation. Ensuite, les calories sont dissipes dans les copeaux avant d'avoir le temps de pntrer dans la pice. Moins sollicite en temprature, la pice conserve sa stabilit dimensionnelle originelle. L'tat de surface de la pice usiner est amlior par l'coulement plastique du matriau dans la zone de cisaillement. L'augmentation du dbit des copeaux autorise une meilleure productivit, qui peut tre multiplie par un facteur de 3 10. Enfin, l'UGV autorise l'usinage de pices qu'il tait impossible d'usiner auparavant avec les moyens conventionnels (comme les voiles minces en aronautique, par exemple). Aprs avoir dvelopp l'usinage grande vitesse (UGV), les industriels se concentrent

aujourd'hui sur le travail grande vitesse. Avec l'apparition de l'UGV, le secteur de la machine-outil a tourn une page de son histoire et entam une irrversible volution. Les pices sont dsormais usines trs rapidement, avec une prcision toujours croissante. Seulement, l'usinage ne reprsente que 15 % du temps du cycle total de production. Changement d'outils, acheminement de la pice, positionnement broche/outil, vacuation de la pice, etc. Pour une performance maximale, le centre d'usinage doit prendre en compte, non seulement le temps d'usinage proprement dit (temps copeau), mais galement - et surtout - le temps hors usinage, qui reprsente lui seul les 85 % restants du temps du cycle total de production. Aujourd'hui, l'UGV a laiss la place au travail grande vitesse dans la liste des priorits des constructeurs de machines-outils.

.2. Les machines Les machines sont classs en deux catgories : Fraisage : Loutil tourne, la pice se dplace par rapport loutil. Cela permet de raliser des formes planes, des moules Tournage : La pice tourne, loutil se dplace par rapport la pice : pour raliser des pices de rvolution. Bien entendu, des industriels fabriquent des tours, o les outils peuvent tourner, ou des centre de fraisage o les pices peuvent tre entrans en rotation ce sont des machines hybrides, mixtes, ou machine multi-axe.



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.2.1. Le fraisage Dans le cas du fraisage : loutil tourne, la pice se dplace. Les centre de fraisage comportent gnralement 3 axes (que lont peut commander individuellement pour faire des formes complexe : hlices) et un plateau tournant pour prsenter toutes les faces de la pice devant la broche. On peut aussi imaginer de monter loutil au bout un bras de robot. Voir exemple ci-contre. Loutil tourne, la pice se dplace par rapport loutil. Cela permet de raliser des formes planes, des moules

Usinage en roulant Usinage en bout Usinage mixte

.2.1.1. Fraiseuses

Centre de fraisage axe vertical. On voit le changeur doutil sur la gauche.

Centre de fraisage 5 axes Willemin. La broche peut pivoter autour de laxe X et de laxe Y.

Double tte de fraisage pour usiner les maquettes de voiture en rsine



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Fraiseuse grande capacit sur portique

Fraiseuse broche horizontal

fraisage avec un bras de robot

.2.1.2. Les outils de fraisage Fraise deux tailles ARS Usinages de

plans. La fraise est en ARS. Cette fraise, une des plus courante, est remplace par des fraises carbure.

Fraise deux tailles plaquettes rapportes

Fraise carbure, de dfonage. Cette fraise permet des bauches rapides, mais ne permet pas de plonger dans la matire (pas de coupe au centre )

Fraise 3 tailles Fraise pour usiner les rainure. 3 plans sont usins dans une seule passe.

Fraise surfacer Fraise carbure

surfacer pour usiner des grands plans.



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Fraise conique de forme Fraise de forme pour usiner des rainure de queue daronde.

.2.2. Le perage Le perage est une forme de fraisage avec une caractristique particulire : loutil doit plonger dans la matire. Il faut donc quil soit capable de couper au centre (zone ou la vitesse de coupe est nulle). Le foret le plus courant est en ARS, il peut tre revtu dune couche de carbure (couleur or), mais il existe des fraises percer, larte de coupe tant forme de deux plaquette se chevauchant au centre, afin de pouvoir couper le centre du trou.

.2.3. Le tournage La pice tourne, loutil se dplace par rapport la pice ; Cette opration permet de raliser des pices de rvolution.

.2.3.1. Les machines de tournage

Tour conventionnel

Dtail du tour conventionel : on voit la broche gauche et le trainard sur lequel est mont loutil.

Tour commande numrique



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Tour de grande capacit

.2.3.2. Les outils de tournage On choisit la forme de loutil en fonction de lopration ffectuer (bauche ou finition) et de la forme de la pice raliser.

.2.3.2.1.Outils ARS Outil Norme Silhouette outils ARS Outil dresser dangle NFE 66 364

Outil couteau NFE 66 363

Outil fileter NFE 66 369

Outil saigner NFE 66 367

Outil charioter NFE 66 362

Outil pelle NFE 66 366



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004-2005

Outil retoucher NFE 66 365

Outil alser - dresser

Foret

Alsoir

Outil chambrer

Outil fileter intrieur

.2.3.2.2.Outil carbure

Licence de Technologie et Mcanique Universit de la Runion V : 2

Plaquettes carbure


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.3. Les matriaux des outils

.3.1. Matriaux

.3.1.1. ARS Les outils ARS (Acier Rapides Suprieurs) sont labors partir dun acier faiblement alli subissant un traitement thermique. Il est toujours utilis pour certains types doutils comme les forets, ou les outils ncessitant un angle de tranchant trs faible. Ils ne permettent pas une vitesse de coupe leve car un chauffement trop important limine la trempe de loutil, et cre donc un effondrement rapide de larte de coupe. Fabrication : par coule en coquille ou par mtallurgie des poudres Composition : 0,7 % de Carbone minimum 4 % de Chrome environ Tungstne, Molibdne, Vanadium Cobalt pour les plus durs. Duret : de 63 66 Hrc

.3.1.2. Carbures Le outils carbures sont les plus utiliss actuellement. Il en existe de toutes formes pour chaque type de matriau et pour chaque type dusinage. Ils se prsentent sous la forme dune plaquette que lon vient fixer sur un porte outil. Le remplacement de la plaquette est donc trs rapide. Ils sont souvent revtus dun carbure plus dur. On obtient ainsi une plaquette dont le noyau est tenace et dont la surface extrieure est trs dure. Fabrication : par frittage de poudre, puis revtement Composition : Noyau en carbure de tungstne (T de fusion 2600)

Ou en carbure de titane (3100), ou tantale (3780) ou mobium (3500) Liant : cobalt : le plus courant ou nickel.

Revtement en oxyde daluminium (cramique appele corindon : Al2O3)

Duret

Diamants

ARS Tnacit

Carbures

Cermets

Cramiques

Nitrures de bore



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.3.1.3. Cermets Ce nom vient de cramique-mtal car il reprsente les carbures ayant des particules de Titane, de carbonitrure de Titane ou de nitrure de Titane. Ces outils doivent tre allis du carbure de Molibdne pour augmenter leur tnacit. Ils sont utiliss pour des grandes vitesses de coupe associes de faibles avances, donc pour de la finition. Le matriau tant fragile, il ne faut pas dinterruption de coupe (plan de joint).

.3.1.4. Cramiques Ce sont, pour les outils de coupe, les oxydes et les nitrures : oxyde daluminium et nitrure de silicium. Les cramiques ont une grande duret (donc une faible tnacit) avec une grande stabilit haute temprature et aucune raction avec la matire usine. Les cramiques permettent un grand dbit de matire, mais ncessitent une grande stabilit de la machine, un strict respect des conditions de coupe et une mthode dusinage adapte (approche de loutil).

.3.1.5. Nitrure de Bore Cubique (CBN) Le CBN offre une trs grande duret, cest le matriau le plus dur aprs le diamant. Il comporte lavantage par rapport au diamant de ne pas soxyder haute temprature. Il est aussi utilis pour faire des meules de rectification, pour usiner les pices dures Son utilisation requiert

Une machine stable Une grande rigidit de la pice et du porte pice Un arrosage .3.1.6. Diamant

Lutilisation du diamant est fortement rpandu comme constituant des meules, ou des grains de r-afftage des meules. Il a un faible coefficient de frottement ce qui limite lapparition darte rapporte (donc peut dencrassage). Par contre, son norme inconvnient rside dans sa non-stabilit haute temprature. Un diamant soumis une temprature de plus de 650 se transforme en un vulgaire morceau de graphite On ne peut donc pas lutiliser pour les matriaux ferreux. Par contre, il convient aux matriaux non ferreux susinant base temprature : alliage daluminium, de cuivre, de magnsium, rsines thermodurcissables



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.3.2. Choix du matriaux des plaquettes

P01 P10 P20 P30 P40 P50 M10 M20 M30 M40 K01 K10 K20 K30

Tournage Fraisage Perage

Doc. Sandvick-Coromant


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.4. Contrle de la position de la pice par rapport loutil

.4.1. Les moyens de contrle Le moyen le plus simple est le vernier : tambour gradu sur lequel on lit les dplacements de loutil. Cest loprateur qui contrle la position de loutil, et qui arrte lavance de loutil lorsque la position est atteinte. Ces machines sappelle les machines conventionnelles. Les pices fabriques sont limits des formes simple. Ces machines sont de plus en plus rare dans lindustrie, car elles sont peu productives. On les trouve dans les ateliers de rparation. La machine la plus courante est la machine commande numrique. Un codeur permet de connatre la position de loutil, et une boucle dasservissement permet de contrler lalimentation des moteurs davance pour atteindre la position dsire. Ces machines ncessite donc une programmation pour tre mise en uvre, mais la programmation devient de plus en plus transparente grce aux logiciels de FAO (fabrication assiste par ordinateur) qui gnrent le programme partir du fichier CAO de la pice, ou grce une nouvelle gnration de machine dites par apprentissage .

.4.2. Rfrentiels Z+

Y X

Les machines tant diriges par un programme, il est important davoir une dfinition commune des rfrences et des axes. Laxe Z est toujours laxe tournant. Z+ doit loigner la pice de loutil :

laxe de rotation de loutil en fraisage laxe de rotation de la pice (mandrin) en tournage

Laxe X est laxe du plus grand dplacement Laxe Y forme un repre direct avec X et Z Remarques :

En tournage laxe Y nexiste pas. Deux dplacement suffisent faire toutes les pices une rvolution.

X

Z Les axes supplmentaires et demis axes. Tous dplacement analogique est appel axe. Cest dire que la position relative entre la pice et loutil doit pouvoir varier de faon continue (outil tournant sur un tour, plateau tournant asservi ) Les mouvements incrmentaux sont appels demi-axe (plateau tournant gradu tous les degrs).



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.5. La formation des copeaux

.5.1. Gnralit dans le cas du tournage. Lors de la coupe, loutil vient sparer le mtal en deux. La facilit de la coupe, donc lusure et la puissance ncessaire, dpend dune srie de paramtres :

- les matriaux en prsence, - les angles de loutil, - la vitesse de coupe - la section du copeau.

Pour trouver linfluence des diffrents paramtres sur lusure des outils, Monsieur Taylor a usin des kilomtres de barre dacier. Nous verrons ses thories plus loin dans le cours. Etude dans le cas du tournage. Lors de la sparation de la matire, le copeau glisse sur la face de coupe de loutil. Il y a une forte dformation plastique que lon peut observer dans le plan P, parallle laxe de rotation de la pice, et passant par le milieu du copeau.

P

Outil

Copeau

fig. 1

Copeau Outil

Pice

Surface usine

Surface brute

Vue dans la plan P de la fig. 1

On observe, en faisant une coupe et une attaque chimique, le glissement plastique des filets qui sont parallles entre eux, ainsi que la formation de vagues : le festonnage. En affinant lobservation, on peut dcomposer la formation du copeau en plusieurs zones.

Sparation du mtal

Glissement plastique Glissement

sur la face de coupe

Glissement sur la face de dpouille



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.5.2. Les diffrents types de copeaux Une norme existe pour classifier les copeaux obtenus en usinage (NFE 66 505).

1 : copeau ruban

2 : copeau tubulaire

3 : copeau en spirale

4 : copeau hlicodal en rondelle

5 : copeau hlicodal conique

6 : copeau lmentaire

7 : copeau aiguille

8 : copeau en arc

11 : Long

21 : Long

32 : plat

41 : Long

51 : Long

61 : Enchevtr

12 : Court

22 : Court

32 : Conique

42 : Court

52 : Court

62 : dtach

13: Enchevtr

23: Enchevtr

43: Enchevtr

53: Enchevtr

.5.3. Evolution du copeau en fonction de Vc La vitesse de coupe influe fortement sur la formation du copeau. Une vitesse de coupe trop faible entraine un copeau collant (ou arte rapporte). Une vitesse trop grande dclanche une usure acclre de loutil.

Copeau collant

Copeau

f

Vc = 65 m/min Vc = 200 m/min



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.5.4. Evolution du copeau en fonction de sa section La forme du copeau influe sur lusinage. En effet un copeau filant risque dabmer la surface usiner, et sera difficile vacuer vers les bacs copeaux. Pour chaque forme doutil, on peut tablir un diagramme qui donne la forme du copeau en fonction de la vitesse davance et de la profondeur de passe. La zone intressante se situe au centre (forme de chaussette).

Lors de lutilisation dun nouvel outil, il est important de se reporter aux spcifications du fabricant de loutil.



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.5.5. Angles doutil Les angles doutils sont dfinis dans deux rfrences : Rfrence outil en main : qui est utile pour la fabrication de loutil et son afftage ! Rfrence outil en travail : qui dfinit les angles de loutil en fonction dun repre li lorientation du vecteur vitesse de coupe et vitesse davance !

.5.5.1. Gomtrie de loutil

.5.5.2. Dfinition des plans de loutil

.5.5.2.1.Plan doutil en main Pr : plan contenant la face dappui de loutil. Ps : plan tangent larte et perpendiculaire Pr Po : plan contenant la vitesse de coupe thorique Vc au point de larte et perpendiculaire Pr et perpendiculaire Ps (attention Po est inclin par rapport Vf). Pn : plan perpendiculaire Po et normal larte. Pf : plan perpendiculaire Pr et parallle la vitesse davance Vf. Pp : plan perpendiculaire Pr et Pf (cela donne une section de loutil perpendiculaire au corps de loutil) Ces plans permettent de dfinir des systmes dangles en gardant toujours les dnominations de base :

: angle de dpouille principal : angle de taillant : angle de coupe : angle de direction complmentaire de larte

Vus dans le plan Po : ces angles deviennent 0, 0 ,0



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.5.5.2.2.Plan doutil en travail Les angles en travail prennent en compte la vitesse de coupe effective : composition de Vc et Vf. Les angles et les plans sont ensuite dfinis de la mme faon en ajoutant un indice e aux angles. Pre : plan perpendiculaire la rsultante de la vitesse de coupe . Poe : plan contenant la rsultante de la vitesse de coupe au point de larte et perpendiculaire Pre. Pne : plan perpendiculaire Poe et normal larte. Pse : plan tangent larte et perpendiculaire Pre Pfe : plan perpendiculaire Pre et parallle la vitesse davance Vf.

.5.5.2.3.Angles doutil en main

Face de coupe

r

Po

Section vue dans

Section vue dans Pn

o

o

o

n

n

n

s

Pn

Face de dpouille



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.5.5.2.4. Les diffrents systmes de mesure des angles Systme 1 : dans un plan de section orthogonal : Po (ou Poe) Systme 2 : dans un plan de section normal larte : Pn ( ou Pne) Systme 3 : angles latraux vers larrire : dans le plan Pf et dans le plan Pp (ils sont orthogonaux lun par rapport lautre). Systme 4 : angles daffutage.

.6. Usure des outils

.6.1. Phnomnes dusure

.6.1.1. Usure par effet mcanique Usure adhsive (rgie par lquation de Burwell et Strang). Soit Ar surface relle de contact, Aa surface apparente de contact, on peut avoir Ar/Aa=10-5. Les pressions de contact sont donc trs grandes et le risque davoir adhsion important. Usure abrasive ( sec) : les particules de mtal se glissent entre loutil et la pice. Usure rosive : mme phnomne que prcdemment, en prsence dun lubrifiant.

.6.1.2. Usure par effet physico-chimique Usure corrosive : au contact de lair, dun lubrifiant, haute temprature. Transfert des particules de loutil vers le copeau. Usure par diffusion : apparat pour des vitesses leves.

Corrosion Adhsion

Diffusion

Abrasive - rosive

Usure

T de coupe



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.6.2. Manifestation de lusure Nom Allure Effets Cause Remde Usure en dpouille VB

Lusure en dpouille est la plus importante. Elle influence directement la cote fabrique, et ltat de surface.

Vc trop important.

Rduire Vc ou changer de nuance de plaquette. Revtement Al2O3(Pour les matriaux rfractaires avec des plaquettes cramiques, il faut au contraire augmenter Vc)

Usure en cratre

Elle entrane une fragilit de larte. Lorsque lusure a progress jusqu larte secondaire, ltat de surface devient mdiocre.

Usure par diffusion due une temprature trop importante sur la face de coupe.

Choisir une plaquette avec un positif. Prendre une plaquette revtue. Rduire Vc puis Vf.

Dformation plastique (fluage)

Larte de coupe sest dforme entranant une dpression de larte et un renflement sur la face de dpouille.

Efforts de coupe trop importants. Temprature de coupe trop importante

Lubrifier. Rduire Vf Rduire Vc

Ecaillage

Petite fracture entranant un tat de surface mdiocre et une usure en dpouille excessive.

Nuance trop fragile Gomtrie trop fragile Arte rapporte

Prendre une nuance tenace.Augmenter et le chanfrein de bec. Rduire lavance au dbut de la coupe.

Usure en peigne

Des fissures perpendiculaires larte entranent son effritement.

Elle est due des fluctuations thermiques lors de lusinage : Arrosage intermittent Usinage intermittent.

Slectionner une nuance tenace offrant une bonne rsistance aux chocs thermiques. Pratiquer un arrosage abondant ou usiner sec.

Arte rapporte

Un copeau se dpose sur la plaquette, entranant un tat de surface mdiocre.

Vc trop faible Gomtrie mal adapte au matriau

Augmenter Vc. Revoir les catalogues (cas de linox, de certains aluminium)

Rupture

Risque dendommager la pice, le porte outil.

Nuance trop fragile. Charge excessive sur la plaquette. Choc lors de lusinage (plan de joint).

Prendre une nuance tenace.Rduire Vf et a. Dans ce cas : augmenter la profondeur de passe pour absorber le choc.

.6.3. Dure de vie La dure de vie est mesure sur lusure en dpouille : dans la zone b : VB en mm. On adopte comme critre dusure VB*=0.3.



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.6.3.1. Modle de Taylor (1907)

AB - Forte usure : stabilisation

T en min

VB en mm

VB*=0,3

V1 V2 V3 V4

D

C B A VB*

T4 T3 T2 T1

T en min

V en m/min

BC - Usure constante CD - Usure acclre En gardant uniquement la partie CD sur une feuille log,

VB* Cv

Log V

Log T

T nCvV=avec Cv et n constant. La dure de vie est donne pour une usure VB* = 0.3 mm Remarque : n ngatif.



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.6.3.2. Autres modles Modle de Gilbert (1950) (ou Taylor gnralis)

Il prend en compte linfluence de lavance et de la profondeur de passe : nyx VasCvT ...=Modle de Kronenberg (1968) Il donne une vitesse finie pour une dure de vie nulle : nVCKT ..1=+Modle de Kning Depiereux (1969) Modle trs proche des rsultats exprimentaux mais ncessitant des moyens de calculs

importants : )( asVeT =

.7. Conditions de coupe

.7.1. Les paramtres de coupe Tournage symbole Dsignation Unit Calcul Vc La vitesse de coupe m/min Impos par le fabricant doutil N la vitesse de broche trs/min

1000DNVc =

f lavance par tour mm/trs

Fonction de la rugosit dsire, du copeaux mini

a la profondeur de passe radiale mm 1/3 de la largeur de la plaquette maxi. Fonction du diagramme brise copeaux

hm Epaisseur moyenne du copeaux mm D Diamtre usin T le temps de coupe min

fNlT =

Fraisage symbole Dsignation Unit Calcul Vc La vitesse de coupe m/min Impos par le fabricant doutil Vf Vitesse davance pour le fraisage mm/min NnfVf **= N la vitesse de broche trs/min

1000DNVc =

f lavance par dent mm/dents Fonction de la rugosit dsire, du copeau mini

n Nombre de dents sur la fraise a la profondeur de passe radiale mm 1/3 de la largeur de la plaquette maxi.

Fonction du diagramme brise copeaux hm Epaisseur moyenne du copeaux mm D Diamtre usin tc le temps de coupe min

fnNlT =



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.7.2. Choix des paramtres de coupe Lorsque lon fait un usinage unitaire, il nest pas ncessaire doptimiser les conditions de coupe. On se contente alors de choisir les conditions pour que lusinage se passe bien. Lors que lon fait une srie de pices, il devient intressant dessayer doptimiser un des paramtres (voir chapitres suivants).

Diagramme brise copeaux

Choix de a

Rugosit dsire Choix de f

Fabricant doutil ou Veco

Choix de Vc

.7.3. Influence des conditions de coupe sur la rugosit Ltat de surface dpend de

la combinaison : avance-rayon de bec. la stabilit de la machine, vibration, variation thermique la qualit de la coupe : prsence de lubrifiant, dune arte rapporte

.7.3.1. Rgles gnrales On peut amliorer ltat de surface par des choix de vitesses de coupe plus leves et par des angles de coupe positifs En cas de risque de vibration, choisir un rayon de bec plus petit. Les nuances revtues donnent de meilleurs tats de surface que les non revtus.

.7.3.2. Valeur thorique de la rugosit

On peut calculer la rugosit en tournage avec les formules :

10008

maxrfR = avec Rmax

en m

rfRa

8.3.18= et

Rmaxf r



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.7.4. Optimisation des conditions de coupe Loptimisation des conditions de coupe peut se faire suivant diffrents critres :

Cot Temps dusinage Usure minimale Qualit maximale

.7.4.1. Optimisation pour avoir un cot minimum

.7.4.1.1.Cot de lusinage dune pice Une premire approche permet de calculer le cot dune pice faisant partie dune srie. Notations :

Pa = cot montage et rglage pour une pice tc = temps dusinage pour une pice Pm = cot machine plus oprateur par minutes Po = cot dune arte de coupe et de changement doutil T = dure de vie de loutil

TtcPoPmtcPaCp ++= .

.7.4.1.2.Calcul de Po Le cot dune arte de coupe prend en compte le fait quil y a plusieurs artes par plaquettes.

Ppl = prix dachat dune plaquette Na = nombre darte par plaquette Ppo = prix du porte outil Np = nombre darte de coupe qui peuvent tre mont sur le porte outil avant

changement Tvb = temps de changement doutil et de rglage.

PmTvbNpPpo

NaPplPo .

8/7.++=

Temps de coupe : VcsDl

Nsltc

.1000..

.== Do

VcsDl

VcasCvPoPm

VcsDlPaCt nyx .1000

......

..1000

.. ++=


Ordre dide de prix : Tvb = 1min en bauche et 3 min en finition Ppl = 4,5 ; Ppo = 35 ; Np = 400 ; Pm = 60/h Courbe pour s constant Ct=f(V):

10

10,002

10,004

10,006

008

10,01

10,012

10,014

10,016

10,018

0 200 400 600 800 1000

10,

plaquette carbure : n = -4, y = 0, x = -2.4, Cv = 5.25 1012


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.7.4.1.3.Calcul du cot conomique en faisant varier V Le cot minimum est donn pour le point tangente horizontale : dCt/dVc=0

Do : n yxeco asCvPmPonV..

)1( += et PmPonTeco )1( += : quation 1

.7.4.1.4.Calcul du cot conomique en faisant varier s Le cot mini peut tre calcul en faisant varier s : il faut alors chercher : dCt/ds=0

Do : n yxseco asCvPmPoxV..

)1()(

+= et PmPoxTeco )1( += : quation 2

Le point de moindre cot doit donc respecter V et s conomique. Cela revient annuler les deux

drives : nxdsdCt

dVdCt === 0 . Or cette condition ne peut pas tre respecte puisque x et n

sont des constantes de loutil avec 5n et 4,1x . .7.4.2. Optimisation pour avoir un temps de production minimum

TuTTvbTuTrTt .++= avec

Tt : temps de production par pice Tr : temps de montage dmontage par pice Tvb : temps de changement de plaquette Tu : temps dusinage

111000..

1000 ++++= nyx

v

vb

VasCDLT

sVDLTrTt

.7.4.2.1.Production maxi en faisant varier V

0=dVdTt

do n yxvb

i asCvTnV

..)1(

max+= et vbeco TnT )1( += : quation 3

.7.4.2.2.Production maxi en faisant varier s

0=dsdTt

do n yxvb

i asCvTxV

..)1(

max+= et vbeco TxT )1( += : quation 4

Rcapitulatif v = f(s), plaquette carbure : n = -4, y = 0, x = -2.4, Cv = 5.25 1012


fabrication mcanique Chapitre 2 Mise en position - Gamme

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Chapitre 2

Mise en position des pices

Gamme dusinage

Auteur

P. DEPEYRE

Licence de Technologie et Mcanique Universit de la Runion


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Sommaire

.1. Etude de lisostatisme ............................................................................................................5 .1.1. Mise en position de la pice .............................................................................................................. 5

.1.1.1. Principe ..................................................................................................................................... 5

.1.1.2. Equivalences isostatiques.......................................................................................................... 5

.1.1.3. Rgles pour choisir la mise en position..................................................................................... 5 .1.2. Maintien en position de la pice........................................................................................................ 7

.1.2.1. Les technologies de maintien en position.................................................................................. 7 .1.3. Symbolisation technologique ............................................................................................................ 7

.1.3.1. Exemple 1 : FRAISAGE........................................................................................................... 9

.1.3.2. Exemple 2 : TOURNAGE ........................................................................................................ 9 Exemple 3 : TOURNAGE ........................................................................................................................ 9 Exemple 3 : TOURNAGE ...................................................................................................................... 10

.1.4. Modification de la pice pour le montage dusinage ...................................................................... 10 .2. Gamme dusinage ................................................................................................................11

.2.1. Analyse dun dessin de dfinition ................................................................................................... 11

.2.2. Phase et sous-phase......................................................................................................................... 11

.2.3. Choix dun outil .............................................................................................................................. 12

.2.4. Exemple : tournage ......................................................................................................................... 12

.1.



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Etude de lisostatisme Le montage dusinage doit remplir plusieurs rles :

Positionner toutes les pices dune srie de la mme faon, Maintenir la pice pendant lusinage (lempcher de se dplacer, de flchir ou de vibrer).

.1.1. Mise en position de la pice Un solide dans lespace peut se dplacer suivant 6 directions. Lobjectif du montage est donc de bloquer (positionner) ces 6 mouvements : 3 rotations et 3 translations. Reprsentation avec des normales de reprage (correspondant des liaisons ponctuelles).

.1.1.1. Principe Pour positionner totalement un solide,

il faut 6 reprages lmentaires il faut que chaque reprage limine un mouvement

Si le nombre de reprage est infrieur 6, le reprage est partielSi le nombre de reprage est suprieur 6, le reprage est hyperstatique

.1.1.2. Equivalences isostatiques Liaison Ponctuelle Plane Linaire

rectiligne Pivot glissant

Pivot Rotule

Type de surface

Point Plan Ligne Cylindre Cne Sphre

Nbr de normales

1 3 2 4 5 3

.1.1.3. Rgles pour choisir la mise en position La mise en position doit faciliter la ralisation des cotes du dessin de dfinition. Elle doit donc

Sappuyer au maximum sur des surfaces usines. Faire concider la mise en position de la pice avec la cotation du dessin de dfinition :

cela vite les transferts de cote. Choisir des surfaces suffisamment grandes pour pouvoir positionner correctement la pice Limiter les dformations et vibrations de la pice : tre proche de la zone usine.

Exemple pour limiter les vibrations

Wx Vx

Wz

Vz

Vy

Wy



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Exemple de choix de prise de pice en fonction de la cotation gomtrique

CENTRAGE LONG CENTRAGE COURT

Il faut raliser une cocentricit entre les deux cylindres, on prend donc la pice en mors doux : centrage long

Il faut raliser une perpendicularit entre la face et le cylindre usin, on choisira donc un appui plan sur la face et un centrage court.

La rfrence principale est donne par le cylindre A qui dfinit laxe de rvolution. Lappui sur la face est la rfrence secondaire, pour dfinir la position de la pice le long de laxe.

La rfrence principale est donne par le plan A qui dfinit la normale au plan. Le centrage court sur le cylindre dfini la position de laxe.

Mise en position de la pice relle avec ses dfauts

Solution technologique

Surface usine

Mandrin

Surface usine



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.1.2. Maintien en position de la pice Pour empcher la pice de bouger lors de lusinage, il faut la maintenir en contact avec les zones de mise en position. Quelques rgles respecter pour les mettre en place.

Sopposer aux forces de coupe. Ne pas dformer la pice lors du serrage. Adapter le systme en fonction de la srie (utilisation de bridages polyvalents ou

automatiss).

.1.2.1. Les technologies de maintien en position Centrifuge Adhrence Magntisme Frottement et obstacle

Dformation

Mandrin serrage concentrique

Surface conique Plateaux magntiques

Systme mcanique, pneumatique ou hydraulique

Pinces expansibles

Voir les deux photos ci-dessous.

.1.3. Symbolisation technologique 1 Type de technologie 2 Nature de la surface repre 3 Fonction de llment technologique 4 Nature de la surface de contact 1 2 3 4



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1 -Type de technologie Appui fixe Pice dappui,

touche Touche de pr-

localisation, d-trompeur

Centrage fixe

Centreur, broche Pr-centreur

Systme serrage

Mise en position et serrage symtrique

Bride, vrin

Systme serrage concentrique

Mandrin pinces expansibles

Entraneur

Systme de rglage irrversible

Appui rglage de mise en position

Appui rglable de soutien

Systme de rglage rversible

Vis dappui rglable

Antivibreur

Centrage rversible

Pied conique Pied conique, broche conique

2 -Nature de la surface repre Surface usine (1 trait)

Surface brute (2 traits)

3 - Fonction de llment technologique Mise en position

Maintien en position

4 - Nature de la surface de contact Contact ponctuel Contact

surfacique Contact stri Pointe fixe Pointe tournante

Contact dgag Cuvette V Palonnier



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.1.3.1. Exemple 1 : FRAISAGE

Cf2

Cf1

5 & 6

1 2 3

CBE2

CBE1

A

CBE sont les cotes dfinies par le bureau dtude Cf sont les cotes fabriques La prise de pice propose

une mise en position prpondrante sur la face infrieure : appui plan

une mise en position secondaire sur le cot : linaire rectiligne

Remarque 1 : Il ny a que 5 appuis. En effet la position suivant la dernire direction na pas dimportance, le dernier mouvement est bloqu par adhrence. Remarque 2 : La surface A est ralise avec une fraise 2 tailles en tangentant sur la face suprieure de la pice. La cote ralise est donc Cf1. Ce nest pas la mme cote que celle dfinie par le bureau dtude, il faudra donc faire un transfert de cote (cf suivant).

.1.3.2. Exemple 2 : TOURNAGE

Cf2

Cf1

2 Touches

Ccf2Centrage court avec appui plan.

3 Touches 120

Ccf1

A

CBE2

CBE1

A



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Exemple 3 : TOURNAGE Centrage long avec appui ponctuel

A

CBE1

CBE2

A

.1.4. Modification de la pice pour le montage dusinage Il est courant de modifier la pice en vue de faciliter son montage sur la machine. Trou de centrage pour positionner une contre pointe tournante. Cette modification mineure est trs courante pour viter aux pices longues de flchir lors de lusinage.

A

A A

A

Surlongueur ou surpaisseur : il sagit de rajouter de la matire pour permettre la prise de pice. La surpaisseur est enleve lors des derniers usinages. Exemple 1 : Pour usiner le diamtre 16h7, il faut tenir la pice avec une contre pointe. Mais le taraudage M6 serait endommag. On la rallonge, elle est ensuite coupe par trononnage.

Pice modifie, avec le centrage pour la contre pointe.



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Exemple 2 : Pour usiner les rainures en toile dun rotor de pompe palettes, on utilise une fraise deux tailles de diamtre 6, en usinant, en bout, sur une commande numrique. Pour tenir la pice simplement en tau, il faut rallonger le brut et faire deux mplats (fig1). La zone non fonctionnelle sera enleve par surfaage.

Mplats pour lesmors de ltau

Fig 1

.2. Gamme dusinage L objectif de la gamme est de dfinir lordre des oprations dusinage et les diffrentes prises de pices associes.

Pice termine, les surfaces dappui ont t fraises.

Fig 2

Les contraintes sont nombreuses : Utilisation du parc machine prsent Utilisation des outils prsents Respect des spcifications du dessin de dfinition Cot minimum

.2.1. Analyse dun dessin de dfinition Etudier dans lordre :

Le nombre de pices raliser La matire Les formes globales de la pice Tracer en rouge les surfaces usines Analyser les spcifications suivant les trois axes : valeurs des IT, spcifications gomtriques,

surfaces fonctionnelles. Choisir la prise de pice pour chaque phase

.2.2. Phase et sous-phase Chaque phase correspond un poste dusinage donn Une fraiseuse, un tour

Les sous phases correspondent une srie dusinage sans dmonter la pice

Les oprations correspondent aux diffrents usinages Chaque changement doutil.



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.2.3. Choix dun outil Mode de

ralisation Rugosit - Ra

Qualit

Moulage au sable 10 - 25 Moulage cire

perdue 0.8 - 3.2

Moulage sous pression

0.8 6.3

Matriage 1.6 20 filage 1.6 20

Fraisage ARS 1.6 6.3 > 7 0.05 0.03 0.005

Fraisage carbure 0.4 1.6 > 6 0.01 0.02 0.02 Tournage 0.8 3.2 > 6 0.01 0.02 0.005 Perage 1.6 6.3 9 12 0.2 0.1 0.1

Outil alser 0.8 3.2 5 8 0.005 0.01 0.01 Alsoir 0.4 3.2 5 8

Brochage 0.4 3.2 0.002 0.002 rectification 0.2 1.6 5 7 0.001 0.001 0.002 Superfinition 0.025 0.1 4 - 5 0.0005 0.001 0.002

.2.4. Exemple : tournage

Analyse du dessin La surface A est surface de rfrence pour B et C. Il faut donc

Usiner ces surfaces dans la mme sous-phase.

Ou se reprendre sur A pour usiner B et C.

Dans notre cas; il sera facile dusiner A, B et C sans dmontage de pice. Il ny a pas de tolrances particulirement serres.

:

B A

C

D

E



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Phase 000 Sciage du brut : Diamtre

40 - Longueur : 94

Phase 100 Sous-phase 110 Tournage Mandrin en mors durs

Ebauche et finition de E et D

Outil charioter dresser

Sous phase 120 Tournage

Mandrin mors doux sur E appuie sur D

Perage Ebauche et finition de C, A et B

Outil charioter dresser

Phase 200 Taraudage Manuel Taraud Phase 300 Sous phase 200 Fraisage

Prise en mandrin mors doux sur A et en bute sur B

Perage du diamtre 5 Foret



Phase : 120 Nom : Ensemble : Pompe Contrat de phase Date :

Pice : Arbre Machine Tour manuel N pgr : Matire C32E Porte pice Mors doux Atelier : Nombre 50 Brut

opration Condition de coupN Rep Dsignation Vc f N 121

T0 T1 T2

Perage Ebauche 10 Ebauche 18 Ebauche 36 Finition 10 Finition 18 Finition 36

25 315 315 315 440 440 440

0.1 0.4 0.4 0.4 0.1 0.1 0.1

150 350350260350350305

Licence de TechnologieSP 110 e Porte pice

a np Lub Outil Contrle 0 Oui Foret 5 Page 14

0 0 0 0 0 0

3 2 1 0.2 0.2 0.2

Oui Oui Oui Oui Oui Oui

CNMM 12 04 08 CNMM 12 04 08 CNMM 12 04 08 DCMW 11 04 08 DCMW 11 04 08 DCMW 11 04 08

Pac Pac Pac Pac Microm. Microm.

Remarque Sur cette simulation, il manque les cotes de fabrication qui seront dfinies au chapitre suivant.

Brut

T1

T0

T2

et Mcanique Universit de la Runion

fabrication mcanique Chapitre 3 - Cotation

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Chapitre 3

COTATION

P. DEPEYRE

Remerciements Ce polycopi fait largement rfrence aux ouvrages de S. RAYNAUD (INSA de Lyon), P. BALLUET ENISE) et de D.CHAISE (INSA de Lyon). Bibliographie Montage dusinage R. Pazot ed. Desforges Memo Formulaire Fabrication Mcanique ed. Educalivre Guide pratique de la productique Chevalier - ed. Hachette Mthode avant projet isostatisme Rigal & Mabrouki INSA de Lyon Liaisons et mcanismes : modlisation et tolrancement - Luc CHEVALIER

Licence de Technologie et de Mcanique Universit de la Runion


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Sommaire .1. Introduction____________________________________________________________________ 4 .2. Mise en place de la cotation sur le dessin de dfinition _________________________________ 4 .3. Tolrances _____________________________________________________________________ 5

.3.1. Origine du tolrancement ________________________________________________________ 5

.3.2. Inscription des tolrances ________________________________________________________ 5 .4. Principes de tolrancement. _______________________________________________________ 5

.4.1. Principe de lindpendance. [Norme NF E-04 561/ ISO8015]. ___________________________ 5

.4.2. Exigence de lenveloppe E______________________________________________________ 6

.4.3. Exigence du maximum de matire M______________________________________________ 6 .5. Tolrances gomtriques. _________________________________________________________ 7

.5.1. Elment de rfrence. ___________________________________________________________ 7

.5.2. Types de rfrence. _____________________________________________________________ 7 .6. Les Ajustements ________________________________________________________________ 9

.6.1. Dfinition ____________________________________________________________________ 9

.6.2. Le systme dajustement I.S.O.____________________________________________________ 9

.6.3. Position. _____________________________________________________________________ 9

.6.4. Dimensions nominales _________________________________________________________ 10

.6.5. Reprsentation des carts _______________________________________________________ 11

.6.6. Qualit______________________________________________________________________ 12

.6.7. Les ajustements recommands. ___________________________________________________ 13

.6.8. Inscription sur le dessin. ________________________________________________________ 14

.6.9. Valeurs standards _____________________________________________________________ 14 . Chanes de cotes_______________________________________________________ 15

.1. Condition fonctionnelle__________________________________________________________ 15

.2. Cotes fonctionnelles_____________________________________________________________ 16

.3. Mthode des chanes de cotes_____________________________________________________ 16 .3.1. Exemple 1 : liaison glissire._____________________________________________________ 16 .3.2. Exemple 2 : liaison pivot. _______________________________________________________ 18

.4. Critres de choix des conditions fonctionnelles ______________________________________ 20 . Etats de surface _______________________________________________________ 21

.1. Dcomposition en 4 ordres _______________________________________________________ 21

.2. Origine des dfauts._____________________________________________________________ 22

.3. Mesure _______________________________________________________________________ 22

.4. Critre dtats de surface ________________________________________________________ 23

.5. Spcification et choix des tats de surface au BE. ____________________________________ 24

.6. Choix et valuation des critres. __________________________________________________ 25 . Cotation de fabrication _________________________________________________ 27

.1. Les diffrentes cotes de fabrication ________________________________________________ 27 .1.1. Cote machine Cm _____________________________________________________________ 27 .1.2. Cote outil : Co ________________________________________________________________ 27 .1.3. Cote appareil : Ca _____________________________________________________________ 28

.2. Les causes de dispersion _________________________________________________________ 28

.3. Transfert de cote _______________________________________________________________ 28 . Contrat de phase ______________________________________________________ 30



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Cotation des dessins .1. Introduction Lorsque lon conoit un systme, on est amen le dimensionner pour respecter les conditions de fonctionnement. Il faut donc indiquer les dimensions des pices afin de les fabriquer. Le but de la cotation est de fournir les dimensions et formes respecter en fonction de conditions fonctionnelles.

.2. Mise en place de la cotation sur le dessin de dfinition ) On indique toujours les cotes relles de la pice dessine (sans tenir compte de lchelle de trac). ) Ne pas couper une ligne de cote par une ligne dattache.

.3.

Ligne dattache

Ligne de cote

Intervalle de tolrance

A FG

toRa 1.25

18f7

10 30

0.1

0.01

A



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Tolrances

.3.1. Origine du tolrancement Il nest pas possible en fabrication dobtenir une dimension demande par un constructeur avec une absolue prcision. Tout au plus peut-on donner deux bornes entre lesquelles se situera la dimension fabrique.

.3.2. Inscription des tolrances On inscrira, la suite de la valeur nominale, la plage de variation autorise pour cette dimension, par exemple :

98 0 2 , signifie que la dimension fabrique devra se situer entre 97,8 et 98,2 mm On dit que lintervalle de tolrance (IT) de cette dimension est de 0,4 mm La valeur nominale ne correspond pas forcment ( pas souvent ) au milieu de

l'intervalle de tolrance. Tolrancement symtrique :

35 0 5 , Tolrancement asymtrique :

+

0.20.343 0.4 055 00.3+18

Tolrancement unilatral :

15mini

.4. Principes de tolrancement. Suite lvolution des normes de cotation et de tolrancement des pices mcaniques ces dernires annes, on utilise et on rencontre de plus en plus sur les plans de dfinition une cotation faisant appel: - au principe de lindpendance, - aux exigences de lenveloppe et du maximum de matire, - aux localisations et aux rfrences.

.4.1. Principe de lindpendance. [Norme NF E-04 561/ ISO8015]. Chaque exigence dimensionnelle ou gomtrique spcifie sur un dessin doit tre respecte en elle-mme (indpendamment) sauf indication particulire . Il y a indpendance entre les dimensions et la gomtrie des lments. Il faut dcomposer et mesurer sparment les diffrents types de dfauts en mtrologie (voir FIG26). Cest le principe utilis par dfaut . Exemple La spcification 30 porte entre deux plans parallles (ou sur un cylindre) signifie que toutes les dimensions locales des surfaces relles doivent avoir les valeurs di comprises dans lintervalle

+

0 10 1..

[29.9 ; 30.1]. Remarque Le principe de lindpendance est parfaitement adapt aux grandes pices..

30 +

0 10 1..



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.4.2. Exigence de lenveloppe E Elle se traduit par la mise en place dune relation entre la dimension et la forme dun lment. Elle dit que lenveloppe de forme parfaite au maximum de matire ne doit pas tre dpasse. Exemple Les deux surfaces du paralllpipde ne doivent pas dpasser lenveloppe de forme parfaite correspondant deux plans parallles et distants de 30.1 et aucune dimension locale relle doit tre infrieure 29,9. Remarque Le principe de lenveloppe est bien adapt aux pices destines tre assembles. Par contre : il nest pas adapt lorsque les pices sont longues. Il ajoute une restriction gomtrique, ce qui peut aller lencontre des impratifs conomiques. Il ne faut donc pas gnraliser le principe de lenveloppe toute la pice mais uniquement aux surfaces le ncessitant.

.4.3. Exigence du maximum de matire M Elle se traduit par la mise en place dune relation entre la dimension et la position ou lorientation dun lment. Elle permet daugmenter la tolrance gomtrique dun lment ou dun groupe dlments en fonction de la dimension des lments concerns par la tolrance gomtrique. Exemple

La cote de 16.5 correspondant lassociation entre la cote linaire et la perpendicularit est fixe, ce qui permet daugmenter la tolrance de la condition gomtrique (perpendicularit de 0.4 0.6) en fonction de la dimension linaire de la pice. Remarque Il est noter que le principe de lenveloppe doit tre appliqu la cote

linaire16 . Pour viter des formes comme ci-contre, car la perpendicularit est mesur sur laxe moyen du cylindre, et permet donc des

+0101..

carts de forme importants. La cotation au maximum de matire est parfaitement adapte aux pices devant sassembler.

16.1

Fig 2 Fig 1

16.1

16.5

0.4

15.9

16.5

0.6

0.4 M

A

A16

+0101.. E

0.4



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.5. Tolrances gomtriques. Les tolrances gomtriques limitent lcart de llment rel par rapport sa forme, son orientation, sa position thoriquement exacte sans tenir compte de la dimension de llment [ISO8015]

.5.1. Elment de rfrence. Il est dsign par une flche inverse. Les lments de rfrence peuvent tre des lignes ou des surfaces relles. Ils servent la construction de rfrences simples, communes ou de systmes de rfrence.

.5.2. Types de rfrence. Les diffrents types de rfrences les plus utiliss sont rsums dans le tableau suivant :

Rfrence simple

Elle est construite partir dun lment

gomtrique : point, droite ou plan que lon associe au mieux la

surface relle de rfrence (A)

Rfrence commune

Systme de rfrence ordonn

A

A0.4

Surface relle de rfrence

Plan de rfrence

0.4

B A



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Symboles et caractristiques tolrancer. Exemples dapplication. Indication sur le dessin. Zone de tolrance. Interprtation.

Rectitude dune ligne ou dun axe

Laxe du cylindre dont la cote est relie au cadre de la tolrance doit tre compris dans une zone cylindrique de diamtre 0,03 .

Planit dune surface

La surface tolrance doit tre comprise entre deux plans parallles distants de 0,05.

Circularit dun disque, dun cylindre, dun cne, etc...

Le pourtour de chaque section droite doit tre compris dans une couronne circulaire de largeur 0,02.

Cylindricit

La surface considre doit tre comprise entre deux cylindres coaxiaux dont les rayons diffrents de 0,05.

Forme dune ligne quelconque

Dans chaque section parallle au plan de la projection, le profil considr doit tre compris entre deux lignes envelopps des cercles de diamtre 0,04 dont les centres sont situs sur une ligne ayant le profil gomtrique correct.

Forme dune surface quelconque

La surface considre doit tre comprise entre 2 surfaces enveloppes des sphres de diamtre 0,03 dont les centres sont situs sur une surface ayant la forme gomtrique.

Paralllisme dune ligne (axe) ou dune surface par rapport une droite de rfrence ou un plan de rfrence

Laxe suprieur doit tre compris dans une zone cylindrique de diamtre 0,1 parallle laxe infrieur A (droite de rfrence).

Perpendicularit dune ligne (axe) ou dune surface par rapport une droite ou un plan de rfrence.

Laxe du cylindre dont la cote est relie au cadre de tolrance doit tre compris entre deux droites parallles distantes de 0,05 perpendiculaires au plan de rfrence et se trouvant dans le plan indiqu sur le dessin.

Inclinaison dune ligne (axe) ou dune surface par rapport une droite ou un plan de rfrence.

Laxe du trou doit tre compris entre deux droites parallles distantes de t = 0,1 et formant avec le plan de rfrence un angle de 60.

Localisation de lignes, axes ou surface entre eux ou par rapport un ou plusieurs lments.

Laxe du trou doit tre compris dans une zone cylindrique dun diamtre de 0,05 dont laxe est dans la position thorique spcifie de la ligne.

Coaxialit (concentricit) dun axe ou dun point par rapport un axe ou un point de rfrence

Laxe du cylindre dont la cote est relie au cadre de tolrance doit tre compris dans une zone cylindrique de diamtre 0,03 coaxiale laxe de rfrence A.

Symtrie dun plan mdian ou dune ligne mdiane (axe) par rapport une droite ou un plan de rfrence.

Le plan mdian de la rainure doit tre compris entre deux plans parallles distants de 0,06 et disposs symtriquement par rapport au plan mdian de llment de rfrence A.

Battement simple dun lment sur laxe de rvolution.

Le battement simple radial ne doit pas dpasser 0,02 dans chaque plan de mesure pendant une rvolution complte autour de laxe de rfrence commune A - B.

Battement total dun lment sur laxe de rvolution.

Le battement total radial ne doit pas dpasser 0,1 entre chaque point de la surface spcifie durant plusieurs rvolutions autour de laxe de rfrence A - B et avec un mouvement axial relatif entre la pice et linstrument de mesure. Le mouvement doit tre guid le long dune ligne de contour de forme thoriquement parfaite tant en position correct de laxe de rfrence.

BATTEMENT

TOLERANCE S DE POS ITION

TOLERANCES DE FORME



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.6. Les Ajustements

.6.1. Dfinition Un ajustement est un systme de cotation normalis concernant un assemblage de deux pices.

.6.2. Le systme dajustement I.S.O. Systme international normalis, il permet au concepteur dindiquer dune faon rapide et pratique le type dassemblage souhait. En ce qui concerne la maintenance, linterchangeabilit des pices est largement amliore. Du point de vue de la fabrication, les cots sont abaisss par la diminution du nombre doutillage et de moyens de contrle. Le systme I.S.O. utilise plusieurs paramtres : La dimension nominale La position : cest dire la situation de lintervalle de tolrance de larbre ou de lalsage par

rapport la ligne zro de la dimension nominale. Elle est repre par une lettre. La qualit : cest dire la dimension de lintervalle de tolrance. Elle est repre par un nombre.

.6.3. Position. ) On repre par une LETTRE MAJUSCULE, la position de lalsage par rapport la dimension nominale. ) On repre par une lettre minuscule, la position de larbre par rapport la dimension nominale



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.6.4. Dimensions nominales Les dimensions nominales des pices sont choisir principalement dans des sries de dimensions standards, de faon rduire les outils, outillages et moyens de mesure ainsi que les cots de fabrication.

Sries Renard de 10 100 mm R10 R20 R40 Ra10 Ra20 Ra

4010 10 10 10 10 10

11,2 11,2 11 12,5 12,5 12,5 12 12 12

13,2 13 14 14 14 14 15 15

16 16 16 16 16 16 17 17 18 18 18 18 19 19

20 20 20 20 20 20 21,2 21 22,4 22,4 22 22 23,6 24

25 25 25 25 25 25 26,5 26 28 28 28 28 30 30

31,5 31,5 31,5 32 32 32 33,5 34 35,5 35,5 36 36 37,5 38

40 40 40 40 40 40 42,5 42 45 45 45 45 47,5 48

50 50 50 50 50 50 53 53 56 56 56 60 60

63 63 63 63 63 63 67 67 71 71 71 71 75 75

80 80 80 80 80 80 85 85 90 90 90 90 95 95

100 100 100 100 100 100

Ces sries sont appeles sries Renard. On utilisera dans lordre de prfrence les sries R10, R20, R40 ou en cas de besoin les valeurs entires des sries Ra10, Ra20, Ra40. On remarquera que les valeurs des diamtres des roulements, par exemple, sont bien issues de telles sries (Ra10), de mme que les diamtres nominaux des tuyauteries. La norme NF E 01-001 prcise lobtention de ces valeurs : srie gomtrique partant de 101 et de raison 10(1/10) pour les R10 et Ra10, 10(1/20) pour les R20 et Ra20 ... .

.6.4.1. Systme alsage normal. On utilise trs frquemment le systme alsage normal, dans lequel lalsage reste constant et gal H.

) Pour obtenir un ajustement libre (avec jeu positif important), on choisira un arbre e ou f. ) Pour obtenir un ajustement glissant (avec jeu positif faible), on choisira un arbre g ou h. ) Pour obtenir un ajustement serr (avec jeu ngatif), on choisira un arbre m, p ou s.



.6.4.2. Systme arbre normal Dans le systme arbre normal, beaucoup plus rare, cest lalsage quon fait varier, tandis que larbre reste sur la dimension nominale. ) Le dessin ci-dessous montre la position de larbre et de lalsage par rapport la valeur nominale.

.6.5. Reprsentation des carts

ALESAGE Ecart suprieur

ES = D maxi - D nom Page 11

Ecart infrieur EI = D mini - D nom

ARBRE Ecart suprieur es = d maxi - d nom

Ecart infrieur ei = d mini - d nom



Page 12

.6.6. Qualit Elle sexprime par un nombre qui va de 1 16 pour les valeurs les plus courantes. La qualit est dautant meilleure que le nombre qui la reprsente est petit. En mcanique gnrale, 6 et 7 reprsentent des qualits trs soignes, 8 et 9 des qualits moyennes,11 une qualit ordinaire et 13 une qualit trs ordinaire.

Qualit DIMENSIONS (en mm) de 0 3 6 10 18 30 50 80 120 180

(inclus) 3 6 10 18 30 50 80 120 180 250 qualit TOLERANCES FONDAMENTALES IT (en m)

5 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 6 6 8 9 11 13 16 19 22 25 29 7 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 8 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 9 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115

10 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 11 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 12 100 120 150 180 210 250 300 350 400 460 13 140 180 220 270 330 390 460 540 630 720 14 250 300 360 430 520 620 740 870 1000 1150 15 400 480 580 700 840 1000 1200 1400 1600 1850 16 600 750 900 1100 1300 1600 1900 2200 2500 2900

P rix a p p ro x im a tif d 'u n u s in a g e e n fo n c tio n d e la q u a lit

0123456789

5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3

Q u a lit

Prix

rela

tifs

.6.7.



Page 13

Les ajustements recommands.

Assemblage ralis

Mcanique de

prcision

Fabrication soigne

Fabrication courante

Fabrication ordinaire

Fabrication trs

ordinaire

Montage Cas demploi

1. Assemblage

libre

H9/d9 H11/c11 Montage la main trs

facile

Pices dont le fonctionnement

ncessite un grand jeu, par suite de dilatation, mauvais alignement, portes trs longues,

etc. 2 .

Assemblage tournant

H6/f6 H7/f7 H8/f8 H8/f7

H9/e9 Montage la main facile

Cas ordinaire de pices tournant dans une

bague ou dans un palier (bon graissage assur).

3. Assemblage

glissant

H6/g5

H7/g6 H8/h8 H8/g7

H9/h9 Montage la main assez

facile

Pice en translation demandant un guidage

prcis ; pice en rotation de grande prcision.

4. Assemblage

glissant juste

H6/h5 H7/h6 H8/h7 H9/h8 Montage la main possible

par forte pression

Assemblage fixe trs prcis.

5. Assemblage lgrement

dur

H6/j5 H7/j6 H8/j7 Mise en place au maillet

Dmontage et remontage possibles

sans dtrioration ; mais lemmanchement nest

pas suffisant pour transmettre un effort.

6. Assemblage

bloqu

H6/k5 H6/m5

H7/m6 Mise en place la masse

Dmontage et remontage possibles sans dtrioration ;

lemmanchement peut transmettre de faibles

efforts. 7.

Assemblage serr

H6/p5 H6/r5 H6/s5

H7/p6 H7/r6 H7/s6

Mise en place la presse ou par dilatation

Dmontage impossible sans dtrioration des pices ; possibilit de transmettre des efforts

importants (frettes, jantes de roues, douilles

en bronze, etc. . . .).

J>0

J0

J ?

J


Page 14

.6.8. Inscription sur le dessin.

.6.9. Valeurs standards

12 H7

Dessin de dfinition de 2

12 g6

Dessin de dfinition de 1 2

1

12 H7g6

Dessin densemble

Arbres

de 0 3

inclus

de 3 6

inclus

de 6 10

inclus

de 10 18

inclus

de 18 30

inclus

de 30 50

inclus

de 50 80

inclus

de 80 120 inclus

de 120 180 inclus

de 180 250 inclus

de 250 315 inclus

de 315 400 inclus

de 400 500 inclus

d

- 20 -

- 30 -

- 40 -

- 50 -

- 65 -

- 80 -

- 100 -

- 120 -

- 145 -

- 170 -

- 190 -

- 210 -

- 230 -

e

- 14 -

- 20 -

- 25 -

- 32 -

- 40 -

- 50 -

- 60 -

- 72 -

- 85 -

- 100 -

- 110 -

- 125 -

- 135 -

f

- 6 -

- 10 -

- 13 -

- 16 -

- 20 -

- 25 -

- 30 -

- 36 -

- 43 -

- 50 -

- 56 -

- 62 -

- 68 -

g

- 2 -

- 4 -

- 5 -

- 6 -

- 7 -

- 9 -

- 10 -

- 12 -

- 14 -

- 15 -

- 17 -

- 18 -

- 20 -

h

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

- 0 -

js

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

IT/2

k

+ + 0

+ + 1

+ + 1

+ + 1

+ + 2

+ + 2

+ + 2

+ + 3

+ + 3

+ + 4

+ + 4

+ + 4

+ + 5

m

+ + 2

+ + 4

+ + 6

+ + 7

+ + 8

+ + 9

+ + 11

+ + 13

+ + 15

+ + 17

+ + 20

+ + 21

+ + 23

n

+ + 4

+ + 8

+ + 10

+ + 12

+ + 15

+ + 17

+ + 20

+ + 23

+ + 27

+ + 31

+ + 34

+ + 37

+ + 40

p

+ + 6

+ + 12

+ + 15

+ + 18

+ + 22

+ + 26

+ + 32

+ + 37

+ + 43

+ + 50

+ + 56

+ + 62

+ + 68



Page 15

Assemblages de plus de 2 pices .Chanes de cotes

.1. Condition fonctionnelle Sur le plan densemble dun mcanisme compos de plusieurs pices, on fait apparatre des conditions ncessaires lobtention dune fonction : ce sont les conditions fonctionnelles. Chacune de ces conditions se reprsente par un vecteur comportant deux lignes de cotes. )Ce vecteur est toujours orient positivement vers la droite pour les conditions horizontales et vers le haut pour les conditions verticales. Une condition fonctionnelle, quon appelle souvent un jeu, sera chiffre par le concepteur et reprsente un intervalle qui peut varier de quelques microns plusieurs millimtres suivant la fonction considre. Remarque : Reprsenter une condition fonctionnelle par un vecteur sur un dessin densemble est

une norme claire mais il est utile de pouvoir dcrire cette condition par une phrase prcise.

- Pour serrer efficacement lcrou 5, il faut disposer dune partie excdentaire de filetage de larbre de chaque cot aprs montage :

rA et

rB sont des conditions de garde. r

C est une condition de jeu . - Larticulation de la bielle 1 autour de laxe 3 ncessite un jeu axial : - La liaison complte dmontable de laxe 3 ncessite le non contact de la rondelle 4 et dun paulement de larbre :

rD est une condition de serrage.



Page 16

.2. Cotes fonctionnelles Une fois la condition fonctionnelle identifie, il est ncessaire de dterminer les cotes qui interviennent sur la valeur de cette condition. Ces cotes sont des dimensions relles, mesurables et usinables des pices constituant le mcanisme. On les appelle cotes fonctionnelles et chacune delles relie deux surfaces fonctionnelles de la pice. Une surface fonctionnelle est une surface en contact avec une autre pice du mcanisme, gnralement perpendiculaire au vecteur condition que lon tudie. Exemple

a3

a2

a1

rJa

1 2 3

1 : Axe

2 : Circlips

3 : Support

Lors du montage de laxe (1) dans le support (3), il est ncessaire de disposer dun espace (jeu positif) Ja pour pouvoir engager le circlips (2) dans la gorge de laxe (Condition de montage). Il est simple de voir que les cotes fonctionnelles qui interviennent sur ce jeu sont a1, a2 et a3, dimensions respectives des pices (1), (2) et (3). On constate de la mme faon que lon a, en valeur absolue : Ja = a1 - a2 - a3 Mais Ja et les ai reprsentent des dimensions relles dont on peut seulement dire qu'elles doivent se trouver lintrieur dun intervalle. Aussi il est plus correct de remplacer lquation prcdente par les deux suivantes : J a a aaMax Max= 1 2 3min min J a a aa Maxmin min= Max1 2 3

.3. Mthode des chanes de cotes Lorsquun mcanisme compos de nombreuses pices ncessite une condition fonctionnelle, pour tablir la liste des pices et des cotes concernes par cette condition fonctionnelle, on utilise une mthode systmatique : la chane de cotes .

.3.1. Exemple 1 : liaison glissire. Dans le dessin ci-contre, on souhaite raliser une liaison glissire entre la pice (1) et la pice (4). Afin damliorer le frottement, on interpose des cales (2) et (3).



Page 17

Le bon fonctionnement dune telle liaison impose quil

subsiste un certain jeu rJa dans une direction

perpendiculaire au dplacement.

Etablissement de la chane de cote. Le but de la mthode est de trouver une somme vectorielle

gale rJa , dans laquelle chacun des vecteurs reprsente

une cote fonctionnelle dune pice.

On part de la base du vecteur condition rJa

e

. La base de ce

vecteur est appuye sur la pice (3). On r cherche une surface de contact, perpendiculaire la direction

de rJa , entre la pice (3) et une autre pice.

Il existe une telle surface entre (3) et (1).

On trace le vecteur ra3 , ainsi baptis car il fait partie de la chane

de cote relative la condition rJa , et quil est mesurable sur la

pice (3). A partir du contact entre (3) et (1), on recherche une autre surface de contact entre la pice (1) et une autre pice. A partir du contact entre (1) et (2), on recherche une autre surface de contact entre la pice (2) et une autre pice.

Il existe une telle surface entre (2) et (4). On trace le vecteur ra ,

qui fait partie de la chane de cote relative la condition

2rJa et qui

est mesurable sur la pice (2).

ra3

ra3ra2 ra1

rJa

4 1 2 3

rJa

4 1 2 3

rJa

4 1 3 2

On a bien ainsi ralis une chane de cotes ferme, dont la

somme vectorielle est gale la cote condition rJa .

Remarques importantes:

Chaque composante de la chane ( Vecteur ra ) nappartient

qu une seule pice : Cest une cote fonctionnelle de la pice. i

Il ny a quune seule cote par pice et par chane. ) si le mme indice apparat deux fois, les deux cotes doivent pouvoir se rduire une seule (sauf si deux exemplaires dune pice dun mme type apparaissent dans la mme chane de cote). La chane de cotes doit toujours tre minimale.

ra3rJara1

ra2

ra4

4 1 2 3



Page 18

Equations. Lquation vectorielle peut tre projete sur un axe

rx , parallle rJa , et de mme direction : r r r r rJ a a a aa = + + +3 1 2 4

en projection sur rx : J a a a aa = +3 1 2 4 (1)

Chacune des cotes composant la chane de cote est entache dune certaine incertitude due la fabrication (voir p.5). On peut donc crire : J a a a aaMax Max= 4 1 2 3min min min (2) J a a a aa Max Max Maxmin min= 4 1 2 3 (3) Enfin, en faisant (2)-(3), on obtient :

J JaMax amin 4Max 4min 1Max 1min 2Max 2min 3Max 3min(a a ) (a a ) (a a ) (a a ) = + + + On crit, en gnralisant :

ITJ ITaa ii

n==1

.3.2. Exemple 2 : liaison pivot. Dans lexemple qui suit, le raisonnement est conduit jusqu son terme, cest dire jusquau report des donnes issues de la cotation fonctionnelle sur les dessins de dfinition de pices. Trac de la chane de cotes :

rJ

4 5

rJ

rara ra

rara

321



Page 19

criture des quations : J a a a a aa = 1 2 3 4 5 (1)

donc : J a a a a aaMax Max= 1 2 3 4 5min min min min (2)

et J a a a a aa Max Max Max Maxmin min= 1 2 3 4 5 (3)

ITJ ITaa ii

n= = 1

(4)

Donnes : a4=102mm ) le fabricant de circlips donne a2=1h11 a2 = 1 0 060+ ,) le fabricant de bagues donne a3=a5= 3 js14 = 3 0,125 Dmarche du concepteur : - Je choisis la condition fonctionnelle (en fonction de lexprience que jai ou de celle de

lentreprise). - Attention de ne pas choisir ITJ trop petit, sinon on aura ai min>ai Max ! - Jexamine les consquences de mon choix sur les cotes de la chane. Application de la dmarche du concepteur : Choix : Ja=10,5 On choisit de rpartir lintervalle de tolrance disponible de faon gale sur les cotes de la chane. (celles qui ne sont pas dj tolrances) (4) IT Ja = ITa1+ITa2+ITa3+ITa4+ITa5 1= ITa1+0,06+0.25+ITa4+0.25 ITa1+ITa4=0,44 donc ITa1=ITa4=0,22 (1) 1=a1-1-3-102-3 a1=110 et a1=1100,11 (2) 1,5=110,11-0,94-2,875-a4min-2,875 a4min=101,92

a4= 102 0 080 14

+

,,(3) 0,5=109.89-1-3,125-a4Max-3,125 donc

a4Max=102,14 Report de la cotation issue de la cotation fonctionnelle sur le dessin de (1).

1100,11



Page 20

.4. Critres de choix des conditions fonctionnelles Les performances gomtriques du mcanisme serviront dfinir les valeurs maximales des conditions fonctionnelles. Elles dpendent des performances attendues du mcanisme (prcision adapte lusage). Exemple : Le tableau suivant donne les valeurs des dplacements maximals que peut avoir un solide par rapport un autre, en fonction de la nature du mcanisme (type dutilisation) et des mouvements relatifs autoriss de lun par rapport lautre.

Liaison glissire : T : jeu transversal R : angle de rotulage Liaison pivot :

T1, T3 : jeu radial T2 : jeu axial

R

T

R

T1

T2

T3

R : angle de rotulage

Liaisons glissire pivot mouvements parasites

T

(mm) R ()

T1,T3 (mm)

T2 (mm)

R ()

catgories horlogerie

machines-outils prcises

0,003

0,005

0,002

0,003

0,005 machines-outils

classiques moteur automobile

0,005

0,01

0,005

0,005

0,01

robots de prcision

0,08

0,05

0,04

0,06

0,1

bicyclette engins de chantier

0,2

0,1

0,2

0,08

0,15

outillage amateur main

0,5

0,5

0,2

0,1

0,3

appareils lctro-mnagers

0,3

0,5

0,2

0,2

0,5

matriel agricole

1

0,5

0,5

0,3

1

menuiserie assemblage de meubles

2

1

0,5

0,5

2,5



Page 21

.Etats de surface .1. Dcomposition en 4 ordres

SURFACE SPECIFIEE

ORDRE DESIGNATION ILLUSTRATION Dessin Signification par rapport

la

dexcution fonction

1 ECART DE FORME Exemple :

Ecart de

- rectitude

- circularit

- etc . . .

PRESCRIPTION GEOMETRIQUE (voir NFE 04-552)

1er et 2me ordre influent sur : - roulement.. - tanchit dynamique et statique. - etc . . .

2 ONDULATION

SYMBOLISATION DES ECARTS GEOMETRIQUES Du 2me au 4me ordre

- usure - grippage diminuent: - dure de vie des organes - etc . . .

3 R U

G

O

S

I

STRIE, SILLON

(priodique ou

pseudopriodiqu

e)

(voir NF 05-016)

3me et 4me ordre influent sur : - coulement des fluides - tanchit dynamique et statique - revtement

4 T E

Arrachement

Marque doutil

(apriodique)

- dpt lectrolytique

- rsistance aux efforts alterns . . .

Somme

des

carts du

1er au

4me

ordre

PROFIL TOTAL

Ensemble des dfauts de surface dont lanalyse permet de dterminer leur influence spcifique sur une fonction donne

Il ne sert rien daffiner la rugosit si lcart de forme et londulation ne sont pas rduits au niveau admissible pour une fonction donne.



Page 22


.2. Origine des dfauts.

N SURFACE REELLE ORDRE Origine des carts au cours de llaboration Moyens dvaluation des surfaces

mesures par exploration. - Procd dusinage

- Matriau usin - Machine - Installation

Dune surface globale ou limite

Dun profil total ou partiel

1 - Dformation de la pice Pendant lusinage, indpendamment du procd. Aprs lusinage, dpendant du matriau (libration des tensions internes).

-Dfaut de bridage. -Flexion des lments de la machine. - Qualit du guidage des lments coulissants. - Usure des organes.

- Porte au marbre. - Tampon. - Bague. - Machine mesurer - Appareil de mesurage dcart de forme. - Etc . . .

- PALPAGE en discontinu lunette autocollimatrice. - Comparateur. - Machine mesurer, etc. - PALPAGE en continu : Appareil lectronique capteur avec rferencede mesure (palpeur-touche ou aiguille)

2 - Fraisage (pas de londulation, par exemple, avance par tour de fraise) inclinaison de la fraise (en bout). Mauvais afftage. Mauvais rglage des dents (en bout, en roulant). Rectification : mauvais diamantage de la meule.

- Vibrations de basses frquences : de la pice, de loutil. des deux, dues aux flexions,mauvais guidage et quilibrage des lments de machine, et galement linsuffisance de linstallation de lisolement passive et active.

- Echantillon de comparaison viso-tactile : estimation de londulation et de la rugosit des pices fraises. - Microscope stroscopique - Appareil de mesurage dcart de forme.

- Microscope coupe optique - Appareil lectronique capteur, avec rfrence de mesure. Palpeur : touche . . . aiguille.

3 rugosit

- Procd par enlvement de copeaux : STRIES, SILLONS, dus lavance de larte coupante de loutil ; lavance par tour de la matire ou de la meule, etc . . . - Procd de formage froid ou chaud : BOSSES et CRATERES juxtaposs.

-Vibrations de hautes frquences (causes analogues celles numres ci-dessus). - Installation de lubrification: - Lubrifiant : nature , qualit lubrifiante, action de

- Echantillon de comparaison viso tactile : estimation de la rugosit. - rugomtre : pneumatique.

- Microscope coupe optique. - Microscope interfrentiel.- Appareil lectronique capteur : (palpeur-aiguille)

4 rugosit

- Gomtrie dafftage de loutil : qualit de la meule. - Htrognit, plasticit du

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