Final Rapport Cp42 Groupe Perceuse Manuelle

1 Perceuse manuelle PRACTYL

UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT MONTBELIARD

Perceuse manuelle PRACTYL

Conception sur CATIA V5 Nabil SERRAFI - David ALACOQUE - Mathieu LOUESDON - Michel BODO

CP42 : Automne 2011


Sommaire

PRESENTATION DE LA PERCEUSE ELECTRIQUE ..................... 5

PARTIE DE SERRAFI NABIL ....................................................... 6

I-DIFFERENTES ETAPES DE LA CONCEPTION DE LA COQUE ............................................................................................ 6

II-MODELISATION PAR CONJONCTURE DE CONFIGURATION (FAMILLE DE PIECES) .............................................................. 7

III- MODÉLISATION PAR POWERCOPY ................................................................................................................... 9

IV- MODELISATION PAR CONJONCTURE DE FABRICATION ......................................................................................... 10

IV- ETUDE STATIQUE PAR ELEMENTS FINIS ............................................................................................................ 11

V- IMAGES DE LA COQUE FINALE EN RENDU REALISTE .............................................................................................. 13

PARTIE DE ALACOQUE DAVID. ............................................... 14

I- PRESENTATION DES PIECES ............................................................................................................................. 14

II- MODELISATION AVEC CONJECTURE DE FABRICATION ............................................................................................ 16

III- MODELISATION D’UNE PIECE AVEC UNE CONJECTURE DE CONFIGURATION (TABLE DE FAMILLE DE PIECE) .......................... 18

IV- MODELISATION D’UNE PIECE PARAMETREE ET PARAMETRAGE EN REGLE .................................................................. 20

V-MODELISATION UNE PIECE AVEC POWERCOPY ................................................................................................... 22

VI- ELEMENT FINIS ......................................................................................................................................... 28

PARTIE DE LOUESDON MATHIEU .......................................... 29

I- MODELISATION D’UNE PIECE AVEC UNE CONJECTURE DE CONFIGURATION .................................................................. 29

II-MODELISATION D’UNE PIECE AVEC UNE CONJECTURE DE FABRICATION ...................................................................... 30

III-MODELISATION D’UNE PIECE PAR PARAMETRAGE ET REGLES DE CONCEPTION ............................................................ 33

IV-MODELISATION D’UNE PIECE PAR POWERCOPY ................................................................................................. 35

V-CALCUL DE STRUCTURE DU PERCUTEUR ............................................................................................................. 37

PARTIE DE BODO MICHELE .................................................... 38

I-PRESENTATION DU SOUS-ENSEMBLE ................................................................................................................. 38

II-MODELISATION PAR POWERCOPY ................................................................................................................... 39

III-MODELISATION PAR FAMILLE DE PIECES ........................................................................................................... 41

IV-CALCUL DE STRUCTURE PAR ELEMENTS FINIS ..................................................................................................... 42

V-PIECES CREEES ............................................................................................................................................ 44

VI-GRAPHE DE LIAISONS .................................................................................................................................. 46


ASSEMBLAGE ............................................................................ 47

I-IMAGE DE L’ASSEMBLAGE FINALE ..................................................................................................................... 47

II-ARBRE CSG DES CONTRAINTES DE L’ASSEMBLAGE ............................................................................................... 48

CINEMATIQUE .......................................................................... 49

I-SCHEMA CINEMATIQUE (SERRAGE DES MORS ET PERÇAGE) ..................................................................................... 49

II-PARTIE ARBRE DES LIAISONS MECANIQUES DE L’ASSEMBLAGE ................................................................................. 50

CONCLUSION ............................................................................ 50


Introduction

Dans le cadre de l’UV CP42, nous avons modélisé une perceuse électrique sous le

logiciel Catia V5 R19. La modélisation englobait différentes étapes telles que la prise de

côtes sur les pièces réelles, la modélisation des différentes pièces, l’assemblage

complet du système et la simulation du système grâce à la définition de la cinématique.

Nous devions également modéliser les différentes pièces de façon précise. En effet, il

fallait les représenter en utilisant les conjectures fonctionnelle, de fabrication et de

configuration (familles de pièces), en utilisant les paramétrages et les règles de

conception et en modélisant une pièce avec un PowerCopy à partir d’un catalogue

commun au groupe.

Nous étions quatre étudiants à travailler sur ce projet, Nabil SERRAFI (Chef de projet),

Mathieu LOUESDON, David ALACOQUE et Michele BODO, il a donc fallu partager les

tâches équitablement.


Présentation de la perceuse électrique

I-Fonctionnement du mécanisme

Un bouton poussoir entraine le courant vers le moteur composé d’un rotor et d’un stator, le flux généré par le

courant entraine la rotation de l’axe qui va lui-même entrainer le mandrin auquel va être rattachée la mèche

pour percer. Le système de contrôle utilisateur comprend en plus du bouton poussoir un cran d’inversion de

sens de rotation.

II-Répartition des tâches

Nous nous sommes partagés les pièces de la façon la plus équitable possible afin de répartir la charge de travail

convenablement, ce qui permet d’obtenir une bonne modélisation finale grâce à des bons sous. Puis nous

avons mis en commun nos parties et nous avons réalisés ensemble les sous-ensembles cinématiques,

l’assemblage final et la simulation du mécanisme.

Voici la liste des sous-assemblages réalisés par chacun des membres de l’équipe :

David ALACOQUE s’est occupé du mécanisme poussoir et du stator du moteur, Michèle BODO a modélisé le

mandrin, Nabil SERRAFI avait pour objectif de modéliser la coque de la perceuse et enfin Mathieu LOUESDON

a géré l’ensemble rotor du système.


Partie de SERRAFI Nabil

I-Différentes étapes de la conception de la coque

La coque de cette perceuse représente aussi son bâti, elle doit être conçu en surfacique (Generative shape design) vu ses surfaces compliquées.

Puisque la coque est symétrique, j’ai décidé de concevoir la 1ère moitié et effectuer une symétrie après.

1-Réalisation des esquisses

J’ai commencé par le traçage des bords de la coque sur papier en dimensions réelles et j’ai inséré l’image pour dessiner les 1ères esquisses.

Pour les plans et esquisses principales, j’ai inséré un set géométrique.

2- réalisation des surfaces

L’étape qui vient après les esquisses principales (filaire) est la réalisation des surfaces. Les fonctions les plus utilisées sont : « Remplissage », « surface de raccord » et « assembler » comme l’indique l’arbre CSG dans l’image ci-dessous. Pour réaliser les surfaces compliquées, il faut les diviser en plusieurs petites surfaces.


3-Remplissage volumique et fonction coque

Apres avoir fini les surfaces de la moitié de la pièce dans l’atelier (Generative shape design), j’ai fait le remplissage pour passer du mode surfacique qui ne représente aucune épaisseur au mode volumique, puis j’ai utilisé la fonction coque pour vider l’intérieur de la pièce remplie et définir son épaisseur, et ce, dans l’atelier (part design).

II-Modélisation par conjoncture de configuration (Famille de pièces)

Puisque j’ai beaucoup d’opérations à réaliser par PowerCopy, j’ai décidé d’utiliser une conjoncture de configuration pour cette pièce que j’utiliserai comme PowerCopy. Ca m’a été trop utile dans ma coque.

1-Arbre CSG de la pièce modélisée par conjoncture de configuration


2-Table de paramétrage

Cette table génère toutes les pièces que j’utiliserai comme PowerCopy, que je détaillerai par la suite.

Du paramétrage est fait implicitement lors de la configuration.

La pièce mère est celle encadré en rouge, les autres pièces sont générées à partir de quelques configurations de la table ci-dessus.


III- Modélisation par PowerCopy

J’ai utilisé le PowerCopy pour différentes entités du Carter : les trous d’aération situés à l’extérieur de la coque, les supports de vis mâle et femelle, les supports du stator et l’emplacement du roulement et de la sortie de l’arbre.

Toutes les parties en couleurs sont réalisées par PowerCopy paramétré et configuré comme j’ai cité dans la partie II « famille de pièces ».

1-Arbre CSG de l’application partielle du PowerCopy sur la pièce finale


IV- Modélisation par conjoncture de fabrication

J’ai choisi de modéliser la coque de la perceuse en utilisant la conjecture de fabrication car cette pièce

présente plusieurs surfaces complexes et difficiles à obtenir en usinage conventionnelle. En plus, le matériau

utilisé et le plastique. Elle sera donc obtenue par moulage par injection.

Moule mâle Moule femelle


IV- Etude statique par éléments finis

J’ai essayé de simuler l’effort appliqué sur la perceuse lors de l’opération du perçage.

J’ai tout d’abord déterminé le matériau de la coque (plastique), puis j’ai fixé toute la poigné, comme si elle est

tenue par la main (conditions aux limites).

La plupart des efforts sont appliqués sur la face rouge comme l’indique l’image ci-dessous à gauche.

J’ai appliqué des forces distribuées de 200N sur cette face.

J’ai choisi un mailleur détradère octree avec type d’éléments paraboliques puis j’ai lancé le calcul.

Fixations

Chargements


1-Deplacements

On remarque que les deplacements sont plus importants quand on s’approche de plus en plus de l’avant de la coque.

2-Contraintes de Von Mises

Le rapport généré par Catia est dans l’annexe.

Les zones les plus

contraintes

Déplacements

importants = 2,16 mm


V- Images de la coque finale en Rendu réaliste


Partie de ALACOQUE David.

I- Présentation des pièces

Pour ce projet j’ai eu deux partie différentes à concevoir, je les ai renommé la partie gâchette et le partie

stator.

1-Parties à réaliser

- La gâchette - Le stator

Pour dessiner la gâchette je l’ai démonté et j’ai commencé par donner un nom à toutes les pièces de l’assemblage.

2-Les pièces à réaliser

Ensemble puissance

Sous ensemble levier

Sous ensemble gâchette

Sous-ensemble

Levier

Sous-ensemble gâchette

Ensemble stator


3-Nomenclature

Ensemble commande

Sous ensemble Levier Référence Nombre

boitier levier 1

couvercle sup, levier 1

couvercle inf, levier 1

lamelle cosse 4

pivot levier ressort levier 1

levier 1

lamelle levier 2

lamelle Z 2

lamelle pont 2

plot levier 2

Sous ensemble gâchette gâchette 1

porte lamelle 1

lamelle 1 1

lamelle 2 1

connecteur 1 1

connecteur L 1

U 3

connecteur 2 1

corps gâchette 1

glissière 1

vis sans fin 1

ressort gachette 1

plot gachette 2

sphère +- 1

inter +- 1

ressort +- 1

boitier principal 1

ressort boitier principal 1

couvercle boitier principal 1

poussoir 1

carte électronique 1

couvercle carte électronique 1

Ensemble stator stator 1

boitier elec jaune 1


II- Modélisation avec conjecture de fabrication

1- Arbre CSG

-

-

-

-

SYM

P

-

SYM

P


2-Gamme de fabrication

(La vis est moulée mais ne possédant pas de pièce usinée, nous imaginerons une vis à usiner en acier)

Etape 1 :

Fraisage avec fraise 2T avec CN 4 axes =>

Etape 2 :

Fraisage avec fraise 2T grâce CN 4 axes =>

*Etape 2 faites normalement avec le tour mais nous gagnons du temps et usinons un cylindre qui servira de

prise pour les mors du tour.

Etape 3 :

Cycle d’ébauche et contournage de la vis avec un tour =>

Etape 4 :

Perçage avec Foret grâce au tour =>

Etape 5 :

Filetage avec plaquette à fileter grâce au tour =>


III- Modélisation d’une pièce avec une conjecture de configuration (table de famille de pièce)

Cette pièce est un connecteur électrique. La pièce mère est utilisé dans le product, l’autre connecteur est

produit en fonction de cette pièce mère.

1-Pièce 1

Arbre CSG:

-

-

-

-

Pièce 1 : T, F

Pièce 2 : T, F

Pièce 1 : True, Pièce 2 : True

Pièce 1 : True, Pièce 2 : False

Pièce 1 : True, Pièce 2 : False

Pièce 1 : True, Pièce 2 : True


Pièce 1 : Pièce 2 :

2-Ressort

La table de famille de pièce est aussi utilisée pour les ressorts, les paramètres de grosseur de fil, diamètre du

ressort, hauteur, le pas, sont réglés dans un tableau Excel. La fonction hélice utilisé créer ses propres

paramètres de hauteur et de pas.


IV- Modélisation d’une pièce paramétrée et paramétrage en règle

Dans le cas de mon sous ensemble l’élément qui doit varier si la puissance doit être augmenté est la taille

stator. J’ai décidé de tout d’abords faire varier sa taille en longueur.

J’ai créé deux paramètres différents ; un paramètre de largeur de lamelle et un paramètre de nombre de

lamelle.

J’ai ajouté des formules :

J’ai considéré que les fils et la languette, fixé au stator, qui n’ont pas d’utilité mécanique seront dessiné dans le

même Part que le corps du stator.


Ci-dessous les différents exemples de paramétrage :

Le changement du nombre de lamelle du moteur

Le changement de la largeur de lamelle Le stator d’origine

1-Paramétrage par règle

J’ai créé une règle qui désactive le dessin si le nombre de lamelles est inférieur à 40 car un moteur avec aussi

peu de lamelle n’a pas d’utilité et les fils de cuivres devraient être modifiés.


V-Modélisation une pièce avec PowerCopy

Cette pièce dessiné en PowerCopy est le couvercle du boitier principal.

Le PowerCopy ci-dessous est une poche cubique qui permet de dessiner les aérations .

J’ai inséré deux plans décalé pour positionner la poche et le troisième plan est la face du couvercle. La fente est paramétré en largeur et longueur.

Ensuite par une symétrie par rapport au plan qui m’a permis de positionner la poche j’ai créé une symétrie.

Puis j’ai fait une répétition linéaire.

Le deuxième PowerCopy comprend toutes les attaches communes sur touts les couvercles.


L’attache est entièrement paramétrée.

Deux plans décalés sont insérés

Symétrie


Nouvelle attaché

Inversion de l’orientation

La pièce finale


Modélisation d’une pièce par opération booléenne d’intersection

1er corps vue de dessus : 2ème corps vue de coté :

Intersection entre les deux corps : Pièce finale :


Mise en plan

(Toutes les côtes ne sont pas affichées)

Modélisation de l’assemblage de ma partie gâchette :


Les photos du démontage sont disponibles sur le cd.


VI- Elément finis

Pour le calcul d’élément finis la pièce appelé gâchette a été choisis pour le calcul.

Cette gâchette subit des efforts de pressions exercées par l’utilisateur lors du perçage.

J’ai fixé les surfaces qui sont en butée contre le corps du boitier principal lorsque la gâchette est appuyée au

maximum.

Critère de Von misses

Le rapport complet est compris dans l’annexe.


Partie de LOUESDON Mathieu

Je suis chargé de réaliser la conception de la partie rotor de la perceuse. Celle-ci comprend un arbre montré sur roulements à rouleaux ainsi qu’une partie pignon engrenage dépendante de la rotation de l’arbre. J’ai décomposé ce système en 14 pièces :

Il reste les isolants ainsi que les calles qui n’ont pas été mis sur le schéma du fait du manque de place mais se

sont des pièces de moindre importance.

I- Modélisation d’une pièce avec une conjecture de configuration

Pour la conjecture de configuration, j’ai décidé de prendre comme pièce le pignon car ce dernier peut

entre utilisé dans différente situation et donc certain usinage seront utile et d’autre non.

1-Pièce Mère

Arbre Percuteur

Roulement 1 Ventilateur Cuivre Collecteur Roulement 2

Lamelles rotor Support roulement

Pignon Arbre Percuteur Lamelles rotor Support roulement


2-Autres pièces possible :

II-Modélisation d’une pièce avec une conjecture de fabrication

-Pour la conjecture de fabrication, j’ai décidé d’utiliser encore une fois le pignon

car cette pièce nécessite beaucoup de phase d’usinages et elle est donc très

intéressante à étudier.

-Le pignon hélicoïdal est une pièce réalisé à partir d’un brut provenant un

cylindre laminé ou étiré. Les différentes opérations seront du tournage et

fraisage sur un centre d’usinage, du brochage, ainsi que du taillage de pignon.

Rainure de clavette Cannelures


1-Etapes d’usinages

ETAPE 1 : Brut ETAPE 2 : Alésage

ETAPE 3 : Chariotage ETAPE 4 : Alésage

ETAPE 5 : Fraisage ETAPE 6 : Usinage du pignon

ETAPE 7 : Brochage de la rainure de clavette


2-Arbre CSG du pignon


III-Modélisation d’une pièce par paramétrage et règles de conception

1-Paramétrage

Pour cette pièce, j’ai choisi l’arbre porte rotor car ce dernier doit être modifiable selon la perceuse que l’on

veut concevoir (dimension, puissance, poids…).

J’ai donc choisi de rendre modifiable 5 paramètres sur l’arbre :

-Diamètres roulements (en fonction des roulements que l’on veut installer).

-Longueur et diamètre de la section porte rotor (en fonction de la puissance que l’on veut donner au moteur,

on modifiera les dimensions des lamelles du rotor et donc par conséquence les dimensions de l’arbre).

-Longueur d’hélice (si l’hélice doit subir des efforts plus importants).

Voici les paramètre et relation que j’ai mis en place durant la conception de l’arbre.

Diamètre roulement 1


Diamètre porte rotor

Longueur porte rotor Longueur hélice



2-Arbre CSG de l’arbre rotor


IV-Modélisation d’une pièce par PowerCopy

1- Pièce PowerCopy

Pour cette pièce, j’ai choisi la Calle, c’est une pièce qui est intercalée entre le cuivre et les lamelles rotor et j’ai

choisi cette pièce car il y a un usinage très complexe sur cette pièce et il s’avère que cet usinage se retrouve

aussi sur les lamelles rotor donc le PowerCopy nous offrira un gain de temps non négligeable.

Partie usinée

PowerCopy

Lamelle rotor


2-Arbre CSG


V-Calcul de structure du percuteur

Pour la réalisation du calcul de structure par éléments finies, j’ai choisi le percuteur qui est une pièce qui subit

énormément d’effort du fait de sa position dans le système. En effet le percuteur a pour rôle de créer un va et

vient entre le foret de la perceuse et la perceuse elle-même. Il reçoit donc tout l’effort de pousser de

l’utilisateur ainsi que des chocs répétés du fait de sa géométrie à une fréquence de 16 par tour.

Percuteur

Analyse complète dans l’annexe

Une fois le calcul réalisé, Catia nous sort un rapport de l’étude réalisée :

Nombre de nœuds : 58918

Nombres d’éléments : 36575

Matériau : Acier

Force appliquée : 100 N

Il en résulte une contrainte maximale (critère de Von Mises) de 62,1 Pa.


Partie de BODO Michele

I-Présentation du sous-ensemble

Le sous ensemble réalisé est composé de trois grandes classes d’équivalence. On distingue:

- L’arbre qui constitue l’axe du mandrin et qui est animé d’un mouvement de rotation ainsi que le

mandrin qui est fixé au bout de l'arbre.

- L’ensemble constitué par les 3 mors qui permettent de brider l’outil

- L’ensemble de pièces constitué par la bague et l’enveloppe cylindrique qui entraine le déplacement

des mors par un mouvement de rotation

Le sous-ensemble que j’ai modélisé est donc représenté ci-dessous.

Je n’ai pas modélisé la roue dentée. Elle a été faite par mon collègue qui a modélisé le pignon pour le bon

fonctionnement de l’engrenage.

Les différentes pièces du sous-ensemble ont été modélisées avec différentes conjectures (conjecture fonctionnelle, conjecture de configuration, modélisation avec les paramétrages et règles de conception, modélisation avec PowerCopy).


II-Modélisation par PowerCopy

L’arbre est fabriqué à partir d’un brut cylindrique.

L’arbre comprend plusieurs gorges, il m’a donc paru nécessaire de réaliser une gorge par PowerCopy et de

l’insérer plusieurs fois pour aller plus vite. Cela est très utile lors d’une fabrication en masse dans une

entreprise dans le cas où on aurait besoin de faire plusieurs gorges et de les utiliser sur plusieurs autres pièces.

1-Définition de la copie optimisée


2-Insertion de la copie optimisée

Après modification du décalage du plan de la gorge, de la profondeur et de l’épaisseur,on obtient donc à la fin notre arbre comme suit :


III-Modélisation par famille de pièces

1-Table de paramétrage

La modélisation par famille de pièces a été réalisée sur le coussinet. La table de paramétrage obtenue est la

suivante :

2-Les différentes pièces obtenues


3-Arbre CSG du coussinet

IV-Calcul de structure par éléments finis

Les calculs de contraintes ont été réalisés sur le mandrin car nous avons supposé que les efforts de serrage

subis par les mors sont transmis au mandrin. Ces calculs nous permettent de déterminer la contrainte

équivalente maximale que le mandrin peut supporter.

Pour cela, on considère que le mandrin est encastré au niveau de l’arbre. Les moments créés sont représentés

en jaune sur l’image ci-après.

Les forces sont appliquées au niveau des mors. Nous avons appliqué pour chaque mors une force de 56,569N.


On réalise ensuite un maillage du mandrin. Les calculs sur Catia sont réalisés suivant le critère de Von Mises

On remarque que les contraintes les plus importantes se trouvent au niveau de contact entre les mors et le

mandrin

Couples de

moment

Zones de contraintes

élevées


Le calcul des contraintes principales ci-après confirment bien cela

V-Pièces créées

Les pièces que j’ai modélisées pour ce sous-ensemble sont :

- L’arbre qui reçoit un couple grâce à la roue dentée décrit précédemment

- Le mandrin décrit ci-haut

- Le coussinet dont l’arbre CSG a été représenté

- Les mors qui servent à serrer l’outil. Ils ont été modélisés à partir d’un brut cylindrique.

- La bague qui tourne et entraîne le mouvement des mors. Elle a été modélisée àpartir du plan de coupe

de la pièce et les dents ont été faites à partir d’une répétition circulaire.

- L’enveloppe cylindrique qui est solidaire de la bague


L’assemblage a été réalisé dans l’atelier DMU Kinematics suivant les classes d’équivalence décrites dans la

présentation. Le graphe des liaisons est ainsi représenté ci-après.

Mandrin Circlips Coussinet

Mors Arbre

Bague Enveloppe cylindrique


VI-Graphe de liaisons

Classes d’équivalence

Le sous assemblage obtenu sous Catia est alors :


Assemblage

I-Image de l’assemblage finale

Ci-dessous, l’image de l’assemblage avec les classes d’équivalence sur l’arbre CSG


II-Arbre CSG des contraintes de l’assemblage


Cinématique

A l’aide du module DMU Kinematics, que nous avons utilisé une fois le Product terminé, nous avons pu modéliser les deux principales cinématiques de la perceuse :

Le serrage des mors : Le fait de faire pivoter la bague autour de l’axe du mandrin, entraine la translation des mors dans leurs logements pour venir serrer l’outil. Ce mécanisme est réalisé à l’aide d’un filetage intérieur dans la bague, qui provoque le mouvement de glissière du mors par ses dentures.

Le perçage: Le fait d’appuyer sur le bouton gâchette actionne le moteur par une commande électronique, qui entraine la rotation du mandrin par engrenage, donc de l’outil. Un levier situé au dessus du bouton permet d’inverser le sens de rotation du moteur à l’aide d’un boitier électronique.

I-Schéma cinématique (serrage des mors et perçage)


II-Partie arbre des liaisons mécaniques de l’assemblage

Conclusion

Ce projet a été très enrichissant aussi bien d’un point de vue technique que de la coordination d’un travail en équipe. Il nous a permis d’enrichir et d’approfondir nos connaissances sur les méthodes de CAO et tout particulièrement sur le logiciel Catia. Nous avons également appris à modéliser efficacement et proprement avec des méthodes de modélisation qui nous étaient inconnues jusqu’à présent. Nous avons enfin appris à assembler un produit complexe ainsi qu’à l’animer. Comme énoncé précédemment, sur le point de vue travail en équipe le projet a satisfait pleinement nos attentes en matière d’organisation en nous obligeant par exemple à répartir le travail en fonction des connaissances et des capacités de chacun en CAO, en nous fixant des dates limites et en travaillant en commun.

Final Rapport Cp42 Groupe Perceuse Manuelle

Documents

Transcript of Final Rapport Cp42 Groupe Perceuse Manuelle