Manuel de Technolog i e Me Can i Que

MANUEL DETECHNOLOGIEMCANIQUE

GUILLAUME SABATIER FRANOIS RAGUSAHUBERT ANTZ

0limSabatier 27/06/08 10:06 Page 1

Dunod, Paris, 2006ISBN 2 10 049992 0

Maquette de couverture : M A T E O

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III

Prface

Dans un secteur industriel fortement concurrentiel qui impose des exigences de qualitet de rentabilit, le technicien daujourdhui doit tre capable de raisonner et dagirmthodiquement en apprhendant lensemble dans lequel il exerce son action. Saculture technique et ses comptences lui permettent de sadapter et de faire face auxvolutions technologiques. Ce profil de qualification milite pour un enseignementprofessionnel qui dpasse la seule transmission de connaissances.

La dmarche des auteurs de ce Manuel de technologie mcanique sinscrit dans cettevise de formation. Au-del de la simple criture de savoirs technologiques , leurambition est de permettre au lecteur daccder une comprhension globale des sys-tmes mcaniques et de leur environnement. Dans cet esprit, ils ont souhait donner leur travail une dimension pdagogique qui facilite lorganisation des apprentissages.Ainsi : les savoirs technologiques, cls dentre des diffrents chapitres, sont systmatique-

ment mis en relation avec des comptences professionnelles qui demeurent lesvritables objectifs de formation ;

les notions abordes sont toujours situes dans leur contexte technique ; des exer-cices corrigs et de nombreuses indications permettent au lecteur de vrifier sacomprhension et de prolonger ses investigations ;

des documents de synthse qui tiennent lieu de tableau de bord de la formation,permettent didentifier les activits conduites et dvaluer les comptences misesen uvre.

Conu pour rpondre aux exigences des rfrentiels des formations CAP, BEP etBaccalaurats professionnels du secteur industriel, ce Manuel de technologiemcanique couvre un large champ de connaissances en sciences et technologiesindustrielles. Il sadresse tous ceux qui, engags dans une dmarche de formation,recherchent un ouvrage de rfrence qui les accompagnera dans leur parcours. Larichesse documentaire et la clart des explications rpondront trs certainement leurs attentes.

ric ChazaletteInspecteur de lducation nationaleSciences et Techniques industrielles

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VTable des matires

Avant-propos IXComptences associes chaque savoir et valuation de llve XI

Chapitre 1 Analyse fonctionnelle 11.1 Exemple darchitecture fonctionnelle pour une automobile 11.2 nonc fonctionnel du besoin (mthode APTE) 31.3 La dmarche de lanalyse fonctionnelle 31.4 Lanalyse de produits existants 5

Chapitre 2 Dessin technique : vulgarisation et normalisation 11

2.1 Le dessin technique (ou industriel) 112.2 Formats normaliss 152.3 chelle 152.4 Cartouche 162.5 Nomenclature 16

Chapitre 3 Reprsentation en vue extrieure dune pice sur un dessin technique 21

3.1 Projection orthogonale 213.2 Disposition et alignement des vues 233.3 Traits 253.4 Vues utiles 263.5 Vue interrompue 263.6 Vue partielle 273.7 Demi-vue 273.8 Vue auxiliaire 27

Chapitre 4 Reprsentation en coupe dune pice ou dun mcanisme sur un dessin technique 31

4.1 Coupes et sections 314.2 Demi-coupes 334.3 Coupe partielle 334.4 Coupe brise 344.5 Section 35

Chapitre 5 Volumes et surfaces 415.1 Surfaces planes 415.2 Solides 435.3 Position entre deux surfaces ou deux volumes 445.4 Cylindres de rvolution 455.5 Formes des pices mcaniques 455.6 Profils 53

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Manuel de technologie mcanique

VI

Chapitre 6 Matriaux 556.1 Principaux lments dalliage 556.2 Associations de fer et de carbone 576.3 Aluminium et alliages 626.4 Dsignation des alliages daluminium 636.5 Cuivre et alliages 646.6 Dsignation des alliages de cuivre 646.7 Matires plastiques 65

Chapitre 7 Procds dobtention des pices 757.1 Frittage et mtallurgie des poudres 757.2 Forgeage 767.3 Chaudronnerie 787.4 lectrorosion 817.5 Fonderie 817.6 Assemblage 867.7 Usinage 907.8 Finition 93

Chapitre 8 Liaisons lmentaires dans un mcanisme 958.1 Liaisons mcaniques 958.2 Translation et rotation 998.3 Classes dquivalence cinmatique 1008.4 Liaisons normalises et reprsentations 101

Chapitre 9 Schma cinmatique minimal dun mcanisme1039.1 Dfinitions et mthodes 103

Chapitre 10 Ajustements 10710.1 Tolrances dimensionnelles 10810.2 Assemblages 109

Chapitre 11 Cotation fonctionnelle 11711.1 Cote condition 11711.2 Chane de cotes 11811.3 Tolrances 11911.4 Conditions maximale et minimale 119

Chapitre 12 Spcifications gomtriques 12112.1 Ncessit de lindication de spcifications gomtriques sur les plans 12112.2 Notations des spcifications gomtriques sur les plans

et mthode dexcution 12212.3 Symboles des spcifications gomtriques 12212.4 Spcifications de forme 12312.5 Spcifications dorientation 12512.6 Spcifications de position 12512.7 Spcifications de battement 127

Chapitre 13 Spcifications de surface 13313.1 Ncessit de ltude et de lindication des tats de surface 13313.2 Topographie des surfaces 13413.3 Rugosit 134

Chapitre 14 Mtrologie 13714.1 Pied coulisse 13714.2 Micromtre intrieur ou extrieur 140

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Table des matires

VII

14.3 Peigne 14114.4 Comparateur 14214.5 Machine mesurer tridimensionnelle et colonne de mesure 14314.6 Mesure de la rugosit 144

Chapitre 15 Guidage en rotation 14515.1 Expression fonctionnelle du besoin 14615.2 Les diffrents principes et moyens mis en uvre 14615.3 Guidage en rotation par contact direct 14715.4 Guidage en rotation obtenu par interposition de bagues de frottement 14815.5 Guidage en rotation ralis par roulement 15015.6 Liaison pivot obtenue par interposition dun film dhuile 15615.7 Tableau comparatif des diffrentes familles de guidages en rotation 158

Chapitre 16 Guidage en translation 16116.1 Fonctions dun guidage en translation 16116.2 Solutions constructives dun guidage en translation 16216.3 Prcision dun guidage en translation 16216.4 Guidage par contact direct 16316.5 Guidage par contact indirect 165

Chapitre 17 Filetages, taraudages et liaisons encastrements 169

17.1 Vis 16917.2 crous 17017.3 Assemblages dmontables 17117.4 Reprsentation des lments filets 17417.5 Cotation des lments filets 17617.6 Chanfreins dentre et gorges de dgagement 17717.7 Classes de qualit 17717.8 Ralisation des assemblages 17817.9 Rondelles dappui 18717.10 Types dcrous 18717.11 Freinage des vis et des crous 18917.12 Liaisons dmontables obtenues par goupillage 19217.13 Liaisons arbre-moyeu 19317.14 Liaisons encastrement non dmontables 194

Chapitre 18 tanchit et lubrification des mcanismes 20118.1 tanchit 20118.2 Lubrification 206

Chapitre 19 Transformation et transmission de lnergie 20919.1 Lnergie 20919.2 La transmission du mouvement 21519.3 Transformation du mouvement mcanique 22719.4 Accouplements 23219.5 Freins 24019.6 Appareils de transformation de lnergie et de commande 243

Chapitre 20 Statique : tude du comportement des solides immobiles dans un repre 265

20.1 Quelques notions importantes 26620.2 Types dactions mcaniques 26920.3 Actions mcaniques transmissibles dans certaines liaisons

(cas de liaisons parfaites) 27020.4 Actions mcaniques et moments modlisables par un torseur 271

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VIII

20.5 Principe fondamental de la statique (PFS) 27320.6 Frottement et adhrence 279

Chapitre 21 Cinmatique : tude de la position et du mouvement des solides par rapport un repre 285

21.1 Dfinitions 28621.2 Rotation et translation 28721.3 Repre absolu et repres utiliss 28721.4 Trajectoires 28721.5 Dtermination des vitesses 28921.6 Mthodes graphiques de dtermination des vitesses 291

Chapitre 22 Dynamique : tude du comportement des solides en mouvement par rapport un repre 297

22.1 nergtique 29722.2 Dynamique 301

Chapitre 23 Rsistance des matriaux 30923.1 Dfinitions 30923.2 Hypothses gnrales 31023.3 Contraintes 31123.4 Traction et compression 31223.5 Cisaillement 31323.6 Torsion 31423.7 Flexion simple 315

Chapitre 24 Structure et traitements des matriaux 32124.1 Dfinitions 32124.2 tude des liaisons mtalliques 32224.3 Polymres : tude des liaisons de Van der Waals 32824.4 Cramiques : tude des liaisons covalentes 32924.5 tude des fibres et composites 330

Chapitre 25 Caractristiques mcaniques et essais des matriaux 333

25.1 Dfinitions 33325.2 Essai de traction 33425.3 Essai de duret 33525.4 Essai de rsilience 33725.5 Essai de fluage 33825.6 Essai de fatigue 33825.7 Photolasticit 33925.8 Extensomtrie 340

Corrigs des exercices 341

Index 359

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IX

Avant-propos

Ce manuel, destin aux lves de CAP, BEP et Baccalaurats professionnels indus-triels, met au cur de la situation dapprentissage les normes, les savoirs et lescomptences essentiels de la technologie mcanique en se basant sur des systmesmcaniques et leurs fonctions associes.

Chaque chapitre est introduit par les comptences acqurir. Llve est guid dans lacomprhension de la technique enseigne et sentrane laide de lexercice dappli-cation en fin de chapitre. chaque exercice, llve peut, seul ou avec laide du pro-fesseur, valuer ses comptences, grce au tableau prvu cet effet en dbut demanuel, en inscrivant son niveau (A, B, C et D) en face de la comptence acqurir.Il suit ainsi son volution sur la mme comptence pendant sa priode de formation,et ses progrs tout au long de lanne. Avant lexamen, il est ncessaire de travaillerprioritairement les comptences values par C et D.

Travail de dcouverte des phnomnes observs

Recherche travers les donnes historiques en dbut de chapitre

Apprentissage du cours

En classe, lecture et comprhension du cours avec le professeur

Exercices pratiques ou dirigs, seul ou en classe

Exercice appliqu en fin de chaque chapitre avec corrig en fin de manuel

Exercice supplmentaire Pour aller plus loin pour validation des comptences

Activits sur Internet

Normes du manuel autorises

valuation des comptences

Contrle des connaissances avec ou sans normes du manuel

Tableau de comptences remplir seul ou avec le professeur

Approfondissement des points dlicats

Rvision des rgles et explication du cours et/ou des exercices

Examen

Mode demploi

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X

Les normes incluses dans le manuel ne sauraient en aucun cas remplacer les docu-ments de lAFNOR, auxquels il convient de se reporter pour toute applicationindustrielle.

Ce manuel est un outil et non une rfrence officielle, il ne prfigure ni de la pro-gression ni du contenu des cours des professeurs, qui doivent se reporter au rf-rentiel de la discipline concerne pour tablir leurs squences pdagogiques.

Les exemples donns ici ne sont pas exhaustifs, ils ne sauraient tre utiliss directe-ment pour dautres applications sans adaptations thoriques et pratiques adquates.

Les repres de lespace trois dimensions installs pour chaque exemple sont desrepres relatifs, sauf indication contraire.

Les auteurs souhaitent remercier : Renault SA (http://www.renault.fr), et particulirement Laetitia Hainaut, le Conservatoire Seb (http://www.groupeseb.com), et particulirement Virginie

Labrue et Sandrine Besson, la Socit des ptroles Shell (http://www.shell.com), et particulirement Patrick

Settelen, Festo (http://www.festo.com), et particulirement Nicolas Murzyn, Pioch Farrus Mine (http://perso.wanadoo.fr/piochfarrus/index2.htm), et particu-

lirement Jean-Luc Esprou, Wrth France SA (http://www.wurth.fr), lAFNOR (http://www.afnor.fr/portail.asp), les ditions Dunod (http://www.dunod.com),ainsi que tous les collgues, lves, inspecteurs et proches ayant apport leur contri-bution lamlioration de louvrage.

Avertissements

Remerciements

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XI

Comptences associes chaque savoir et valuation de llve

Les comptences sont donnes de manire indicative et ne sauraient remplacer lerfrentiel spcifique de la section considre. Il convient de sy reporter afin de resterdans la limite impose rglementairement.

Chapitre Comptences Page

1. Analyse fonctionnelle A1, A2 1

2. Dessin technique : vulgarisation et normalisation3. Reprsentation en vue extrieure dune pice sur un dessin technique4. Reprsentation en coupe sur un dessin technique5. Volumes et surfaces

L1, L8, L12, E1L1, L8, L12, E1, L4, L10, E4L1, L8, L12, E1, L4, L10, E4L2, L10, A4

11213141

6. Matriaux : transformation et normalisation7. Procds dobtention des pices

L5, A3L6, E2, A3, A7

5575

8. Liaisons lmentaires dans un mcanisme9. Schma cinmatique minimal dun mcanisme

L11, ES1, A4, A5L11, ES1, E3, A5

95103

Spcifications fonctionnelles

10. Ajustements11. Cotation fonctionnelle12. Spcifications gomtriques13. Spcifications de surface14. Mtrologie

L7, L9, A6, A7, A12L7, L9, A6, A7, A12L7, L9, A6, A7, A12L7, L9, A6, A7, A12A8, A9

107117121133137

Solutions technologiques

15. Guidage en rotation (roulements, paliers lisses)16. Guidage en translation17. Liaisons encastrements18. tanchit et lubrification19. Transformation et transmission de lnergie

ES4, E4, A6, A12ES4, E4, A6, A12ES4, E4, A6, A12A11, ES4ES4, ES5, A2, A10

145161169201209

tude des comportements20. Statique : tude du comportement des solides immobiles dans un repre21. Cinmatique : tude de la position et du mouvement des solides par rapport un repre22. Dynamique : tude du comportement des solides en mouvement par rapport un repre23. Rsistance des matriaux24. Structure des matriaux et leurs traitements25. Caractristiques mcaniques et essais des matriaux

ECSD1, ECSD2, ECSD3

ECC1, ECC2

ECSD1, ECSD2, ECSD3RDM1 4RDM1 4RDM1 4

265

285

297309321333

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XII

valuation de llve

A : llve a atteint lobjectif entirement et en autonomieB : llve a atteint lobjectif avec laide du professeurC : llve a atteint lobjectif partiellement ou avec difficultsD : llve na pas atteint lobjectif

valu

atio

n 1

valu

atio

n 2

valu

atio

n 3

valu

atio

n 4

Exemple : Comptence : mesurer la largeur dun pice C B A

L1 : Reprer un ensemble de pices, une pice, ou les formes dune pice sur un dessin technique

L2 : Quantifier des surfaces et volumes lmentairesL3 : Dcrire les positions relatives entre les surfaces ou entre les volumes dune pice

L4 : Dsigner les formes dune pice en reprsentation plane ou en coupe sur un dessin technique

L5 : Identifier la nature dun matriau partir des hachures ou dune pice relle et dcoder sa dsignation normalise

L6 : Identifier le procd dobtention dune pice suivant ses formes

L7 : Dcoder les cotes et les spcifications gomtriques lies aux surfaces

L8 : Extraire les informations utiles dun dossier technique (cartouche, nomenclature, repres, matriaux)L9 : Identifier les surfaces fonctionnelles dun mcanisme

L10 : Associer volumes et surfaces dans plusieurs vues dune mise en plan

L11 : Identifier les liaisons et les mouvements des pices dun mcanisme partir dun schma cinmatique

L12 : Inventorier les pices constitutives d'un systme mcanique ou dun ensemble hydraulique ou pneumatique

ES1 : Identifier, avec la norme, les liaisons entre solides dans un schma cinmatique et en dduire les mouvements relatifs

ES2 : Identifier, avec la norme, les composants utiliss dans un schma pneumatique, hydraulique ou lectrique

ES3 : Identifier le type de transmission ou de transformation de lnergie sur un dessin technique

ES4 : identifier les solutions constructives associes aux fonctions techniques et dcoder leur dsignation

ES5 : Dterminer les paramtres dentre et de sortie de lnergie pour rsoudre un problme technique

E1 : Produire le croquis dune pice ou sa reprsentation normalise sur des vues planes ou en perspective

E2 : Dcrire le procd dobtention dune pice suivant les fonctions techniques quelle doit remplir

E3 : Complter un schma cinmatique

E4 : Reprsenter une solution technologique pour une fonction technique donne

A1 : Dfinir la frontire dtude pour un systme mcanique

A2 : Exprimer les entres/sorties, fonctions, valeur ajoute et donnes de contrle dun ensemble ou sous-ensemble partir dun outil de description fonctionnelle

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Comptences associes chaque savoir et valuation de llve

XIII

A3 : Associer les matriaux leurs caractristiques et leur fonction technique assurer dans un systme mcanique

A4 : Associer les surfaces de contact ou les mouvements relatifs des pices leurs liaisons normalises

A5 : Dfinir les classes dquivalence cinmatique pour un systme mcanique donn

A6 : Dfinir les conditions fonctionnelles pour une solution technologique

A7 : Associer les spcifications fonctionnelles au procd dobtention des pices

A8 : Valider des spcifications fonctionnelles par contrle des pices

A9 : Choisir le procd de mtrologie suivant la spcification fonctionnelle considre

A10 : Dcrire un systme de transmission de lnergie

A11 : Dcrire un type dtanchit ou de lubrification pour une fonction technique donne

A12 : Exprimer le comportement dun assemblage selon les spcifications fonctionnelles indiques

A13 : partir dun schma, dcrire le fonctionnement dune installation hydraulique, pneumatique ou lectrique

ECC1 : Identifier et dcrire le mouvement relatif entre deux pices ainsi que la trajectoire dun point de cette pice

ECC2 : Dterminer la position, la vitesse et lacclration dun solide en mouvement de translation ou de rotation uniforme ou uniformment vari

ECSD1 : Inventorier les actions mcaniques appliques un solide

ECSD2 : Reprsenter les actions mcaniques sur un solide isol, lquilibre ou en mouvement (dans un repre impos)ECSD3 : Dterminer les actions inconnues un solide isol en vue de rsoudre un problme (RDM, condition dquilibre, etc.) par application dun principe fondamental de la physique (statique ou dynamique)RDM1 : Identifier le type de sollicitation laquelle une section quelconque dune pice est soumise

RDM2 : valuer la dformation ou les conditions de rsistance dune pice pour une situation mcanique donne

RDM3 : valuer le comportement mcanique ultrieur dune pice suivant la structure de la matire et le traitement thermique ou chimique associ

RDM4 : valuer les caractristiques mcaniques quune pice doit possder pour une fonction technique donne

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111Analyse fonctionnelle

Exemple danalyse fonctionnelle : voir figure 1.1 page suivante.Un produit (vhicule automobile, vtement, matriel) est conu de manire rpondre un besoin exprim par le futur utilisateur : le client. Il est donc ncessairede crer un lien ordonn entre lutilisateur et le concepteur (figure 1.2).

1re phase : ltude de march permet daller vers le client. travers divers sondagesapparaissent les besoins du client : il est alors possible de les recenser, de les for-muler et de les valider.

2e phase : lanalyse fonctionnelle a pour but de traduire les besoins de lutilisateuren terme de fonction. Ces fonctions seront la base de toute recherche de solutiontechnologique, elles sont classes, caractrises et valides.

3e phase : la rdaction du cahier des charges va amener le concepteur raliser unavant-projet (exemple de larchitecture fonctionnelle de la voiture). Cest un contratliant le demandeur (client) et le concepteur, prcisant les responsabilits de chacun.Toutes les recherches (phases) prcdentes y figurent.

1.1 Exemple darchitecture fonctionnelle pour une automobile

NF EN 1325-1 et NF EN 1325-2

PlanComptences vises : A1, A2

1.1 Exemple darchitecture fonctionnelle pour une automobile 1

1.2 nonc fonctionnel du besoin (mthode APTE) 3

1.3 La dmarche de lanalyse fonctionnelle 3

1.4 Lanalyse de produits existants 5

Exercice type 8

Figure 1.2 Relation utilisateur/concepteur.

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Chapitre 1 Analyse fonctionnelle

2

Figure 1.1 Architecture fonctionnelle dune automobile.


1.2 nonc fonctionnel du besoin (mthode APTE)

3

Dfinition du besoin : ncessit ou dsir prouv par un utilisateur.Une fois ltude de march ralise, le besoin est identifi. Il faut normalementlnoncer clairement : il sagit dexprimer avec rigueur le but et les limites de ltude.Loutil utilis pour cela est la bte cornes (diagramme APTE).Prenons un exemple : une tude de march a mis en vidence le besoin pour un cou-turier de disposer dun outil (une paire de ciseaux) lui permettant de couper du tissu.Pour remplir le diagramme bte cornes , il faut rpondre aux questions suivantes(par rapport au produit) : qui rend-il service ? Sur qui agit-il ? Dans quel but ?On obtient ainsi le diagramme suivant (figure 1.3).

partir de cela, il ne reste plus qu valider le besoin en se posant les questionssuivantes : Pourquoi le besoin existe-t-il ? ( cause de quoi ?) Quest-ce qui pourrait le faire disparatre/voluer ? Quel est le risque de le voir disparatre/voluer ?Dans notre cas les rponses sont : Lutilisation de tissu pour la confection de vtements, de rideaux La dcouverte dun nouveau matriau ne ncessitant pas lutilisation dun outil

pour le couper ou la disparition de lhabillement (les personnes resteraient nues). Le risque est trs faible, voire nul.Le projet est stable.

Lanalyse fonctionnelle consiste recenser, caractriser, ordonner, hirarchiseret valoriser les fonctions dun produit. partir de cet instant, le besoin est traduit enterme de fonctions.

1.2 nonc fonctionnel du besoin (mthode APTE)

1.3 La dmarche de lanalyse fonctionnelle

Figure 1.3 nonc fonctionnel du besoin : diagramme bte cornes .



4

Pour raliser cette analyse, il faut dterminer la squence de vie du produit (utilisation,maintenance) dans laquelle on se place, et la frontire qui dlimite la zone dtude.On parle alors disolement du produit par rapport son milieu environnant. Pour cefaire, on utilise le diagramme dassociation, ou graphe des interacteurs (figure 1.4).

Les relations entres les diffrentes parties sont en fait les fonctions du produit. Cesfonctions sont classes en deux groupes : les fonctions principales (figure 1.5) : ce pourquoi le produit existe. Une fonction

principale relie toujours deux composantes en passant par le produit ; les fonctions complmentaires (figure 1.6) : ce qui permet dadapter le produit

son environnement immdiat. Une fonction complmentaire ne relie le produit quune composante la fois.

Remarque : Une fonction est toujours exprime par un verbe linfinitif suivi dun compl-ment dobjet.

Figure 1.4 Diagramme dassociation.

Figure 1.5 Fonction principale.

Figure 1.6 Fonction complmentaire.


1.4 Lanalyse de produits existants

5

Dans notre exemple de la paire de ciseaux, nous obtenons les diagrammes suivants(figures 1.7 et 1.8), avec : FP1 : Couper le tissu. FC1 : Sadapter lutilisateur (tre facile demploi). FC2 : Rsister lusure. FC3 : Rsister au milieu ambiant. FP2 : Affter les lames des ciseaux.Toutes ces fonctions dfinies peuvent tre classes par importance et peuvent treapprcies partir de critres. Cela ne sera pas trait dans ce chapitre.

Lanalyse fonctionnelle des produits existants (ou en phase de dveloppement) estncessaire pour amliorer ces produits. En effet, il nest pas rare de constater quunvhicule soit modifi pour rpondre au mieux aux besoins de lutilisateur, besoinsqui voluent sans cesse. De plus, en cours de dveloppement, cette analyse permetau concepteur de ne pas sgarer dans des solutions techniques complexes ou inutiles.Cette analyse sinscrit galement dans une dmarche de maintenance, de recherchede panne.

1.4.1 Analyse fonctionnelle descendante (SADT) Description : niveau A-0

Ce type danalyse permet de modliser graphiquement un produit. Llment graphiquede base est la bote rectangulaire dans laquelle est inscrite la fonction. On y trouvegalement les flux de donnes, matires qui traversent cette fonction et les donnes decontrle qui grent la fonction. En dessous de la bote est not le mcanisme ralisantla fonction (figure 1.9).


Figure 1.7 Diagramme dassociation Ciseaux : squence conception.

Figure 1.8 Diagramme dassociation Ciseaux : squence maintenance.



6

Remarque : Les entres se retrouvent toujours en sortie, mais modifies par la fonction duproduit. Dans notre exemple : le tissu est entier lentre, il ressort coup, la fonction tantCouper le tissu. La valeur ajoute reprsente la diffrence de valeur des sorties par rapportaux entres.

Utilisation et fonctionnement : niveau A0

Cette analyse se fait toujours en partant de la fonction globale du produit pour allervers le dtail (figure 1.10). Cest un effet de zoom. Le premier niveau est le niveau A-0 :fonction globale du systme ; en zoomant dans cette bote, on trouve dautresbotes (notes A1, A2). De mme, si nous regardons dans la bote A1, on retrouvedautres botes (notes A11, A12), et cela jusqu ce que le produit soit entirementmodlis.

Remarque : Il est utile de prciser le point de vue choisi (utilisateur, concepteur).

Pour notre exemple, nous obtenons le diagramme de la figure 1.11. Le point de vuechoisi est celui de lutilisateur, au niveau A-0 (figure 1.11).

Figure 1.9 Diagramme A-0 utilis en SADT.

Figure 1.10 Analyse descendante.



7

1.4.2 Diagramme FAST Description

Cet outil danalyse de lexistant est trs pertinent car il permet dassocier la fonc-tion de service (rponse au besoin de lutilisateur) des solutions technologiques. Il seprsente galement sous la forme de bote, mais leffet de zoom est remplac par unedescription linaire, le sens de lanalyse se faisant de la gauche vers la droite. En par-tant de la fonction principale, toutes les fonctions techniques sont relies et ordonnesjusqu aboutir aux solutions techniques.Le but de cet outil est de dfinir et de caractriser chaque zone fonctionnelle du produit(une zone fonctionnelle nest rien dautre quune solution technologique rpondant une fonction). De plus, en sparant chaque zone fonctionnelle du produit, il est faciledvaluer la fiabilit et la comptitivit du produit : le produit nest plus critiqu sur safonction principale mais sur les choix technologiques mis en uvre pour la raliser.

Utilisation et fonctionnement

Les diffrentes fonctions (botes) sont relies de manire trs prcise et stricte. Pourpasser dune bote lautre, il faut rpondre la question qui correspond. Trois ques-tions sont possibles : Pourquoi la fonction doit-elle tre ralise ? Comment la fonction doit-elle tre ralise ? Quand la fonction doit-elle tre assure ?

Remarque : Pour les flches verticales, les fonctions sont ralises en mme temps.

Pour notre exemple de la paire de ciseaux, nous obtenons le diagramme suivant(figure 1.12).

Figure 1.11 Diagramme A-0 Ciseaux .



8

Comment dcrypter ce diagramme ?

La fonction principale dtaille est Couper le tissu. Pour raliser cette fonction, troisfonctions techniques sont employes : cest la rponse la question Comment ? .On remarque que ces trois fonctions sont ralises simultanment : cest la rponse la question Quand ? . Ensuite chaque fonction technique est associe une solutiontechnologique (zone fonctionnelle) du produit (ici, la paire de ciseaux). Par exemple,pour Transmettre lnergie mcanique, cest le systme de levier qui est employ ;de mme pour Accueillir les doigts de lutilisateur, la solution choisie est une formeen anneaux.

Il est galement possible de remonter dune solution technologique vers sa fonctionassocie : ainsi laxe de pivot sert Dplacer une lame (rponse la question Pourquoi ? ). Schma par bloc fonctionnel

Reprenons lexemple de la figure 1.1 avec le vhicule automobile. Des blocs fonc-tionnels donnent une vue globale du fonctionnement dun mcanisme. On peut ensuiteregarder dans les botes pour voir comment est structur le sous-ensemble considr.Par exemple, les freins sont situs au niveau des roues (voir figure 1.1). La structuredes freins est dcrite au chapitre 19 sur la transmission de puissance.

Le systme tudi est un systme de panneaux solaires (figure 1.13).

Figure 1.12 Diagramme FAST Ciseaux .

Exercice type

Figure 1.13 Production dlectricit partir de lnergie solaire.


Exercice type

9

Q1) Compltez le diagramme A-0 pour le systme de panneaux solaires au niveau des pointills (figure 1.14).Q2) Compltez le diagramme A0 (figure 1.15, sur les pointills uniquement) correspondant au diagramme A-0

(figure 1.14). Mots utiliser : courant lectrique alternatif ; stocker llectricit ; courant continu ; nergiesolaire ; courant continu ; transformer lnergie solaire en courant continu ; transformer le courant.

Reportez-vous aux rponses page 341.

Ralisez ou compltez des schmas de lanalyse fonctionnelle pour tout ou partiedes blocs de larchitecture de la voiture.Voir aussi : batteur Minor Moulinex, presse-agrumes, plate-forme lvatrice,disque dur, olienne, direction assiste, perceuse, laminoir (voir index).Activits sur Internet : http://www.listepgm.org

Figure 1.14 Diagramme A-0 Systme de panneaux solaires.

Figure 1.15 Diagramme A0 Systme de panneaux solaires.

Pour aller plus loin


11

22Dessin technique : vulgarisation et normalisation

Les premiers dessins connus sont ceux des hommes du Palolithique qui capturent les animaux sur les murs des cavernes la priode magdalnienne, entre 19 000 et10 000 avant J.-C.Au Nolithique, les premiers architectes construisent des villes, par exemple la villede Jricho en Cisjordanie (vers 7 800 avant J.-C.). partir de lAntiquit, les Sumriens, un peuple de Msopotamie, connaissent lcri-ture pictographique : un dessin reprsente un objet.Les ingnieurs romains tels Vitruve en 30 avant J.-C. et Frontin en 80 aprs J.-C. pla-nifient la construction des aqueducs, des thermes, des cirques et des arcs de triomphe. la Renaissance, vers 1450, le dessin technique prend une autre dimension avecLonard de Vinci et limprimerie de Gutenberg. De Vinci reprsente des engrenages,des roulements billes, le corps humain et des machines de guerre sur des plans enpapier.Gaspard Monge (1746-1818) est traditionnellement considr comme le fondateurde la projection orthogonale et de la gomtrie descriptive modernes.La rvolution industrielle, avec lessor de la machine vapeur partir du dbut duXIXe sicle, a besoin du dessin industriel pour tablir les plans avant la fabrication desmachines : cest la planification des travaux grande chelle (machines ferroviaireset minires, industrie de guerre).Au XXe sicle, cest linformatique qui amliore la qualit, la prcision et la facilitdarchivage des dessins techniques modernes.

2.1.1 Un outil de communication techniquePour pouvoir rparer ou fabriquer un objet, il faut dabord le comprendre. Quelles sontles pices du mcanisme ? Comment sont-elles assembles ? O se situent-elles dansle mcanisme ? Autant de questions auxquelles il faut rpondre pour comprendre unmcanisme. Un moyen simple dy parvenir est le dessin technique, souvent appelplan.Le dessin technique est donc un moyen dexpression universel tout technicien. Ilsuit des rgles, des normes prcises et rigoureuses dans un souci defficacit.Tout professionnel qui utilise ou agit sur des mcanismes (machines, engins, auto-mobiles) doit pouvoir dcoder un dessin technique, sans quoi il serait vite perdu etinefficace. Savoir dcoder et utiliser un dessin technique ncessite de la rigueur et delorganisation.

2.1 Le dessin technique (ou industriel)NF EN ISO 5457 et 7200

PlanComptences vises : L1, L8, L12, E1

2.1 Le dessin technique (ou industriel) 11

2.2 Formats normaliss 15

2.3 chelle 15

2.4 Cartouche 16

2.5 Nomenclature 16

Exercice type 18


Chapitre 2 Dessin technique : vulgarisation et normalisation

12

2.1.2 Les diffrentes reprsentations des dessins techniquesIl existe plusieurs types de dessins techniques, tous complmentaires.Prenons lexemple dun batteur pour les ufs et tudions lensemble des dessins quilest possible dtablir (figure 2.1).

Le croquis

Cest un dessin (ou une esquisse) fait main leve sans respecter de rgles prcises(figure 2.2). Il permet de visualiser une ide, un avant-projet.

Figure 2.1 Batteur de cuisine Minor Moulinex (conservatoire Seb, Lyon).

Figure 2.2 Croquis du batteur Minor Moulinex (conservatoire Seb, Lyon).


2.1 Le dessin technique (ou industriel)

13

Le dessin densemble

Cest le plan du mcanisme, plus ou moins dtaill, une certaine chelle. Lemcanisme est reprsent assembl et toutes les pices apparaissent sur ce dessin(figure 2.3).

Le dessin de dfinition

Ce dessin est le complmentaire du prcdent. Une seule pice du mcanisme estdessine et dfinie totalement. Ce dessin est souvent la base de la fabrication de lapice (figure 2.4).

Figure 2.3 Plan densemble du batteur Minor Moulinex (conservatoire Seb, Lyon).



14

Le schma

Cest un dessin trac partir dune famille de symboles. Il permet de reprsenter demanire simple un mcanisme, une installation (lectrique, hydraulique, mcanique oupneumatique). Le schma permet surtout de dcrire facilement le fonctionnement plusou moins complexe dun systme.

La vue clate

Dans ce cas, le mcanisme est reprsent en perspective (3 dimensions) et dmont.Ce mode de reprsentation permet de mettre en vidence lassemblage des diffrentespices du mcanisme. La vue clate est souvent utilise dans des notices dassem-blages ou de maintenance.

Figure 2.4 Dessin de dfinition de la vis 7 du batteur.

Figure 2.5 Schma cinmatique du batteur Minor Moulinex.

Figure 2.6 Photographie de lclat du batteur Minor Moulinex et dessin clat de la partie transmission (conservatoire Seb, Lyon).


2.2 Formats normaliss NF Q 02-000

15

Un dessin technique est excut sur un support. Bien que loutil informatique ait faitprogresser le dessin technique et son stockage, la plupart des plans sont encore impri-ms sur du papier (ou du calque). Les diffrentes dimensions possibles de ce papiersont dfinies par la norme (tableau 2.1).

Remarque : Le plus grand format est le format A0, ses dimensions reprsentent environun mtre carr. En divisant ce format en deux parties gales, on obtient le format A1.De mme en divisant le format A1 obtenu en deux parties gales, on cre un format A2et ainsi de suite (figure 2.7).

Un dessin technique reprsente un produit rel quil est souvent impossible de repr-senter en taille relle. Ainsi un objet trop grand sera dessin en rduction et un objettrop petit en agrandissement. Pour savoir si un objet est reprsent en taille relle ounon, le dessinateur indique lchelle utilise sur le dessin technique.Lchelle dun dessin est le rapport entre la dimension dessine et la dimension delobjet vue en vraie grandeur. Lchelle est toujours note sous forme de division, parexemple, 1:2 ; 2:1 ; 1:10 ; 5:1.

Un moyen simple pour savoir si lobjet a t reprsent agrandi ou rduit est decomparer les deux nombres de la division. Par exemple, lchelle 4:3 est un agrandis-sement car le premier chiffre est plus grand que celui aprs les doubles points ; inver-sement, 1:10 est une rduction.

2.2 Formats normaliss NF Q 02-000

Tableau 2.1 Formats normaliss.

Dsignation Longueur (mm) Largeur (mm) Marges (mm)A3 420 297 10

A4 297 210 10

2.3 chelle

Tableau 2.2 Exemples dchelles.

Taille relle 1:1

Taille agrandie 2:1 3:1 8:1

Taille rduite 1:2 1:3 1:8

Figure 2.7 Formats.



16

Le cartouche est un cadre regroupant de nombreuses informations relatives au dessin :cest la fiche didentit du dessin (figure 2.8). Il contient les renseignements suivants :le titre de lobjet reprsent, lchelle, le format, le nom de lentreprise ou du lyce, lenom du dessinateur, des repres de classement ou de mise jour, la date et le symboleISO de disposition des vues. La forme du cartouche varie dune entreprise lautre.La position du cartouche sur le dessin est souvent en bas et droite.

Remarque : Sur la figure 2.3, le dessin format A4 est rduit au format A5. Lchelle auraitpu tre crite : chelle 1:2/A5.

La nomenclature est une liste qui regroupe tous les lments (pices) du mcanismedessin. Cette liste est gnralement sous forme de tableau compos de cinq colonnes(tableau 2.3) : dans la colonne Repre (Rep.), on trouve un chiffre diffrent attribu chaque pice

diffrente. Cela permet didentifier rapidement un lment sur le dessin ; dans la colonne Nombre (Nbre), un chiffre correspondant au nombre de pices du

mme repre est not ; cela permet de connatre le nombre total de chaque piceidentique ;

dans la colonne Dsignation, chaque pice est nomme, souvent en relation avecsa fonction ;

dans la colonne Matire, la dsignation normalise de la matire de la pice estrenseigne ;

dans la colonne Observations, se trouve toute information complmentaire jugeutile pour le lecteur.

2.4 Cartouche

2.5 Nomenclature NF E 04-504


2.5 Nomenclature NF E 04-504

17

Tableau 2.3 Nomenclature du batteur.

Non repre 2 Vis CBLZ M3-30

23 1 Plaque darrt de rotule

22 2 Balai Graphite

21 2 Porte-balai

20 1 Entretoise porte-rotule C25

19 1 Carter droit ABS

18 1 Carter gauche ABS

17 1 Prise

16 2 rotule Cu Sn8 P

15 1 Support de rotule S235

14 1 Support de balai PA 6/6

13 1 Stator du moteur Bobinage : Cu-ETP

12 1 Bague de serrage de rotule

11 1 Plaque de distribution de la vitesse

10 1 Bouton de rglage de la vitesse PA 6/6

9 1 Bouton poussoir PA 6/6

8 1 Support de rotule EN-AB 2017[Al Cu4 Mg Si]

7 2 Vis CBLZ M2,5-8

6 1 Rotor vis Bobinage : Cu-ETP Zvis = 2 filetsmn0 = 0,596 mm/dent

5 2 Roue dente PA 6/6 Zroue = 35 dentsmn0 = 0,596 mm/dent

4 2 Support de roue dente S235

3 2 Vis CBLZ M 3-55 l filete = 35 mm

2 1 Socle PA 6/6

1 2 Fouet

Rep. Nbre Dsignation Matire Observations



18

Le systme tudi est un canon de perage (figure 2.9).

Exercice type

Figure 2.9 Exercice sur le canon de perage.


Exercice type

19

Principe : pour percer une pice cylindrique sur la surface cylindrique, on utilise un montage de perage. Lapice est pose sur le mors fixe. Loprateur manuvre le levier et le mors mobile descend et bloque la pice.Loprateur peut ensuite percer laide du foret par translation de celui-ci.Q1) Donnez le nom du type de document ou dessin en A, B, C et D.Q2) Compltez les repres des pices sur le dessin clat en A.Q3) Donnez le nom des pices 6 et 9 du dessin B.Q4) Donnez le code de la matire de la pice 1.Q5) Quel est lintrt davoir ralis les dessins C et B.Reportez-vous aux rponses page 342.

Extrayez les informations utiles du dossier technique du batteur Moulinex etreprez les vues sur le plan densemble.Voir aussi : presse-agrumes, plate-forme lvatrice, disque dur, canon de perage,injecteur diesel.Activits sur Internet : http://www.listepgm.org http://www.gs-soft.fr http://gcppinsa.insa-lyon.fr

Figure 2.9 (suite) Exercice sur le canon de perage.



21

33Reprsentation en vue extrieure dune pice sur un dessin technique

Le dessin technique, rgi par des normes, a pour but de reprsenter un mcanisme.Cest un langage commun compris de tous les professionnels pour fabriquer, conce-voir, entretenir, utiliser ou vendre des systmes techniques.

Prenons comme exemple la contre-glissire dun montage de perage (figure 3.1).La contre-glissire participe la fonction Serrer la pice. Le principe du perage a tdonn au chapitre 2 (page 19).

Projection orthogonale veut dire jeter en avant de manire perpendiculaire.Il faut ainsi comprendre que les formes de la pice (objet) doivent tre reprsentesdevant soi et de manire ce quils soient perpendiculaires notre vision. Ensuite,il suffit damener cette reprsentation sur un plan de projection situ en arrire. Onappelle vue le dessin obtenu (figures 3.2 et 3.3).

3.1 Projection orthogonaleNF ISO 128-30

PlanComptences vises : L1, L8, L12, E1, L4, L10, E4

3.1 Projection orthogonale 21

3.2 Disposition et alignement des vues 23

3.3 Traits 25

3.4 Vues utiles 26

3.5 Vue interrompue 26

3.6 Vue partielle 27

3.7 Demi-vue 27

3.8 Vue auxiliaire 27

Exercice type 28

Figure 3.1 Canon de perage.


Chapitre 3 Reprsentation en vue extrieure dune pice sur un dessin technique

22

Nous voluons dans un monde physique trois dimensions : chaque pice a unvolume.Dans le systme de projection orthogonale, on effectue six projections orthogonalessuivant les six sens dobservation (figure 3.4).

Figure 3.2 Contre-glissire du canon de perage en projection.

Figure 3.3 Exemple du d.

Figure 3.4 Projections de six vues.


3.2 Disposition et alignement des vues

23

On peut ds lors reprsenter sur une vue plane les six sens dobservation (exemplepour une vue figure 3.5).

Prenons comme autre exemple un cube six faces distinctes (d de jeu).Pour pouvoir reprsenter toutes les faces de ce cube, il faut effectuer six projectionsorthogonales, en prenant bien soin de se placer perpendiculairement chaque face.Dans lexemple figure 3.6, nous navons ralis que trois projections, sur trois plansdiffrents et perpendiculaires entre eux.Une fois les vues obtenues, il faut les rassembler. Les plans P1, P2 et P3 ne doiventplus former quun seul plan. Pour linstant les vues sont toujours sur leurs plans deprojection respectifs (figure 3.6).

La correspondance des vues est la rgle qui permet de rassembler les vues obtenuespar projection sur un seul et mme plan (figure 3.7).La correspondance horizontale et la correspondance verticale sont importantespour lalignement des vues.La droite 45 permet de reporter un dtail (ou une forme) entre deux vues nonalignes. Sur la figure 3.7, cette droite permet de reporter un dtail de la vue de gauchesur la vue de dessus (ou inversement).

3.2 Disposition et alignement des vues

Figure 3.5 Mise en plan de la vue de derrire.

Figure 3.6 Projection du d.



24

Six vues existent dans le systme europen de projection orthogonale : vue de face,vue de droite, vue de gauche, vue de dessus, vue de dessous et vue arrire.

Reprenons lexemple du d (figure 3.8). Entre deux vues non alignes, par exemplela vue du chiffre 1 et celle du chiffre 4, il est possible deffectuer la correspondance desvues avec la droite 45, ou ligne de renvoi. Il est important de respecter la correspon-dance entre les diffrentes vues car cela vite des erreurs de lecture ou de compr-hension.

Figure 3.7 Disposition des vues de la contre-glissire.

Figure 3.8 Disposition des vues du d.


3.3 Traits NF ISO 128-24

25

Voici quelques erreurs frquentes (aidez-vous du trac correct figure 3.7).

Les diffrentes parties de lobjet dessin, en fonction de la vue observe, peuvent soittre visibles soit tre caches. De plus sur un dessin technique, se trouvent dautresinformations sur la pice : axes, cotes, plans de coupe, symtriesPour ne pas mlanger toutes ces informations, un code prcis a t tabli(figure 3.10) : on utilise des traits continus forts pour reprsenter les contours, formes, artes

visibles de lobjet :paisseur 0,7 mm

on utilise des traits interrompus fins (ou pointills) pour reprsenter les con-tours, formes, artes caches de lobjet :

paisseur 0,35 mm on utilise des traits interrompus mixtes pour reprsenter les axes, plans de

symtrie, plans de coupe :paisseur 0,35 mm

on utilise des traits continus fins pour reprsenter les interruptions de vue, lesfiletages, les hachures et pour coter lobjet :

paisseur 0,35 mm

3.3 Traits NF ISO 128-24

Figure 3.9 Erreurs sur un dessin.



26

En cas de chevauchement de traits, cest en gnral le trait continu fort qui lemporte.

Pour gagner de la place sur les dessins, il faut avoir un minimum de vues, mais avecla reprsentation des formes la plus complte possible. Aprs avoir choisi la vue deface (vue qui reprsente le mieux lobjet), le dessinateur slectionnera parmi les cinqvues restantes celles qui montrent le mieux les formes et les contours. Les vues quinapportent aucun dtail nouveau seront limines.Sur lexemple prcdent, on peut choisir dliminer la vue de derrire, la vue de gaucheet la vue de dessous qui napportent aucun dtail complmentaire aux autres vues(figure 3.11).Dans le cas des pices cylindriques de rvolution, on peut conserver deux vues uni-quement.

Lorsquil faut reprsenter une pice trs longue dont la forme ne change quaux extr-mits, on peut utiliser une vue interrompue. La rgle est la mme que prcdemment,il suffit juste de rajouter une information sur la longueur de la pice relle (cote)(figure 3.12).

3.4 Vues utiles

3.5 Vue interrompue

Figure 3.10 Traits.

Figure 3.11 Choix des vues.


3.6 Vue partielle

27

On ne reprsente que la partie de la pice montrer. Cette vue est dlimite par un traitfin la main (ou en zigzag la rgle). On gagne ainsi de la place et du temps.

Toujours dans un souci de simplification des dessins, lorsquune pice est symtriquepar rapport un axe, il nest pas ncessaire de reprsenter toute la vue : une demi-vueappuye sur laxe de symtrie suffit.Deux traits fins parallles lextrmit de laxe de symtrie indiquent la demi-vue(figure 3.13).Pour les pices cylindriques, on ralise parfois le quart de vue.

3.6 Vue partielle

3.7 Demi-vue

3.8 Vue auxiliaire

Figure 3.12 Vue interrompue dun cylindre de 1 m de longueur.

Figure 3.13 Demi-vue.

Figure 3.14 Vue auxiliaire.



28

Dans le cas dune pice coude ou dont les formes ne se prtent pas bien la projec-tion orthogonale, il suffit de choisir un seul sens de regard, de le symboliser par uneflche ( laquelle il faut associer une lettre) et de tracer la vue correspondante (avecla lettre utilise pour la flche).

Reprenons lexemple du canon de perage du chapitre 2. La glissire reprsente figure 3.15 participe la fonctionSerrer la pice.Q1) crivez le nom des vues de la glissire du montage de perage.Q2) Donnez la fonction des formes suivantes : rainure ; lumire ; perage et lamage.Q3) Reprsentez ces formes main leve ou aux instruments lchelle 2 : 3 sur toutes les vues (la profondeur de

la rainure vaut 4 mm).Q4) Remplissez votre cartouche en bas du dessin.


Exercice type

Figure 3.15 Dessin de la glissire.


Exercice type

29

Reprsentez laiguille de linjecteur sur deux vues.Repassez dune couleur et nommez les surfaces et volumes de laiguille delinjecteur lis une fonction technique sur le plan densemble.Indiquez la fonction des formes importantes de cette pice.Voir aussi : batteur Minor Moulinex, presse-agrumes, plate-forme lvatrice, dis-que dur, canon de perage.Activits sur Internet :http://www.listepgm.org http://www.gs-soft.fr http://gcppinsa.insa-lyon.fr



31

44Reprsentation en coupe dune pice ou dun mcanisme sur un dessin technique

Pour lhistorique, voir le chapitre 2 sur le dessin technique.

La coupe est utilise pour montrer les formes intrieures dun mcanisme ou dunepice. On coupe la pice en deux et on observe la partie coupe en projection ortho-gonale.Par exemple, reprenons le canon de perage ( la fin du chapitre 2). Les surfaces dumors mobile doivent participer la fonction Percer la pice. Les formes intrieureset extrieures du mors peuvent tre dcrites avec une coupe (figures 4.1 et 4.2).

On reprsente alors la partie observe sur un plan, en respectant la disposition vue auchapitre 3 ( 3.1 sur les projections orthogonales).

4.1 Coupes et sectionsNF ISO 128-40, 128-44, 128-50

PlanComptences vises : L1, L8, L12, E1, L4, L10, E4

4.1 Coupes et sections 31

4.2 Demi-coupes 33

4.3 Coupe partielle 33

4.4 Coupe brise 34

4.5 Section 35

Exercice type 36

Figure 4.1 Perspective du mors mobile du canon de perage.

Figure 4.2 Coupe du mors mobile du canon de perage.


Chapitre 4 Reprsentation en coupe dune pice ou dun mcanisme sur un dessin technique

32

4.1.1 Rgles de reprsentationLes artes caches ne sont reprsentes sur les coupes que si une forme particuliredoit tre dcrite, ou si elles sont demandes en exercice.Le plan de coupe est reprsent par un trait mixte fin, des flches et des lettres surune des vues proches de la vue coupe. La vue coupe est nomme par la lettre, untiret et la mme lettre (exemple de la figure 4.2).Les hachures reprsentent la matire qui est coupe et donnent des indications sur letype de matriau utilis pour la pice (figure 4.3).

4.1.2 Lecture des dessinsLa figure 4.4 du v rglable donne les rgles de coupe.

Figure 4.3 Hachures selon les matriaux.

Figure 4.4 Rgles de coupe.


4.2 Demi-coupes

33

Elles sont utilises pour les pices symtriques.Une demi-coupe est reprsente suivant : une moiti de pice en coupe, au-dessous du trait daxe sur la figure 4.5 ; une moiti de pice en vue extrieure, au-dessus du trait daxe sur la figure 4.5.

On utilise la coupe partielle ou coupe locale ou en arrach pour reprsenter une seulepartie de la pice en coupe et le reste en vue extrieure. Cette coupe est dlimite parun trait continu fin main leve ou en zigzag.Par exemple, sur la figure 4.6, on a choisi de montrer en coupe partielle une rainurede clavette et un trou taraud borgne pour raliser la fonction Mettre et mainteniren position une poulie.

4.2 Demi-coupes

4.3 Coupe partielle

Figure 4.5 Demi-coupe.

Figure 4.6 Coupe partielle.



34

Les coupes brises sont utilises pour dcrire lintrieur dune pice suivant plusieursplans de coupe.

4.4.1 Coupe brise plans paralllesOn reprsente la pice en coupe sur deux ou plusieurs plans de coupe parallles dcals.Le socle dessin sur figure 4.7 illustre la mthode de coupe plans parallles.

4.4.2 Coupe brise plans scantsOn reprsente la pice en coupe sur deux plans de coupe dcals de faon angulaire(angle a sur la figure 4.8). Sur la vue coupe, on ramne le plan de coupe dcal defaon angulaire pour laisser apparatre les dtails importants de ce plan. Les artes etcontours cachs ne sont gnralement pas reprsents sur la coupe.Prenons lexemple dun manchon daccouplement (figure 4.8). La coupe plans scantsdtaille les formes intrieures dcales de faon angulaire, notamment le lamage etle perage pour le passage dune vis.

4.4 Coupe brise

Figure 4.7 Principe et reprsentation normalise des coupes brises plans parallles.

Figure 4.8 Principe et reprsentation normalise des coupes brises plans scants.


4.5 Section

35

La section est une reprsentation particulire de la coupe. On montre la matire coupedans le plan de coupe uniquement.Aucun contour ni arte visible ou cach, en arrire du plan de la section, ne sontreprsents.

4.5.1 Section sortieOn les dessine en gnral directement en dessous des pices dont on veut dcrire lasection. Par exemple, larbre de transmission (figure 4.9) dcrit la mthode de repr-sentation dune section pour montrer les formes suivantes : rainure de clavette, mplat,perage.

4.5.2 Section rabattueOn les dessine directement lendroit de la section dcrire sur la pice (figure 4.10).On ne montre pas dindication sur le plan de coupe. La lisibilit du dessin limitelemploi de ces coupes.

4.5 Section

Figure 4.9 Principe des sections : comparaison entre les coupes et les sections sorties.

Figure 4.10 Principe des sections rabattues.



36

Considrons un injecteur trous Sigma et un porte-injecteur.Le bateau reprsent figure 4.11 possde un moteur Diesel. Quelques problmes techniques ont amen les techni-ciens dmonter ce moteur pour tablir un diagnostic.

Principe de fonctionnement de linjecteur : le systme utilis est une injection directe (injecteur trous Sigmade type IBMD) (figures 4.12 et 4.13). Le gazole sous pression arrive de la pompe injection et passe par lorifice a. Ilsuit les canalisations en direction de laiguille de linjecteur. Il passe notamment dans la rainure de la buse note b surle dessin pour sengouffrer dans les trois trous de perage de la buse (c). Il se dirige alors vers lextrmit de laiguille.Le gazole prend appui sur les parties coniques d de laiguille 1. La pression monte alors dans la chambre. Lorsquecette pression devient suprieure la pression de tarage du ressort, laiguille se dplace vers la droite (en crasantle ressort) et laisse passer le fluide dans les orifices e et donc dans la chambre de combustion du piston.

Exercice type

Figure 4.11 Bateau (photo Didier Lutz).

Figure 4.12 Injection Diesel.


Exercice type

37

Figure 4.13 Injecteur. Lchelle du document nest pas respecte par souci de gain de place.



38

Figure 4.14 Injecteur.


Exercice type

39

Q1) Donnez la fonction des surfaces suivantes (figure 4.14) : surface plane ; taraudage ; mplat.Q2) Dessin de dfinition du fourreau 4. laide de lagrandissement lchelle 2:1 du nez de linjecteur, repr-

sentez lchelle 3:1 le fourreau 4 : en coupe A-A ; la demi-vue de gauche ; la section sortie C-C.


Repassez dune couleur et nommer les surfaces intrieures dune pice du batteurMinor Moulinex et reprez le plan de coupe du plan densemble.Voir aussi : presse-agrumes, plate-forme lvatrice, disque dur, canon de perage,injecteur diesel.Activits sur Internet :http://www.listepgm.org http://www.gs-soft.fr http://gcppinsa.insa-lyon.fr



41

55Volumes et surfaces

Les formes rencontres en construction mcanique sont destines assurer des fonc-tions techniques lmentaires. Ces formes sont dsignes par un vocabulaire spci-fique (rainure pour le guidage, lamage pour noyer la tte dune vis), que le techniciendoit connatre.Reprenons lexemple (figure 5.1) de linjecteur de gasoil tudi la fin du chapitre 4.La surface conique de linjecteur est importante dans la fonction Injecter le gasoil.En effet, si le couple de surfaces coniques entre laiguille et la buse ce niveau nestpas rigoureusement conique, des fuites de gasoil surviendront et perturberont lergime moteur.

Une surface est la forme ou laspect extrieur dun corps. On peut comparer une sur-face une nappe trs fine enveloppant la partie externe dun corps.En construction mcanique, la forme extrieure dune pice est trs importante pourdeux raisons : le contact qui rsulte entre deux pices mcaniques dpend de la forme de la sur-

face de contact ; les formes extrieures des pices dpendent galement du mode de fabrication

choisi.Il existe plusieurs surfaces lmentaires diffrentes, chacune possde des caractris-tiques et un nom prcis.

5.1 Surfaces planes

PlanComptences vises : L2, L10, A4

5.1 Surfaces planes 41

5.2 Solides 43

5.3 Position entre deux surfaces ou deux volumes 44

5.4 Cylindres de rvolution 45

5.5 Formes des pices mcaniques 45

5.6 Profils 53

Exercice type 54

Figure 5.1 Injecteur Diesel de bateau.


Chapitre 5 Volumes et surfaces

42

5.1.1 Cercle

5.1.2 Polygones rguliersUn polygone rgulier possde des cts rguliers. Il est toujours inscriptible dans uncercle. Le cercle est le point de dpart de toute construction. Quelques-uns de ces poly-gones rguliers sont donns figure 5.3.

5.1.3 Surfaces usuellesLes surfaces usuelles sont donnes figure 5.4.

Figure 5.2 Disques.

Figure 5.3 Polygones rguliers.


5.2 Solides

43

Un solide est un corps volumique. Il occupe un espace trois dimensions. Commepour les surfaces, il existe diffrents volumes lmentaires qui possdent chacun descaractristiques et des noms bien prcis (figure 5.5a et b).

5.2 Solides

Figure 5.4 Surfaces usuelles.

Figure 5.5a Volumes lmentaires.



44

En construction mcanique, la position relative de deux surfaces ou de deux volumesdoit tre totalement matrise. Cela peut tre dterminant pour un fonctionnementcorrect dun mcanisme (alignement des pistons dans les cylindres dun moteur), oupour ltanchit (contact parfait et constant entre deux surfaces). Cest pourquoi il estimportant de bien connatre les principales positions relatives lmentaires (figure 5.6).

5.3 Position entre deux surfaces ou deux volumes

Figure 5.5b Volumes lmentaires.

Figure 5.6 Position relative entre deux volumes.


5.4 Cylindres de rvolution

45

Lorsque le segment AB, perpendiculaire la base du cylindre, aura fait un tour com-plet autour de laxe XY, on dit quil a accompli un tour de rvolution.Le cylindre de rvolution est donc un cylindre droit engendr par la rotation dunrectangle autour dun de ses cts. Les gnratrices sont perpendiculaires la base quiest circulaire.

Selon la rpartition de la matire la surface du cylindre de rvolution, nous auronsdeux genres de formes cylindriques de rvolution.

En construction mcanique, on trouve les cylindres de rvolution sous diffrentesformes : arbre de transmission, alsage, goupilles cylindriques, etc.

5.5.1 Chanfreins, congs et arrondisLes chanfreins, les congs et les arrondis proviennent des conditions dlaborationdes pices et servent en particulier supprimer les artes vives.En supprimant les artes vives, on garantit galement la scurit des personnes amenes manipuler la pice (coupures, etc.). Larte dun chanfrein peut tre extrieure ouintrieure.

5.4 Cylindres de rvolution

5.5 Formes des pices mcaniques

Figure 5.7 Cylindre de rvolution.

Figure 5.8 Rpartition des volumes.

Figure 5.9 ( gauche) Chanfrein plat.Figure 5.10 ( droite) Chanfreins toriques.



46

Afin de faciliter le montage des pices, il est ncessaire de raliser au moins des chan-freins dentre (figure 5.11). Sur les alsages, les chanfreins sont en gnral de 45et, sur les arbres, ils sont en principe de 30.

Les congs sont des raccordements par une surface circulaire de deux droites ou deuxplans forms par un angle rentrant (figure 5.12). Ils facilitent galement le dmoulagedes pices de fonderies.

5.5.2 Formes de fonctionCe sont des formes ncessaires au fonctionnement des pices entre elles, au sein dunmontage mcanique. La liste est longue et nous nous limiterons aux formes les pluscourantes utilises en construction mcanique (figure 5.13a et b).Lamage : alsage de faible diamtre paul, destin de part sa surface dappui, rece-voir une tte de vis, mais galement noyer un lment de pice (par exemple noyerune vis tte cylindrique hexagonale creuse CHC). Le lamage est galement appelchambrage.Chambrage : un videment ralis lintrieur dun alsage afin de rduire la portede larbre (diminution du frottement). Il peut servir galement de rserve de lubrifiant.videment : vide prvu dans une pice pour en diminuer le poids ou pour rduire lasurface dappui.Bossage : surpaisseur destine limiter la surface usiner. Cette surface permetgalement de limiter la porte des pices.

Figure 5.11 Chanfreins dentre.

Figure 5.12 Congs et arrondis.



47

Arbre : paroi extrieure cylindrique ou conique dune pice, usine avec prcision envue de pntrer dans un contenant de mme gomtrie (alsage cylindrique ouconique).Alsage : paroi intrieure cylindrique ou conique dune pice, usine avec prcisionen vue de recevoir un contenu de mme gomtrie (arbre cylindrique ou conique).Collet : couronne en saillie sur un arbre.Rainure (ou saigne) : entaille ralise dans une pice et destine raliser diffrentesfonctions : positionnent entre deux pices, mise en place dune languette, mise en placedun anneau lastique sur un arbre (circlips) etc.Gorge : dgagement troit, souvent arrondi sa partie infrieure. Une gorge peut tredestine recevoir un joint torique ou pour faciliter un usinage.paulement : changement brusque de la section dune pice afin dobtenir une surfacedappuiEmbase : lment dune pice destin servir de base, de renfort ou de support pourune autre pice.Goutte de suif : calote sphrique.Biseau : surface oblique dun objet.Lumires : petits orifices pouvant par exemple servir de ventilationDpouille : inclinaison donne des surfaces de pices moules afin de faciliter leurextraction du moule.Collerette : bord rabattu dune pice (tuyauterie, membrane), qui assure la liaisonavec une autre pice.

Figure 5.13a Formes de fonction.



48

5.5.3 Formes de guidageElles permettent dassurer le guidage, soit en translation (liaison glissire) ou en rota-tion (liaison pivot), soit positionner entre elles deux ou plusieurs pices dun mon-tage (figure 5.14).La queue daronde est un assemblage en forme de trapze (60) qui assure unguidage en translation.La mortaise et le tenon permettent galement de raliser lassemblage entre deuxpices dun mcanisme.La languette est un tenon de grande longueur destin rentrer dans une rainure afindassurer un guidage en translation.Le dgagement et le dcrochement permettent de faciliter lassemblage de deuxpices dont la gomtrie est identique. Ils facilitent galement le fonctionnement dunmcanisme en vitant le contact linaire entre deux pices.

Figure 5.13b Formes de fonction.



49

5.5.4 Rainures clavettes et clavettesLes liaisons arbres-moyeux (voir au chapitre 17 les liaisons encastrement, dmon-tables et indmontables) sont destines rendre solidaires un organe de machine et unarbre. Le bout des arbres comporte en gnral une rainure dans laquelle vient se logerune clavette (figure 5.15).

Figure 5.14 Formes de guidage.

Figure 5.15 Clavettes et rainures clavettes.



50

5.5.5 lments de localisationLe positionnement trs prcis entre deux pices au sein dun montage est assur pardiverses formes gomtriques trs caractristiques. Les formes dpendent du type demontage, de lencombrement, des contraintes mcaniques ; la prcision est fonctiondu cot de revient lors de la fabrication (figure 5.16).Le pied de positionnement, le locating et le macaron servent positionner deuxpices lune par rapport lautre au sein dun mcanisme.Lergot est un petit lment de pice en saillie qui est gnralement destin assurerun arrt en rotation.

5.5.6 PerageLe perage est une action destine produire un trou cylindrique sous laction dunoutil coupant appel mche ou foret (figure 5.17).La fraisure est ralise laide dune fraise conique lorifice dun perage. Ellepermet de recevoir la tte fraise dune vis.

Figure 5.16 lments de localisation.



51

5.5.7 NervuresLes nervures sont des parties saillantes dune pice mcanique charge daugmenterla rsistance ou la rigidit (figure 5.18).

5.5.8 Formes de commandeLe carr, galement appel carr de manuvre, mont en bout darbre ou sur uneextrmit de vanne (carr de vanne), permet de manuvrer le mcanisme laidedune cl (figure 5.19).

Le mplat est une surface plane ralise sur un cylindre, qui peut avoir plusieursfonctions : accoupler deux pices ; immobiliser momentanment une pice tournante (montage, dmontage, mainte-

nance, etc.) ; manuvrer un outil ou un organe de commande dun mcanisme.

Figure 5.17 Perages.

Figure 5.18 Nervures.

Figure 5.19 Formes de commande : carr.



52

En dessin de construction, toute partie plane ralise sur un cylindre est symbolisepar deux traits continus fins tracs en diagonale. Pour les deux extrmits darbres dela figure 5.20, nous constatons que la vue de face est identique dans les deux cas alorsque le premier arbre comporte un mplat de part et dautre et le deuxime uniquementdun seul ct. Il nous a donc t ncessaire de raliser une vue de face et une vue degauche afin de permettre une bonne comprhension du dessin.

Le moletage sert crer une certaine adhrence sur une surface cylindrique dune piceafin de faciliter la manuvre de cette pice ou dimmobiliser un arbre mont forcedans un alsage lisse dune pice de faible duret (matire plastique ou alliage lger).Le moletage est obtenu laide de molettes qui exercent une pression contre la picejusqu ce que la matire flue entre les dents de faon obtenir sur la pice la formeinverse de celle grave sur la molette. Le moletage provoque donc une majoration dudiamtre de larbre de lordre de p/4 (p tant le pas usuel du moletage). Sur les pices(figure 5.21) on a imprim un moletage crois. On peut galement rencontrer despices qui comportent des stries longitudinales que lon appellera moletage droit.

Les cannelures peuvent tre compares un moletage droit mais plus profond ralisesavec une grande prcision lextrmit dun arbre de transmission (figure 5.22). Ellespeuvent tre ralises de la mme manire que le moletage par roulage, cest--dire parune pression exerce par des matrices sur le flanc de la pice, par brochage (pour lescannelures internes) ou par fraisage. Les cannelures permettent de transmettre descouples trs importants. Elles peuvent tre compares de vritables clavettes directe-ment tailles sur larbre.

Figure 5.20 Formes de commande : mplats.

Figure 5.21 Surfaces moletes.


5.6 Profils

53

Les stries radiales permettent la liaison de deux pices avec un rglage angulairepossible de leurs positions respectives (figure 5.23). Elles peuvent tre ralises parmatriage (cas des mtaux tendres) ou par fraisage.

Les profils sont des pices sections constantes, obtenues par laminage. On distingue : les aciers tirs froids ; longueur normale des barres : 3 7 m ; les aciers lamins chaud ; longueur normale des barres : 6 m ; les alliages daluminium et de cuivre ; les matires plastiques ; les sections des profils sont les mmes pour tous les types de matire sauf pour les

poutres.

5.6 Profils

Figure 5.22 Cannelures.

Figure 5.23 Stries radiales.

Figure 5.24 Profils.



54

Donnez la fonction de la surface cylindrique de linjecteur de la figure 5.1 et justifiez votre rponse.Reportez-vous aux rponses page 343.

Reprez dune couleur et nommez les surfaces ralisant le guidage sur les diff-rentes vues du canon de perage.Voir aussi : vrin, touret meuler, batteur Minor Moulinex, presse-agrumes,plate-forme lvatrice, disque dur, injecteur diesel.Activits sur Internet :http://www.listepgm.org http://www.gs-soft.fr http://gcppinsa.insa-lyon.fr

Exercice type



55

66Matriaux

Pour vivre convenablement, lhomme prhistorique a besoin de matriser son environ-nement matriel. Il utilise les pierres et le bois pour y parvenir : cest lge de la pierre,il y a 2,5 millions dannes.De la mme manire, lge du feu, il y a environ 400 000 ans, et la sdentarisation,vers 10 000 ans avant J.-C., permettent lhomme de se chauffer et de sabriter partransformation et utilisation de la matire.Deux nouvelles tapes sont franchies avec lge du bronze, vers 2500 avant J.-C.dans le bassin mditerranen, et avec lge du fer, vers 1800 avant J.-C. en Mso-potamie. Les civilisations connaissant leur laboration dominent celles qui ne la con-naissent pas.Cest seulement en 1821 que la bauxite, minerai de laluminium, est dcouverte parPierre Berthier (1782-1861) dans la mine des Baux de Provence (France). En 1885,laluminium est produit par lectrolyse.Lre des matires plastiques prend forme avec les frres John Wesley et IsaiahHyatt. Ils fabriquent une boule de billard en cellulod, substitut lutilisation delivoire.En 1909, Leo Hendrik Baekland (1863-1944) labore la baklite. Le polystyrne, lepolyurthanne et le polythylne apparaissent dans les annes 1930. La rsine poxydeapparat en 1947. Le polypropylne et le polycarbonate datent des annes 1950.La Seconde Guerre mondiale et la reconstruction en Europe imposent un nouveaumode de vie o lhomme est aid dans ses activits journalires par les machines.Celles-ci doivent rpondre des critres lectriques, cologiques, esthtiques, mca-niques et dhygine que seule lassociation intelligente de matriaux peut procurer.

Dune manire gnrale, le minerai est form de la gangue et du mtal extraitsdepuis les filons des mines dans le sous-sol ou extraits des mines ciel ouvert.Un alliage est compos dau moins deux lments simples, ou atomes, diffrents,par exemple, le cuivre et laluminium. On choisit les matriaux suivant les fonctionstechniques accomplir dans les mcanismes.Prenons lexemple du disque dur dun micro-ordinateur (figures 6.1 et 6.18).Laxe 4, forte proportion de cobalt, a la fonction Activer la translation du chariot 6(rmanence magntique).

6.1 Principaux lments dalliage

PlanComptences vises : L5, A3

6.1 Principaux lments dalliage 55

6.2 Associations de fer et de carbone 57

6.3 Aluminium et alliages 62

6.4 Dsignation des alliages daluminium 63

6.5 Cuivre et alliages 64

6.6 Dsignation des alliages de cuivre 64

6.7 Matires plastiques 65

Exercice type 71


Chapitre 6 Matriaux

56

Tableau 6.1 Les diffrents constituants des alliages, leur symbole et leurs caractristiques.

lment dalliage

Symbole chimique

Masse volumique (kg/m3)

Caractristiques

Aluminium Al 2 700 Temprature de fusion : 660 CRsistant loxydation ; non ferromagntique ; masse volumique faible ; matriau coteux

Bryllium Be 1 850 Temprature de fusion : 1 277 CMasse volumique faible ; matriau coteux ; trs rsistant

Bore B 2 350 Masse volumique faible ; trs rsistant.

Chrome Cr 7 100 Temprature de fusion : 1 875 CInoxydable

Cobalt Co 8 900 Temprature de fusion : 1 495 CFerromagntique ; matriau coteux ; proprit de rmanence magntique

Cuivre Cu 9 000 Temprature de fusion : 1 083 CMatriau coteux, bonne conductibilit lectrique et thermique ; alliage de cuivre prsentant une bonne rsistance lusure pour les pices frottantes

tain Sn 7 000 Temprature de fusion : 231,9 CFer Fe 7 800 Temprature de fusion : 1 536 C

Ferromagntique

Magnsium Mg 1 750 Temprature de fusion : 650 CMasse volumique faible ; matriau coteux

Manganse Mn 7 200 Temprature de fusion : 1 245 C

Molybdne Mo 10200 Temprature de fusion : 2 610 C

Nickel Ni 8 900 Temprature de fusion : 1 453 CMatriau coteux ; ferromagntique

Plomb Pb 11300 Temprature de fusion : 327,4 C

Silicium Si 2 400 Temprature de fusion : 1 410 CMasse volumique faible

Tantale Ta 16600 Temprature de fusion : 2 996 C

Titane Ti 4 500 Temprature de fusion : 1 668 CMasse volumique faible

Figure 6.1 Ttes de lecture du disque dur.


6.2 Associations de fer et de carbone

57

6.2.1 FonteLa fonte est trs utilise car elle est bon march, prsente une bonne coulabilit, elleconduit bien la chaleur et possde une bonne rsistance mcanique et une grande duret.Elle est compose de 98 % de fer au maximum et de 93 % au minimum. Elle prsenteainsi un taux de carbone de 2 % minimum et 7 % maximum. Elle est dabord laboredans un haut fourneau : le minerai de fer (hmatite, magntite ou limonite constitusde 50 % de mtal environ) est chauff une temprature suprieure la tempraturede fusion (2 000 C) et additionn au coke (charbon poreux provenant de la distillationde la houille). Le minerai de fer est extrait partir de mines ciel ouvert ou dans desfilons.Pratiquement, une fonte a une teneur en carbone comprise entre 3 et 4,5 %.Le laitier, essentiellement constitu de silicates, est extrait pour tre trait (cimenterie).La fonte liquide est coule dans la partie infrieure du haut fourneau (figure 6.4)

Tableau 6.1 (suite) Les diffrents constituants des alliages, leur symbole et leurs caractristiques.

lment dalliage

Symbole chimique

Masse volumique (kg/m3)

Caractristiques

Vanadium V 5 900 Temprature de fusion : 1 900 C

Phosphore P 1 820 Temprature de fusion : 44,2 C

Carbone C 2 260 Temprature de fusion : 3 727 C

Tungstne W 19300 Temprature de fusion : 3 482 CTrs rsistant, peu de fluage, trs dur, matriau coteux

Platine Pt 21400 Temprature de fusion : 1 769 CPrix 5 10 fois celui de lor

Argent Ag 10500 Temprature de fusion : 960,8 CTrs bon conducteur lectrique

Or Au 19300 Temprature de fusion : 1 063 CTrs ductile ; trs bon conducteur

Zinc Zn 7 100 Temprature de fusion : 419,5 CRsistant la corrosion ; rsistant loxydation ; matriau peu coteux


Figure 6.2 Mines dacier et de fer.


Chapitre 6 Matriaux

58

Les fontes prsentent de bonnes proprits de coulabilit (pour le moulage). Ellespeuvent tre usines mais certaines sont plus appropries que dautres.Les fontes graphite sphrodal, adaptes lusinage, possdent une bonne rsistanceaux chocs et une bonne rsistance la traction.Les fontes graphite lamellaire sont fragilises par leur structure lamellaire, mais ellessont trs rpandues car elles ont un faible cot de production. Elles prsentent aussiune bonne rsistance la compression.Les fontes blanches sont utilises pour llaboration de lacier. Elles sont dures et peursilientes.On peut galement allier les fontes avec dautres lments en vue dobtenir des carac-tristiques particulires.Exemples dapplication : bti des machines, radiateurs, trier de frein sur les auto-mobiles.

Les fontes (fer + carbone) contiennent au moins 1,7 % de carbone (masse volumique :9 000 kg/m3).

Figure 6.3 Filon dune mine de fer Neufchef (57) : appareils pour installer des dynamites.

Figure 6.4 Haut fourneau.

Figure 6.5 Exemples de minerais de fer.



59

Leurs principales caractristiques sont dtre ferromagntiques tempratureambiante, davoir une faible rsistance loxydation et la corrosion, et une bonnersistance aux dformations sous efforts, dtre un matriau bon march et davoir detrs bonnes proprits de rsistance lusure pour les pices frottantes en raison deleur grande duret.

6.2.2 AcierLacier comprend de 0 2 % de carbone. Dans la pratique, sa teneur en carbone vade 0,05 % 1 % de carbone.Lacier est trs utilis car il est bon march, prsente une bonne coulabilit et possdede bonnes proprits mcaniques. Cependant, il soxyde facilement (couleur brune) :cest la rouille qui pntre en profondeur dans lacier et est destructrice.La fonte liquide en provenance du haut fourneau est soit utilise comme fonte, soittransforme en acier en abaissant le taux de carbone. Pour ce faire, la fonte du hautfourneau est insre dans un convertisseur. Une lance oxygne projette de loxygnesur la fonte. Le carbone ragit par combustion avec loxygne pour former du dioxydede carbone, abaissant le taux de celui-ci pour obtenir lacier (figure 6.6).Lacier utilis de manire domestique est en gnral recycl dans des fours arcslectriques (figure 6.7). La fusion est obtenue par un fort courant lectrique. Le cyclepeut se dcomposer en quatre phases : fusion, oxydation, dcrassage puis coule delacier vers les stations daffinage.

Tableau 6.2 Dsignation des fontes.

Type de fonte Dsignation Exemple Domaines dutilisation

Fonte grise ou fonte graphite lamellaire

(surface)

NF EN 1561

Lettres EN GJL (ex FGL et ex Ft) suivies de la limite la rupture la traction en MPa (et ventuellement allongement en %)

EN GJL 300 Bonne coulabilit (moulage)Sensible aux chocsCarters, blocs moteurs, bti des machines

Fonte graphite sphrodal

(surface)

NF EN 1563

Lettres EN GJS (ex FGS) suivies de la limite la rupture la traction en MPa et allongement en %

EN GJS 400-15Fonte graphite sphrodal dont la limite la rupture est de 400 MPa et lallongement de 15 %

Bonne coulabilit (moulage)Usinage facileBonne rsistance la ruptureUtilise notamment pour les plaques en fontes donnant accs aux gouts

Fonte mallable cur noirNF EN 1562

Lettres EN GJMB (ex MN) suivies de la limite la rupture la traction en MPa et allongement en %

EN GJMB 350-10 Bonne coulabilit (moulage)Usinage facile

Fonte mallable cur blancNF EN 1562

Lettres EN GJMW (ex MB) suivies de la limite la rupture la traction en MPa et allongement en %

EN GJMW 360-12 Bonne coulabilit (moulage)Usinage facileLa fonte blanche est la fonte de coule dans les hauts fourneaux


Chapitre 6 Matriaux

60

Laffinage permet de doser correctement le taux de carbone ainsi que des lmentsdaddition (ventuellement).Ensuite, lacier affin est coul sous forme de produits semi-finis, billettes, blooms,brames par ordre croissant de taille (coule continue, figure 6.8) qui seront ensuitelamins (figure 6.9).Application : la tour Eiffel est constitue de 10 000 tonnes dacier environ.

Figure 6.6 Convertisseur fonte/acier.

Figure 6.7 Four arcs lectriques.

Figure 6.8 Coule continue.



61

Les principales caractristiques des aciers sont dtre ferromagntiques tempra-ture ambiante, davoir une faible rsistance loxydation et la corrosion maisune bonne rsistance aux dformations sous efforts, dtre un matriau bon march.La masse volumique de lacier est de 7 800 kg/m3.

Tableau 6.3 Dsignation des aciers.

Type dacier Dsignation* NF EN 10027 Exemple Domaines dutilisation

Acier non alli dusage gnral

Lettre S suivie de la limite lastique la traction en MPa (N/mm2) (ex A et E)

S 335(Re = 335 MPa)

Chaudronnerie et construc-tions mcaniques diversesAcier bon march

Acier non alli de construction mcanique

Lettre E suivie de la limite lastique la traction en MPa (N/mm2)

E 360 Structures mtalliquesAcier bon march

Acier non alli pour traitements thermiques

Lettre C suivie du pourcentage de carbone multipli par 100 (ex XC)

C 42Acier pour traite-ments thermiques ayant 0,42 % de carbone

Aciers pour traitements thermiques

Acier faiblement alliNuances :16 Mn Cr 545 Si Cr Mo 640 Cr 4100 Cr 6 (roulements)18 Cr Mo 4 (roulements)35 Cr Mo 450 Cr V 430 Cr Ni Mo 8

Aucun lment daddition ne dpasse 5 % en masse :Pourcentage de carbone multipli par 100 suivi par les symboles chimiques des princi-paux lments daddition en ordre dcroissant puis leurs pourcentages (si suprieurs 1 %) multiplis par :100 pour Ce, N, P, S ;1 000 pour B ;10 pour Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zn ;4 pour Cr, Co, Mn, Ni, Si, W.

35 Ni Cr Mo 16Acier faiblement alli avec 0,35 % de carbone, 4 % de nickel, des tra-ces de chrome et de molybdne (35 N C D 16)

Aciers pour traitements thermiquesUtilisations spcifiques en aronautique, automobile, cyclesLes caractristiques dpendent des lments daddition

Acier fortement alliNuances :X 120 Mn 12X 8 Cr 17X 30 Cr 13X 2 Cr Ni 18-10X 6 Cr Ni 18-6X 6 Cr Ni Mo 17-11X 6 Cr Ni Ti 18-11

Un lment daddition au moins dpasse 5 % en masse :Lettre X (ex Z) suivie du pourcentage de car-bone multipli par 100 suivi par les symboles chimiques des principaux lments daddi-tion en ordre dcroissant puis leurs pourcenta-ges (si suprieurs 1 %)

X 6 Cr Ni Ti 18 10Acier fortement alli : 0,06 % de carbone, 18 % de chrome, 10 % de nickel et des tra-ces de titaneEx Z 6 C N T 18 10

Aciers pour traitements thermiquesOutillages pour usinage ; domaines automobile et aronautiqueLes caractristiques dpendent des lments dadditionAciers possdant de trs bonnes caractristiques mcaniques

* La lettre G prcde les lettres S, E, C pour les aciers de moulage (par exemple G C 42).

Figure 6.9 Rouleaux dun laminoir.


Chapitre 6 Matriaux

62

Laluminium est utilis gnralement pour des applications ncessitant lgret etbonnes proprits mcaniques. On le trouve aussi dans les bobinages des moteurs oules circuits lectriques car il est bon conducteur lectrique.La bauxite est un minerai qui contient aux alentours de 50 % dalumine mais aussiun certain pourcentage doxyde de fer lui donnant sa couleur rougetre. Elle est broyepuis mlange de la soude haute temprature et sous pression. Laluminate desodium ainsi obtenu est dbarrass de ses impurets, puis dilu et refroidi, provoquantla prcipitation doxyde daluminium hydrat. La calcination de cet oxyde devientlalumine (Al2O3). Il faut ensuite sparer laluminium de loxygne pour obtenir deslingots laluminium par lectrolyse (figure 6.10).Une forte nergie lectrique est alors requise pour sparer aluminium et oxygne dansle bain lectrolytique. Laluminium se dpose sur la cathode () et loxygne surlanode (+). Lanode est en graphite gnralement.Il faut environ 2 000 kg dalumine, 400 kg de coke, et 15 000 kWh de consommationdlectricit pour obtenir une tonne daluminium.

Laluminium est ensuite coul en lingot, puis lamin ou fil.On peut enfin noter que le minerai le plus riche en aluminium nest pas utilis desfins industrielles mais gemmologiques. En effet, les rubis, saphir et corindon sontdes oxydes daluminium (Al2O3) cristalliss de grande valeur car ils sont rares.

Remarque : Loxydation de laluminium engendre une couleur blanchtre sur la surface.Cette pellicule protge laluminium contre loxydation en profondeur contrairement larouille qui dtruit lacier.

Exemples dapplication pour laluminium : panneaux de signalisation et feux trico-lores ; jantes de voitures ; cadres de vlos ; carter moteur dautomobiles ; ailes davions.

6.3 Aluminium et alliages

Figure 6.10 lectrolyse de laluminium.


6.4 Dsignation des alliages daluminium

63

6.4.1 Aluminium et alliages corroys Dsignation internationale numrique

Elle commence par le prfixe EN suivi de A pour aluminium, suivi de W pour les pro-duits corroys, suivi de quatre chiffres.

Exemple : EN AW-1080Le 1er chiffre correspond : 1 pour aluminium pur ; 2 pour aluminium et cuivre ; 3 pour aluminium et manganse ; 4 pour aluminium et silicium ; 5 pour aluminium et magnsium ; 6 pour aluminium et magnsium et silicium ; 7 pour aluminium et zinc ; 8 pour aluminium et autres.

Dsignation internationale chimique

M Pour laluminium pur

Aprs la dsignation numrique viennent entre crochets : Al suivi de la teneur enaluminium.

Exemple : EN AW 1050 [Al 99,5] dsigne de laluminium pur 99,5 %.

M Pour les alliages daluminium

Aprs la dsignation numrique internationale vient entre crochets : Al suivi danslordre par les lments daddition avec leurs symboles chimiques et leur teneur danslordre dcroissant.

Exemple : EN AW-2017 [Al Cu 5 Mg Si] dsigne un alliage daluminium avec 5 % de cuivre,des traces de magnsium et de silicium [ex A U 5 G S].

Utilisations : EN AW 5754 [Al Mg3] : matriel pour industries chimiques et alimentaires, etc. EN AW 2017 [Al Cu 4 Mg] : cycles.

6.4.2 Aluminium et alliages de fonderie (moulage)Les lettres EN AB (lingot de refus

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