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Chapitre I Généralités sur les procédés de fabrication Techniques de Fabrication Page 1 Préface Ce cours est dédié aux étudiants du parcours Master I (Master professionnel) de la spécialité Maintenance des Machines Thermiques et Hydrauliques (MMTH) dont le but de : - Etudier les différentes techniques de fabrications traditionnelles afin de réaliser les pièces mécaniques en adéquation avec leur conception ; - Donner un aperçu des techniques de fabrication avancées dans le domaine industriel afin d’organiser les choix de procédés et des paramètres de fabrication. Le canevas de ce cours est réalisé par notre cher enseignant le défunt ZAOUCH BOUBAKEUR a qui je dois rendre un grand hommage. Conscient du manque à ajouter à ce cours, je tiens à remercier tous ceux qui me feront part de leurs remarques et suggestions dans le but d’améliorer son contenu.

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Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Preacuteface

Ce cours est deacutedieacute aux eacutetudiants du parcours Master I (Master professionnel)

de la speacutecialiteacute Maintenance des Machines Thermiques et Hydrauliques (MMTH) dont le but

de

- Etudier les diffeacuterentes techniques de fabrications traditionnelles afin de reacutealiser les

piegraveces meacutecaniques en adeacutequation avec leur conception

- Donner un aperccedilu des techniques de fabrication avanceacutees dans le domaine industriel

afin drsquoorganiser les choix de proceacutedeacutes et des paramegravetres de fabrication

Le canevas de ce cours est reacutealiseacute par notre cher enseignant le deacutefunt ZAOUCH

BOUBAKEUR a qui je dois rendre un grand hommage

Conscient du manque agrave ajouter agrave ce cours je tiens agrave remercier tous ceux qui me

feront part de leurs remarques et suggestions dans le but drsquoameacuteliorer son contenu

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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I Proceacutedeacutes de fabrication agrave Chaud

I1 Introduction

Les proceacutedeacutes dobtention des piegraveces sont tregraves varieacutes selon la nature des mateacuteriaux leur

fonction leur geacuteomeacutetrie Au cours drsquoune opeacuteration de mise en forme les mateacuteriaux srsquoeacutecoulent

agrave lrsquointeacuterieur drsquoun outillage qui peut ecirctre un moule une matrice une filiegravere des cylindres de

laminoirs etchellip

Ainsi ils obtiennent leurs formes brutes (fils tocircles plaques billettes lingots hellip) et

sont precircts pour la transformation finale

Plusieurs techniques de mise en forme des mateacuteriaux se font agrave chaud telle que La

fonderie le forgeage le laminage agrave chaud etchellip

I2 La fonderie une technique de moulage aux multiples proceacutedeacutes

Le terme fonderie deacutefinit aussi bien les installations meacutetallurgiques dans lesquelles on

fond les meacutetaux et ougrave on les coule dans des moules pour leur donner la forme des objets agrave

fabriquer que lrsquoensemble des opeacuterations neacutecessaires agrave leur production

La fonderie crsquoest aussi une industrie produisant des piegraveces de toutes natures en toutes

quantiteacutes de la faccedilon la plus eacuteconomique agrave partir de matiegraveres premiegraveres brutes (Minerai de

fer ferrailles deacutechets de tocircleshellip) contrairement agrave certaines techniques concurrentes

(forgeage meacutecano-soudage) utilisant des produits semi-finis comme les tocircles neuves les

barres et billettes en acier de toutes nuances eacutelaboreacutes par la sideacuterurgie

I21 Principe de la fonderie

La fonderie a pour principe de porter le meacutetal ou lrsquoalliage agrave tempeacuterature de fusion afin

de le rendre liquide pour le verser dans un moule pour reproduire apregraves refroidissement une

piegravece donneacutee (forme inteacuterieure et exteacuterieure) selon les dimensions souhaiteacutees

I3 Meacutethodes de moulage

I31 Moulage en sable (manuel ou meacutecanique)

Le moulage en sable silico-argileux est lrsquoun des proceacutedeacutes les plus courants Il reste le

plus eacuteconomique du fait de la simpliciteacute de la reacutegeacuteneacuteration du sable Lrsquoagglomeacuterant utiliseacute

pour la confection du moule est une argile de type bentonite le plus souvent

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Cette argile ajouteacutee avec de lrsquoeau au sable siliceux confegravere au moule une plasticiteacute

suffisante pour conserver lrsquoempreinte de la piegravece apregraves lrsquoextraction du modegravele

Le moulage en sable agrave vert utilise un modegravele geacuteneacuteralement permanent et un moule non

permanent Un moule non permanent est un moule qui ne sert qursquoune seule fois pour reacutealiser

une piegravece Pour chaque piegravece de couleacutee produite le moule est deacutetruit Il existe deux

techniques de moulage en sable silico-argileux agrave vert le moulage serreacute manuellement appeleacute

laquo moulage main raquo et le moulage serreacute meacutecaniquement appeleacute laquo moulage machine raquo ou

laquo moulage meacutecaniseacute raquo

Le moule est composeacute en geacuteneacuteral de deux parties chacircssis inferieur et chacircssis

supeacuterieur

Figure 1 Moule en sable

1 Serrage chacircssis infeacuterieur 7 Eacutelaboration du meacutetal liquide

2 Retournement 8 Couleacutee

3 Noyautage 9 Tunnel de refroidissement

4 Remoulage noyau 10 Deacutechargement puis deacutecochage

5 Serrage chacircssis supeacuterieur 11 Retour chacircssis

6 Fermeture du moule

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Figure 2 Cycle drsquoobtention drsquoune piegravece par moulage en sable

I32 Moulage meacutetallique ou moulage en coquille

Le moule permanent peut servir un grand nombre de fois il est reacutealiseacute en plusieurs

parties pour faciliter lextraction de la piegravece Il est utiliseacute surtout lorsque la quantiteacute de piegraveces

agrave couler est importante

I321 Principe du proceacutedeacute

Le meacutetal fondu est couleacute dans un moule meacutetallique nommeacute coquille soit par graviteacute

soit sous pression

Durant le moulage par graviteacute le meacutetal fondu est verseacute directement dans le moule par

le canal de couleacutee par contre durant le moulage sous pression le meacutetal fondu est injecteacute dans

le moule au moyen dune pompe exerccedilant sur le meacutetal une pression tregraves eacuteleveacutee

La tempeacuterature de fusion du meacutetal couleacute doit ecirctre infeacuterieure agrave la tempeacuterature de fusion

du mateacuteriau constituant le moule De mecircme pour eacuteviter tout choc thermique les parties du

moule doivent ecirctres chauffeacutees agrave environ 350degC avant la couleacutee

I33 Moulage par graviteacute

Le moule meacutetallique est composeacute de parties assembleacutees (en fonte ou en acier)

positionneacutees par des goujons un canal de couleacutee des eacutevents des tireacutees dair des extracteurs

pour leacutejection de la piegravece et un ou plusieurs noyaux

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Figure 3 Moule fermeacute Figure 4 Moule ouvert

I34 Moulage sous pression

Durant ce proceacutedeacute le meacutetal liquide est injecteacute dans le moule sous pression (30 agrave100

Nmm2) en utilisant des presses agrave forte pression

Le moulage sous pression est utiliseacute pour reacutealiser des grandes seacuteries de piegraveces ayant

une configuration compliqueacutee et des dimensions preacutecises Leacutetat de surface obtenu apregraves ce

type de moulage permet dans de nombreux cas dutiliser les piegraveces mouleacutees sans reprise

ulteacuterieure

Figure 5 Moule fermeacute Figure 6 Moule ouvert

I35 Moulage en cire perdue

La technique de moulage agrave la cire perdue permet de respecter des proportions

extrecircmement preacutecises au 110 de mm pregraves Il faut drsquoune semaine agrave un mois pour fabriquer un

moule agrave la cire perdue selon sa complexiteacute

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I351 Principe du proceacutedeacute

La premiegravere eacutetape consiste agrave injecter de la cire sur un emporte-piegravece en aluminium

Cela permet de creacuteer un modegravele de cire un peu plus grand que la veacuteritable piegravece on lrsquoutilisera

par la suite pour fabriquer un moule en ceacuteramique lui aussi sera plus grand que la piegravece car le

meacutetal rapetisse en refroidissant Des composants de sire sont joints au moule permettant de

creacuteer un systegraveme de passage du meacutetal agrave lrsquointeacuterieur des caviteacutes du moule Cet assemblage de

cire sera trempeacute dans une solution de ceacuteramique appeleacutee barbotine

Pour durcir la barbotine on lrsquoenduit de sable de zirconium fin puis on la laisse

seacutecherla moule obtenu sera traiteacute avec du sable agrave gros grain jusqursquoagrave obtention drsquoune coquille

de 7 mm drsquoeacutepaisseur Lrsquoassemblage de cire recouvert de ceacuteramique est envoyeacute dans un

autoclave durant 5 agrave 10 min pour le deacutecirage Ce traitement fait disparaitre la cire et creacutee un

moule en ceacuteramique dont la caviteacute repreacutesente la forme de la piegravece Des que ce moule est sec

on peut commencer agrave mouler la piegravece Mais on le place tout drsquoabord dans un four qui le

chauffera pendant deux ou trois heures une opeacuteration essentielle pour preacutevenir le craquement

du moule qui peut survenir en contact du meacutetal fondu

Apres la couleacutee et le refroidissement le moule en ceacuteramique sera briseacute agrave lrsquoaide drsquoun

marteau vibrant pour extraire la piegravece

I4 Le forgeage

Dans son sens geacuteneacuteral le forgeage est lopeacuteration de mise en forme dun meacutetal

malleacuteable Cette opeacuteration est baseacutee sur une proprieacuteteacute fondamentale des alliages meacutetalliques

solides la plasticiteacute

Le paramegravetre fondamental du proceacutedeacute est la tempeacuterature de forgeage qui doit ecirctre

supeacuterieure agrave 05 fois la tempeacuterature de fusion du meacutetal agrave travailler

Un autre paramegravetre important est la force de mise en forme qui est fonction aussi de

Tf Ces paramegravetres deacutependent des caracteacuteristiques et de la qualiteacute du produit agrave fabriquer par

exemple toleacuterances dimensionnelles eacutetat de surface structure meacutetallurgique etchellip

I41 Forgeage agrave la main (travail du forgeron)

Le forgeage agrave la main est un art qui neacutecessite un long et difficile apprentissage

Leacutequipement de base est constitueacute de

- Feu de forge

- Enclume sa table est trempeacutee et est prolongeacutee par deux appendices appeleacutes bigornes

- Diffeacuterents marteaux

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- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

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Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

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Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

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Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

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La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

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gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

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Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

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Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

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I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

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Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

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I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

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Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

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I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 2: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 2

I Proceacutedeacutes de fabrication agrave Chaud

I1 Introduction

Les proceacutedeacutes dobtention des piegraveces sont tregraves varieacutes selon la nature des mateacuteriaux leur

fonction leur geacuteomeacutetrie Au cours drsquoune opeacuteration de mise en forme les mateacuteriaux srsquoeacutecoulent

agrave lrsquointeacuterieur drsquoun outillage qui peut ecirctre un moule une matrice une filiegravere des cylindres de

laminoirs etchellip

Ainsi ils obtiennent leurs formes brutes (fils tocircles plaques billettes lingots hellip) et

sont precircts pour la transformation finale

Plusieurs techniques de mise en forme des mateacuteriaux se font agrave chaud telle que La

fonderie le forgeage le laminage agrave chaud etchellip

I2 La fonderie une technique de moulage aux multiples proceacutedeacutes

Le terme fonderie deacutefinit aussi bien les installations meacutetallurgiques dans lesquelles on

fond les meacutetaux et ougrave on les coule dans des moules pour leur donner la forme des objets agrave

fabriquer que lrsquoensemble des opeacuterations neacutecessaires agrave leur production

La fonderie crsquoest aussi une industrie produisant des piegraveces de toutes natures en toutes

quantiteacutes de la faccedilon la plus eacuteconomique agrave partir de matiegraveres premiegraveres brutes (Minerai de

fer ferrailles deacutechets de tocircleshellip) contrairement agrave certaines techniques concurrentes

(forgeage meacutecano-soudage) utilisant des produits semi-finis comme les tocircles neuves les

barres et billettes en acier de toutes nuances eacutelaboreacutes par la sideacuterurgie

I21 Principe de la fonderie

La fonderie a pour principe de porter le meacutetal ou lrsquoalliage agrave tempeacuterature de fusion afin

de le rendre liquide pour le verser dans un moule pour reproduire apregraves refroidissement une

piegravece donneacutee (forme inteacuterieure et exteacuterieure) selon les dimensions souhaiteacutees

I3 Meacutethodes de moulage

I31 Moulage en sable (manuel ou meacutecanique)

Le moulage en sable silico-argileux est lrsquoun des proceacutedeacutes les plus courants Il reste le

plus eacuteconomique du fait de la simpliciteacute de la reacutegeacuteneacuteration du sable Lrsquoagglomeacuterant utiliseacute

pour la confection du moule est une argile de type bentonite le plus souvent

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 3

Cette argile ajouteacutee avec de lrsquoeau au sable siliceux confegravere au moule une plasticiteacute

suffisante pour conserver lrsquoempreinte de la piegravece apregraves lrsquoextraction du modegravele

Le moulage en sable agrave vert utilise un modegravele geacuteneacuteralement permanent et un moule non

permanent Un moule non permanent est un moule qui ne sert qursquoune seule fois pour reacutealiser

une piegravece Pour chaque piegravece de couleacutee produite le moule est deacutetruit Il existe deux

techniques de moulage en sable silico-argileux agrave vert le moulage serreacute manuellement appeleacute

laquo moulage main raquo et le moulage serreacute meacutecaniquement appeleacute laquo moulage machine raquo ou

laquo moulage meacutecaniseacute raquo

Le moule est composeacute en geacuteneacuteral de deux parties chacircssis inferieur et chacircssis

supeacuterieur

Figure 1 Moule en sable

1 Serrage chacircssis infeacuterieur 7 Eacutelaboration du meacutetal liquide

2 Retournement 8 Couleacutee

3 Noyautage 9 Tunnel de refroidissement

4 Remoulage noyau 10 Deacutechargement puis deacutecochage

5 Serrage chacircssis supeacuterieur 11 Retour chacircssis

6 Fermeture du moule

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 4

Figure 2 Cycle drsquoobtention drsquoune piegravece par moulage en sable

I32 Moulage meacutetallique ou moulage en coquille

Le moule permanent peut servir un grand nombre de fois il est reacutealiseacute en plusieurs

parties pour faciliter lextraction de la piegravece Il est utiliseacute surtout lorsque la quantiteacute de piegraveces

agrave couler est importante

I321 Principe du proceacutedeacute

Le meacutetal fondu est couleacute dans un moule meacutetallique nommeacute coquille soit par graviteacute

soit sous pression

Durant le moulage par graviteacute le meacutetal fondu est verseacute directement dans le moule par

le canal de couleacutee par contre durant le moulage sous pression le meacutetal fondu est injecteacute dans

le moule au moyen dune pompe exerccedilant sur le meacutetal une pression tregraves eacuteleveacutee

La tempeacuterature de fusion du meacutetal couleacute doit ecirctre infeacuterieure agrave la tempeacuterature de fusion

du mateacuteriau constituant le moule De mecircme pour eacuteviter tout choc thermique les parties du

moule doivent ecirctres chauffeacutees agrave environ 350degC avant la couleacutee

I33 Moulage par graviteacute

Le moule meacutetallique est composeacute de parties assembleacutees (en fonte ou en acier)

positionneacutees par des goujons un canal de couleacutee des eacutevents des tireacutees dair des extracteurs

pour leacutejection de la piegravece et un ou plusieurs noyaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 5

Figure 3 Moule fermeacute Figure 4 Moule ouvert

I34 Moulage sous pression

Durant ce proceacutedeacute le meacutetal liquide est injecteacute dans le moule sous pression (30 agrave100

Nmm2) en utilisant des presses agrave forte pression

Le moulage sous pression est utiliseacute pour reacutealiser des grandes seacuteries de piegraveces ayant

une configuration compliqueacutee et des dimensions preacutecises Leacutetat de surface obtenu apregraves ce

type de moulage permet dans de nombreux cas dutiliser les piegraveces mouleacutees sans reprise

ulteacuterieure

Figure 5 Moule fermeacute Figure 6 Moule ouvert

I35 Moulage en cire perdue

La technique de moulage agrave la cire perdue permet de respecter des proportions

extrecircmement preacutecises au 110 de mm pregraves Il faut drsquoune semaine agrave un mois pour fabriquer un

moule agrave la cire perdue selon sa complexiteacute

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 6

I351 Principe du proceacutedeacute

La premiegravere eacutetape consiste agrave injecter de la cire sur un emporte-piegravece en aluminium

Cela permet de creacuteer un modegravele de cire un peu plus grand que la veacuteritable piegravece on lrsquoutilisera

par la suite pour fabriquer un moule en ceacuteramique lui aussi sera plus grand que la piegravece car le

meacutetal rapetisse en refroidissant Des composants de sire sont joints au moule permettant de

creacuteer un systegraveme de passage du meacutetal agrave lrsquointeacuterieur des caviteacutes du moule Cet assemblage de

cire sera trempeacute dans une solution de ceacuteramique appeleacutee barbotine

Pour durcir la barbotine on lrsquoenduit de sable de zirconium fin puis on la laisse

seacutecherla moule obtenu sera traiteacute avec du sable agrave gros grain jusqursquoagrave obtention drsquoune coquille

de 7 mm drsquoeacutepaisseur Lrsquoassemblage de cire recouvert de ceacuteramique est envoyeacute dans un

autoclave durant 5 agrave 10 min pour le deacutecirage Ce traitement fait disparaitre la cire et creacutee un

moule en ceacuteramique dont la caviteacute repreacutesente la forme de la piegravece Des que ce moule est sec

on peut commencer agrave mouler la piegravece Mais on le place tout drsquoabord dans un four qui le

chauffera pendant deux ou trois heures une opeacuteration essentielle pour preacutevenir le craquement

du moule qui peut survenir en contact du meacutetal fondu

Apres la couleacutee et le refroidissement le moule en ceacuteramique sera briseacute agrave lrsquoaide drsquoun

marteau vibrant pour extraire la piegravece

I4 Le forgeage

Dans son sens geacuteneacuteral le forgeage est lopeacuteration de mise en forme dun meacutetal

malleacuteable Cette opeacuteration est baseacutee sur une proprieacuteteacute fondamentale des alliages meacutetalliques

solides la plasticiteacute

Le paramegravetre fondamental du proceacutedeacute est la tempeacuterature de forgeage qui doit ecirctre

supeacuterieure agrave 05 fois la tempeacuterature de fusion du meacutetal agrave travailler

Un autre paramegravetre important est la force de mise en forme qui est fonction aussi de

Tf Ces paramegravetres deacutependent des caracteacuteristiques et de la qualiteacute du produit agrave fabriquer par

exemple toleacuterances dimensionnelles eacutetat de surface structure meacutetallurgique etchellip

I41 Forgeage agrave la main (travail du forgeron)

Le forgeage agrave la main est un art qui neacutecessite un long et difficile apprentissage

Leacutequipement de base est constitueacute de

- Feu de forge

- Enclume sa table est trempeacutee et est prolongeacutee par deux appendices appeleacutes bigornes

- Diffeacuterents marteaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 7

- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

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Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 3: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 3

Cette argile ajouteacutee avec de lrsquoeau au sable siliceux confegravere au moule une plasticiteacute

suffisante pour conserver lrsquoempreinte de la piegravece apregraves lrsquoextraction du modegravele

Le moulage en sable agrave vert utilise un modegravele geacuteneacuteralement permanent et un moule non

permanent Un moule non permanent est un moule qui ne sert qursquoune seule fois pour reacutealiser

une piegravece Pour chaque piegravece de couleacutee produite le moule est deacutetruit Il existe deux

techniques de moulage en sable silico-argileux agrave vert le moulage serreacute manuellement appeleacute

laquo moulage main raquo et le moulage serreacute meacutecaniquement appeleacute laquo moulage machine raquo ou

laquo moulage meacutecaniseacute raquo

Le moule est composeacute en geacuteneacuteral de deux parties chacircssis inferieur et chacircssis

supeacuterieur

Figure 1 Moule en sable

1 Serrage chacircssis infeacuterieur 7 Eacutelaboration du meacutetal liquide

2 Retournement 8 Couleacutee

3 Noyautage 9 Tunnel de refroidissement

4 Remoulage noyau 10 Deacutechargement puis deacutecochage

5 Serrage chacircssis supeacuterieur 11 Retour chacircssis

6 Fermeture du moule

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 4

Figure 2 Cycle drsquoobtention drsquoune piegravece par moulage en sable

I32 Moulage meacutetallique ou moulage en coquille

Le moule permanent peut servir un grand nombre de fois il est reacutealiseacute en plusieurs

parties pour faciliter lextraction de la piegravece Il est utiliseacute surtout lorsque la quantiteacute de piegraveces

agrave couler est importante

I321 Principe du proceacutedeacute

Le meacutetal fondu est couleacute dans un moule meacutetallique nommeacute coquille soit par graviteacute

soit sous pression

Durant le moulage par graviteacute le meacutetal fondu est verseacute directement dans le moule par

le canal de couleacutee par contre durant le moulage sous pression le meacutetal fondu est injecteacute dans

le moule au moyen dune pompe exerccedilant sur le meacutetal une pression tregraves eacuteleveacutee

La tempeacuterature de fusion du meacutetal couleacute doit ecirctre infeacuterieure agrave la tempeacuterature de fusion

du mateacuteriau constituant le moule De mecircme pour eacuteviter tout choc thermique les parties du

moule doivent ecirctres chauffeacutees agrave environ 350degC avant la couleacutee

I33 Moulage par graviteacute

Le moule meacutetallique est composeacute de parties assembleacutees (en fonte ou en acier)

positionneacutees par des goujons un canal de couleacutee des eacutevents des tireacutees dair des extracteurs

pour leacutejection de la piegravece et un ou plusieurs noyaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 5

Figure 3 Moule fermeacute Figure 4 Moule ouvert

I34 Moulage sous pression

Durant ce proceacutedeacute le meacutetal liquide est injecteacute dans le moule sous pression (30 agrave100

Nmm2) en utilisant des presses agrave forte pression

Le moulage sous pression est utiliseacute pour reacutealiser des grandes seacuteries de piegraveces ayant

une configuration compliqueacutee et des dimensions preacutecises Leacutetat de surface obtenu apregraves ce

type de moulage permet dans de nombreux cas dutiliser les piegraveces mouleacutees sans reprise

ulteacuterieure

Figure 5 Moule fermeacute Figure 6 Moule ouvert

I35 Moulage en cire perdue

La technique de moulage agrave la cire perdue permet de respecter des proportions

extrecircmement preacutecises au 110 de mm pregraves Il faut drsquoune semaine agrave un mois pour fabriquer un

moule agrave la cire perdue selon sa complexiteacute

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 6

I351 Principe du proceacutedeacute

La premiegravere eacutetape consiste agrave injecter de la cire sur un emporte-piegravece en aluminium

Cela permet de creacuteer un modegravele de cire un peu plus grand que la veacuteritable piegravece on lrsquoutilisera

par la suite pour fabriquer un moule en ceacuteramique lui aussi sera plus grand que la piegravece car le

meacutetal rapetisse en refroidissant Des composants de sire sont joints au moule permettant de

creacuteer un systegraveme de passage du meacutetal agrave lrsquointeacuterieur des caviteacutes du moule Cet assemblage de

cire sera trempeacute dans une solution de ceacuteramique appeleacutee barbotine

Pour durcir la barbotine on lrsquoenduit de sable de zirconium fin puis on la laisse

seacutecherla moule obtenu sera traiteacute avec du sable agrave gros grain jusqursquoagrave obtention drsquoune coquille

de 7 mm drsquoeacutepaisseur Lrsquoassemblage de cire recouvert de ceacuteramique est envoyeacute dans un

autoclave durant 5 agrave 10 min pour le deacutecirage Ce traitement fait disparaitre la cire et creacutee un

moule en ceacuteramique dont la caviteacute repreacutesente la forme de la piegravece Des que ce moule est sec

on peut commencer agrave mouler la piegravece Mais on le place tout drsquoabord dans un four qui le

chauffera pendant deux ou trois heures une opeacuteration essentielle pour preacutevenir le craquement

du moule qui peut survenir en contact du meacutetal fondu

Apres la couleacutee et le refroidissement le moule en ceacuteramique sera briseacute agrave lrsquoaide drsquoun

marteau vibrant pour extraire la piegravece

I4 Le forgeage

Dans son sens geacuteneacuteral le forgeage est lopeacuteration de mise en forme dun meacutetal

malleacuteable Cette opeacuteration est baseacutee sur une proprieacuteteacute fondamentale des alliages meacutetalliques

solides la plasticiteacute

Le paramegravetre fondamental du proceacutedeacute est la tempeacuterature de forgeage qui doit ecirctre

supeacuterieure agrave 05 fois la tempeacuterature de fusion du meacutetal agrave travailler

Un autre paramegravetre important est la force de mise en forme qui est fonction aussi de

Tf Ces paramegravetres deacutependent des caracteacuteristiques et de la qualiteacute du produit agrave fabriquer par

exemple toleacuterances dimensionnelles eacutetat de surface structure meacutetallurgique etchellip

I41 Forgeage agrave la main (travail du forgeron)

Le forgeage agrave la main est un art qui neacutecessite un long et difficile apprentissage

Leacutequipement de base est constitueacute de

- Feu de forge

- Enclume sa table est trempeacutee et est prolongeacutee par deux appendices appeleacutes bigornes

- Diffeacuterents marteaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 7

- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

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Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 4: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 4

Figure 2 Cycle drsquoobtention drsquoune piegravece par moulage en sable

I32 Moulage meacutetallique ou moulage en coquille

Le moule permanent peut servir un grand nombre de fois il est reacutealiseacute en plusieurs

parties pour faciliter lextraction de la piegravece Il est utiliseacute surtout lorsque la quantiteacute de piegraveces

agrave couler est importante

I321 Principe du proceacutedeacute

Le meacutetal fondu est couleacute dans un moule meacutetallique nommeacute coquille soit par graviteacute

soit sous pression

Durant le moulage par graviteacute le meacutetal fondu est verseacute directement dans le moule par

le canal de couleacutee par contre durant le moulage sous pression le meacutetal fondu est injecteacute dans

le moule au moyen dune pompe exerccedilant sur le meacutetal une pression tregraves eacuteleveacutee

La tempeacuterature de fusion du meacutetal couleacute doit ecirctre infeacuterieure agrave la tempeacuterature de fusion

du mateacuteriau constituant le moule De mecircme pour eacuteviter tout choc thermique les parties du

moule doivent ecirctres chauffeacutees agrave environ 350degC avant la couleacutee

I33 Moulage par graviteacute

Le moule meacutetallique est composeacute de parties assembleacutees (en fonte ou en acier)

positionneacutees par des goujons un canal de couleacutee des eacutevents des tireacutees dair des extracteurs

pour leacutejection de la piegravece et un ou plusieurs noyaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 5

Figure 3 Moule fermeacute Figure 4 Moule ouvert

I34 Moulage sous pression

Durant ce proceacutedeacute le meacutetal liquide est injecteacute dans le moule sous pression (30 agrave100

Nmm2) en utilisant des presses agrave forte pression

Le moulage sous pression est utiliseacute pour reacutealiser des grandes seacuteries de piegraveces ayant

une configuration compliqueacutee et des dimensions preacutecises Leacutetat de surface obtenu apregraves ce

type de moulage permet dans de nombreux cas dutiliser les piegraveces mouleacutees sans reprise

ulteacuterieure

Figure 5 Moule fermeacute Figure 6 Moule ouvert

I35 Moulage en cire perdue

La technique de moulage agrave la cire perdue permet de respecter des proportions

extrecircmement preacutecises au 110 de mm pregraves Il faut drsquoune semaine agrave un mois pour fabriquer un

moule agrave la cire perdue selon sa complexiteacute

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 6

I351 Principe du proceacutedeacute

La premiegravere eacutetape consiste agrave injecter de la cire sur un emporte-piegravece en aluminium

Cela permet de creacuteer un modegravele de cire un peu plus grand que la veacuteritable piegravece on lrsquoutilisera

par la suite pour fabriquer un moule en ceacuteramique lui aussi sera plus grand que la piegravece car le

meacutetal rapetisse en refroidissant Des composants de sire sont joints au moule permettant de

creacuteer un systegraveme de passage du meacutetal agrave lrsquointeacuterieur des caviteacutes du moule Cet assemblage de

cire sera trempeacute dans une solution de ceacuteramique appeleacutee barbotine

Pour durcir la barbotine on lrsquoenduit de sable de zirconium fin puis on la laisse

seacutecherla moule obtenu sera traiteacute avec du sable agrave gros grain jusqursquoagrave obtention drsquoune coquille

de 7 mm drsquoeacutepaisseur Lrsquoassemblage de cire recouvert de ceacuteramique est envoyeacute dans un

autoclave durant 5 agrave 10 min pour le deacutecirage Ce traitement fait disparaitre la cire et creacutee un

moule en ceacuteramique dont la caviteacute repreacutesente la forme de la piegravece Des que ce moule est sec

on peut commencer agrave mouler la piegravece Mais on le place tout drsquoabord dans un four qui le

chauffera pendant deux ou trois heures une opeacuteration essentielle pour preacutevenir le craquement

du moule qui peut survenir en contact du meacutetal fondu

Apres la couleacutee et le refroidissement le moule en ceacuteramique sera briseacute agrave lrsquoaide drsquoun

marteau vibrant pour extraire la piegravece

I4 Le forgeage

Dans son sens geacuteneacuteral le forgeage est lopeacuteration de mise en forme dun meacutetal

malleacuteable Cette opeacuteration est baseacutee sur une proprieacuteteacute fondamentale des alliages meacutetalliques

solides la plasticiteacute

Le paramegravetre fondamental du proceacutedeacute est la tempeacuterature de forgeage qui doit ecirctre

supeacuterieure agrave 05 fois la tempeacuterature de fusion du meacutetal agrave travailler

Un autre paramegravetre important est la force de mise en forme qui est fonction aussi de

Tf Ces paramegravetres deacutependent des caracteacuteristiques et de la qualiteacute du produit agrave fabriquer par

exemple toleacuterances dimensionnelles eacutetat de surface structure meacutetallurgique etchellip

I41 Forgeage agrave la main (travail du forgeron)

Le forgeage agrave la main est un art qui neacutecessite un long et difficile apprentissage

Leacutequipement de base est constitueacute de

- Feu de forge

- Enclume sa table est trempeacutee et est prolongeacutee par deux appendices appeleacutes bigornes

- Diffeacuterents marteaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 7

- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

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Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 5: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 5

Figure 3 Moule fermeacute Figure 4 Moule ouvert

I34 Moulage sous pression

Durant ce proceacutedeacute le meacutetal liquide est injecteacute dans le moule sous pression (30 agrave100

Nmm2) en utilisant des presses agrave forte pression

Le moulage sous pression est utiliseacute pour reacutealiser des grandes seacuteries de piegraveces ayant

une configuration compliqueacutee et des dimensions preacutecises Leacutetat de surface obtenu apregraves ce

type de moulage permet dans de nombreux cas dutiliser les piegraveces mouleacutees sans reprise

ulteacuterieure

Figure 5 Moule fermeacute Figure 6 Moule ouvert

I35 Moulage en cire perdue

La technique de moulage agrave la cire perdue permet de respecter des proportions

extrecircmement preacutecises au 110 de mm pregraves Il faut drsquoune semaine agrave un mois pour fabriquer un

moule agrave la cire perdue selon sa complexiteacute

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 6

I351 Principe du proceacutedeacute

La premiegravere eacutetape consiste agrave injecter de la cire sur un emporte-piegravece en aluminium

Cela permet de creacuteer un modegravele de cire un peu plus grand que la veacuteritable piegravece on lrsquoutilisera

par la suite pour fabriquer un moule en ceacuteramique lui aussi sera plus grand que la piegravece car le

meacutetal rapetisse en refroidissant Des composants de sire sont joints au moule permettant de

creacuteer un systegraveme de passage du meacutetal agrave lrsquointeacuterieur des caviteacutes du moule Cet assemblage de

cire sera trempeacute dans une solution de ceacuteramique appeleacutee barbotine

Pour durcir la barbotine on lrsquoenduit de sable de zirconium fin puis on la laisse

seacutecherla moule obtenu sera traiteacute avec du sable agrave gros grain jusqursquoagrave obtention drsquoune coquille

de 7 mm drsquoeacutepaisseur Lrsquoassemblage de cire recouvert de ceacuteramique est envoyeacute dans un

autoclave durant 5 agrave 10 min pour le deacutecirage Ce traitement fait disparaitre la cire et creacutee un

moule en ceacuteramique dont la caviteacute repreacutesente la forme de la piegravece Des que ce moule est sec

on peut commencer agrave mouler la piegravece Mais on le place tout drsquoabord dans un four qui le

chauffera pendant deux ou trois heures une opeacuteration essentielle pour preacutevenir le craquement

du moule qui peut survenir en contact du meacutetal fondu

Apres la couleacutee et le refroidissement le moule en ceacuteramique sera briseacute agrave lrsquoaide drsquoun

marteau vibrant pour extraire la piegravece

I4 Le forgeage

Dans son sens geacuteneacuteral le forgeage est lopeacuteration de mise en forme dun meacutetal

malleacuteable Cette opeacuteration est baseacutee sur une proprieacuteteacute fondamentale des alliages meacutetalliques

solides la plasticiteacute

Le paramegravetre fondamental du proceacutedeacute est la tempeacuterature de forgeage qui doit ecirctre

supeacuterieure agrave 05 fois la tempeacuterature de fusion du meacutetal agrave travailler

Un autre paramegravetre important est la force de mise en forme qui est fonction aussi de

Tf Ces paramegravetres deacutependent des caracteacuteristiques et de la qualiteacute du produit agrave fabriquer par

exemple toleacuterances dimensionnelles eacutetat de surface structure meacutetallurgique etchellip

I41 Forgeage agrave la main (travail du forgeron)

Le forgeage agrave la main est un art qui neacutecessite un long et difficile apprentissage

Leacutequipement de base est constitueacute de

- Feu de forge

- Enclume sa table est trempeacutee et est prolongeacutee par deux appendices appeleacutes bigornes

- Diffeacuterents marteaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 7

- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

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Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 6: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 6

I351 Principe du proceacutedeacute

La premiegravere eacutetape consiste agrave injecter de la cire sur un emporte-piegravece en aluminium

Cela permet de creacuteer un modegravele de cire un peu plus grand que la veacuteritable piegravece on lrsquoutilisera

par la suite pour fabriquer un moule en ceacuteramique lui aussi sera plus grand que la piegravece car le

meacutetal rapetisse en refroidissant Des composants de sire sont joints au moule permettant de

creacuteer un systegraveme de passage du meacutetal agrave lrsquointeacuterieur des caviteacutes du moule Cet assemblage de

cire sera trempeacute dans une solution de ceacuteramique appeleacutee barbotine

Pour durcir la barbotine on lrsquoenduit de sable de zirconium fin puis on la laisse

seacutecherla moule obtenu sera traiteacute avec du sable agrave gros grain jusqursquoagrave obtention drsquoune coquille

de 7 mm drsquoeacutepaisseur Lrsquoassemblage de cire recouvert de ceacuteramique est envoyeacute dans un

autoclave durant 5 agrave 10 min pour le deacutecirage Ce traitement fait disparaitre la cire et creacutee un

moule en ceacuteramique dont la caviteacute repreacutesente la forme de la piegravece Des que ce moule est sec

on peut commencer agrave mouler la piegravece Mais on le place tout drsquoabord dans un four qui le

chauffera pendant deux ou trois heures une opeacuteration essentielle pour preacutevenir le craquement

du moule qui peut survenir en contact du meacutetal fondu

Apres la couleacutee et le refroidissement le moule en ceacuteramique sera briseacute agrave lrsquoaide drsquoun

marteau vibrant pour extraire la piegravece

I4 Le forgeage

Dans son sens geacuteneacuteral le forgeage est lopeacuteration de mise en forme dun meacutetal

malleacuteable Cette opeacuteration est baseacutee sur une proprieacuteteacute fondamentale des alliages meacutetalliques

solides la plasticiteacute

Le paramegravetre fondamental du proceacutedeacute est la tempeacuterature de forgeage qui doit ecirctre

supeacuterieure agrave 05 fois la tempeacuterature de fusion du meacutetal agrave travailler

Un autre paramegravetre important est la force de mise en forme qui est fonction aussi de

Tf Ces paramegravetres deacutependent des caracteacuteristiques et de la qualiteacute du produit agrave fabriquer par

exemple toleacuterances dimensionnelles eacutetat de surface structure meacutetallurgique etchellip

I41 Forgeage agrave la main (travail du forgeron)

Le forgeage agrave la main est un art qui neacutecessite un long et difficile apprentissage

Leacutequipement de base est constitueacute de

- Feu de forge

- Enclume sa table est trempeacutee et est prolongeacutee par deux appendices appeleacutes bigornes

- Diffeacuterents marteaux

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 7

- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

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Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 7: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 7

- Diffeacuterents pinces de forgeron

- Outils accessoires poinccedilon etc

- Instruments de mesure pour travaux de forgeage

- Habillement (tablier en cuir chaussures gants lunettes etc)

I42 Forgeage meacutecanique ou industriel

Les diffeacuterentes techniques de forgeage se ramegravenent toutes agrave la compression drsquoun

mateacuteriau entre des outillages au moyen drsquoun engin qui fourni lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave

lrsquoopeacuteration

Figure 7 Proceacutedeacutes du forgeage industriel

I5 Critegraveres de choix du proceacutedeacute

- Mateacuteriau Ferreux non ferreux

- Type de piegravece agrave reacutealiser poids complexiteacute preacutecision

- Importance de la seacuterie agrave produire grande petite ou moyenne

- Machines agrave utiliser presses (meacutecaniques hydrauliques ou agrave vis) laminoirs etc

I51 Inteacuterecirct du forgeage geacuteneacuteration drsquoun fibrage qui ameacuteliore les performances

meacutecaniques

I6 Forge libre

Permet drsquoobtenir agrave chaud sans outillages speacutecifiques avec des deacutelais courts des

piegraveces unitaires ou de tregraves petites seacuteries Le meacutetal preacutealablement chauffeacute est travailleacute sous

forme dun lopin meacutetallique agrave laide dune presse hydraulique voire drsquoun marteau-pilon

Le forgeage est dit laquolibreraquo car lors du forgeage le meacutetal est libre de se deacuteplacer dans

plusieurs directions contrairement agrave lestampage ou forgeage en matrice ougrave le meacutetal est

enfermeacute dans une forme preacutedeacutefinie et nest pas libre Le meacutetal sera donc eacutecraseacute entre deux

outils

- Le Tas(ou sous-eacutetampe) fixe et de forme plate

- La Frappe(ou eacutetampe) mobile

Proceacutedeacutes du forgeage industriel

Forge libre Emboutissage Estampage-matriccedilage Laminage Extrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 8: Préface - univ-batna2.dz

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Techniques de Fabrication Page 8

Le reacutesultat obtenu est deacutependant du savoir-faire du forgeron

Figure 8 Principe de la forge libre

I7 Emboutissage

Lrsquoemboutissage est un proceacutedeacute de mise en forme tregraves utiliseacute dans lrsquoindustrie permettant

drsquoobtenir des piegraveces de surface non deacuteveloppable agrave partir de feuilles de tocircle mince monteacutees sur

presse La tocircle appeleacutee laquo flan raquo est la matiegravere brute qui nrsquoa pas encore eacuteteacute emboutie Lrsquoopeacuteration

peut ecirctre reacutealiseacutee avec ou sans serre flan pour maintenir le flan contre la matrice pendant que le

poinccedilon deacuteforme la feuille

I71 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage

Lrsquoemboutissage se pratique agrave lrsquoaide de presses agrave emboutir de forte puissance munies

drsquooutillages speacuteciaux dont la configuration deacutetermine lrsquoeffet obtenu sur le flan

- Outils agrave simple effet configuration la plus simple composeacutee principalement drsquoune matrice et

drsquoun poinccedilon

- Outils double effet comprend en plus de lrsquooutil simple effet un serre-flan Lrsquooutillage utiliseacute

en emboutissage comprend donc

Une matrice en creux eacutepouse la forme exteacuterieure de la piegravece

Un poinccedilon en relief eacutepouse sa forme inteacuterieure en reacuteservant lrsquoeacutepaisseur de la tocircle

Un serre-flan entoure le poinccedilon srsquoapplique contre le pourtour de la matrice et sert agrave coincer

la tocircle pendant lrsquoapplication du poinccedilon eacutevite le plissement de la tocircle et controcircle son eacutecoulement

le long du poinccedilon

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

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Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 9: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 9

Figure 9 Conception geacuteneacuterale drsquoun outil drsquoemboutissage (FSF repreacutesente la force sur le sert-flan)

I71 Meacutethode de formage rocircle du serre-flan

On classe les meacutethodes de formage selon le mode drsquoaction du serre-flan Elle est dite laquo Par

expansion raquo lorsque le meacutetal situeacute entre la matrice et le serre-flan est bloqueacute et laquo Par reacutetreint raquo

lorsqursquoil srsquoeacutecoule pour alimenter la hauteur de la piegravece

172 Principe drsquoemboutissage

Figure 10 Principe drsquoemboutissage

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 10: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 10

Figure 11 Latitude de force de serre-flan

I8 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Ce principe consiste agrave emboutir normalement une piegravece jusqursquoagrave deacutepassement du maximum

de la courbe effort de formage-course et de la faire casser en bloquant le meacutetal sous le serre-flan

Figure 12 Principe de lrsquoessai Engelhardt

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 11: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 11

La marge de seacutecuriteacute de la piegravece est caracteacuteriseacutee par la diffeacuterence entre les deux efforts

I81 Effort drsquoemboutissage Cas des piegraveces cylindriques

1- Piegraveces cylindriques sans serre-flan

Fe = π d e Rm k avec

- Fe Effort drsquoemboutissage (daN)

- d Diamegravetre du poinccedilon (mm)

- e eacutepaisseur de la tole agrave emboutir (mm)

- Rm Reacutesistance pratique agrave la rupture par traction de la tocircle (daNmm2)

- k Coefficient fonction du rapport 119889

119863 avec D = diamegravetre du flan (mm)

119941

119915

055 060 065 070 075 080

k 10 086 072 060 050 040

Tableau 1 Valeurs de k en fonction de 119941

119915

I82 Effort sur le serre-flan (Piegravece cylindrique avec serre-flan)

Fs = π

4 D2 minus d2 P Ougrave

- Fs effort sur le serre-flan (daN)

- P Pression speacutecifique sur le serre-flan (Nmm2) en fonction du mateacuteriau

Remarque Lorsque lrsquoemboutissage est fait avec un serre-flan lrsquoeffort sur serre-flan est

ajouteacute agrave lrsquoeffort drsquoemboutissage donc lrsquoeffort drsquoemboutissage devient dans ce cas

Fe = π d e Rm k + Fs

I9 Estampage-matriccedilage

I91 Deacutefinitions

Les deux termes sont synonymes cependant

Lrsquoestampage est un proceacutedeacute de forgeage deacutedieacute au travail des aciers tandis que

Le matriccedilage est reacuteserveacute aux alliages non ferreux

I92 Principe du proceacutedeacute

Le proceacutedeacute consiste agrave mettre en forme un lopin porteacute agrave la tempeacuterature adeacutequate dans

les gravures dun jeu de matrices reproduisant en creux les formes de la piegravece agrave reacutealiser Le

principe consiste agrave rapprocher les deux matrices ce qui force le meacutetal agrave eacutepouser les formes des

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 12: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 12

gravures Geacuteneacuteralement afin de remplir complegravetement les caviteacutes le meacutetal a la possibiliteacute de

deacuteborder des gravures ce qui geacutenegravere une bavure et une opeacuteration drsquoeacutebavurage

Figure 13 Principe de lrsquoestampage-matriccedilage

Le succegraves du matriccedilage vient de trois avantages majeurs

1 Proprieacuteteacutes meacutetallurgiques excellent compromis entre reacutesistance eacutelasticiteacute

rupture fatigue corrosion reacutesilience

2 Gain sur le rapport tenue meacutecanique masse de la piegravece

3 Reacuteduction des coucircts des usinages

I10 Laminage

Parmi les techniques de formage les plus reacutepandues dans lrsquoindustrie on trouve le

laminage Cette opeacuteration de mise en forme par deacuteformation plastique destineacutee agrave reacuteduire la

section drsquoun produit de grande longueur par compression seffectue par passage de celui-ci

entre deux ou plusieurs cylindres appeleacutes laminoirs tournant autour de leurs axes crsquoest la

rotation des outils qui entraicircne le produit dans lrsquoemprise par lrsquointermeacutediaire du frottement

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 13: Préface - univ-batna2.dz

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Techniques de Fabrication Page 13

Figure 14 Principe du laminage

I101 Laminage agrave froid et Laminage agrave chaud

Le laminage agrave chaud srsquoimpose pour deux raisons capitales La premiegravere est que la

reacutesistance agrave chaud du meacutetal deacutecroicirct tregraves rapidement avec la tempeacuterature

La seconde est drsquoordre meacutetallurgique Le laminage agrave froid provoque un eacutecrouissage du

meacutetal

En pratique les premiegraveres seacuteries de reacuteductions commencent agrave chaud afin drsquoatteindre

facilement de fortes deacuteformations du mateacuteriau et drsquoajuster les proprieacuteteacutes meacutetallurgiques du

produit Le passage agrave froid est ensuite neacutecessaire pour obtenir les caracteacuteristiques

geacuteomeacutetriques et meacutecaniques adeacutequates ainsi qursquoun bon eacutetat de surface

Le laminage srsquoeffectue sous film drsquohuile mineacuterale afin de faciliter lrsquoeacutecoulement du

meacutetal eacuteliminer la chaleur produite par le laminage et lubrifier les eacutequipements internes de la

cage de laminage

A froid un traitement thermique peut ecirctre fait pour restaurer la structure et eacuteviter la

rupture par endommagement Au contraire pendant le laminage agrave chaud la recristallisation

dynamique srsquoeffectue au cours de la deacuteformation tant que la tempeacuterature du produit le permet

Nous pouvons voir scheacutematiquement les divers pheacutenomegravenes apparaissant lors de la

mise en forme par deacuteformation plastique

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 14: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 14

Figure 15 Pheacutenomegravenes apparaissant lors du laminage

I11 Lrsquoextrusion

Lextrusion est un proceacutedeacute de fabrication thermo-meacutecanique par lequel un mateacuteriau

chauffeacute compresseacute est contraint de traverser une filiegravere ayant la section de la piegravece agrave obtenir

crsquoest le forgeage par extrusion

Par le proceacutedeacute drsquoextrusion on obtient un produit long de section transversale constante

sur toute sa longueur La section est geacuteneacuteralement plus complexe que celle drsquoune barre ou

drsquoun tube Selon la forme de sa section transversale il est appeleacute profileacute plein semi-creux ou

creux

Lextrusion donne des piegraveces aux formes encore plus preacutecises que celles qui sont

reacutealiseacutees avec lestampage ou le matriccedilage De plus les piegraveces preacutesentent des eacutetats de surface

excellents ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage compleacutementaire

Lextrusion sapplique agrave divers produits tels les meacutetaux les matiegraveres plastiques les

caoutchoucs les mateacuteriaux composites mais aussi largile pour la fabrication des briques

alveacuteolaires les pacirctes alimentaires et eacutegalement agrave certaines matiegraveres pharmaceutiques pour la

fabrication de meacutedicaments

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

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Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

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II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

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Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

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II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

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Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

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Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

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Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 15: Préface - univ-batna2.dz

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Techniques de Fabrication Page 15

I111 Termes techniques de lrsquoextrusion

Figure 16 Principe de lrsquoextrusion

- Billette (billet) Meacutetal plein couleacute sous forme cylindrique ou de lingot

- Conteneur (container) Chambre qui contient la billette fermeacute agrave une extreacutemiteacute par un

piston et agrave lrsquoautre par la filiegravere

- Zone morte (dead-metal zone) Zone contre la filiegravere dans laquelle le meacutetal ne

srsquoeacutecoule pas

- Extrudabiliteacute Faciliteacute avec laquelle un alliage srsquoextrude

I112 Types drsquoextrusions

Avec la meacutethode drsquoextrusion on peut usiner une large gamme de mateacuteriaux nrsquoayant

pas les mecircmes caracteacuteristiques Crsquoest pour cette raison qursquoil nrsquoest pas possible drsquoutiliser

toujours le mecircme proceacutedeacute drsquoextrusion avec des mateacuteriaux aussi diffeacuterents que lrsquoacier et

lrsquoaluminium Crsquoest pourquoi il a eacuteteacute deacuteveloppeacute plusieurs meacutethodes drsquoextrusion

I1121 Extrusion directe

Ce proceacutedeacute est le plus reacutepandu surtout concernant les alliages doux (agrave grande

filabiliteacute) La billette de meacutetal preacutealablement chauffeacutee est placeacutee dans le conteneur Un piston

exerce une force sur cette billette qui se retrouve plaqueacutee contre la filiegravere et file agrave travers

celle-ci en prenant sa forme deacutefinitive

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Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 16: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 16

Figure 17 Extrusion directe

I1122 Filage inverse ou indirecte

Dans le cas du filage inverse la billette reste fixe par rapport au conteneur et crsquoest la

filiegravere qui avance Le produit profileacute sort donc dans le sens inverse agrave lrsquoaction du piston Cette

meacutethode permet au produit drsquoavoir un flux dans le mateacuteriau plus uniforme car on a eacutelimineacute

les frottements entre la billette et le conteneur Donc le profileacute sort de la filiegravere de faccedilon plus

homogegravene et la qualiteacute est meilleure

Figure 18 Filage inverse ou indirect

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

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Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

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Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

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Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 17: Préface - univ-batna2.dz

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Techniques de Fabrication Page 17

I1123 Extrusion hydrostatique

Le principe de lrsquoextrusion hydrostatique est le mecircme que pour lrsquoextrusion directe mais

la billette baigne dans un liquide dans le conteneur On utilise ce proceacutedeacute sur des billettes

froides ou preacutechauffeacutees Lrsquoavantage principal de lrsquoextrusion hydrostatique est que crsquoest le

liquide qui exerce la pression transmise par le piston sur la billette Donc la pression radiale

est eacutegale agrave la pression axiale (pression isostatique) sur la billette De plus il nrsquoy a plus de

friction entre la billette et le conteneur ce qui implique un eacutecoulement tregraves uniforme

Figure 19 Extrusion hydrostatique

I12 Les meacutetaux et lrsquoextrusion

Tous les meacutetaux ne sont pas extrudables cependant il faut que le meacutetal puisse au moins

avoir une deacuteformation agrave chaud

Lrsquoaluminium Crsquoest le meacutetal le plus facilement extrudable et par ailleurs le plus

extrudeacute En geacuteneacuteral on chauffe une billette drsquoaluminium entre 400degC et 450degC

Le cuivre Le cuivre seul et le cuivre allieacute sont largement reacutepandus dans lrsquoindustrie

des constructeurs On les extrude geacuteneacuteralement entre 750degC et 800degC

Les aciers Difficilement extrudables car la matiegravere est tregraves dure Il faut donc

chauffer la billette entre 1000degC et 1250degC

Le Titane Le titane est difficilement extrudable agrave cause de son oxydation rapide au-

dessus de 700degC et lrsquoabsorption de gaz tel que lrsquohydrogegravene au-dessus de 1000degC

I121 Le flux

Lrsquoeacutecoulement deacutepend de plusieurs paramegravetres

Du mateacuteriau

De la meacutethode drsquoextrusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

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Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

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Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

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Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

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Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

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Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

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Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 18: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 18

Du frottement

De la thermique dans le systegraveme

I122 La tempeacuterature Un des paramegravetres important concernant lextrusion des meacutetaux est

la tempeacuterature En effet elle a une influence sur la dureacutee de vie de loutillage et sur la qualiteacute

du produit fileacute Une augmentation de la tempeacuterature dextrusion permet un eacutecoulement plus

facile et une deacuteformation des meacutetaux plus aiseacutee cependant la vitesse dextrusion maximale est

reacuteduite agrave cause des pics de tempeacuterature eacuteleveacutes qui pourraient amener agrave un deacutebut de fusion du

mateacuteriau utiliseacute

Le chauffage de la billette peut srsquoeffectuer

Par induction

Par gaz

Combineacute (gaz et induction)

Il est important de noter que la tempeacuterature agrave laquelle on chauffe la billette deacutepend de

plusieurs paramegravetres

Le meacutetal qui constitue la billette

La force que la presse peut fournir

Le rapport de filage Section de la billetteSection du produit fileacute Plus ce rapport est

grand plus la tempeacuterature le sera

Lors de lextrusion la billette le conteneur et la filiegravere changent de tempeacuterature ce qui est

ducirc agrave une geacuteneacuteration de chaleur venant de la friction et de la deacuteformation de la billette

I123 Rapport drsquoextrusion R

Crsquoest le rapport entre lrsquoaire de la section initiale A0 de la billette et lrsquoaire de la section finale

apregraves extrusion Af

119877 = 1198600

119860119891

R est drsquoenviron 40

1 pour lrsquoextrusion agrave chaud des aciers et de

400

1 pour lrsquoextrusion de

lrsquoaluminium

I124 Fraction de reacuteduction en section r

119903 = 119860119891

1198600 Ce qui fait 119877 =

1

1minus119903

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 19: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 19

I125 Vitesse du produit extrudeacute

La vitesse du produit extrudeacute est eacutegale agrave la vitesse du piston multiplieacutee par le rapport

drsquoextrusion R

119881119901 119890119909119905 = 119881119901119894119904119905 119877

I126 Force drsquoextrusion

La force drsquoextrusion peut ecirctre exprimeacutee par

119865119890 = 119896 1198600 ln1198600

119860119891 Ougrave

- k est une constante dextrusion qui exprime le facteur global qui repreacutesente le flux de

contraintes la friction et la deacuteformation non-homogegravene pendant lrsquoextrusion

I127 Effet de la tempeacuterature sur lrsquoextrusion agrave chaud

La tempeacuterature de la piegravece agrave forger par extrusion durant le processus de travail des

meacutetaux deacutepend de

1 La tempeacuterature initiale de la filiegravere et du mateacuteriau agrave travailler

2 La chaleur geacuteneacutereacutee par la deacuteformation plastique du mateacuteriau

3 La chaleur geacuteneacutereacutee par friction agrave lrsquointerface filiegraveremateacuteriau (la plus eacuteleveacutee)

4 Le transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave deacuteformer la matrice et le milieu

environnant

Habituellement la tempeacuterature agrave linterface mateacuteriau outil est la plus eacuteleveacutee en raison

de friction

Si on neacuteglige les gradients de tempeacuterature dues agrave la deacuteformation du mateacuteriau et on

considegravere le mateacuteriau comme une plaque mince la tempeacuterature moyenne instantaneacutee agrave

linterface est donneacutee par

119879 = 1198791 + 1198790 minus 1198791 119890119909119901 minus ℎ 119905

120588 119888 120575 Tel que

- T0 tempeacuterature de la piegravece agrave travailler

- T1 tempeacuterature du moule (la filiegravere)

- h coefficient de transfert de chaleur entre le mateacuteriau agrave travailler et le moule

(Wm2K

-1)

- δ eacutepaisseur du mateacuteriau entre les moules (mm)

- ρ masse volumique du mateacuteriau (kgm3)

- c chaleur speacutecifique du mateacuteriau (JKgK)

- t le temps (min)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 20: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 20

II Proceacutedeacutes de fabrication par enlegravevement de matiegravere

II1 Introduction

La mise en œuvre des opeacuterations drsquousinage pour reacutealiser une piegravece ou une famille de

piegraveces est un problegraveme complexe du fait de la multipliciteacute des proceacutedeacutes disponibles et de la

grande varieacuteteacute des speacutecifications des piegraveces et des proprieacuteteacutes des mateacuteriaux constitutifs

Lrsquousinage par enlegravevement de matiegravere regroupe lrsquoensemble des techniques de

fabrication de piegraveces meacutecaniques A partir drsquoune piegravece brute ou semi-finie on enlegraveve de la

matiegravere afin drsquoobtenir la forme voulue agrave lrsquoaide drsquoune machine-outil Lrsquoavantage de ce

proceacutedeacute par rapport agrave la plupart des proceacutedeacutes de fabrication est qursquoil permet une grande

preacutecision quant agrave la geacuteomeacutetrie obtenue

Lors drsquoun usinage par enlegravevement de matiegravere on se retrouve dans la majoriteacute des cas

dans la configuration suivante

Figure 20 Configuration drsquousinage

Une lame drsquooutil peacutenegravetre dans la matiegravere constituant la piegravece geacuteneacuteralement en

mouvement et enlegraveve un copeau

Lrsquooutil suit une trajectoire par rapport agrave la piegravece agrave usiner Ces mouvements sont

assureacutes par les eacuteleacutements constitutifs de la machine outil

Pour obtenir un travail satisfaisant (bon eacutetat de la surface usineacutee rapiditeacute de lrsquousinage

usure modeacutereacutee de lrsquooutil ) on doit deacutefinir les paramegravetres de coupe relatifs au type drsquousinage

agrave faire

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 21: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 21

Il y a plusieurs critegraveres permettant de deacutefinir les paramegravetres de coupe notamment

a Le type de machine (tournage fraisage perccedilagehellip)

b La puissance de la machine

c La matiegravere usineacutee (acier aluminiumhellip)

d La matiegravere de lrsquooutil (ARS carburehellip)

e Le type de lrsquoopeacuteration (perccedilage chariotage surfaccedilagehellip)

Lrsquoobjectif final est drsquoobtenir une piegravece usineacutee dans de bonnes conditions Pour cela il faut

deacuteterminer certains paramegravetres speacutecifiques

1 La vitesse de coupe Vc

2 La vitesse drsquoavance F

3 La profondeur de passe a

En reacutesumeacute nous avons la configuration suivante

Figure 21 Critegraveres deacutefinissants les paramegravetres de coupe

Parmi les techniques (proceacutedeacutes) de fabrication de piegraveces meacutecaniques par enlegravevement

de matiegravere

II2 Le tournage

II21 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le tournage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par coupe (enlegravevement de

matiegravere) reacutealiseacute sur une machine outils appeleacutee laquo tour raquo et mettant en jeu des outils agrave arecircte

unique

La piegravece est animeacutee drsquoun mouvement de rotation (mouvement de coupe) qui est le

mouvement principal du proceacutedeacute (figure 1)

Lrsquooutil est animeacute drsquoun mouvement compleacutementaire de translation rectiligne appeleacute

mouvement drsquoavance permettant de deacutefinir le profil de la piegravece

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 22: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 22

Figure 22 Mouvements en tournage

La combinaison de ces deux mouvements associeacutes agrave un mouvement de peacuteneacutetration

deacutefinissant la quantiteacute de matiegravere agrave enlever (profondeur de passe) ainsi que la forme de la

partie active de lrsquooutil permettent drsquoobtenir des usinages de formes de reacutevolution (cylindres

plans cocircnes ou formes de reacutevolution complexes)

Figure 23 Terminologie des organes principaux du tour parallegravele

Sur un tour parallegravele conventionnel on peut reacutealiser deux grandes classes

drsquoopeacuterations

1 Usinage externe regroupant les opeacuterations de dressage de face chariotage filetage

exteacuterieur gorgeage chanfreinage moletage tronccedilonnage etc

2 Usinage inteacuterieur regroupant les opeacuterations de perccedilage aleacutesage dressage inteacuterieur

filetage inteacuterieur chambrage etchellip

Mc Mouvement de coupe

Ma Mouvement drsquoavance

Mp Mouvement de peacuteneacutetration

1- Piegravece

2- Outil

3- Mandrin

4- Broche

5- Poupeacutee fixe

6- Banc

7- Poupeacutee mobile

8- Tourelle porte-outil

9- Chariot supeacuterieur

10- Chariot transversal

11- Trainard

12- Vis megravere

13- Boite des vitesses

14- Boite des avances

15- Moteur eacutelectrique

16- Contacteur

17- Bacircti

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 23: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 23

En geacuteneacuteral chaque opeacuterations de tournage lui est associeacute un outil speacutecifique

Figure 24 Principales opeacuterations de tournage et outils associeacutes

1 Outil agrave saigner 6 Outil agrave fileter exteacuterieur 11 Outil agrave chambrer

2 Outil agrave charioter droit 7 Outil agrave charioter coudeacute 12 Outil agrave aleacuteser

3 Outil de gorge ronde 8 Outil couteau 13 Outil agrave fileter inteacuterieur

4 Outil pelle 9 Outil agrave dresser drsquoangle 14 Outil agrave aleacuteser et agrave dresser

inteacuterieur 5 Outil agrave retoucher 10 Outil agrave dresser les faces

Tableau 2 Operations de tournage et outils associeacutes

II3 La vitesse de coupe Vc [mmin]

La vitesse de coupe correspond au deacuteplacement suivant une trajectoire de lrsquoarecircte de

coupe de lrsquooutil par rapport agrave la piegravece

Important Il ne faut pas confondre Vc(vitesse de coupe) et F(vitesse drsquoavance)

Uniteacute Vc en mmin

Dans tout problegraveme drsquousinage il est neacutecessaire pour des raisons technologiques et

eacuteconomiques de deacuteterminer la valeur de Vc la mieux adapteacutee au travail agrave reacutealiser

Les valeurs des vitesses de coupes correspondant aux diffeacuterents mateacuteriaux agrave usiner ont

eacuteteacute deacutetermineacutees expeacuterimentalement par des laboratoires speacutecialiseacutes dans les essais de

coupe

Le choix de la vitesse de coupe deacutepend de nombreux paramegravetres dont les principaux sont

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 24: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 24

a La dureacutee de lrsquooutil entre deux affucirctages

b La nature et lrsquoeacutetat du meacutetal agrave usiner

c La nature de lrsquooutil

d La lubrification

e Le mode de travail de lrsquooutil pour un outil de rabotage travaillant dans les mecircmes

conditions on choisira une valeur de Vc plus faible pour limiter les effets neacutefastes du

choc agrave chaque passe

f La section du copeau (S (mm2) = f (mm) x a (mm))

g La profondeur de passe a

h Lrsquoavance f

La vitesse de coupe est exprimeacutee par la relation 119881119888 =120587 119863119873

1000 avec

- N freacutequence de rotation de la piegravece en trmin

- D diamegravetre de la piegravece agrave usiner en mm

Remarque Le diamegravetre D correspond agrave la position de la pointe de lrsquooutil Il y a 2 cas de

figure

1 On usine parallegravelement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un cylindre

D = diamegravetre du cylindre

2 On usine perpendiculairement agrave lrsquoaxe de broche La surface geacuteneacutereacutee est un plan

D = 23 diamegravetre maxi du plan

II4 La vitesse drsquoavance en tournage F [mmmin]

Elle correspond agrave la vitesse de deacuteplacement de lrsquooutil sur la trajectoire drsquousinage Crsquoest

cette trajectoire qursquoil faut suivre afin que lrsquooutil usine la forme souhaiteacutee F= fN = mmtr

Lrsquoavance f est choisie en fonction du type drsquousinage (eacutebauche finition ou demi-finition)

II5 Le fraisage

II51 Deacutefinition du proceacutedeacute

Le fraisage est un proceacutedeacute de fabrication meacutecanique par enlegravevement de matiegravere reacutealiseacute

sur une machine-outil appeleacutee fraiseuse faisant intervenir en coordination le mouvement de

rotation drsquoun outil appeleacute fraise agrave plusieurs arecirctes (Mouvement de coupe) et lrsquoavance

rectiligne de la piegravece agrave usiner (Mouvement drsquoavance) (figure 25) Le plus souvent le fraisage

est utiliseacute pour produire des surfaces planes des eacutepaulements et des rainures contournage

etc (Figure 27)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 25: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 25

Figure 25 Mouvements en tournage

Lrsquooutil de fraisage la fraise comporte plusieurs arecirctes de coupe dont chacune enlegraveve

une certaine quantiteacute de meacutetal sous forme de copeaux

Figure 26 Terminologie des organes principaux drsquoune fraiseuse

II52 Les principales opeacuterations de fraisage

En fraisage les outils comportent plusieurs arecirctes tranchantes Par rapport au tournage

le deacuteplacement selon les axes principaux de la machine (trois directions de travail) nest plus

reacutealiseacute par loutil mais par la piegravece qui est fixeacutee dans un porte-piegravece appeleacute eacutetau Le

mouvement de coupe Mc est reacutealiseacute par lrsquooutil

1 Bacircti

2 tecircte

3 Broche

4 Outil (Fraise)

5 Piegravece

6 Table longitudinale

7 Table transversale

8 table verticale

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 26: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 26

Figure 27 Principales opeacuterations de fraisage et outils associeacutes

1 Surfaccedilage de face 4 Rainurage 3 tailles

2 Surfaccedilage de profil 5 Rainurage 2 tailles

3 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant profil 6 Surfaccedilage ndashdressage preacutedominant face

Tableau 3 Opeacuterations de fraisage

II53 La vitesse de coupe pour le fraisage (Vc en mmin)

Elle indique la vitesse agrave laquelle lrsquoarecircte de coupe travaille la surface de la piegravece Crsquoest

un important paramegravetre de lrsquooutil qui fait partie inteacutegrante des conditions de coupe

mdash La vitesse de broche le diamegravetre de lrsquooutil et la vitesse de coupe sont naturellement lieacutes

par les formules suivantes

119881119888 =120587 119863119873

1000 Et 119873 =

1000 119881119888

120587 119863 Avec

- Vc vitesse de coupe en mmin

- D diamegravetre de la fraise en mm

- N freacutequence de rotation de la fraise en trmin

-

II54 La vitesse drsquoavance en fraisage

Lrsquoavance srsquoexprime par le deacuteplacement de la piegravece en millimegravetres pour

Une dent crsquoest lrsquoavance par dent fz

Un tour crsquoest lrsquoavance par tour f

Une minute crsquoest lrsquoavance par minute F

F = fzZN (mmtrdent)

Z nombre de dents de la fraise

N freacutequence de rotation en trmin

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 27: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 27

II6 Le perccedilage

Le perccedilage est une opeacuteration drsquousinage consistant agrave faire un trou dans une piegravece Ce

trou peut traverser la piegravece de part en part on lrsquoappelle trou deacutebouchant ou bien ne pas la

traverser crsquoest alors un trou borgne

Figure 28 Perccedilage

Ce trou peut ecirctre effectueacute par un foret par deacutecoupe agrave lrsquoaide drsquoun poinccedilon par

eacutelectroeacuterosion par laser par brochage etc Ce trou peut servir agrave faire passer une piegravece ou un

fluide il peut ecirctre lisse ou taraudeacute pour recevoir un rivet ou une vis drsquoassemblage

La machine outil la plus utiliseacutee pour le perccedilage est la perceuse Les perceuses

peuvent ecirctres classeacutees selon plusieurs types

- Les perceuses sensitives ou drsquoeacutetabli

- Les perceuses agrave colonne

- Les perceuses radiales

- Les machines portatives agrave air comprime ou eacutelectriques

Lrsquooutil de coupe est appeleacute Foret Pour reacutealiser un perccedilage sur une perceuse deux

mouvements relatifs sont neacutecessaires

1 Un mouvement de coupe (Mc) Rotation du foret

2 Un mouvement davance (Mf) Mouvement rectiligne et parallegravele agrave laxe de loutil

Figure 29 Outils de perccedilage Figure 30 Mouvements en perccedilage

Trou borgne Trou deacutebouchant

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 28

Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 28: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Ces deux mouvements sont caracteacuteriseacutes par

la vitesse de rotation du foret exprimeacutee en tours par minute et noteacutee N agrave la peacuteripheacuterie

du foret elle correspond agrave une vitesse

119881119888(119898119898119894119899) =120587 119863(119898119898) 119873(119905119903119898119894119899)

1000

lrsquoavance exprimeacutee en mm par tour et noteacutee f (mm tr) elle correspond agrave une vitesse

drsquoavance

119881119891(119898119898119894119899) = 119891(119898119898119905119903) times 119873(119905119903119898119894119899) times 1000

Comme le foret possegravede deux arecirctes principales de coupe lrsquoavance par arecircte est alors

119891 2 Le choix des conditions de coupe (freacutequence de rotation et avance) deacutepend du foret (de

sa geacuteomeacutetrie et des mateacuteriaux le constituant) de la matiegravere agrave usiner et lrsquoutilisation ou non de

la lubrification

II61 Choix de lrsquoavance (en mmtr)

Lrsquoavance en perccedilage (f en mmtr) est fonction du diamegravetre du foret

Foret heacutelicoiumldal en ARS f = 001 x Oslash du foret

Foret agrave plaquettes en carbure meacutetalliques f = 002 x Oslash du foret

La freacutequence de rotation du foret en perccedilage est deacutetermineacutee par calcul ou agrave partir des

abaques reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Figure 31 Abaque reliant la vitesse de coupe et le diamegravetre de lrsquooutil de coupe

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 29: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 29

II7 Meacutetallurgie des poudres le frittage

En meacutetallurgie des poudres lrsquoopeacuteration de traitement thermique permet agrave partir de

poudres meacutetalliques preacutealablement agglomeacutereacutees par compression disposeacutees dans un moule

drsquoobtenir un mateacuteriau homogegravene et coheacuterent par chauffage geacuteneacuteralement agrave lrsquoabri de lrsquoair

sous atmosphegravere de protection Agrave la diffeacuterence des produits de fonderie obtenus par fusion et

couleacutee de lrsquoalliage les produits fritteacutes sont eacutelaboreacutes soit totalement agrave lrsquoeacutetat solide soit avec

fusion partielle drsquoun constituant mais sans fusion de lrsquoensemble des produits La technique du

frittage des poudres meacutetalliques est deacuteriveacutee de celle qui est employeacutee depuis longtemps pour

la cuisson des produits ceacuteramiques Les pheacutenomegravenes physico-chimiques qui interviennent au

cours du traitement de frittage sont nombreux complexes et interfegraverent diffeacuteremment suivant

les caracteacuteristiques des poudres et les conditions mecircmes du traitement thermique Au cours de

lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature et durant son maintien on distingue les stades successifs ou

simultaneacutes suivants

mdash Contact initial des particules agglomeacutereacutees qui facilite drsquoautant mieux le deacuteveloppement des

liaisons meacutetalliques particuliegraverement par diffusion agrave lrsquoeacutetat solide

mdash Grossissement des points de contact les ponts entre particules

mdash Fermeture de la porositeacute ouverte

II71 Theacuteorie du frittage

Les meacutecanismes en jeu et les stades importants dans le processus du frittage deacutependent

du type de frittage

- Frittage en phase solide

- Frittage activeacute

- Frittage en phase liquide

- Frittage sous pression

Par contre peu importe le type le frittage est toujours caracteacuteriseacute par le changement

dimensionnel et de densiteacute de lagglomeacuterat de poudre Prenons une quantiteacute de poudre donneacutee

mise en forme par injection de poudres En bilan de masse il y a 100 de poudre Par contre

en termes de volume la poudre peut occuper par exemple environ 70 du volume alors que

le 30 restant correspond agrave des trous Durant le frittage des liaisons interparticulaires se

forment et croissent aux contacts entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou

ponts meacutetallurgiques (Figure 32)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 30: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 30

Figure 32 Eacutevolution de la croissance des ponts durant le frittage (O Lame 2002)

Au cours du frittage les particules de poudres se rapprochent les unes des autres et la

quantiteacute de trous diminue Le volume et la masse de poudre ne changent pas cest le volume

de trous quon appelle pores ou la porositeacute qui diminue Par le fait mecircme la densiteacute qui

repreacutesente le rapport de la masse sur le volume apparent augmente durant le frittage

Simultaneacutement il se produit un retrait dimensionnel ducirc agrave leacutelimination de la porositeacute

dans lagglomeacuterat de poudres

On peut eacutecrire la relation suivante 120588 = 1-P

Ougrave 120588 est la densiteacute relative et P est la porositeacute

Le retrait dimensionnel est deacutefini comme la variation de longueur ∆L= L-L0 diviseacutee

par la longueur initial L0 Si le retrait dimensionnel est isotropique cest-agrave-dire le mecircme dans

toutes les directions la relation entre la densiteacute et le retrait dimensionnel est

120588 = 1205880

1+∆119871

1198710

3 Ougrave 1205880 est la densiteacute relative initiale

Lrsquoeacutenergie totale drsquoun agglomeacuterat de poudres deacutepend beaucoup de lrsquoeacutenergie de surface

puisque les particules sont tregraves fines

119864119905119900119905 = 120574119860 + 119906119881

Ougrave 119864119905119900119905 est lrsquoeacutenergie total du systegraveme 120574 est leacutenergie de surface A est la surface totale u est

lrsquoeacutenergie interne du systegraveme par uniteacute de volume et V le volume

En consideacuterant les particules spheacuteriques

119864119905119900119905

119881=

6120574

119863+ 119906

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 31

On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

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On remarque que la diminution de la taille des poudres (D) augmente lrsquoeacutenergie totale

du systegraveme par uniteacute de volume Ainsi la diminution de la taille des poudres augmente la

force motrice du frittage

La force motrice du frittage vient drsquoune reacuteduction de lrsquoeacutenergie libre du systegraveme par

une diminution de lrsquoeacutenergie de surface des poudres Au deacutepart la surface speacutecifique de

lrsquoagglomeacuterat de poudre est eacutegale agrave la somme de toutes les surfaces des particules

Ensuite durant le frittage lrsquoeacutenergie du systegraveme diminue en remplaccedilant les interfaces

solide-vapeur aux profits des joints de grains beaucoup moins eacutenergeacutetiques Ainsi lrsquoeacutenergie

globale de lrsquoagglomeacuterat de poudres est diminueacutee

II8 Frittage en phase solide

Le frittage en phase solide est le plus utiliseacute dans lindustrie Il permet la densification

laugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques par la diffusion agrave leacutetat solide et la conservation de

la stabiliteacute dimensionnelle

II81 Stades de frittage en phase solide

Le frittage en phase solide peut ecirctre diviseacute en trois stades

II811 Stade initial la croissance des ponts

Durant le frittage des liaisons interarticulaires se forment et croissent aux contacts

entre les poudres Ces liaisons sont appeleacutees soudures ou ponts meacutetallurgiques

Le premier stade du frittage est caracteacuteriseacute par la croissance des ponts entre les

particules Les particules eacutetant deacutejagrave tregraves pregraves les unes des autres les premiers contacts se font

avec les forces de Van Der Waals Avec la monteacutee en tempeacuterature les meacutecanismes de

transport de masse agissent selon la force motrice et le contact srsquoagrandit Crsquoest ce qursquoon

appelle la croissance des ponts

II812 Stade intermeacutediaire diminution de la porositeacute

Durant le deuxiegraveme stade du frittage le transport atomique des surfaces convexes vers

les ponts se poursuit De plus les pores passent drsquoune geacuteomeacutetrie angulaire et irreacuteguliegravere agrave une

forme plus ronde La porositeacute est encore ouverte cest-agrave-dire qursquoil existe encore des canaux

poreux qui passent drsquoun bout agrave lrsquoautre de la piegravece Les grains croissent et la piegravece se densifie

Crsquoest au cours de ce stade que la densification devient importante et du mecircme coup

lrsquoaugmentation des proprieacuteteacutes meacutecaniques

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

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II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

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II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 38

Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 32: Préface - univ-batna2.dz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 32

II813 Stade final

Durant le dernier stade la porositeacute se ferme et devient spheacuterique Les pores

cylindriques srsquoamincissent constamment jusqursquoagrave devenir instable pour donner lieu agrave des pores

fermeacutes lenticulaires ou spheacuteriques Drsquoun point de vue microscopique les pores en reacuteseau

cylindriques seront preacutesents aux joints de grains triples tant que lrsquoangle diegravedre entre les

surfaces sera infeacuterieur agrave 120deg La limite entre le stade intermeacutediaire et le stade final se situe agrave

environ 92 de la densiteacute theacuteorique de lrsquoalliage On appelle pores lenticulaires les pores

positionneacutes aux joints de grains tandis que les pores spheacuteriques sont situeacutes agrave lrsquointeacuterieur des

grains

II9 Le frittage flash par la technologie SPS (Spark Plasma Sintering)

Lrsquoorigine de cette technologie reacutesulte des travaux de Taylor (Taylor 1933) qui

preacutesentent lrsquoutilisation drsquoun courant eacutelectrique continu pour lrsquoactivation des proceacutedeacutes de

frittage

II91 Principe

Un eacutechantillon (en geacuteneacuteral cylindrique et sous forme de poudre mais aussi sous forme

drsquoeacuteleacutements massifs en cas drsquoassemblage) est confineacute au sein drsquoune matrice a lrsquoaide de deux

pistons Lrsquooutillage constitueacute de la matrice et des pistons contenant lrsquoeacutechantillon est placeacute

entre deux pistons drsquoune machine de compression La technologie SPS permet drsquoappliquer agrave

lrsquoensemble simultaneacutement ou seacutepareacutement un courant eacutelectrique et une contrainte axiale Le

chauffage est assureacute par le passage drsquoun courant eacutelectrique de forte intensiteacute et de faible

tension a travers les eacutelectrodes de la presse les pistons la matrice (geacuteneacuteralement en graphite)

et eacutegalement leacutechantillon lui-mecircme lorsque celui-ci est conducteur

Cette theacuteorie est baseacutee sue la creacuteation de plasma entre les particules favorisant la

formation de ponts ce qui creacutee entre les grains des zones porteacutees agrave haute tempeacuterature locales

qui seront agrave lrsquoorigine de la vaporisation et de la fusion de la surface des poudres activant la

creacuteation des ponts

II10 Le collage

Le collage est une technique qui occupe une part de plus en plus importante dans

lrsquoindustrie que ce soit dans lrsquoaeacuteronautique lrsquoaeacuterospatial lrsquoautomobile ou mecircme la meacutedecine

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 33

Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 34

- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 35

II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

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Le collage est une technique drsquoassemblage qui consiste agrave assembler deux piegraveces

(substrat) ou plus au moyen drsquoune colle (adheacutesif)

Figure 33 Modegravele de lancrage meacutecanique Lrsquoadhesif doit mouiller parfaitement la surface

des solides agrave coller

Selon la deacutefinition donneacutee par Cognard (Cognard J 2000) laquoLa colle est un produit

destineacute agrave unir deux piegraveces apregraves durcissement raquo

Lrsquoassemblage par collage preacutesente de nombreux avantages

- Il permet drsquoassembler des mateacuteriaux de natures tregraves diffeacuterentes

- De respecter lrsquointeacutegriteacute des mateacuteriaux lrsquoassemblage eacutetant continu les efforts sont

reacutepartis uniformeacutement eacutevitant ainsi les concentrations de contraintes

- La continuiteacute de la liaison qui assure aux assemblages colleacutes une meilleure tenue en

fatigue

- La preacuteparation ne neacutecessite pas drsquoeacutechauffement local important et ainsi ne modifie pas

les proprieacuteteacutes des mateacuteriaux agrave assembler

- Absorbe les vibrations et chocs

- Ameacuteliore la reacutesistance agrave la corrosion galvanique

- Ameacuteliore lrsquoeacutetancheacuteiteacute dans les joints

- Permet de reacuteduire la masse de lrsquoassemblage tout en eacutetant efficace

Mais cette technique connait aussi des deacutesavantages

- Les surfaces doivent ecirctre parfaitement propres

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- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

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II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

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II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

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Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

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- Les traitements de surfaces meacutecaniques ou chimiques sont souvent neacutecessaires pour

respectivement modifier la rugositeacute pour augmenter les surfaces de contact et augmenter

les eacutenergies libres de surface

- Le manque de moyens fiables de controcircle non-destructif

II10 1 Les adheacutesifs

Les mateacuteriaux adheacutesifs les plus courants dans lrsquoindustrie sont les polymegraveres Les

proprieacuteteacutes des polymegraveres deacutependent fortement de leur structure moleacuteculaire Les adheacutesifs

passent geacuteneacuteralement par une forme plus ou moins liquide afin de favoriser les contacts

moleacuteculaires avec les surfaces plus ou moins rugueuses des mateacuteriaux Ces polymegraveres sont

conccedilus pour durcir apregraves application soit par eacutevaporation de solvant soit par reacuteaction

chimique Parmi les polymegraveres utiliseacutes dans les assemblages par collage on cite les reacutesines

eacutepoxy les polyureacutethannes les acryliques les adheacutesifs anaeacuterobies

II10 2 Techniques drsquoassemblage

Lrsquoefficaciteacute drsquoun collage deacutepend fortement de la geacuteomeacutetrie drsquoassemblage Chaque

application neacutecessite une conception adapteacutee au mode de sollicitation Geacuteneacuteralement les

adheacutesifs sont efficaces lorsqursquoils travaillent en cisaillement Il existe de nombreuses

configurations adapteacutees agrave chaque condition drsquoeffort (Cognard 2003)

Figure 34 Repreacutesentation scheacutematique de diffeacuterentes geacuteomeacutetries drsquoassemblage (Cognard 2003)

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II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

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II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

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Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

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II10 3 Preacuteparation des surfaces agrave coller

La preacuteparation de surface est une eacutetape critique dans lrsquoassemblage par collage Elle a

pour objectif drsquoeacuteliminer les contaminants et les couches superficielles de faible coheacutesion

(agents de deacutemoulage des matiegraveres plastiques composeacutes de faible masse moleacuteculaire oxydes

fragiles reacutesidus de corrosion hellip) qui influent sur les meacutecanismes de corrosion

Le choix du traitement de surface a une incidence capitale vis-agrave-vis du collage aussi

important que le choix de lrsquoadheacutesif Plusieurs traitements de surface sont applicables tels que

II1031 Les traitements physiques comportant le sablage lrsquoabrasion les ultrasons et les

Deacutegraissages liquide ou phase vapeur

II1032 Les traitements chimiques permettent drsquoeacuteliminer les oxydes restants et de

reformer une couche drsquooxyde avec des proprieacuteteacutes adapteacutees Le traitement chimique le plus

utiliseacute est le deacutecapage agrave base drsquoacide sulfochromique

II1033 Traitements eacutelectrochimiques le plus utiliseacute est le traitement par anodisation qui

permet de former des couches drsquooxyde dont lrsquoeacutepaisseur peut varier selon la solution utiliseacutee

Les principales solutions utiliseacutees sont agrave base drsquoacide sulfurique drsquoacide phosphorique et

drsquoacide chromique

II11 Le soudage

Le soudage consiste agrave assembler des piegraveces drsquoune faccedilon permanente en reacutealisant la

continuiteacute de la matiegravere qui les compose Le joint qui en reacutesulte est appeleacute soudure

II111 Les diffeacuterents types de soudures

II1111 La soudure oxy-aceacutetyleacutenique Lrsquoeacutenergie thermique de soudage est geacuteneacutereacutee par la

combustion de 2 gaz lrsquooxygegravene et lrsquoaceacutetylegravene

Figure 35 Mateacuteriel de soudage au gaz

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II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

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Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 36: Préface - univ-batna2.dz

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Techniques de Fabrication Page 36

II1112 Le soudage eacutelectrique par reacutesistance ou soudage par points ou agrave la molette Le

soudage est reacutealiseacute par la combinaison dune forte intensiteacute eacutelectrique et dune pression

ponctuelle

Figure 36 Principe du soudage eacutelectrique par reacutesistance par points

II1113 Le soudage agrave lrsquoarc eacutelectrique La tempeacuterature de soudage est geacuteneacutereacutee par larc

eacutelectrique entre deux eacutelectrodes Lrsquoapport de meacutetal est souvent sous forme de baguettes

Figure 37 Scheacutema de principe du soudage manuel avec eacutelectrode enrobeacutee

II1114 La soudure TIG (Tungsten Inert Gas soudure agrave lrsquoarc avec eacutelectrode non

fusible)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode non fusible et la piegravece agrave

souder sous la protection drsquoun gaz inerte (Argon Heacutelium ou meacutelange Argon- Heacutelium)

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Techniques de Fabrication Page 37

Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 37: Préface - univ-batna2.dz

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Figure 38 Scheacutema de principe du soudage TIG

II1115 La soudure MIG (Meacutetal Inert Gas Soudage agrave lrsquoarc avec fils eacutelectrode fusible ou

soudage semi-automatique)Un arc eacutelectrique est eacutetabli entre lrsquoextreacutemiteacute drsquoune eacutelectrode

consommable et la piegravece agrave souder sous la protection drsquoun meacutelange gazeux

Figure 39 Scheacutema de principe du soudage MIG

II1115 Soudage au plasma Baseacute sur leacutevolution de la soudure TIG et de la soudure MIG

la soudure plasma neacutecessite un gazsuppleacutementaire qui meacutelangeacute au gaz principal eacutelegraveve

notablement latempeacuterature de soudage jusquagrave leffet plasmatique

En conseacutequence si le soudage plasma utilise une eacutelectrode entungstegravene non fusible comme

pour le soudage TIG ouun fil fusible continucomme pour la soudure MIG celle-ci

estproteacutegeacutee par une buse en cuivre qui est enpermanence refroidie agrave leau pour eacuteviter sa

fusion

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser

Page 38: Préface - univ-batna2.dz

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Figure 40 Scheacutema de principe du soudage au plasma

II1115 Le soudage laser assure la fusion des legravevres des mateacuteriaux agrave souder gracircce agrave un flot de

lumiegravere coheacuterente qui eacutelegraveve tregraves rapidement latempeacuterature des mateacuteriaux jusquagrave leur point de

fusion avec une preacutecision et une finesseque la flamme ou larc eacutelectrique sont incapables

datteindreCe proceacutedeacute est comparable dans le principe agrave la soudure MIG ou agrave la soudure TIG

mais sans eacutelectrode

Figure 41 Scheacutema de principe du soudage laser