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Soutenance Projet de Fin d'Etude

Polissage de vilebrequin

Sommaire

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• Introduction

• Bibliographie

• Plan d'expérience

• Expérience avec mâchoire Capricorn

• Conception

• Conclusion

Capricorn Automotive

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L’entreprise

Introduction

Mission du PFE

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Etude du processus physique de polissage

Bibliographie+

Plan d’expérience

Besoin d’un outillage générique

Conception mécanique

Etude du processus de polissage

• Bibliographie préliminaire

• Plan d’expérience

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A. Recherche Bibliographique

• GBQ (General Bearing Quality)- le brevet

• Le procédé de superfinition par toilage

• Similitude et différences par rapport aux autres procédés de superfinition et le rodage

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GBQ (General Bearing Quality)

• Procédé inventé et breveté en 1985 par IMPCO MACHINE TOOLS

• DIN 8589/14 : « rodage extérieur à course courte », plus précisément « rodage à bande »

• appelé « polissage dur » à Capricorn, mais pas d’abrasif libre

• désignations courantes « superfinition » et « microfinition »

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Intérêt

27/06/2011 8

Particularité de GBQ

• surfaces de contact des mâchoires rigide

correction de forme

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Etude du brevet

• supports rigides de forme précise

pression de contact élevée sur les régions qui dépassent la forme

enlèvement de matière plus grand

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• Contre ondulation, convexité, concavité

• 90 durometre mini

• Pierre d’affutage:

– pas déformables

– Usinage précis est maitrisé

– Pas de glissement de la bande

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• Montage flottant

• Rotation de la pièce + oscillation

• Stries croisées

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• Toile:

– Moindre compressibilité

– Taille de grain uniforme

• Renouvellement

• Changement de sens de rotation affutage

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• Forme bombé par

– Creux

– Saillies

• Effet de la pression de contact élevée

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• ajouts latéraux en élastomère superfinition des butées axiales et sur les rayons

• Combinaison avec des bandes « festonnées »

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• L’angle d’enroulement C doit être supérieur à 120° et de préférence environ 160°

27/06/2011 16

27/06/2011 17

L’angle d’enroulement C

• Mesures des rayons:

– Jeu radiale: environ 224 µm ~ épaisseur bande environ 245 µm

• Mesures de la largeur

– Jeu axiale de 1,5 à 2,5 mm

• Mesures de la pression surfacique

– Poids du bras important (raison pour problèmes avec manetons à Capricorn?)

– Serrage dans mâchoire

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Procédé de superfinition par toilage• Concurrent Supfina

– mâchoires dures en céramique en ébauche correction de forme

– finition avec mâchoires souples en plastique

– angle enrobant : 150°

27/06/2011 19

Influence du temps• Deux régimes :

– régime primaire dominé par la formation de micro-copeaux

– régime secondaire (régime établi) où le frottement devient important

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Influence du temps

27/06/2011 21

27/06/2011 22

Morphologie évolutive des micro-copeaux avec la dure de toilage (N = 100 tours/min, f = 150 oscillations par minute) [SPT]

Influence du temps

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Morphologie évolutive des grains d’abrasifs en fonction de la durée de toilage ttoilage (N = 100 tours/min, f = 150 oscillations par minute) [SPT]

Influence du temps

Vitesse de rotation et fréquence de l’oscillation

• Vitesses faibles neutre sur le plan thermique

• À Capricorn: rapport entre vitesse de rotation et oscillation

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L’oscillation

• Augmente le pouvoir de coupe

• Diminue la rugosité

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Lubrification

• Refroidissement et réduction du frottement

• Nettoiement continuel : évacuation des copeaux etc.

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Similitude

• Peu d’informations sur ce procédé

• But: hypothèses (justifiés par la similitude des procédés) sur le comportement du procédé présent

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Rugosité initial

• débit de copeau dépend de la rugosité initiale

• enlèvement de 2 à 3 fois Rzindépendant de l’état de surface initiale

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Le grain• choix en fonction de

– rugosité à l'état initial (usinage précédent)

– rugosité ciblé

– temps d’usinage

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Le grain• Abrasif neuf: aigu, Rts grande

enlèvement élevé

épaisseur de copeaux grande

sollicitation thermique faible

rugosité élevée

• Abrasif usé: moindre Rts

moindre rugosité

débit faible

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Dureté du matériau usiné

• Matériau dur

– Moindre débit ou plus de pression

– Comportement fragilmeilleur état de surface

• Matériau mou

– déformation plastique

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Pression spécifique• p= Fn/S

• une influence sur la profondeur de coupedébit

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Dureté et pression

• la pression est un facteur plus influant pour les grandes duretés

• HV=0,1891*F/d²

si débit x2 p x4

• Facteurs influents nombreux

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Nombre de phases de l’usinage

• approche à une valeur limite d’une manière asymptotique

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Plan d’expérience

• Choix des paramètres

• Protocole d’expérience et de mesure

• Résultats et analyse

• Perspective d’amélioration

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Choix des paramètres• Le temps de polissage• La pression de serrage• Le grain du papier utilisé• La dureté superficielle de la pièce• La vitesse d'usinage• Le nombre d'aller/retour dans le cycle• La surépaisseur avant polissage (par rapport à la forme de la mâchoire)• La longueur de bande renouvelée entre chaque polissage• Les paramètres géométriques de la portée (diamètre, largeur, excentricité)

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• Le temps de polissage• La pression de serrage• Le grain du papier utilisé• La dureté superficielle de la pièce• La vitesse d'usinage• Le nombre d'aller/retour dans le cycle• La surépaisseur avant polissage (par rapport à la forme de la mâchoire)• La longueur de bande renouvelée entre chaque polissage• Les paramètres géométriques de la portée (diamètre, largeur, excentricité)

Mesures

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Zone de serrage

Portée 1 Portée 2 Portée 3

8mm

3 8 13

0°

90°

- Diamètre- Rugosité

- Rectitude - Cylindricité

Avant et après

Mesures

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Choix des cylindres pour les expériences

39,9840

39,9890

39,9940

39,9990

40,0040

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Diamètres pré-expérimentalsCyl 1

Cyl 2

Cyl 3

Cyl 4

Cyl 5

Cyl 6

Conclusion:

Cyl2 et Cyl3 exclus pour plan d’expériences NEUTEQ

Essais donc surCyl1

58 HRCCyl4

Cyl5 63 HRC0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Rugosité pré-expérimentale

Cyl 1

Cyl 2

Cyl 3

Cyl 4

Cyl 5

Cyl 6

Design Expert

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• Statistique

• Plan d’expérience

• Interpolation/Modélisation

A - PressionB - GrainC - TempsD - DuretéE - Défaut de diamètreF - Circularité initialeG - Rectitude InitialeH - Rz InitialJ - Ra Initial

Problèmes de mesures

27/06/2011 40

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 6 11 16 21 26

Cyl

ind

rici

té (

µm

)

Zone du cylindre

Cylindricité avant et après polissage

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61

Cyl

ind

rici

té (

µm

)

Essai

Rectitude

-- Après-- Avant

FORM-PC

V4.24.6

MIP2 INSA LYON69100 VILLEURBANNEGMC

07.06.201113:00:02

Contrôleur

Signature

Pièce

1N° de dessin Opération

Rapport de mesure 17 Salle : MIP2

Formtester : formtester N° d'ordre : N° de lot : 1Commentaire

Z30

Z

X

17-1

Filtre: 0,800 mm (G 50%), Intervalle mes. 0,0100 mmEtendue de mesure : 0,200 mm

0,50 µm

0,600 mm

Profil ouTâche

Position[mm, °]

Résultat[µm] :[mm]

Tolérances[mm]

Meth. Référence Excentration[µm]

Phs [°]Inc [µm/m]

17-1 90,0 2,79 LSS -3523 2,79 0,1000 LSS

Circularité

27/06/2011 41

FORM-PC

V4.24.6

MIP2 INSA LYON69100 VILLEURBANNEGMC

07.06.201111:17:58

Contrôleur

Signature

Pièce

1N° de dessin Opération

Rapport de mesure 6 Salle : MIP2

Formtester : formtester N° d'ordre : N° de lot : 1Commentaire

Z30

0°

90°

3-1

Filtre: 150 o/tr (G 50%), Intervalle mes. 0,10 °Etendue de mesure : 0,100 mm

1,00 µm

1,00 µm

Profil ouTâche

Position[mm, °]

Résultat[µm] :[mm]

Tolérances[mm]

Meth. Référence Excentration[µm]

Phs [°]Inc [µm/m]

3-1 171,30 0,70 LSC 1,45 299,7021* 0,70 0,0100 LSC

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61

Cir

cula

rité

(µ

m)

Essai

CircularitésCirc Initiale

Circ Finale

Circularité

∆Circularité = -0,893 + -0,036.A + -0,104.B + -0,119947.D + -0,722.F + -0,076602.DE + 0,183797.B²

Circularité finale = 0,457 + -0,036.A + -0,104.B + -0,119947.D + 0,128.F + -0,076602.DE + 0,183797.B²

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Modèle Codé

A - PressionB - GrainD - DuretéF - Circularité initiale

Circularité

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~29µm

∆ Diamètre

∆Ø = 12,096 + -0,162.B + -0,061.C + 0,206803.D

27/06/2011 44

B - GrainC - TempsD - Dureté

Dureté 63 HRC

Rugosité

27/06/2011 45

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61

Rz

(µm

)

Essai

Rz

Rz Init

Rz Final

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61

Ra

(µm

)

Essai

Ra

Ra Init

Ra Final

∆Rz = -0,85 + -0,041.A + -0,184.B + 0,023428.D + -0,991.H + 0,089.AD + 0,182.BD + -0,333.DH + 0,256977.B²

Rz Final = 0,9 + -0,041.A + -0,184.B + 0,023428.D + -0,241.H + 0,089.AD + 0,182.BD + -0,333.DH + 0,256977.B²

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RugositéA - PressionB - GrainD - DuretéH - Rz InitialJ - Ra Initial

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Rugosité

58 HRC 61,65 HRC 63 HRC

∆Ra = -0,14 + -0,008.A + -0,015.B + 0,007277.D + -0,278.J + 0,012.AD + 0,016.BD + -0,048.DJ + 0,026031.B²

Ra Final = 0,11 + -0,008.A + -0,015.B + 0,007277.D + -0,028.J + 0,012.AD + 0,016.BD + -0,048.DJ + 0,026031.B²

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RugositéA - PressionB - GrainD - DuretéH - Rz InitialJ - Ra Initial

27/06/2011 49

Rugosité

0

5

10

15

20

25

30

35

40

58 58,5 59 59,5 60 60,5 61 61,5 62 62,5 63

Gra

in (

µm

)

Dureté (HRC)

Grain optimum

Rz

Ra

Améliorations possibles

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Erreurs sur le modèle ∆Ø

Améliorations possibles

27/06/2011 51

• Multiplication des mesures• Représentation de l’usure de la bande à chaque polissage• Confirmation des tendances des modèles• Recoupement avec la théorie

Plan d’expérience avec la mâchoire CAPRICORN

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-Plan pour soutenir la conception-Essais avec un appui lineaire-Matérieaux

-C95-C99-Acier

-Parametres edutiés:RugositeDiametreCirculariteRectitude


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Parametres variables et configuration des experiences

4 Parametres

-Le nombre de cylindres installés sur la mâchoire : 5,3 ou 2

-L’angle enveloppant

-Le matériau des cylindres : courbhane 95, courbhane 99, acier

-L’écart d’un cylindre modifiable : cylindre plein, deux cylindres directement assemblés,écart de 2 ou 5mm

P PA 2 5


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Parametres variables et configuration des experiences

Les arrangements des cylindres

-Pression: 12 bar-Temps : 6 sec-Grain : 20 µm


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Resultats et conclusion

+ Courbhane

- Acier

Assemblages:

+ grand nombre d’appuis

+ grand angle d’application

+- Ecarts

Conception Mâchoires

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Mâchoire à triangles ajustables


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27/06/2011 58



27/06/2011 59


Conception « Cylindres »

27/06/2011 60

Fonctionnement principale:

- 4 Appuis linéaires

- basé sur courbhane

- réglablilité du rayon d’une façon

continue

- largeur réglable graduellement


27/06/2011 61

33

1 1

22

La plage d’adaptabilité dans le sens de rayon


27/06/2011 62

La plage d’adaptabilité dans le sens de rayon


27/06/2011 63

La plage d’adaptabilité dans le sens de largeur

-gamme des élargissements de 5, 6, 7, 8, 9, 10mm combinable- »soutiens » de 18 et 30mm

Conclusion/Questions

27/06/2011 64

Delta Diamètre Grain vs Pression

27/06/2011 65

Précision de réglage

27/06/2011 66

Lmax L

H

Db

Zone de contactHm

Principe de banc de réglage

27/06/2011 67

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