BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en … · BTS CIM – Sous épreuve E51 Conception détaillée – Pré-industrialisation Session 2014 Code de l’épreuve : Durée : 4 h

BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en MICROTECHNIQUES

SESSION 2014

Épreuve E5.1 : Conception détaillée – Pré-industrialisation Durée : 4 heures Coefficient : 2

DÉRAILLEUR ÉLECTRIQUE DI2 DURA ACE 7970 (SHIMANO)

CORRIGÉ

BTS CIM – Sous épreuve E51 Conception détaillée – Pré-industrialisation Session 2014 Code de l’épreuve : Durée : 4 h Coef. : 2 Corrigé 1/13

ÉTUDE DU SOUS-ENSEMBLE CURSEUR ÉLECTRIQUE

A - Étude du nouveau moule

Q1 En vue d’usiner les nouvelles empreintes, sur feuille de copie • proposer un schéma d’agencement de la nouvelle grappe respectant le principe

d’alimentation homogène des 6 pièces ; • justifier la proposition.

Pour garant ir une homogénéité des 6 p ièces de la moulée , i l faut

garantir des condit ions de rempl i s sage ident iques pour chacune

des 6 empreintes .

• Press ion ;

• Température ;

• Vitesse de rempl is sage ;

• Flux de rempl is sage .

Outre un seuil d ’ in ject ion p lacé au même endroit pour chacune des

p ièces , i l faut que les caractérist iques du système d ’a l imentation

de chacune soi t s i poss ible ident ique .

Dans le cas de notre p ièce , une di spos it ion de la grappe en éto i le

par exemple rempl it l es condit ions .

Q2 Sur feuille de copie, d’après le DT 7

• calculer la hauteur h des deux tétons de rivetage du support.

D’après DT7 , en f in de sert is sage , 𝑉1 = 𝑉2 + 𝜋 × 𝑅2 × 𝑒

avec 𝑒 = 0,1 𝑚𝑚 épaisseur du curseur sert i

𝑅 = 0,5 𝑚𝑚 rayon du poinçonnage du curseur

𝑉2 = 0,319 𝑚𝑚3

Pour ne pas avoir de débordement , donc de bavures , 𝑉3 ≤ 𝑉1


𝑉3 =13

× 𝜋 × ℎ × (𝑅2 + 𝑅 × 𝑟 + 𝑟2)

avec 𝑟 = 0,35 𝑚𝑚 pet it rayon du tronc de cône

𝑅 = 0,5 𝑚𝑚 grand rayon du tronc de cône

ℎ =? 𝑚𝑚 hauteur cherchée du tronc de cône

13

× 𝜋 × ℎ × (𝑅2 + 𝑅 × 𝑟 + 𝑟2) ≤ 𝑉2 + 𝜋 × 𝑅2 × 𝑒

ℎ ≤𝑉2 + 𝜋 × 𝑅2 × 𝑒𝑅2 + 𝑅 × 𝑟 + 𝑟2

×3𝜋

ℎ ≤0,319 + 𝜋 × 0,52 × 0,1

0,52 + 0,5 × 0,35 + 0,352×

3𝜋

ℎ ≤ 0,693

ℎ 𝑚𝑎𝑥 = 0,693 𝑚𝑚 Q3 Sur feuille de copie, d’après les documents techniques DT 4 à DT6

• calculer les efforts retenant la pièce coté bloc fixe ;

𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑓𝑖𝑥𝑒 = 6 × 𝑆𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑓𝑖𝑥𝑒 1 𝑝𝑖è𝑐𝑒 × 𝑃𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑆𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑓𝑖𝑥𝑒 1 𝑝𝑖è𝑐𝑒 = 20 𝑚𝑚2 (DT4) et 𝑃_𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 = 1𝑀𝑃𝑎 (DT5) 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑓𝑖𝑥𝑒 = 6 × 20 × 1 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑓𝑖𝑥𝑒 = 120 𝑁

• calculer les efforts retenant la pièce côté bloc mobile ;

𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑒 = 6 × (𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑒 1 𝑝𝑖è𝑐𝑒 + 𝐹𝑐𝑖𝑠𝑎𝑖𝑙𝑙𝑎𝑔𝑒 𝑠𝑒𝑢𝑖𝑙) 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑒 = 6 × (31 × 1 + 0,3) 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑒 = 187,8 𝑁

• justifiez qu’à l’ouverture du moule, la pièce reste du bon côté du moule ;

La pièce do it rester du côté de l ’ é ject ion c ' est -à -dire du côté du

bloc mobile . La force de retenue de la p ièce du côté mobile do it

être supérieure à la force de retenue du côté f ixe . Les calcul s

précédents l e vér if ient .

De p lus la f inesse de la languette 1 la rend déformable et min imise

sûrement la press ion de retenue sur le noyau côté bloc f ixe .

• calculer l’effort d’éjection nécessaire à fournir ;

𝐹é𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑒 + 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑜𝑡𝑡𝑒 𝐹é𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 229,8 + 200 𝐹é𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 429,8 𝑁

• calculer la force de maintien nécessaire puis choisir la presse adaptée à cette force.

𝐹𝑚𝑎𝑖𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛 ≥ 𝐹𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝐹𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑆𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 × 𝑃𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛


𝑆𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑆𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 + 6 × 𝑆𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 1 𝑝𝑖è𝑐𝑒 𝑃𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 100 𝑀𝑃𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = (390 + 6 × 124) × 100 𝐹𝑚𝑎𝑖𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛 ≥ 113400 𝑁 La force de maintien que do it pouvoir fournir la presse doit être

supérieure à la force d ’ in ject ion .

𝐹𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑡𝑢𝑟𝑒 ≥ 113 400 𝑁 ou 𝐹𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑡𝑢𝑟𝑒 ≥ 113,4 𝑘𝑁

D ’après DT6, la presse BOY 15S pouvant fournir 150 kN convient

et la is se un coef f i cient de sécurit é confortable .

Q4 Sur le document réponse DR 1, à partir du bloc standard présenté en DT 6, tracer une solution de la partie active du moule pour une des six pièces de la grappe. Seront représentés pour une pièce :

• l’empreinte fixe et ses éventuels noyaux et broches ; • l’empreinte mobile et ses éventuels noyaux et broches ; • le système d’alimentation ; • le système d’éjection.

Voir document DR1 .

L ’é ject ion proposée est ce l l e du moule industrie l ( traces d ’é je cteurs

présentes sur la p ièce) . On pourrait adopter une é jec t ion tubulaire

autour du noyau Ø5 assoc iée à un é jecteur poussant sur le téton

moulé par l ’ empreinte mobile .

B - Étude de rentabilité

Q5 Sur le document réponse DR 2 • compléter le tableau réponse 1 pour calculer le coût de réalisation unitaire d’une

pièce pour une fabrication de 120 000pièces.

Voir document DR2 complété d ’après DT4 et DT5

Q6 Sur le document DR 3 • compléter le tableau réponse 2. Justifier ; • tracer la droite correspondant au coût de fabrication des pièces actuellement

produites ; • tracer la droite de coût correspondant à la fabrication envisagée avec le nouveau

moule à 6 empreintes ; • en déduire le nombre minimum de pièces à produire avec le nouveau moule pour le

rentabiliser.

Voir document DR3 complété d ’après DT4, DT5 et DR2

ÉTUDE DE LA BIELLETTE

C - Étude de la nouvelle mise en bande

Q7 Sur feuille de copie, présenter sous la forme d’un tableau à trois colonnes : • en colonne 1, une liste des défauts de la fabrication actuelle et une liste des

inconvénients de cette fabrication pour la fabrication future. Distinguer clairement les défauts des inconvénients ; • en colonne 2, une analyse des causes possibles de ces défauts et inconvénients ;


• en colonne 3, les remèdes envisageables pour chacun de ces défauts et inconvénients.

Une attention particulière sera portée à l’influence de l’alimentation manuelle sur la cadence des pièces produites.

La coaxial ité des 2 cyl indres (trous et formes extérieures ) est de

0 ,05 . Ces 2 opérations se faisant sur des postes d if férents , i l faut

garantir une remise en pos i t ion inférieure à 0 ,05 .

La mise en pos it ion sur butée se fait à ±0 ,2 ce qui est insuff isant .

I l faut donc :

• Soit diminuer l ’ incert itude de remise en pos it ion :

o En pi lotant dans les trous Ø3 ,56 dé jà poinçonnés

o En uti l isant un avance-bande numérique

• Soit découper les formes sur le même poste

o Util iser un out i l composé d it « outi l su isse »

Défauts constatés

Inconvénients Analyse Remèdes poss ibles

Défaut

Pos it ion Ø3 ,56

Voir analyse c i -

dessus

Voir so lut ions c i -dessus

Défaut

État de surface de

la tranche mauvais

Mauvais jeux

poinçon-matrice

Adapter le jeu

Poinçon et/ou

matrice émoussés

Affuter les é léments

Bande non serrée

lors de la découpe

Uti l iser un dévêtis seur

é last ique

Inconvénient

Taux d ’uti l isat ion

Largeur de bande

augmentée par la

présence d ’un

couteau

Outi l sans couteau

Inconvénient

Temps de

production

Changements de

bandes fréquents

Matière brute en

rouleau

Avance manuel le

l ente et irrégul ière

Avance-bande

Q8 Sur la figure réponse 2 du document DR 4, d’après le document technique DT 9 • tracer en rouge, les arêtes découpées aux postes 1, 2 et 5 ;

DR4 : Figure réponse 2 .

Pour le poste 5 , on hachera la bande en min imisant la longueur

tranchée . On coupera donc à l ’ endroit où la distance bord de

p ièce -bord de bande sera minimum.


Pour la même raison , on prendra un poinçon dont la forme ne

tranchera que les bords extérieurs .

• tracer en vert le nez de presse Ø32. Justifier la réponse.

Voir DR4 .

D - Choix de presse nécessaire à la nouvelle fabrication

Q9 Sur feuille de copie, d’après DT 8 à DT 9 • calculer en le justifiant l’effort de découpage pour la nouvelle mise en bande. • calculer l’effort total permettant de produire la pièce :

Effort de découpe Fd

𝐹𝑑 = 𝑅𝑔 × 𝑒 × 𝐿𝑑é𝑐𝑜𝑢𝑝é𝑒

Avec 𝑅𝑔 = 45

× 𝑅𝑚 et 𝑅𝑚 = 750 𝑀𝑃𝑎 (DT9)

𝑒 = 2 𝐿𝑑é𝑐𝑜𝑢𝑝é𝑒 = 𝐿1 + 𝐿2 + 𝐿3 L1 (2 poinçonnages ) 𝐿1 = 𝜋 × 3,56 × 2 = 22,37 𝑚𝑚 L2 L

f o r m e e x t é r i e u r e (DT9) 𝐿2 = 85 𝑚𝑚

L3 (hachage) (DT8 et DR3) 𝐿5 = 40 − 29,16 − 2 × 3,1 𝐿5 = 4,64 𝑚𝑚

Les coef f ic ients pour les e f forts d ’é ject ion et d ’extract ion sont pris

sur DT9.

Unités : L en mm F en N

Poste dés ignation Ldéc Fdec ké jec Féjec kext Fext Total

1 poinçonnage 22 ,37 26842 1 ,33% 357 7% 1879 29078

2 forme extér . 85 ,00 102000 1 ,33% 1357 7% 7140 110497

5 hachage 4 ,64 5568 0% 0 1% 56 5624

Effort brut 1 12 134410

17 14

9075 145198

sécurité 10%

14520

Effort maj .

159718

• Choisir la presse adaptée en appliquant un coefficient de sécurité de 1,1.

Voir tableau c i -dessus pour le calcul .

D’après DT9, l es presses ROSS et WANZKE pouvant fourn ir 250

kN, on pourra les reten ir (F à fournir ≅ 160 kN)


E - Détermination des nouvelles cotes poinçons-matrice justifiées par le changement de matière.

Q10 Sur feuille de copie, d’après DT 8 et DT 10 • calculer le jeu poinçon matrice ;

On veut une hauteur de la zone l i s se E ≥ 0 ,9 mm so it

𝐸 ≥ 100×0,92

% × 𝑒𝑝𝑖è𝑐𝑒 ou 𝐸 ≥ 45 % × 𝑒𝑝𝑖è𝑐𝑒

DT10 Partie l is se 𝐸 > 45% × 𝑒𝑝𝑖è𝑐𝑒 ⇒ cas d et e

Bavure ≤ 0,2 𝑚𝑚 soit 10% de ep i è c e

⇒ cas b c d

Le seul cas convenant est l e cas commun d . D’après DT11 , pour

l ’acier inox (38Cr2 ) , l e jeu poinçon-matrice est de 3 à 5% de ep i è c e

.

3% × 𝑒𝑝𝑖è𝑐𝑒 ≤ 𝑗𝑒𝑢 ≤ 5% × 𝑒𝑝𝑖è𝑐𝑒 3% × 2 ≤ 𝑗𝑒𝑢 ≤ 5% × 2

0,06 ≤ 𝑗𝑒𝑢 ≤ 0,1 • calculer les cotes des poinçons et matrice pour l’obtention du poinçonnage Ø 3,56

du poste 1 ;

∅ 𝑝𝑜𝑖𝑛ç𝑜𝑛 = ∅ 𝑡𝑟𝑜𝑢 𝑝𝑖è𝑐𝑒 = ∅ 3,56 +0,1+0,06

∅ 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑐𝑒 = ∅ 𝑝𝑜𝑖𝑛ç𝑜𝑛 + 𝑗𝑒𝑢

Q11 Sur la figure réponse 3 du document DR 4 • indiquer les cotes poinçon et matrice du poste 1 ; • tracer en rouge le profil de la matrice et en vert le profil du poinçon pour le poste 2.

Pour des raisons de lisibilité, le ou les décalages par rapport au profil de la biellette seront amplifiés ;

• coter ce ou ces décalages.

Pour l ’ obtent ion de la forme extérieure du poste 2 , c ’ es t la

matrice qui es t aux cotes de la forme extérieure . Le prof i l du

poinçon est décalé vers l ’ intérieur de la mo it ié du jeu d iamétral .

Voir résul tats sur DR4.

F - Calcul de temps d’érosion pour le poinçon de découpage du contour extérieur.

Q12 Sur le document DR 5, d’après les données des documents DT 12 • justifier la position du point d’attaque du profil proposé ; • choisir le nombre de passes compatible avec le Ra demandé pour le poinçon du

poste 2 ;

C’est l e Ra qui impose le nombre de passes .

• compléter le tableau d'usinage en indiquant • pour chaque passe :

• la trajectoire

Attention , i l s ’agi t d ’un poinçon qui doit rester at taché tant que

les 4 passes n ’ont pas été ef fectuées (attache 2 mm). On doit donc

inverser le sens à la f in de chaque passe .


• la longueur parcourue • la vitesse d’érosion • le temps d’érosion

• le temps total d'usinage de l'opération d'érosion.

Voir DR5 .

G - Étude de l’outil

Q13 Tracé de l’outil Sur le document DR 6 Proposer une solution de l’outil dans la position définie au point mort haut (PMH)

• mise en position et maintien des poinçons aux différents postes • passage des poinçons dans les différentes plaques • guidage de la bande sur la partie inférieure • usinage des formes de la matrice et des plaques inférieures

Voir DR6.

Q14 Amélioration du poste 5

Sur feuille de copie, après examen de la figure 18, proposer une solution plus économique pour le poste de tranchage.

Remplacement du poinçon de tranchage de la forme de ce lui déf in i

f igure 18 par 2 poinçons cyl indriques s tandards .

Coût mo indre :

Pas d ’us inage de poinçon e t us inage de matrice p lus s imple .


Figure réponse 1 : Proposition d’outillage de moulage du support (échelle 2)


Étude de prix du moule 6 pièces par moulée

Tableau réponse 1 : Calcul de coût pour une série de 120 000 pièces


Tableau réponse 2 : Graphe de rentabilité


Figure réponse 2 : Etude des arêtes découpées et du nez de presse

Justification de la position du nez de presse :

Figure réponse 3 : Report des cotes poinçons-matrice poste 1

et tracé des profils poinçon et matrice poste2


Définition du profil du poinçon de hachage

Justification du point d’attaque du profil proposé :

Tableau réponse 3 : Tableau de calcul du temps de la phase d’érosion


Documents

BTS – CONCEPTION et INDUSTRIALISATION en … · BTS CIM – Sous épreuve E51 Conception détaillée – Pré-industrialisation Session 2014 Code de l’épreuve : Durée : 4 h