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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
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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
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
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
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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
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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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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
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
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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
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
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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
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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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
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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
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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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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
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
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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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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
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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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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
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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
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
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
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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
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
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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
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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
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
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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
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
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
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
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
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
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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
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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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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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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
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
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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
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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
Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes sur les proceacutedeacutes de fabrication
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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
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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
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
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
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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)
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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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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 lrsquoense