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Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle.

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1 Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle. Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science. Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants. Certaines des ressources sont d'accès libre et les étudiants peuvent y avoir accès. D'autres sont seulement disponibles pour les éducateurs utilisant CES EduPack. Mike Ashby Department of Engineering University of Cambridge © M. F. Ashby, 2012 Pour les instructions de reproduction, voir la dernière diapositive Unité 10. Sélection de Procédés : Mise en forme, assemblage et traitement de surface

2 M. F. Ashby, 2012 Sommaire 2 Les Procédés et leurs attributs Sélection grâce aux attributs Sélection dun procédé de mise en forme Sélection dun procédé dassemblage Sélection dun procédé de traitement de surface Exercices pratiques Ressources bibliographiques Materials : engineering, science, processing and design, 2 nd Edition, Chapter 18 and 19 Materials Selection in Mechanical Design, 4 th edition Chapters 13 and 14

3 M. F. Ashby, 2012 Procédés de fabrication 3 Mise en Forme en Ébauche Fonderie Moulage Prototypage Moulage par injection Mise en Forme de Finition Usinage Forage Découpe Usinage Assemblage Soudage Adhésif Fixation Soudure Traitement de surface Peinture Polissage Traitement Th. Peinture

4 M. F. Ashby, 2012 Organisation des données: Larbre des Procédés 4 Chaque famille a des attributs différents. Attributs Fiche procédé RTM Matériau Forme Gamme de taille Épaisseur mini Tolérance Rugosité Taille de la série Documentation -- spécifique -- général RTM Matériau Forme Gamme de taille Épaisseur mini Tolérance Rugosité Taille de la série Documentation -- spécifique -- général Soufflage Matériau Forme Gamme de taille Épaisseur mini Tolérance Rugosité Taille de la série Documentation -- spécifique -- général Soufflage Matériau Forme Gamme de taille Épaisseur mini Tolérance Rugosité Taille de la série Documentation -- spécifique -- général Moulage/injection Matériau Forme Gamme de taille Épaisseur mini Tolérance Rugosité Taille de la série Documentation -- spécifique -- général Moulage/injection Matériau Forme Gamme de taille Épaisseur mini Tolérance Rugosité Taille de la série Documentation -- spécifique -- général Difficile ! UniversFamille Classe Membre Assemblage Mise en forme Trait. surface Coulée Déformation Moulage Composite Poudre Prototypage Compression Rotation Injection Injection sous vide (RTM) soufflage Procédés

5 M. F. Ashby, 2012 Tréfilage, extrusion, laminage, laminage de profilés: Géométries prismatiques Classification des formes 5 Coulée, moulage, méthodes des poudres: Géométries 3-D Estampage, pliage, repoussage, emboutissage profond: Géométrie planes Certains procédés conviennent pour des géométries simples, dautres pour des géométries complexes. Toutes formes PrismatiqueFeuille Circulaire non-Circulaire PlatGalbé Plein et Rigide Creux 3D

6 M. F. Ashby, 2012 Données structurées du Moulage par injection * 6 Le moulage par injection des thermoplastiques est léquivalent du moulage sous pression des métaux. Le polymère fondu est injecté sous haute pression dans un moule froid. en acier Le polymère se solidifie sous pression et la pièce moulée est ensuite éjectée. Moulage par injection (thermoplastiques) *Utilisant CES EduPack base de Niveau 2 Caractéristiques du procédé DiscontinuOui Proc. mise en forme primaireNon Attributs économiques Taille de la série (unités) 1e e+006 Coût relatif de loutillage élevé Coût relatif de léquipement élevé + liens vers les matériaux Forme Tore à section prism.Oui Prism. non circulaire Oui Solide 3-DOui Creuse 3-DOui Attributs physiques Gamme de poids kg Rugosité µm Gamme dépaisseur mm Tolérance0.1- 1mm Modélisation du coût Indice de coût (par unité) Utilisations typiques Le moulage par injection est utilisé ….. Facteurs clés pour la sélection dun procédé de mise en forme (Le facteur économique est toujours important)

7 M. F. Ashby, 2012 Données non structurées sur le moulage/inject * 7 Guides de conception. Le moulage par injection est la meilleure manière de produire en grande quantité des pièces en plastiques, petites, précises avec des géométries complexes. Le fini de surface est bon ; la texture et la forme peuvent être moulées ainsi que les détails fins. La seule opération de finition est lenlèvement des carottes dinjection. Aspects économiques. Le capital investi varie de moyen à élevé ; le coût de loutillage est élevé, ce qui rend lopération de moulage rentable économiquement seulement pour un grand nombre de pièces (typiquement 5000 à 1 million). La vitesse de production peut être particulièrement élevée pour de petits moulages. Des moules avec des empreintes multiples sont souvent utilisés. Le procédé est presque exclusivement utilisé pour une production de masse. Des prototypes de moulage peuvent être fabriqués en utilisant des moules à empreinte unique, fabriqués à partir de matériaux peu coûteux, ou en prototypage rapide. La qualité peut être élevée, mais au détriment de la vitesse de production. Ce procédé peut être utilisé pour fabriquer des pièces en matériaux thermodurcissables ou en élastomères. Utilisation typique. Lutilisation est extrêmement variée par exemple : usage domestique, manches à outils, plomberie, etc. Considérations environnementales. Les carottes de thermoplastiques peuvent être recyclées. Des hottes dextraction sont parfois nécessaires pour les fumées volatiles. Lexposition à la poussière doit être prise en compte lorsque lon développe de nouvelles résines. Un fonctionnement défectueux des contrôleurs de température peut être très dangereux. Le procédé. La plupart des pièces petites et complexes des jouets denfant, boites de CD, téléphones etc, sont moulées par injection. Le moulage par injection des thermoplastiques est léquivalent du moulage sous pression des métaux. Le polymère fondu est injecté dans un moule froid en acier. Le polymère se solidifie sous pression puis la pièce est ensuite éjectée. Il existe différents types de machines de moulage par injection, mais celle actuellement la plus utilisée est la machine à vis sans fin, dessinée schématiquement ci-contre. Les granulés de polymère alimentent une presse à spirale (vis sans fin) chauffée, similaire à un hachoir à viande. Ils sont mélangés et ramollis comme du mastic, puis injectés sous pression dans le moule à travers des canaux dalimentation (« grappe » ou « carotte »). *Utilisant CES EduPack base de Niveau 2

8 M. F. Ashby, 2012 Browse SelectSearch Barre doutils ToolsSearch web Trouver linformation avec CES 8 Assemblage Mise en Forme Traitement de Surface Univers des procédés Univers des Procédés Edu Niveau2 Table : (domaine) Subset : (niveau de recherche) Trouver quoi ? Dans quelle table ? Procédés RTM Classe Fonderie Déformation Moulage Mise en forme des Composites Mise en oeuvre des Poudres Prototypage Rapide Membre par Compression par Rotation par Injection RTM par Soufflage...

9 M. F. Ashby, 2012 Organisation des données : Assemblage 9 Adhésifs Soudage Fixations Classe Gas welding Material Joint geometry Size Range Section thickness Relative cost... Documentation Gas welding Material Joint geometry Size Range Section thickness Relative cost... Documentation Gas welding Material Joint geometry Size Range Section thickness Relative cost... Documentation Gas welding Material Joint geometry Size Range Section thickness Relative cost... Documentation Soudure gaz Matériaux Géométrie de lassemblage Gamme de taille Épaisseur Coût relatif... Documentation Soudure gaz Matériaux Géométrie de lassemblage Gamme de taille Épaisseur Coût relatif... Documentation Attributs Brasage Brasure Gaz Arc Faisceau de-... Membre Famille Univers Traitement de surface Assemblage Mise en forme Procédés par Recouvrement en Bout à bout par Emmanchement En écharpe En T Géométrie dassemblage

10 M. F. Ashby, 2012 Fiche sur un procédé dassemblage * 10 Soudage à larc, électrode de tungstène (TIG) Le soudage à larc avec une électrode de tungstène (TIG= Tungsten Inert-Gas) est le 3ème des trois grands procédés de soudage à larc (les deux autres étant le MMA : « Manual Metal Arc » ou soudage à larc avec électrode consommable et MIG : « Metal Inert Gas » ou soudage à larc sous atmosphère inerte). Cest le plus propre et aussi le plus précis des procédés mais le plus coûteux. Dun certain point de vue, il est très similaire au soudage MIG : un arc électrique est créé entre une électrode de tungstène non consommable et la pièce, entourée par un gaz inerte (argon, hélium, dioxyde de carbone) pour protéger le métal fondu de la contamination. Attributs physiques Épaisseur de la section0.7-8mm Épaisseurs inégalesTrue Taille de la pièceNon-limité Préparer la surfaceTrue Attributs économiques Coût relatif de l'outillageFaible Coût relatif de l'équipementMoyen Importance de la main d'oeuvreFaible Utilisation typique Le soudage à larc est utilisé………. + liens vers matériaux Géométrie de l'assemblage RecouvrementTrue Bout à boutTrue EmmanchementTrue En écharpeTrue Jonction en TTrue Matériaux à assembler MétauxTrue Facteurs clés pour la sélection dun procédé dassemblage Documentation *Utilisant CES EduPack base de Niveau 2

11 M. F. Ashby, 2012 Organisation des données : Trait. de Surface 11 Traitement de surface Procédés Mise en forme MondeFamille Trait. Therm. Peinture/impress Revêtement Polissage Texture... Classe Fiche procédé Anodize Material Why treatment? Coating thickness Surface hardness Relative cost... Documentation Anodize Material Why treatment? Coating thickness Surface hardness Relative cost... Documentation Anodize Material Why treatment? Coating thickness Surface hardness Relative cost... Documentation Anodize Material Why treatment? Coating thickness Surface hardness Relative cost... Documentation Anodisation Matériau Fonction Épaisseur du revêtement Dureté du revêtement Coût relatif Documentation Anodisation Matériau Fonction Épaisseur du revêtement Dureté du revêtement Coût relatif Documentation Attributs Electro-placage Anodisation Par poudre Métallisation... Membre Assemblage Isolation thermique Isolation électrique Couleur Texture Décoration …. Augmenter la dureté Résistance à lusure Résistance à la fatigue Résistance à corrosion Résistance à oxydation But du Traitement

12 M. F. Ashby, 2012 Fiche sur un traitement de surface * 12 Durcissement par induction et à la flamme L'idée ici est la suivante : prenez un acier à moyen ou à haut taux de carbone – bon marché, facilement mis en forme et usiné et faites monter très rapidement sa température de surface dans la zone de la phase austénitique à partir de laquelle il est rapidement refroidi par une jet de gaz ou de liquide, ce qui donne une couche de surface martensitique. Le résultat est un corps robuste avec une couche de surface dure et résistante à l'abrasion et à la fatigue. Ces deux procédés permettent de durcir la surface d'aciers au carbone avec le minimum de déformations ou d'oxydation. Attributs économiques Coût relatif de l'outillageFaible Coût relatif de l'équipementMoyen Importance de la main d'œuvreFaible + liens vers matériaux Facteurs clés pour la sélection dun traitement de surface Attributs physiques État de surfaceTrès lisse T° de mise en oeuvre °C Recouv. des surfaces courbesMoyen Épaisseur de l'enduction300 – 3000 µm Dureté de surface Vickers Utilisation typique Le durcissement par induction est utilisé ….. Fonction du traitement DuretéTrue Résistance à la fatigueTrue Résistance à l'abrasionTrue Contrôle de la frictionTrue Documentation *Utilisant CES EduPack base de Niveau 2

13 M. F. Ashby, 2012 Les points principaux 13 Larborescence permet une recherche facile des données liées aux procédés Sélectionner dans un premier temps à partir des contraintes principales Mise en forme: matériau, forme et taille de série Assemblage: matériau(x) et géométrie dassemblage Traitement de surface: matériau et fonction du traitement Ajouter ensuite autant de contraintes secondaires que nécessaire. Documentation dans CES, et sur Les procédés peuvent être organisés en une arborescence de fiches contenant les données structurées et les informations complémentaires Les Liens mettent en correspondance les procédés et les matériaux adaptés.

14 M. F. Ashby, 2012 Pause pour une démo 14

15 M. F. Ashby, 2012 Sommaire des leçons disponibles 15 Le diaporama de cette leçon est disponible sur le site web des Ressources denseignement Chaque diapo dune leçon comporte des notes explicatives. Vous pouvez les consulter en ouvrant le diaporama en mode [Normal], ou en cliquant sur licône correspondante dans la barre doutils inférieure.

16 M. F. Ashby, © M. F. Ashby, 2011 Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science. Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants. Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle. Le site Web contient aussi d'autres ressources apportées par plus de 800 universités et lycées du monde entier, employant CES EduPack de Granta Design. Ce site Web contient deux catégories de ressources, qui, soit exigent l'emploi de CES EduPack, soit ne l'exigent pas. Auteur Mike Ashby University of Cambridge, Granta Design Ltd. Reproduction Ces ressources sont soumises aux droits d'auteur de Mike Ashby. Vous pouvez reproduire ces ressources pour les utiliser avec des étudiants, pourvu que vous ayez acheté les droits d'accès aux ressources d'Enseignement de Granta Design. Assurez-vous, s'il vous plaît, que Mike Ashby et Granta Design sont cités sur toutes vos reproductions. Vous ne pouvez utiliser ces ressources pour des buts commerciaux. Précision / Pertinence Nous faisons tout pour que ces ressources soient d'une grande qualité. Si vous avez des suggestions pour des améliorations, contactez-nous s'il vous plaît par courrier électronique à : Il y a plus de 200 ressources disponibles Incluant : 77 diaporamas des Exercices avec leur solution des séquences enregistrées sur le web. des Posters des Rapports danalyse des Manuels de Solutions des études de cas interactifs 16 Traduction Nous remercions encore Jean-Noël Chouard du Lycée Victor Bérard de Meroz pour avoir traduit cette ressource. Les personnes souhaitant entrer en contact avec M. Chouard au sujet de cette traduction peuvent le contacter à ladresse suivante :


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