Conception mécanique I & II Exercice 3 établir le CDC de la micro – broche Corrigé Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Analyse fonctionnelle FP: Faire tourner un outil autour d’un axe SF 1: guider l’outil SF 2: serrer l’outil SF 3: faire tourner l’outil Les performances de la FP sont à spécifier dans le CDC Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

CDC micro-broche Pièces à usiner: Procédé d’usinage : Entraînement Procédé - Pièce Pièces à usiner: Géométrie Dimensions et tolérances (cohérence) Matière Procédé d’usinage : Outil de coupe « posage » Gamme d’usinage (ébauche /finition) Le CDC doit être élaboré par analyse à partir de ces données initiales pour obtenir des performances (cinématiques, statiques, dynamiques, thermiques, économiques …) Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Outil, matière et conditions de coupe Matières: laiton, acier AISI 1045, acier Ck 45 Fraise droite, Al2O3, une lèvre Fraise hél. À 2 lèvres WC+TiAlN = 300 mm, rayon d’arête < 1 mm Vitesse de coupe: 50 m/min à 250 m/min Avance par dent s: 0,1 mm ≤ s ≤ 10 mm b) a) 24 octobre 2006, J. Giovanola Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Pièces Plus petit angle au sommet 20° Épaisseur de paroi minimum 5 mm Hauteur maximum 200 mm 24 octobre 2006, J. Giovanola Plus petite marche: 2 mm x 2 mm Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

CDC Broche Spécification (voir liste symboles) Valeur Méthode de détermination Quand Qui Remarque Diamètre d’outil foutil [mm] 3 Discussion avec des fabricants 14-11-04 JHG Méthode de serrage d’outil Frettage ou pince Vitesse de rotation max Wmax [t/min] 300’000 Voir annexe Sert au choix des paliers Pmax [W] 500 16-10-05 Sert au dim. de l’entraîn. Ecirc , Econc [mm] 1 Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

CDC Broche Spécification (voir liste symboles) Valeur Méthode de détermination Quand Qui Remarque Rugosité totale maximum [mm] 0.05 Sert à dim. l’arbre Flèche au droit de l’outil (tol. dim.) [mm] 1 Sert au dim. de l’arbre Effort de coupe max fléchissant l’outil [N] 3 Estimation très grossière à partir de modèles de coupe Couple à vitesse max. [mNm] 0,45 À partir des efforts de coupe et du diam. outil Sert au dim. de l’entraîn. Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Annexe au CDC de la microbroche Estimation des efforts de coupe en microfraisage Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Calcul des pressions spécifiques de coupe à partir de résultats d’essais de coupe orthogonale, données Matériau: acier de construction formé à froid AISI 1045 Contrainte de rupture: 500 – 830 MPa Conditions de coupe: Tournage d’un disque mince de diamètre 100 mm Largeur de coupe: 2,54 mm Avance par tour: 0.2 mm/tour Vitesse de rotation: 350 tours/min Angle de coupe: +5° Résultats d’essais: Épaisseur de copeau déformée: 0.44 mm Force tangentielle: 1200 N Force d’avance (répulsion): 600 N Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Calcul des pressions spécifiques de coupe à partir de résultats d’essais de coupe orthogonale Calculer: les pressions spécifiques de coupe le rapport de coupe, l’angle de cisaillement le coefficient de frottement copeau-outil la contrainte de cisaillement dans le plan de cisaillement Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Calcul des pressions spécifiques de coupe à partir des expressions empiriques (Pruvot), En admettant que la contrainte de rupture de l’acier AISI 1045 est égale à 650 MPa, calculer les pressions spécifiques de coupe en fonction: de la vitesse de coupe de l’épaisseur de copeau Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Calcul des efforts de coupe en microfraisage, données Estimer les efforts de coupe en microfraisage pour les conditions suivantes: Diamètre de l’outil: 400 mm Nbre d’arêtes de coupe: 2 Angle d’hélice: b = 30° Vitesse de rotation: 300’000 t/min Avance par dent: 0,1 à 10 mm Profondeur de passe: 10 à 100 mm Acier avec une contrainte de rupture de 400 à 1600 MPa Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Cinématique de la coupe en microfraisage Modèle classique Tlusty-Macneil fz / Doutil < 0,1 Modèle Bao-Tansel fz / Doutil > 0,1 Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Cinématique de la coupe: épaisseur du copeau Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Effort de coupe tangentiel Angle de rotation f Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Modèle de la coupe Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Estimation des paramètres Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Modélisation pour estimer les efforts de coupe en microfraisage Hypothèses: A chaque instant, on n’a qu’une seule dent engagée dans la matière On considère l’épaisseur du copeau constante = épaisseur maximum (justification, voir valeurs faibles de f → force maximale On assimile le fraisage à la coupe oblique avec i = 30° On admet que l’arête de coupe a un rayon nul Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Effet du rayon d’arête de coupe h h r r Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Estimation des efforts de coupe Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3

Estimation de la vitesse de rotation et de la puissance Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 3