Spécialité :Construction et Fabrication Mécanique Institut Supérieur des Etudes Technologiques du Mahdia MINI PROJET Élaboré par : ZBIDI Mohamed Achref MNASRI Abdelhak Kharoubi Mohamed Amine FM /2013

Plan de l’exposé Etude fonctionnelle du système 3 Introduction 1 Étude bibliographique 2 Etude théorique et dimensionnement 4 Conclusion et perspectives 6 Conception du prototype 5

1 1Introduction Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype   L’usinage des pièces mécanique peut être obtenue par enlèvement de matière, par moulage ou par mise en forme par déformation plastique (emboutissage, repoussage, fluotournage,…).  Etude et conception d’un prototype d’emboutissage.  Ce mécanisme va servir par la transformation d’une tôle mince et plane en une forme finale indéveloppable.

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE2  Procédé de formage par déformation à chaud ou à froid des métaux  Transformer une tôle plane en une forme complexe non développable. Procédé d’emboutissage Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype   Définition  Principe Déformation plastique du matériau métal qui consiste en un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir la forme désirée en appliquant le principe de la conservation globale du volume du matériau. Déformation plastique du matériau métal qui consiste en un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir la forme désirée en appliquant le principe de la conservation globale du volume du matériau.

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE2 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype   Outillage o une matrice o Un poinçon o Un serre- flan o Des joncs (utilisés parfois) On distingue deux types d’outil d’emboutissage : On distingue deux types d’outil d’emboutissage : o Outils à simple effet o Outils double effet

Phase 1 Phase 1 Le poinçon et le serre-flan sont relevés. La tôle est sur la matrice. Phase 2 Phase 2 le pourtour de la tôle serré sur la matrice par Le serre-flan. Phase 3 Phase 3 La tôle est plaquée par la le poinçon Phase 4 le poinçon est relève. Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  2 Etude bibliographique Etude bibliographique  Les phases

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE2 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype   Les paramètres d’emboutissage Le jeu entre le poinçon et la matrice: Le jeu entre le poinçon et la matrice: Selon la distance entre poinçon et matrice et épaisseur du flan, on effectue le choix convenable du jeu. La vitesse d’emboutissage La vitesse d’emboutissage La vitesse du poinçon au moment de l’attaque de la tôle. Le rayon sur la matrice Le rayon sur la matrice Nécessaire pour la qualité de l’embouti et la répartition des forces Arrondi sur le poinçon Arrondi sur le poinçon Le rayon sur le poinçon est inférieur à celui de la matrice pour ne pas percer le flan. Avec :  D:Diamètre du flan  d:Diamètre de poinçon  e:épaisseur du flan Il dépend de:  Diamètre de l’embouti et du flan primitif  Epaisseur et qualité de la tôle  Pression du serre-flan  Vitesse d’emboutissage  Arrondie de la matrice et jeu entre poinçon et matrice  Lubrification L’effort d’emboutissage L’effort d’emboutissage La pression du serre-flan La pression du serre-flan d < 0,95. D ou e < 0,2. (D-d)

Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  2 Etude bibliographique Etude bibliographique Les différents types des machines d’emboutissage  La presse hydraulique  La presse mécanique  La presse hydropneumatique  La presse pneumatique

Tôle mince et planes Emboutir les tôles minces Bruit W.hydr/ pneu/ méca Modélisation SADT Modélisation SADT Pièce de forme non développable 7 CommandeOpérateur Niveau A-0 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Machine d’emboutissage 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

Analyse du besoin Système d’emboutissage des tôles minces Système d’emboutissage des tôles minces A qui rend il service ? Sur quoi agit le système ? Dans quel but ? Des tôles minces Service industriel Emboutir les tôles minces 6 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

Normes FC4 L’opérateur FC2 Environnement FC3 Support FC5 Les fonctions de service Les fonctions de service 9 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Tôles minces et planes FP2 Presse hydraulique Energie hydraulique Outil d’emboutissage FP1 FC1 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

L’histogramme des fonctions de services L’histogramme des fonctions de services 9 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  La FP2 représente une pourcentage de poids la plus élevée 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

Choix du solution technico-économique 6 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Plusieurs types de machines d’emboutissage qui peuvent intervenir: o S1 : Presse hydraulique. o S2 : Presse mécanique. o S3 : Presse pneumatique. o S4 : Presse hydropneumatique. Utilisation de la méthode de valorisation qui permet de sélectionner la solution adoptée présentant le totale pondéré le plus élevé, en se basant sur les critères suivantes: o C1 : facilité de fabrication. o C2 : encombrement. o C3 : légèreté du système. Les étapes de cette méthode donnent: S1 S2 S3S4 CritèresKNotetotalNoteTotalNoteTotalNoteTotal C C C Total pondéré Solution choisie: S1: Presse hydraulique 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

8 Analyse descendante de la solution adoptée: Niveau A0 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Vérin simple effet Presse hydraulique Opérateur Commande Energie hydraulique W mécanique de translation Transformer l’énergie Emboutir les tôles minces Tôles planes et minces Pièces de formes non développable 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

FP1 Transformer l’énergie Diagramme FAST Diagramme FAST 10 Centrale Hydrauli que Limiteur de pression Manomè- tre à lecture directe Un vérin simple effet Appliquer un effort sur le piston Dépres- sion et vidange du réservoir Limiter la pression Visualiser la pression exercée par le vérin Avoir un mouve- ment de translat- ion Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Pompe hydrauli que et réservoir Mettre le vérin en pression Une vanne 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

FP2 Emboutir les tôles minces Diagramme FAST Diagramme FAST 10 Montants Serre- flan MatricePoinçon Maintenir la presse verticale- ment avec plusieurs réglages Bloquer l’établi en position haute Eviter les risques des plis Assurer l’appuie de la tôle Déformer la tôle mince Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Table de la presse Maintenir et fixer la matrice Goujon de forte section 3 Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

9 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Schéma hydraulique Schéma hydraulique Fonctionnement du système Fonctionnement du système 1. Vérin simple effet avec ressort 2. Piston à commande manuelle 3. Pompe hydraulique manuelle 4. Levier 5. Clapet d’anti-retour avec ressort 6. Vanne robinet 7. Réservoir 8. Etrangleur 9. Manomètre 10. Tuyauterie Etude fonctionnelle Etude fonctionnelle

Hypothèse 2 Etude de l’outil d’emboutissage Les paramètres d’emboutissage Calcul RDM et Dimensionnement Les caractéristiques mécanique du système 12 4 Etude théorique et dimensionnement Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype 

Hypothèses Réalisation des pièces de formes cylindriques de caractéristiques suivantes: 13 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  La pièce finie 4 Etude théorique et dimensionnement Etude de l’outil d’emboutissage  Modélisation

14 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Poinçon Vis 1 Vis 2 Serre-flan Rondelle Matrice Goupille 4 Etude théorique et dimensionnement

 Simulation 15 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  % Déformation principale et amincissement Le flan subit des déformations d’amincissement: La déformation maximale est de l’ordre de 70% 4 Etude théorique et dimensionnement

Les paramètres d’emboutissage  Le jeu entre le poinçon et la matrice(w) 16 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  Basée sur les formules suivantes:  Pour l’acier :  Pour l’aluminium :  Pour les métaux non ferreux : Avec: e: L’épaisseur de la tôle (e=0,8mm) Choix: Acier 4 Etude théorique et dimensionnement

17 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement D D d d r Variation de l’arrondi sur la matrice Rp  Le rayon sur la matrice (r) Deux cas extrêmes : Rayon efficace (la relation de Kaczmarek), pour l’acier Déchirement du flan Formation des plis  r = (D-d)/2  r = 0

17 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Arrondie sur le poinçon (Rp) Le poinçon doit contenir un arrondi pour ne pas percer le flan. Le rayon sur le poinçon: Choix:  Le diamètre de la tôle (D) La diamètre de la tôle:  L’effort du serre-flan (Ps) Avec: p:pression du serre-flan D: Diamètre du flan d: Diamètre de l’embouti D=151 MM D=

16 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement Pour l’acier:  L’effort d’emboutissage (Pp) Avec:  k : coefficient en fonction de d / D  σ m = résistance maximale à la traction  e: épaisseur de la tôle  d: diamètre de l’embouti P=6.55 da/mm² Ps =

20 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement Calcul RDM et dimensionnement  Dimensionnement des deux vis de serrage Modélisation et détermination des couples de serrage Modélisation et détermination des couples de serrage eR 2 R1R1 C1 C2 F0F0 F0F0  F 0 : L’effort de serrage de chaque vis.  C 1 : Couple due aux forces de contact des filets de la vis sur l’écrou:  d2: Diamètre de filetage  C 2 : C’est le couple due aux forces de contact de la pièce sur l’écrou :

21 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement Choix: Vis CHC M20x70 de caractéristiques suivantes: o Diamètre de vis: d = 20 mm; o Longueur : L= 70 mm ; o Longueur fileté : X = 52 mm ; o a = 30 mm ; o Pas : P = 2,5 o Qualité : 8.8 et Le couple de serrage: Les contraintes Les contraintes  Traction: Avec: F 0 : L’effort de serrage de chaque vis. et C= Nm

22 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Torsion: Les caractéristiques mécaniques Les caractéristiques mécaniques Les deux vis sont de qualité: 8.8 Condition de résistance Condition de résistance Von Mises: Le choix des deux vis est vérifié

 Dimensionnement du poinçon 23 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  L’effort nécessaire pour l’opération d’emboutissage L’effort nécessaire pour l’opération d’emboutissage Avec:  L : périmètre ou longueur à poinçonner : (mm).  D : diamètre de poinçon (mm).  e : épaisseur de la tôle (mm).  Re : Résistance élastique du matériau de la tôle. 4 Etude théorique et dimensionnement Fs = daN

23 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement La condition de résistance La condition de résistance Avec:  R rg : Résistance à la rupture du cisaillement  R P :Résistance pratique à la compression Le choix du diamètre du poinçon est vérifié (D= 58mm)  Dimensionnement du vérin Choix du vérin Choix du vérin La pression nécessaire pour l’emboutissage: Dp= D – 2w Dp= 58 mm

23 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement Avec:  p s :pression nécessaire pour l’opération d’emboutissage  D : diamètre du poinçon en contact avec la tôle (D=78mm).  F S : force nécessaire pour l’opération d’emboutissage Choix: vérin hydraulique Hänchen 12 série ­ 00 Les caractéristiques: Condition de résistance de la tige Condition de résistance de la tige La tige de vérin est sollicité au flambage

23 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Modélisation  Condition de résistance Avec:  F cr : est la force critique du flambement (formule d’Euler),  F s : force nécessaire pour l’emboutissage  I GZ : Moment quadratique de la section de tige Avec: La tige du vérin résiste au flambement

24 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Dimensionnement des deux goujons Modélisation Modélisation Modélisation du goujo Modélisation du goujo n RARA e B S1 S2 R B A X Y F’ S Avec:  S1 et S2 : les deux sections cisaillées,  F’ S : La force d’emboutissage appliquée sur un seul goujon

25 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  R A et R B : Deux réactions aux appuies, En appliquant le PFD: et Condition de résistance Condition de résistance Avec: : La résistance admissible de cisaillement ; : La résistance pratique au glissement; : La contrainte de cisaillement Avec: Les deux goujons résistent au cisaillement

26 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Dimensionnement de la clavette L’élément implémentée par moitié dans la tige du vérin et dans le poinçon destinée destiné à les rendre solidaire en translation. La longueur de la clavette: Avec:  l c : La longueur de la clavette ;  l Cmin : La longueur de la clavette minimale ;  C t : Couple transmissible par la clavette :  p adm : La pression de contact admissible (p adm = 115 Mpa);  d: Diamètre inférieur du poinçon (d = 30mm);  b: Largeur de la clavette (b=8mm)

26 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Dimensionnement du clavette Choix: Clavette parallèle B 8×7×45 Les caractéristiques mécaniques du système  Pour le vérin ptpt Schéma du piston p FtFt Fp La force à la sortie La force à la sortie

26 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement Avec:  F p : La force de sortie  p vérin : La pression dans le vérin ;  A p : La section du piston La force à la rentrée La force à la rentrée Avec:  F t : La force à la rentrée  p vérin : La pression dans le vérin ;  A t : La section de la tige

26 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype  4 Etude théorique et dimensionnement  Pour la pompe A l’équilibre :

26 5 Conception du prototype Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype 

 Conception en virtuelle d’une machine d’emboutissage Entrée: Tôle mince et plane Sortie: Pièces de formes non développable Pression modulable Facilité de fabrication Encombrement modulable Conclusion 6 Conclusion et perspectives 27 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype 

 A court terme Mise au point du calcul Mise au point de la conception Etude de la commande  A long terme Réalisation d’un prototype Tests de validation Perspectives 6 Conclusion et perspectives 28 Plan Introduction Introduction Etude théorique et dimensionnement Etude théorique et dimensionnement Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives Etude fonctionnelle du système Etude fonctionnelle du système Etude bibliographique Etude bibliographique      Conception du prototype Conception du prototype 