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Les Procédés de fabrication - 2A CPI ENSAM

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by

ennaji mohamed

on 20 September 2018

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Transcript of Les Procédés de fabrication - 2A CPI ENSAM

Introduction
Les Procédés ​de fabrication
M. ENNAJI
Introduction
<ennaji.moh@gmail.com>
Matériau & Industrie (Historique)
Procédés d’élaboration
Procédés de transformation
Matériau & Industrie (Historique)
Introduction
Un procédé de fabrication mécanique c'est
un ensemble de techniques visant l'obtention d'une pièce ou d'un objet par transformation de matière première ou brute
.
Les procédés mécaniques sont scindés généralement en deux finalités, les procédés visant l'
élaboration de matière brute
puis ceux visant la
transformation de matière brute en produits finis ou semi-finis
.
Obtenir la pièce désirée nécessite parfois l'utilisation successive de différents procédés de fabrication. Ces procédés de fabrication font partie des technique de la construction et la fabrication mécanique.
Matériau (historique)
Le fer est l'un des métaux les plus abondants de la croûte terrestre (5% pratiquement illimité)
On le trouve un peu partout, combiné à de nombreux autres éléments, sous forme de minerai.
En Europe, la fabrication du fer remonte à 1 700 avant J.C.
Au commencement était le fer...
Élaboration du fer
Elle se fait en deux étapes:

Remarque:
On fabriqua aussi dès le début, une petite quantité d'acier, à savoir du fer enrichi en carbone. Un matériau qui se révéla à la fois plus dur et plus résistant
Chauffage de couches alternées de minerai et de bois (ou de charbon de bois) jusqu'à obtention d’une masse de métal pâteuse.
Martelage à chaud pour la débarrasser de ses impuretés et obtenir ainsi du fer brut.
Au XVème siècle, les premiers "hauts fourneaux", Production d’un métal ferreux à l'état liquide, la fonte, fabrication de toutes sortes d'objets (marmites, boulets de canons, chenets, tuyau).
production du fer en abondance par affinage 
le lingot de fonte était chauffé et soumis à de l'air soufflé, combustion du carbone contenu dans la fonte et écoulement du fer goutte à goutte, formant une masse pâteuse de fer brut.) :
En 1786, définition exacte du trio Fer-Fonte-Acier, le rôle du carbone dans l'élaboration et les caractéristiques de ces trois matériaux.
Au XIXème siècle, Inventions des fours Bessemer, Thomas et Martin, acier en grande quantité à partir du fer, le métal-roi de la révolution industrielle.
En quelques décennies, l'acier permit d'équiper puissamment l'industrie et supplanta le fer dans la plupart de ses applications.
Puis vint la fonte...
..Et enfin l'acier
Élaboration de la fonte
Élaboration de l'acier
L'acier, métal pluriel
L'acier, c'est du fer additionné de carbone, (taux de ≈ % à 2%).
On distingue 2 grandes familles d'acier :
exemple :
17% de chrome + 8% de Nickel (acier inoxydable).
il n'y a pas un acier mais des aciers.
(plus de 3 000 nuances)
Le dosage en carbone influe sur les caractéristiques du métal.
les aciers alliés
les aciers non alliés. ( éléments chimiques autres que le carbone).
Élaboration de matière brute
Du minerai de fer à l'acier
le minerai de fer seul n'est pas suffisant.
cinq matières premières principales
Le minerai de fer
La ferraille
Le coke métallurgique
Les fondants
L’oxygène
Procédés d’élaboration
Procédés de transformation
Les procédés de transformation mécaniques peuvent suivre plusieurs techniques :
par enlèvement de matière
par formage
par déformation
le tournage
Le tournage consiste à l'obtention de pièces de forme cylindrique ou/et conique à l'aide d'outils coupants sur des machines appelées tours.
La pièce à usiner est fixée dans une pince, dans un mandrin, ou entre pointes.
En tournage, le mouvement de coupe est obtenu par rotation de la pièce serrée entre les mors d'un mandrin ou dans une pince spécifique, tandis que le mouvement d'avance est obtenu par le déplacement de l'outil coupant.
La combinaison de ces deux mouvements permet l'enlèvement de matière sous forme de copeaux.
tours a bois
tour universel
tour a commande
Un tour permet de fabriquer principalement des pièces de révolution même si certaines machines peuvent réaliser des formes très complexes.
la fraisage
Le fraisage se caractérise par le recours à une machine-outil : la fraiseuse.
En fraisage, l'enlèvement de matière sous forme de copeaux résulte de la combinaison de deux mouvements :
Rotation de l'outil de coupe d'une part
Avance de la pièce à usiner d'autre part
La fraiseuse est une machine-outil ayant pour rôle d’usiner une pièce en métal par enlèvement de matière avec système de rotation.
La combinaison de la rotation de la fraise et l’avancée de la pièce permettent l’usinage.
Les fraiseuses universelles permettent le réglage de l’axe de la broche, perpendiculaire, à 45° ou articulée sur plusieurs axes.
A commande numérique (CN), la fraiseuse est programmée pour accomplir des tâches précises sur un nombre de pièce déterminé.
Elle possède un système de contrôle automatique permettant la programmation numérique de ses tâches.
la rectification
La Rectification est un procédé:
mécanique d'usinage de surface plane ou cylindrique pour améliorer l'état de surface de la pièce.
séparation en génie chimique.
Réctification plane
Elle élimine plusieurs reprises des couches de 20 à 40 micromètres.
Rectification cylindrique
Dans le cas de la rectification cylindrique, la pièce tourne sur elle-même.
l'éléctro-érosion
C’est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques.
Pour usiner par électro-érosion, 4 éléments sont nécessaires:
Une électrode
Une pièce
Un diélectrique
De l'électricité

Il existe 3 types d'usinage par électro-érosion :
L'électro-érosion par enfonçage
L'électro-érosion par fil
Perçage rapide
par déformation
Le matricage
consiste à former par déformation plastique après chauffage des pièces brutes réalisées en alliages tels que les alliages d'acier d'aluminium, de cuivre, de titane, etc..
1916
1940
1980
2000
2016
L'emboutissage

Le forgeage
Le forgeage est l'ensemble des techniques permettant d'obtenir une pièce mécanique en appliquant une force importante sur une barre de métal, à froid ou à chaud, afin de la contraindre à épouser la forme voulue.
Le pilage
est une technique qui consiste à déformer la matière selon un pli (rectiligne).
La machine utilisée (presse plieuse) est dotée d'une matrice en vé et d'un poinçon.
par fusion Matériaux ferriques
Le moulage
est l'action de prendre une empreinte qui servira ensuite de moule dans lequel sera placé un matériau et qui permettra le tirage ou la production en plusieurs exemplaires d'un modèle.
Le moulage consiste donc à placer un matériau (liquide, pâte, poudre, feuille, plaque, paraison, préforme, pastille, etc.) dans un moule dont il prendra la forme.
Avantage
Elle permet de produire des pièces de formes complexes
La série des pièces est identique.
L’obtention de pièces massives telles que bâtis, volants, etc...
Le moulage en métalique
Moulage par gravité 
Moulage à basse-pression 
Moulage sous-pression
Le moulage en sable
Technique très courante en fonderie, démoulage par destruction du moule.
L'intérêt de cette technique est qu'elle permet de travailler avec un matériau réfractaire (le sable), et que le moule ne coûte pas cher à fabriquer.
Moulage en sable humide
Moulage sable à durcissement thermique
Moulage sable à durcissement chimique 
Moulage sable à durcissement physique 
Moulage à modèle perdu 
Le frittage
est un procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre sans la mener jusqu’à la fusion.
Sous l'effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, ce qui forme la cohésion de la pièce. Le cas le plus connu est celui de la cuisson des poteries.
par enlèvement de matière
Obtention par assemblage
le soudage
le rivetage
Le soudage est un procédé d’assemblage qui assure la liaison permanente de divers éléments métalliques.
La soudure Autogène : Le métal qui compose le joint est de même nature que les pièces à souder
La soudure Hétérogène: Le métal qui compose le joint est de nature différente des pièces à souder
Le soudage au gaz ( au chalumeau ) :
C’est un procédé de soudure par fusion où la chaleur de soudure est produite par la combustion de gaz. Son aspect économique et sa rapidité d'exécution font que ce procédé est beaucoup employé par les artisans.
Le soudage à l’arc :
C’est un procédé de soudure par fusion où la chaleur est produite par un arc électrique, formé entre le métal de base et l’électrode, ou entre deux ou plusieurs électrodes.
Le soudage laser :
est une technique de soudage qui permet d'assembler plusieurs pièces de métal à l'aide d'un laser.
Cette technique est souvent utilisée dans le cas de gros volumes de production comme l'industrie automobile.

Le soudage au fer:
Ce procédé de soudage est employé majoritairement dans l’industrie électronique pour les petites soudures.
On utilise un fer qui fait office de résistance ce qui produit la chaleur nécessaire à la fusion du métal d’apport souvent l’étain.
Le soudage par friction :
Une des deux pièces à assembler est entraînée en rotation. Utilisé dans les mécanismes nécessitants une grande résistance.
est un assemblage de pièces à l'aide de rivets. C'est un assemblage définitif, c’est-à-dire non démontable sans destruction de l'attache.
La Fabrication Additive
Le Frittage Sélectif par Laser (SLS)
Frittage Laser Direct de Métal (DMLS)
Procédé CLAD (Construction Laser Additive Directe)
Généralité
Par coulées
Acier
Acier
Coulée continue verticale
Coulée en lingots
Aluminium
Coulée semi-verticale
Aluminium
Coulée entre cylindre
Laminage
A chaud
A froid
Découpe des feuilles et tôles
Laser
Principe
Procédé de fabrication qui utilise un laser pour découper la matière
laser: lumière monochromatique
Permet de découper de nombreuses matières
Permet de chauffer jusqu'à sublimation (10000 °C) une zone réduite de matière
Puissance des lasers: 1,5 à 6 kW
Permet une découpe précise, nette et rapide
Facilité de coupe pour les matériaux mats que réfléchissants
Lors de la découpe:
Émanation de gaz due à la sublimation du métal
Apparition d'une zone affectée thermiquement
Obtention de pièces très peu déformées
Différents types de lasers
Plusieurs type de laser: CO2, YAG, Fibre
CO2:
Utilisée pour la découpe de beaucoup de matériaux à une vitesse élevée
YAG
: Utilisée sur des tôles de faible épaisseurs: 3 à 4 mm
Fibre
: Technologie assez jeune qui permet de couper de faibles épaisseurs
Jet d'eau
Principe
Pompe très haute pression 4000 à 6000 bars
Buse fine 0.1 à 0.4 mm
Projection grande vitesse 600 à 900 m/s
Possibilité d'ajouter des grains abrasifs
Découpe de tous matériaux
Buse de 0.2 à 0.4 mm
Canon de focalisation de 0.5 à 1.2 mm
Aspects techniques
Découpe de tous matériaux et de fortes épaisseurs : Acier 150 mm
Vitesse 15-20 fois inférieure à la découpe laser
Précision de l'ordre de 4 dixièmes
Découpe à froid donc pas de zone affectée thermiquement
Efforts de coupe restreints
Le calcaire doit être retiré de l'eau et elle ne peut pas être réutilisée
Plasma
Principe
Procédé de découpe par fusion localisée
le terme Plasma est utilisé lorsque la matière gazeuse n'est plus composé d'atomes et de molécules, mais d'ions et d'éléctrons
Aspects techniques
Étapes de fonctionnement:
Création d'un arc électrique
Ouverture du gaz ou du mélange plasmagène
Pour la découpe, garder une hauteur constante
La température extrêmement élevée fait fondre le métal et le gaz sous pression chasse au fur et à mesure les gouttelettes de métal en fusion

Cette méthode permet de découper des épaisseurs fines et des matériaux inoxydables
Épaisseur: 70 mm
Précision: 0.2 mm
Oxycoupage
Principe
Procédé de coupe des métaux par oxydation localisée
Température demandée: 1300 °C
Le métal liquide se retrouve projeté sur les surfaces sous formes de gouttelettes. La ZAT est importante. lors du refroidissement, apparition de défauts dimensionnels et géométriques suite au retrait du matériau.
Précision: 0.3 mm
Trait de coupe: 2-3 mm
Aspects techniques
Outils nécessaires:
Flamme de chauffe
Jet de coupe centrale d'oxygène pur
Paramètres importants:
Épaisseur de la pièce
Vitesse de coupe
temps de préchauffage
qualité de la coupe
Procédé utilisée pour des aciers doux ou faiblement alliés sur des épaisseurs de quelques mm à 1 m

Principe: Séparation de la matière obtenue par combustion contrôlée de l'acier dans la saignée
Cisaillage
Principe
Déplacement relatif de deux lames qui entraîne la rupture de la plaque
Aspects techniques
a) Allongement et déformation
b) Cisaillement plastique
c) Ejection de la partie cisaillée
Réduction des efforts de coupe :
Lames obliques, risque de
déplacement latéral
Lames arrondies, équilibre

Précision : 1 à 4 dixièmes
Poinçonnage
Principe
Cisaillage sur un contour fermé
Mêmes étapes de découpe
Mêmes défauts de surface
On utilise un poinçon et une matrice
Généralement utilisé pour des trous ou des formes complexes
Aspects techniques
Deux modes de poinçonnage :
Classique, une seule opération avec des outils parfois complexes
Grignotage, multiples coups de poinçon simple pour découper la forme
Plus économique que le perçage :
Gain de temps
Usure des outils moindre
Variété de formes possibles

Le grignotage permet de :
Changer de série rapidement
Découper de grands formats
Utiliser des outils simples
L'aspect final présente les mêmes défauts qu'en cisaillage

La précision, de l'ordre de 1 à 2 dixièmes, varie en fonction de :
L'usure de l'outil
Le guidage de l'outil
L'utilisation de lubrifiant
La taille du jeu poinçon/matrice
L'effet élastique du matériau
Détourage
Consiste à enlever par découpage un excédent de métal autour d'une pièce préalablement formée
Exemple, après emboutissage :
Donner une forme régulière aux collerettes
Supprimer les collerettes
Fraisage
Similaire au fraisage classique
On trouve des machines spécifiques avec des tables de grandes dimensions pour les métaux en feuilles
Les outils sont le foret et la fraise
Principe
Déformation à chaud ou à froid des métaux en feuille pour obtenir des pièces de surface non développable.
Machine nécessaire :
Presse
Outils utilisés
:
outils simple effet : matrice et poinçon
outils double effet : matrice, poinçon et serre-flan
Principales sollicitations
déformations en expansion sur le nez du poinçon
déformation en rétreint au niveau du serre flan
est une technique de fabrication permettant d’obtenir, à partir d’une feuille de tôle plane et mince, un objet dont la forme n’est pas développable.
Technique d'emboutissage
Emboutissage à froid :
outillage double effet
plusieurs passes pour des épaisseurs importantes
effet de l'écrouissage : durcissement structural, baisse de ductilité et création de contraintes résiduelles
Emboutissage à chaud :
formage de fond de réservoir
facilite la déformation du matériau, profondeur de pièce accrue par la chauffe du flan et matrice, cadences moins élevées, qualité médiocre
Hydroformage
Principe
Déformer plastiquement des tubes et profilés dans un outil fermé à l'aide d'un fluide
Hydroformage à matrices fixes
Hydroformage à matrices mobiles
Matériaux et domaines d'application
Matériaux :
caractéristique essentielle : domaine élastique le plus petit possible (attention au retour élastique)
aluminium
alliage d'acier
cuivre
inox...
Domaines d'application :
traverse de pare-chocs
montants
berceaux moteur/arrière
échappement
Principe
"Opération de conformation à froid consistant à déformer une tôle plane en changeant la direction de ses fibres"
Obtention de forme développable
Pliage en l'air
Pliage à fond d'outils
Modification de la structure
allongement de la fibre extérieure et rétreint de la fibre intérieure
diminution de l'épaisseur
déformation latérale
écrouissage du métal
Déformation
"la fibre neutre ne subit pas de déformation"
Retour élastique : l'angle imposé varie suivant la limite élastique de l'alliage
Profilage
Principe
"Pliage en continu, afin d'obtenir des sections constantes d'un produit appelé profilé"
Il est caractérisé par :
la fleur de profilage
le nombre de passes
la distance entre les têtes de la profileuse
position du plan de profilage
jeu entre galets
lubrification
"La bande de métal est entraînée entre les galets appelés tête de profilage (acier trempé), pour obtenir le profilé"
Le brut est appelé feuillard d'acier, inox aluminium...
Pour obtenir une qualité en sortie de profileuse, il faut prendre garde à deux phénomènes :
déformations transversales : éviter la création de plis E=e/2R
déformations longitudinales : éviter le vrillage
Caractéristique de la machine utilisée, la profileuse :
6 à 30 têtes de profilage
Dérouleurs
Dévrilleurs
Outils de coupe
Outils de poinçonnage
Le Fluotournage
Principe
Le fluotournage métallique est une méthode de formage par extrusion ponctuelle, où la perte de matière est quasiment nulle.
Trois formes possibles: cylindrique, conique, sphérique.
Procédé similaire : Le repoussage au tour
Usinage à chaud ou à froid
Création du mandrin
Le repoussage au tour permet à partir d'une feuille de métal de faire des formes simples hémisphériques, coniques ou cylindriques :
Pas de réduction de l'épaisseur de la feuille.
Possibilité de formes en contre dépouille.
Production de petites series 2 à 30 pièces/heure.
Pour des matériaux ductiles : les alliages d’aluminium, les alliages de cuivre, etc.
Le roulage
Principe
Le roulage est un procédé de déformation permanente :
Il est effectué à froid sauf pour les tôles de fortes épaisseurs.
Il permet d’obtenir des pièces à partir d’une tôle découpée.
Avantages
La tôle, en appuis sur deux cylindres, est sollicitée en flexion par un troisième cylindre.
La rotation des cylindres provoque le déplacement de la tôle qui est tangent au rouleau.
Système simple qui ne nécessite pas de gros moyens technologiques.
L’outillage est simple : rouleaux entraîneurs et presseurs.
Inconvénients
Pour être roulées, les tôles doivent avoir une épaisseur maximum de 60 mm
Nécessite un découpage au préalable dans une tôle et de calculs précis pour la dimensionner.
Généralement, les deux bords de la pièce doivent être assemblés par soudage.
Matière première
Produit semi-fini
Produit fini
Roche-mère, Métal natif,
Pépite, Cristaux, ...
Lingot, Tôle, Bloc, Brame, Bloom, Billette Profil, Plaque, ...
Sidérurgie
La coulée continue
Les
Procédés
désignant les technologies et opérations d'obtention de la fonte, du fer et de l'acier à partir du minerai, ainsi que l'industrie qui les met en œuvre.
Laminage
Le procédé de Czochralski
Étirage
La Lingoterie :
Un lingot est une masse définie d'un métal coulée en un bloc solide, le lingot est le brut de coulée. Le métal liquide, provenant de la réduction du minerai ou de la fusion de métal de recyclage, est coulé dans une lingotière où il se solidifie pour former le lingot.
Les métaux peuvent également être coulés sous d'autres formes, dans des moules de formes diverses (barres, formes complexes).
Le lingot est ensuite démoulé et subit un laminage pour l'amincir et l'élargir ou l'allonger.
L'étirage est un procédé de mise en forme d'un matériau ou une étape (opération) de ce procédé. Il peut être :
une opération dont le but est d'amener une barre ou un tube de dimensions déterminées, par passage à travers une filière, à une longueur plus grande et à une section plus réduite1. La barre et le tube peuvent être en verre, en thermoplastique ou en métal : exemple : étirage de l'acier inoxydable ;
une opération destinée à réduire la section des rubans et mèches de fibres durant la filature ;
un procédé de mise en forme continue du verre à partir de verre fondu pour donner :
du verre plat ;
du verre étiré (type de verre creux) :
des fibres de verre.
Le laminage est un procédé de fabrication par déformation plastique. Il concerne différents matériaux comme du métal ou tout autre matériau sous forme pâteuse comme le papier ou les pâtes alimentaires. Cette déformation est obtenue par compression continue au passage entre deux cylindres contrarotatifs appelés laminoir.
Un laminoir est une installation industrielle ayant pour but la réduction d'épaisseur d'un matériau (généralement du métal). Il permet également la production de barres profilées (produits longs) .
Laminoirs à chaud
Laminoirs à froid
Laminage des produits plats
Laminage des produits longs
Train à fil
Tréfilage
Le tréfilage est la réduction de la section d'un fil en métal par traction mécanique sur une machine à tréfiler. Les usines spécialisées dans le tréfilage sont appelées des tréfileries.
Le tréfilage est également utilisé dans la fabrication des pâtes alimentaires industrielles
Le fil machine, sous forme de bobine, est posé sur un dévidoir. Il est enroulé sur un ou des cabestans, qui, par frottement, exercent une traction sur le fil. Le fil passe dans une filière, en amont du cabestan, qui impose au fil une déformation par réduction de section. La filière est abondamment lubrifiée, pour assurer le maintien d'un bon état de surface du fil métallique et pour assurer le refroidissement et contrer l'échauffement provoqué par l'écrouissage du métal.
L'écrouissage y est important et nécessite un traitement thermique appelé patentage (type de recuit pour les faibles sections) évitant au fil d'être trop cassant et améliorant sa plasticité.
Laminage de Tôle
On distingue également la tôle prélaquée et la tôle profilée.
La tôle est une fine feuille de métal obtenue par laminage. On distingue les tôles fines (< 3 mm) ou fortes (> 3 mm) suivant leur épaisseur.
Il existe différents types de tôle :
gaufrée
perforée
plane
ondulée
gravée
nervurée
Brame
Bloom
Le demi-produit
une brame
un bloom
une tôle
une barre
laminage subséquent
traitement thermique (trempe, recuit)
découpe
traitement de surface
Produit fini
La brame (slab en anglais) est un demi-produit sidérurgique. Il s'agit d'un bloc d'acier de forme parallélépipédique et de fortes dimensions : d'environ 700 à 2 500 mm de largeur, de 5 à 15 m de long et de 150 à 350 mm d'épaisseur. Son poids peut atteindre trente tonnes. C'est le produit dont sont issues les tôles ou les plaques, après laminage.
Les brames sont obtenues, soit directement à la coulée continue, soit après réduction d'un lingot dans un train de laminoirs dégrossisseur, ou « slabbing ». Les trains de laminoirs dégrossisseurs ont quasiment disparu aujourd'hui au profit des coulées continues.
La brame est laminée à chaud pour donner soit une bobine de tôle épaisse (de 2 à 5 mm), appelée « coil », soit une plaque de « tôle forte », pouvant atteindre plusieurs centimètres d'épaisseur.
Vers le milieu des années 1980, une évolution de la coulée continue, avec la mise au point d'une lingotière de forme complexe, a permis l'apparition des « brames minces », qui font de 25 à 80 mm d'épaisseur.
Air chaud
Air chaud
Gaz d'échappement
Gaz d'échappement
Castine
Coke
Minerai de fer
La révolution industrielle
James WATT
1700-1800
1800-1900
1900-2000
La machine a vapeur
Transformer l'énergie Thermique en énergie mécanique
la Machine Electrique
1821 : La découverte du phénomène d'électromagnétisme, par Ørsted, Michael Faraday
La machine Industrielle
1908 : Le Fordime par Henry Ford
1807 : Locomotive a vapeur Richard Trevithick's
1769 : La machine a vapeur de James Watt
les matériaux polymères thermoplastiques
Matériaux Thermodurcissable
Matériaux minéraux ou céramiques
matériaux organiques ou polymères organiques
matériaux composites
Matière plastique :
Pièces de forme / Objets creux
Matière plastique :
Produits longs
Caoutchouc :
Vulcanisation
Moulage par injection
Moulage par dépression :
thermoformage
Moulage par soufflage
injection-soufflage
extrusion-soufflage
Moulage par rotation : rotomoulage
Moulage par trempage
Moulage par centrifugation
Moulage par coulée
Moussage
Frittage
Extrusion
gonflage
étirage
calandrage
Quantités industrielles.
L’industrie est l'ensemble des activités socio-économiques tournées vers la production en série de biens grâce à la transformation des matières premières ou de matières ayant déjà subi une ou plusieurs transformations et à l'exploitation des sources d'énergie ;
La même personne assure l'ensemble des processus.
Les machines, manuelles puis automatisées, qui modifient la nature même du travail.
L'émergence de nouvelles techniques, technologies ainsi que la disponibilité de l'énergie ont profondément bouleversé les processus de fabrications au cours des révolutions industrielles. Celles-ci ont marqué des étapes décisives dans l'histoire de l'humanité.
L'Artisanat
L’Industrie
Division du travail
Pièces unitaires.
L'Outil.
Client
Produit fini
Commercialisation
Acheminement, ...
Produit Semi-Fini
Procédé de finition
Brute
Procédé de transformation
Matière Première
Procédé d'élaboration
Matière Primaire Native
Procédé d'extraction
Secteur primaire
Secteur Secondaire
Secteur Tertiaire
Processus l'industrialisation
L'Artisanat
L'Industrie
1822, Le premier moteur électrique, Peter Barlow
1869, la réalisation des génératrices à courant continu, Zénobe Gramme
1889, le premier moteur asynchrone à courant triphasé, Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski,
Ørs
te
d
Mich
ae
l Faraday
Peter Barlow
Zénobe Gramme
Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski
Henry Ford
La division du travail en une division verticale
La standardisation permettant de produire en grandes séries
L'augmentation du salaire des ouvriers
1911 : Taylorisme, L'organisation scientifique du travail, The Principles of Scientific Management, par Frederick Winslow Taylor.
Une analyse détaillée et rigoureuse
L'établissement de la « meilleure façon »
La fixation de conditions de rémunération plus objectives et motivantes
Frederick Winslow Taylor
1962 : Toyotisme, méthode d'organisation du travail, Taiichi Ōno.
1970 : L'automatisation ou l'automation industrielle
1980 : La robotisation des lignes de production.
L'acier s'élabore actuellement de deux manières :
dans un four électrique, à partir d'acier de récupération. On parle d'acier de recyclage ou d'acier électrique.
dans un haut fourneau, à partir du minerai de fer et de coke avec réduction du carbone dans un convertisseur ;
Le minerai de fer possède des propriétés chimiques et physiques incompatibles qui le rendent inexploitable en l'état par le haut fourneau. Il lui manque en particulier :
la résistance mécanique nécessaire pour supporter l'écrasement dû à l'empilage des matières dans le haut fourneau ;
la porosité permettant la circulation du vent des tuyères vers le gueulard ;
la composition chimique en oxydes, pour maîtriser le laitier.
Élaboration de la fonte
Métallurgie primaire
Usine d'agglomération
Les minerais sont préparés par broyage et calibrage en grains qui s'agglomèrent entre eux. Le mélange obtenu est cuit sous une hotte à 1 300 °C. L’aggloméré obtenu est ensuite concassé et calibré puis chargé dans le haut fourneau avec du coke.
Cokerie
Le coke est du carbone presque pur doté d'une structure poreuse et résistante à l'écrasement.
Pour cela on l'a fait cuire, à l'abri de l'air, dans les fours de la cokerie à 1 250 °C durant 17 heures. En brûlant dans le haut fourneau, le coke apporte la chaleur nécessaire à la fusion du minerai ainsi que le carbone nécessaire à sa réduction.
Il est utilisé comme un puissant réducteur après avoir été libéré des composants indésirables de la houille.
Coulée
L'acier liquide est coulé, à environ 1 560 °C, dans une lingotière en cuivre de section carrée, rectangulaire ou ronde (selon le demi-produit fabriqué).
Bas fourneau
Le bas fourneau est un four à combustion interne qui a servi, au début de l'âge du fer, à transformer le minerai de fer (hématite, limonite, etc.) en fer métallique.
Jusqu'au milieu du Moyen Âge, l'Europe raffina le fer au moyen de bas fourneaux, qui ne produisent pas de fonte ; la technique du haut fourneau, qui, elle, produit de la fonte brute à partir de charbon de bois et de minerai de fer, a été mise au point en Chine au milieu du ve siècle av. J.-C.. Elle est courante en Europe occidentale dès le milieu du xve siècle.
la fonte contient de 2,1 % à 6,67 % de carbone ;
l'acier contient de 0,025 % à 2,1 % de carbone, le fer étant le principal élément entrant dans sa composition ;
Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers
Casablanca
Le laminage transversal est un procédé utilisé pour la production de préformes, le plus souvent dans l’industrie automobile. Il concilie une productivité importante avec une durée de vie des outils intéressante, le tout en minimisant la masse de métal perdue. La simulation du procédé permet de déterminer la distribution des variables d’état en fin de préforme (température, déformation et contraintes). La prise en compte de ces résultats lors de la définition de l’état initial des opérations de mise en forme suivantes permet d’améliorer considérablement les résultats de la simulation de la chaîne de production entière. L’utilisation d’un algorithme de contact et d’un schéma de réactualisation des coordonnées naturellement adapté au procédé permet d’obtenir des résultats précis. Il n’est pas nécessaire de faire d’hypothèses sur la cinématique de la pièce, en imposant une rotation ou en bloquant certaines composantes de son déplacement. La simulation est donc un outil qui permet d’optimiser en finesse les réglages de sa chaîne de fabrication.
Le laminage transversal
Le procédé de laminage retour est utilisé en vue de produire des préformes pour composants tels que des bielles ou des vilebrequins. La simulation du procédé permet de déterminer la distribution des variables d’état en fin de préforme (température, déformation et contraintes). La prise en compte de ces résultats lors de la définition de l’état initial des opérations de mise en forme suivantes permet d’améliorer considérablement les résultats de la simulation de la chaîne de production entière.
Le laminage retour
Le procédé de laminage circulaire est utilisé en vue de produire des anneaux, comme par exemple des pièces de moteur pour l’industrie aéronautique ou encore des pièces d’éoliennes pour l’industrie énergétique. L’industrie automobile y fait également appel pour la fabrication des roulements, la plupart du temps à température ambiante. FORGE® NxT simule de manière efficace et précise tous les procédés de laminage circulaire et laminage de forme.
Le laminage circulaire
En forge libre, la simulation numérique est utilisée avec divers objectifs: valider la faisabilité d’une pièce en fonction des équipements disponibles, optimiser la gamme de forgeage et prédire les évolutions métallurgiques et microstructurales. FORGE® NxT simule tous les principaux procédés de forge libre: le martelage, le bigornage, l’étirage sur mandrin, le blooming.
Le forge libre
Le forgeage orbital est un procédé incrémental utilisé pour la fabrication de pièces axisymétriques ou quasi axisymétriques. La pièce est en général placée entre un outil inférieur fixe et un outil supérieur mobile, le poinçon. Le poinçon est légèrement incliné ce qui localise et limite, lors de chaque coup, la surface de contact entre celui-ci et la pièce. Ensuite, lors des remontées de l’outil, on applique à l’outil supérieur une rotation selon l’axe vertical pour déplacer cette zone de contact. Cela permet de réduire de manière très significative les efforts de presse et les contraintes dans les outils, et donc parfois de forger à froid alors qu’un procédé à chaud aurait été nécessaire en forgeage traditionnel. En contrepartie, comme c’est souvent le cas en forgeage incrémental, le procédé dure beaucoup plus longtemps et requiert une presse bien plus sophistiquée. FORGE® NxT simule avec succès le forgeage orbital. Il permet de valider et optimiser une gamme de fabrication, afin d’améliorer le rendement et la qualité des pièces fabriquées.
Le forgeage orbital
Cet exemple présente une opération de cintrage complexe d’un tube épais. Le tube en acier est chauffé localement par induction pour faciliter sa déformation. Lors du chauffage, des changements métallurgiques se produisent. Le calcul permet d’estimer les effort nécessaires pour ce procédé et de prédire les épaisseur locales du tube après cintrage.
Le cintrage
Le procédé d’emboutissage est utilisé pour mettre en forme des produits fins. Il peut être effectué à froid ou à chaud (Hot Press Forming, HPF). Forge® NxT permet de simuler ces deux familles de procédés, afin d’optimiser leur paramètres et de garantir la qualité des produits obtenus.
L’hydroformage est un procédé dédié à la mise en forme de produits fins, plaques ou tubes. Dans ce procédé la pression est appliquée par un fluide afin d’obtenir la géométrie finale. L’hydroformage est utilisé par des industries multiples, tels que l’industrie automobile, aérospatiale, nucléaire et la défense, pour produire des pièces de géométries complexes.
Le formage superplastique consiste à mettre une pièce en forme dans des conditions très particulières : la température est environ égale à la moitié de la température de fusion, les vitesses de déformation sont très basses, la microstructure du matériau doit être fine et homogène. Dans ce procédé la pression est appliquée par un gaz afin d’obtenir la géométrie finale. FORGE® NxT permet de simuler non seulement le formage superplastique simple, mais aussi le formage superplastique avec soudage par diffusion d’un ensemble de plaques.
Le formage superplastique
Les Procèdès de traitement
Le traitement thermique
Les Procèdès de traitement
Les composants forgés sont traités thermiquement afin d’améliorer leurs propriétés d’usage. FORGE® NxT simule divers procédés de traitements thermiques, tels que: l’austenitisation commune à la plupart des traitements thermiques, la trempe à l’huile ou à l’eau (y compris la descente dans le bain de trempe si applicable), la trempe par pulvérisation, le chauffage par induction, la cémentation, la nitruration et le revenu. La chaîne de procédés de traitements thermiques peut être simulée par FORGE® NxT afin de prédire les propriétés finales d’utilisation. Par exemple, on peut simuler l’enchaînement d’une cémentation, d’une trempe et d’un revenu, ou l’enchaînement d’un chauffage par induction et d’un revenu.
Le filetage par roulage est utilisé pour la production des filets de vis de haute qualité. En comparaison avec l’usinage, il permet d’économiser 15% de matière. FORGE® NxT simule avec succès ce procédé, ce qui fait de lui le meilleur logiciel sur le marché pour la simulation de la gamme complète de production de vis de hautes technologies, du forgeage au filetage. L’utilisation d’un algorithme de contact et d’un schéma de réactualisation des coordonnées naturellement adapté au procédé permet d’obtenir des résultats précis. Il n’est pas nécessaire de faire d’hypothèses sur la cinématique de la pièce, en imposant une rotation ou en bloquant certaines composantes de son déplacement. La simulation est donc un outil qui permet d’optimiser en finesse les paramètres du procédé.
Le filetage par roulage
Cintrage à plat classique
Cintrage d’un fer plat sur chant
Cintrage sur chant de plusieurs pièces
Cintrage en hélice
Les procédés de fluotournage/repoussage permettent d’obtenir des pièces cylindriques de formes complexes avec possibilité de réduction d’épaisseurs. Les difficultés de ce type de procédés sont liées à la localisation des zones de déformations instantanées et au grand nombre de révolutions. Pour répondre à ce type de problématique des méthodes numériques spéciales ont été développées dans FORGE® NxT afin de réduire les temps des calculs en gardant une bonne précision pour les résultats.
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