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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux méthodes et outils d’ingénierie, relatifs à la production des composants mécaniques, et replacés dans le contexte industriel actuel. Il présente une application autour de l’usinage de composants mécaniques en aciers frittés. En partant de cette application, il démontre comment les techniques de base peuvent être utilisées pour conduire à une intégration efficace permettant de contrôler la production, la qualité et les coûts.
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Jean-François RIGAL : Professeur d’Université - Directeur délégué à la conception intégrée du pôle AIP-PRIMECA (Rhône-Alpes Ouest)
INTRODUCTION
Le coût et la qualité des composants mécaniques évoluent sans cesse pour répondre aux exigences des utilisateurs de produits mécaniques. Ces progrès s’appuient sur l’évolution des outils et des méthodes en génie mécanique. Depuis les années 1970, les efforts ont porté sur les systèmes flexibles de production. Dans les années 1980, de nombreux logiciels d’aide aux métiers ont commencé à se répandre. Dans la période suivante, ce sont les télécommunications et les échanges de données, qui se sont largement développés. Des méthodes pour une organisation en parallèle des activités ou une ingénierie simultanée ont été mises au point. Simultanément, dans les domaines techniques et scientifiques en mécanique, de nouveaux procédés d’obtention de forme tels que l’usinage à grande vitesse, les bruts forgés, moulés ou pressés (« net to shape »), etc. se sont développés et ont participé aux progrès poursuivis. Aujourd’hui, il s’agit d’intégrer ces évolutions dans le monde des acteurs techniciens, ingénieurs et manageurs de la production. Le but de cet article est de présenter des méthodes et des outils pour avancer dans cette voie en s’appuyant sur une application d’usinage en finition de composants mécaniques semi-finis par frittage.
Tout d’abord, au paragraphe 1, nous préciserons les liens techniques et les types d’outils d’ingénierie exploités pour communiquer dans un espace qui considère globalement le management, le produit et la production.
Au paragraphe 2, les conditions de production des composants mécaniques frittés et usinés sont rappelées et la mauvaise usinabilité de ces matériaux issus de la métallurgie des poudres est expliquée.
Une méthodologie générale pour quantifier les divers aspects de l’usinabilité d’un matériau à travers l’approche industrielle du Couple Outil Matière (COM) est exposée au paragraphe 3. Elle est ensuite appliquée au paragraphe 4 pour divers outils de tournage de finition de composants en aciers frittés. Des problèmes spécifiques d’usinage avec chocs, de bavure et de qualité des surfaces obtenues sont considérés.
Enfin, au paragraphe 5, les problèmes d’optimisation des choix d’usinage et de production sont abordés et appliqués au cas du paragraphe précédent. Les méthodes et les outils mis en œuvre pour cette optimisation sont présentés.
La conclusion a pour objectif de rappeler les résultats de l’application et de montrer que la prise en compte des contraintes techniques et des données d’ingénierie retenues conduisent à des choix d’optimums locaux et globaux de production.
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Production de pièces frittées et usinées
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1. Conception des produits et fabrication des composants
1.1 Contexte industriel de l’intégration
Actuellement, l’ingénierie et le management de la création industrielle de produits mécaniques intègrent le développement simultané des produits et des processus associés en incluant la fabrication des composants et le soutien logistique. C’est une approche transversale et systémique. Dès le début du développement du produit, cette approche prend en compte le cycle de vie, depuis la conception jusqu’à l’exploitation. Elle inclue la qualité, les coûts, la planification et le besoin des utilisateurs. Ce développement s’appuie sur une démarche de conception coopérante qui est mise en œuvre par l’ ingénierie simultanée (IS) où l’on exploite les capacités de relations et de télécommunication des systèmes informatiques pour construire une maquette numérique (ou prototype virtuel) du produit et des moyens de production . L’IS est une forme de management de la liaison « conception/production » qui a pour objectif d’ optimiser les coûts et les délais au travers des systèmes de gestion et des logiciels métiers. La motivation industrielle pour ce développement des communications entre tous les niveaux de l’entreprise et avec ses sous-traitants est importante. Cette motivation s’est d’abord manifestée en Amérique du Nord et au Japon, mais elle est aussi très sensible en Europe. Des développements industriels sont réalisés dans de grandes entreprises de l’aéronautique ou de l’automobile. Ils montrent à la fois la faisabilité des maquettes numériques et leurs limites d’utilisation actuelle. Ces limites doivent maintenant être dépassées, à la fois de manière théorique et de manière pratique, avec tous les acteurs du domaine de la productique. Ce domaine couvre à la fois un large champ technologique et un large champ économique puisque des PME/PMI se trouvent alors en relations étroites et multiples avec les grands groupes industriels.
Le développement de l’IS est basé sur des avancées récentes issus de résultats de recherches en Sciences Appliquées, à la fois en sciences des matériaux, en informatique et en mécanique. Au niveau opérationnel, il s’agit surtout d’une approche systémique. L’ingénierie des matériaux développe sans cesse de nouveaux produits et de nouveaux procédés. L’ingénierie des systèmes...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CIOCOIU (M.), GRUNINGER (M.), NAU (D.) - Ontologies for integrating engineering applications. - Journal of Computing and Information Science in Engineering, Vol. 1, p. 45-60 (2001).
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(6) - BERG (S.) - Machinability of Sintered Steels. Guidelides for Turning,...
NORMES
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STEP Product Data Representation and Exchange (Systèmes d’automatisation industrielle et intégration). - ISO 10303 - 1994
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Spécification géométrique des produits (GPS) – Schéma directeur. - ISO/TR 14638 - 1995
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Standard Specification for Materials for Ferrous Powder Metallurgy (P/M) structural parts. - ASTM B 783-04 - 2004
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Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière. Partie 1 : présentation générale. - NF E 66-520-1 - 1997
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Matériaux métalliques frittés – Spécifications. - ISO 5755 - 2001
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