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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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Prévisions de production en usinage basées sur la méthodologie COM
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2. Production de pièces frittées et usinées
2.1 Organisation générale de la production
La métallurgie des poudres est à la base de la production des pièces frittées utilisées en mécanique générale, dans les transmissions de puissance, etc. La fabrication se décompose en deux étapes : une étape de compression d’une poudre dans une matrice, puis une étape de chauffage appelée frittage. Ce processus peut être complété par un traitement thermique. La première étape met en œuvre une presse. C’est l’outillage ou la matrice qui fixe les formes et les dimensions de la pièce finale. Une pièce dite « à vert » est obtenue. Lors de la deuxième étape, les pièces sont maintenues en température pendant un certain temps, par exemple 800 oC environ durant dix à vingt minutes pour les aciers. L’ensemble de ce processus permet la production en grande série de pièces finies cylindriques, propres à l’usage dans de nombreux cas. Cette production permet d’atteindre des quantités journalières très importantes, de l’ordre de 1 000 à 3 000 unités par jour pour des pièces automobiles, par exemple. Les cadences de compressage peuvent atteindre plus de 600 pièces par heure et par presse. Les évolutions de ce procédé métallurgique permettent d’envisager d’importantes évolutions techniques et économiques. Il reste que pour les pièces en acier par exemple, la fonction finale des pièces peut conduire à des spécifications (résistance, qualités frottantes,…) difficiles à obtenir directement. Soixante pour cent de la production frittée doit être reprise en usinage pour ajouter des formes transverses (trous, gorges,…) ou pour atteindre des tolérances (dimensions, orientations, formes, états de surfaces,…) plus faibles que celles qui sont directement obtenues directement par frittage. Ces usinages sont très souvent réalisés par outil coupant.
Dans ce cas, le contrôle de la production demande la maîtrise parfaite des deux processus différents qui s’enchaînent le frittage et l’usinage. Pour la maîtrise technique de cette production, la solution doit prendre en compte des contraintes induites par l’un et/ou par l’autre des processus. Les choix faits dans l’un peuvent avoir des conséquences dans l’autre. C’est l’ensemble des deux qu’il faut alors considérer pour réaliser une production dans les spécifications. La maîtrise...
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BIBLIOGRAPHIE
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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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