Presentation emboutissage

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 5.2
2012/2013

Plan de l’exposé
Etude fonctionnelle du système3
Introduction1
Étude bibliographique2
Etude théorique et dimensionnement4
Conclusion et perspectives6
Conception du prototype5

1
1
IntroductionIntroduction
PlanPlan
Etude théoriqueEtude théorique
etet
dimensionnementdimensionnement
Conclusion etConclusion et
perspectivesperspectives
EtudeEtude
fonctionnelle dufonctionnelle du
systèmesystème
EtudeEtude
bibliographiquebibliographique





Conception duConception du
prototypeprototype
 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 BIBLIOGRAPHIQUEETUDE BIBLIOGRAPHIQUE22
 Procédé de formage par déformation à chaud ou àProcédé de formage par déformation à chaud ou à
froid des métauxfroid des métaux
 Transformer une tôle plane en une forme complexe nonTransformer une tôle plane en une forme complexe non
développable.développable.
Procédé d’emboutissageProcédé d’emboutissagePlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





DéfinitionDéfinition
PrincipePrincipe
Déformation plastique du matériau métal qui consiste enDéformation plastique du matériau métal qui consiste en
un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenirun allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir
la forme désirée en appliquant le principe de lala forme désirée en appliquant le principe de la
conservation globale du volume du matériauconservation globale du volume du matériau ..

PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





OutillageOutillage
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 :
oOutils à simple effetOutils à simple effet
oOutils double effetOutils double effet

Phase 1 Phase 1
Le poinçon et le serre-flan sont
relevés.
La tôle est sur la matrice.
Phase 2Phase 2
le pourtour de la tôle serré
sur la matrice par Le serre-flan .
Phase 3Phase 3
La tôle est plaquée par la le poinçon
Phase 4
le poinçon est relève .
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





2
Etude bibliographiqueEtude bibliographique
Les phasesLes phases

PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Les paramètresLes paramètres
d’emboutissaged’emboutissage•Le jeu entre le poinçon et laLe jeu entre le poinçon et la
matrice:matrice:Selon la distance entre poinçon et matrice et épaisseur du
flan, on effectue le choix convenable du jeu.
•La vitesse d’emboutissageLa vitesse d’emboutissage
La vitesse du poinçon au moment de l’attaque de la tôle.
•Le rayon sur la matriceLe rayon sur la matrice
Nécessaire pour la qualité de l’embouti et la répartition
des forces
•Arrondi sur le poinçonArrondi 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’emboutissageL’effort d’emboutissage
•La pression du serre-flanLa pression du serre-flan
d < 0,95. D ou e < 0,2. (D-d)

PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





2
Etude bibliographiqueEtude bibliographique
Les différents types des machines d’emboutissLes différents types des machines d’emboutiss
La presse hydrauliqueLa presse hydrauliqueLa presse mécaniqueLa presse mécaniqueLa presseLa presse
hydropneumatiquehydropneumatique
La presse pneumatiqueLa presse pneumatique

Tôle mince et
planes
Emboutir les tôles
minces
Bruit
W.hydr/ pneu/ méca
Modélisation SADTModélisation SADT
Pièce de forme
non
développable
7
CommandeOpérateur
Niveau A-0
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Machine d’emboutissage
3
Etude fonctionnelleEtude fonctionnelle

Analyse du besoinAnalyse du besoin
Système
d’emboutissage
des tôles minces
A qui rend il service ?A qui rend il service ? Sur quoi agit le système ?Sur quoi agit le système ?
Dans quel but ?Dans quel but ?
Des tôles
minces
Service
industriel
Emboutir les
tôles minces
6
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





3

SupportFC5
Les fonctions de serviceLes fonctions de service
9
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Tôles minces
et planes
FP2
Presse
hydraulique
Energie
hydraulique
Outil
d’emboutissage
FP1
FC1
3

L’histogramme des fonctions deL’histogramme des fonctions de
servicesservices
9
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





prototypeprototype La FP2 représente une pourcentage de poids la plus élevée
3

Choix du solution technico-Choix du solution technico-
économiqueéconomique
6
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





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 S3 S4
Critères K Note total Note Total Note Total Note Total
C1 4 3 12 1 4 1 4 2 8
C2 4 2 8 1 4 2 8 2 8
C3 3 3 9 2 6 1 3 2 6
Total pondéré 29 14 15 22
Solution choisie: S1: Presse hydraulique
3

8
Analyse descendante de la solution adoptée:
Niveau A0
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





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

FP1FP1 Transformer l’énergie
Diagramme FASTDiagramme 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
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Pompe
hydrauli
que et
réservoir
Mettre le
vérin en
pression
Une
vanne
3

FP2FP2 Emboutir les tôles minces
Diagramme FASTDiagramme 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
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Table de
la presse
Maintenir
et fixer la
matrice
Goujon
de forte
section
3

9
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Schéma hydrauliqueSchéma hydrauliqueFonctionnement du systèmeFonctionnement 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
1
4
5
10
2
7
9 3
6
8
3

5
4
3
1
HypothèseHypothèse
2
Etude de l’outilEtude de l’outil
d’emboutissaged’emboutissage
Les paramètresLes paramètres
Calcul RDM etCalcul RDM et
DimensionnementDimensionnement
Les caractéristiquesLes caractéristiques
mécanique dumécanique du
systèmesystème
12
4 Etude théorique et dimensionnementEtude théorique et dimensionnement
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude






HypothèsesHypothèses
Réalisation des pièces de formes cylindriques de
caractéristiques suivantes:
13
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





La pièce finieLa pièce finie
Etude de l’outilEtude de l’outil
d’emboutissaged’emboutissageModélisationModélisation

14
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





PoinçonPoinçon
Vis 1Vis 1
Vis 2Vis 2
Serre-Serre-
flanflan
RondelleRondelle
MatriceMatrice
GoupilleGoupille

SimulationSimulation
15
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





%
Déformation principale et amincissementDéformation principale et amincissement
Le flan subit des déformations d’amincissement:
La déformation maximale est de l’ordre de 70%

Les paramètres d’emboutissageLes paramètres d’emboutissage
Le jeu entre le poinçon et laLe jeu entre le poinçon et la
matrice(w)matrice(w)
16
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Basée sur les formules suivantes:
 Pour l’acier :
 Pour l’aluminium :
 Pour les métaux non ferreux :
( )0,07 10w e e= + × ×
( )0,02 10w e e= + × ×
( )0,04 10w e e= + × ×
Avec:
e: L’épaisseur de la tôle (e=0,8mm)
Choix: Acier
0,9979 1w mm= ;

17
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





DD
d
dr
Variation de l’arrondi sur la matriceVariation de l’arrondi sur la matrice
Rp
Le rayon sur la matrice (r)Le rayon sur la matrice (r)
Deux cas extrêmes :
Rayon efficace (la relation de Kaczmarek), pour l’acier
( )0,8r D d e= × − × 5r mm=
Déchirement du flan
Formation des plis r = (D-d)/2
 r = 0

17
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Arrondie sur le poinçon (Rp)Arrondie sur le poinçon (Rp)
Le poinçon doit contenir un arrondi pour ne pas percer le flan.
Le rayon sur le poinçon: 5 10e Rp e≤ ≤
Choix: 5Rp e= × 4pR mm=
Le diamètre de la tôle (D)Le diamètre de la tôle (D)
La diamètre de la tôle: ( )2
4 /D S π= ×
L’effort du serre-flan (Ps)L’effort du serre-flan (Ps)
( )2 2
4
Ps p D d
π
= × − ×
Avec: p:pression du serre-flan
D: Diamètre du flan
d: Diamètre de l’embouti
D=151 MM
D=

16
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Pour l’acier:
L’effort d’emboutissage (Pp)L’effort d’emboutissage (Pp)
p mP d e kπ σ= × × × ×
Avec:
 k : coefficient en fonction de d / D
 σm = résistance maximale à la traction
 e: épaisseur de la tôle
 d: diamètre de l’embouti
5501,05pP daN=
P=6.55 da/mm²
Ps =4609.34

20
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Calcul RDM et dimensionnementCalcul RDM et dimensionnementDimensionnement des deux vis deDimensionnement des deux vis de
serrageserrage•Modélisation et détermination des couples deModélisation et détermination des couples de
serrageserrage eR2
R1
C1
C2
F0
F0
 F0 : L’effort de serrage de chaque vis.
 C1 : Couple due aux forces de contact des filets de la vis sur
l’écrou:
 d2: Diamètre de filetage
 C2 : C’est le couple due aux forces de contact de la pièce
( )1 0 20,16 0,583C F P d f= × × + × ×
3 3
2 1
2 0 2 2
2 1
2
3
R R
C F
R R
µ
 −
= × × × ÷
− 

21
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Choix: Vis CHC M20x70 de caractéristiques suivantes:
o Diamètre de vis: d = 20 mm;
oLongueur : 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 contraintesLes contraintes
Traction: 0F
s
σ =
Avec:
F0 : L’effort de serrage de chaque vis.
2
3
4
d
S
π
= et 3 1,2268 16,933d d P mm= − × =
1 2C C C= + C=31.273 Nm

22
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





2
3,4876 /daN mmσ =
Torsion:
4
1
0
0
d
Avec:
2 32
C d
I
I
π
τ
×
= × =
21,1637 /daN mmτ =
•Les caractéristiques mécaniquesLes caractéristiques mécaniques
2
2
1 10 80 /
1 2 64 /
er
m
er ème
e
R chiffre daN mm
R chiffre chiffre daN mm
= × =
= × =
Les deux vis sont de qualité: 8.8
•Condition de résistanceCondition de résistance
Von Mises: ² 3 ² 0,9Reeσ σ τ= + ≤
2 2
e4,028 / 0,9 R 57,6 /e daN mm daN mmσ = ≤ × =
Le choix des deux vis est vérifié

Dimensionnement du poinçonDimensionnement du poinçon
23
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





•L’effort nécessaire pour l’opérationL’effort nécessaire pour l’opération
ReFs L e= × ×
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 .
Fs =3106.4 daN

23
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





•La condition de résistanceLa condition de résistance
Avec:
 Rrg: Résistance à la rupture du cisaillement
 RP :Résistance pratique à la compression
Le choix du diamètre du poinçon est vérifié (D= 58mm)
Dimensionnement du vérinDimensionnement du vérin
•Choix du vérinChoix du vérin
La pression nécessaire pour l’emboutissage:
2
:
4
S
S poinçon
poinçon
F D
p avec S
S
π ×
= =
Dp= D – 2w
Dp= 58 mm

23
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Avec:
 ps :pression nécessaire pour l’opération d’emboutissage
 D : diamètre du poinçon en contact avec la tôle (D=78mm).
 FS : force nécessaire pour l’opération d’emboutissage
5
96,41.10Sp Pa=
Choix: vérin hydraulique Hänchen 12 série 120 9 9 03 04- 00
Les caractéristiques:
0
100
35
228
p
t
mm
mm
L mm
φ
φ
=
=
=
•Condition de résistance de la tigeCondition de résistance de la tige
La tige de vérin est sollicité au flambage

23
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





L0
FS
FS
 Modélisation
 Condition de résistance
s crF F≤
Avec:
 Fcr: est la force critique du flambement (formule d’Euler),
 Fs: force nécessaire pour l’emboutissage
 IGZ : Moment quadratique de la section de tige
Avec:
2
2
GZ
cr
E I
F
L
π × ×
=
6
46068,314 6.10s crF N F N= ≤ =
La tige du vérin résiste au flambement

24
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Dimensionnement des deux goujonsDimensionnement des deux goujons
•ModélisationModélisation
Modélisation du goujoModélisation du goujon
RA
e
BS1 S2
RB
A
X
Y
F’S
Avec:
 S1 et S2 : les deux sections cisaillées,
 F’S : La force d’emboutissage appliquée sur un seul goujon
'
23034,15
2
S
S
F
F N= =

25
PlanPlan
etet
dimensionnemendimensionnementt
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





 RA et RB: Deux réactions aux appuies,
En appliquant le PFD: 0extF =∑
ruur
et / 0AM =∑
ruur
'
11517,075
2 4
S S
A B
F F
R R N= = = =
•Condition de résistanceCondition de résistance
pg
adm
R
s
τ τ≤ =
Avec:
admτ : La résistance admissible de cisaillement ;
pgR : La résistance pratique au glissement;
: La contrainte de cisaillementτ
1 22 2
T T
S S
τ = =
× ×
Avec: 1 2S S d eπ= = × ×
1,835 13,055admMPa MPaτ τ= ≤ =
Les deux goujons résistent au cisaillement

26
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Dimensionnement de la clavetteDimensionnement 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:
min
4 t
c
adm
C
lc l
p d b
×
≥ =
× ×
Avec:
 lc : La longueur de la clavette ;
 lCmin : La longueur de la clavette minimale ;
 Ct : Couple transmissible par la clavette :
 padm : La pression de contact admissible (padm = 115 Mpa);
 d: Diamètre inférieur du poinçon (d = 30mm);
 b: Largeur de la clavette (b=8mm)
t SC F R= ×

26
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Dimensionnement du clavetteDimensionnement du clavette
43,67lc mm≥
Choix: Clavette parallèle B 8×7×45
Les caractéristiques mécaniques du systèLes caractéristiques mécaniques du systè
Pour le vérinPour le vérin
pt
Schéma du pistonSchéma du piston
pp
Ft
Fp
•La force à la sortieLa force à la sortie
p vérin pF p A= ×

26
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Avec:
 Fp : La force de sortie
 pvérin : La pression dans le vérin ;
 Ap : La section du piston
94,248pF KN=
•La force à la rentréeLa force à la rentrée
t vérin tF p A= ×
Avec:
 Ft : La force à la rentrée
 pvérin : La pression dans le vérin ;
 At : La section de la tige
82,7024tF KN=

26
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude





Pour la pompePour la pompe
A l’équilibre :
1p
pompe vérin pompe
F A
p p F
Ap
×
= ⇒ =
5,9pompeF KN=

26
5 Conception du prototypeConception du prototype
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude






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
ConclusionConclusion
6 Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives
27
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude






 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
PerspectivesPerspectives
6 Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives
28
PlanPlan
etet
EtudeEtude
systèmesystème
EtudeEtude






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