Chapitre 4 : PROPOSITION ET EVALUATION DU COUT DE REALISATION
4.9. Estimation des coûts des dépenses énergétiques liées aux traitements
4.4.1. Préambule
4.4.2.1. Détermination des dimensions de l’outil
la largeur : le diamètre maximale de la tête des pointes de diamètre
∅5,40 est de ∅12. Pour la largeur de l’outil, nous choisissons = 15. La longueur }: le diamètre de la surface active du poinçon est de ∅23.
Nous prendrons } = 23.
La hauteur ℎ : nous la prendrons égale à l’épaisseur du galet. Donc ℎ = 15.
Page | 105
Page | 106
Page | 107 4.4.2.2. Le traçage
Le matériau à découper est un anneau circulaire, donc la portion à découper est un secteur. Un raisonnement analogue au raisonnement mené à la section 4.3.1.2 (pour déterminer l’angle au centre) a conduit à trouver :
( = cosaAg]+ H]− ] 2 ∗ H h
Application numérique
= 24 ; = H = 48 ; ( = 28,95°. Dans la suite, on prendra : ( = 29°
Mise en œuvre du traçage
Tracer le cercle de rayon , = 48 sur le galet.
Dessiner le polygone régulier inscrit dans ce cercle d’angle au centre ( (figure 4.12).Considérons maintenant un coté du polygone [AB].
Figure 4.12 : délimitation de l’angle au centre
Page | 108 Tracer deux droites perpendiculaires au côté considéré passant par les
extrémités A et B. Tracer ensuite la droite ∆ tel que I∆, (4l =16.
(figure 4.13).
Figure 4.13 : délimitation de la largeur de l’outil
Cette droite coupe les perpendiculaires en et v. 4lv est la portion à découper (figure 4.14).
Figure 4.14 : délimitation de de la portion à découper
Page | 109 4.4.2.3. Le découpage
Le découpage se fera en deux temps :
le premier découpage se fera suivant (4, le deuxième suivant (v.
4.4.2.4. Obtention du porte-outil
La gamme d’usinage est présentée dans le tableau ci-dessous.
Tableau 4.1 : gamme d’usinage du porte-outil
Page | 110
GAMME D’USINAGE N°1/2
Pièce: porte-insert Matière : acier eutectoïde
Brut : voir croquis de phase de la phase 10 Nombre : 1
Page | 111 Tableau 4.1 : gamme d’usinage du porte-outil (suite)
GAMME D’USINAGE N°1/2
Pièce: porte-insert Matière : acier eutectoïde
Brut : voir croquis de phase de la phase 10 Nombre : 1
Page | 112 Tableau 4.1 : gamme d’usinage du porte-outil (suite et fin)
GAMME D’USINAGE N°1/2
Pièce: porte-insert Matière : acier eutectoïde
Brut : voir croquis de phase de la phase 10 Nombre : 1
40 CONTROLE FINAL METROLOGIE
4.4.2.5. L’assemblage
4.4.2.5.1. L’emmanchement forcé
Cette opération se fera sous presse. L’ajustement de l’opération est donné par25 : 15 H7 / p6
25 André Chevalier, Guide du dessinateur industriel, HACHETTE, Edition 2004, I.S.B.N. 2.01.16.8831.0. p52.
F4 B1
Page | 113 Dans un premier temps, insérer le porte-outil dans l’étau de la presse et
l’immobiliser.
Déposer convenablement comme indiqué sur le dessin d’assemblage l’outil dans la rainure.
Faire descendre la matrice de pression et presser ensuite progressivement à l’aide du volant jusqu’à faire loger entièrement l’outil (comme indiqué sur le dessin d’assemblage).
4.4.2.5.2. Le vissage
Prendre les deux vis (Vis CHC M4-6) et visser de part et d’autre.
4.5. Cas des mâchoires 4.5.1. Préambule
La figure 4.15 montre quelques mâchoires après usinage.
Figure 4.15 : les mâchoires usinées par sous-traitance Le dessin de définition de la mâchoire fixe se trouve à la page 115.
A la page 116, on observe :
− le dessin de définition de l’insert,
Page | 114
− le dessin de définition du porte-insert, et
− le dessin d’assemblage de l’ensemble.
L’assemblage se fera par emmanchement forcé.
4.5.2. Choix du matériau de base de l’insert
Pour l’insert, nous proposons l’emploi du TSP6 (nomenclature THYSSEN).
Suivant la norme NF EN ISO 4957 05/00, il s’agit du HS 18-6-6-5-4. Sa composition chimique est donnée dans le tableau 4.24.
Tableau 4.2 : composition chimique du TSP6 Elément
chimique Carbone Chrome Cobalt Molybdène Tungstène Vanadium Teneur
− une quantité importante de carbures durs résistant à l’usure et répartis de façon homogène,
− une dureté très élevée à l’état traité, pouvant atteindre 70 HRC 26,
− une ténacité comparable à celle des aciers surcarburés classiques avec des duretés plus élevées,
− une bonne aptitude à la rectification, ceci malgré le niveau de dureté très élevé.
− une haute résistance à l’usure et à la compression.
26 La dureté des carbures de tungstène varie de 84 à 91HRC (confer annexe B).
Page | 115
Page | 116
Page | 117 4.5.3. Détermination des dimensions de l’insert
4.5.3.1. La largeur
La largeur de l’outil doit être au moins égale au diamètre de la pointe afin de : ne pas faire travailler le porte-insert,
supporter les sollicitations périphériques engendrées lors du serrage.
Donc théoriquement, le choix d’une longueur =5,5 est admissible. Dans la pratique, nous proposons le choix d’une longueur ≥ 2 ∗ ∅Y, soit ≥ 10,80. Dès lors, toutes les longueurs supérieures à 10,80 sont admissibles pratiquement.
Dans cet exemple, nous choisissons = 11. 4.5.3.2. La hauteur de l’insert
− Soit la longueur sur laquelle les empreintes sont laissées sur les pointes lors du serrage (la longueur saillante).
− Soit la distance entre la tête de la pointe et le début des empreintes.
La hauteur ℎ de l’insert est alors égale à ℎ = +
Sur les pointes ∅5,40, cette longueur est variable27. La plus grande longueur mesurée est de ℎ = 12. Nous portons cette longueur à ℎ = 20.
4.5.3.3. La longueur
Nous la prendrons égale à la moitié de la longueur des mâchoires fixes, soit } = A*] = 67,5.
27 Cela dépend dans un premier temps de la longueur sur laquelle l’entaillage est réalisé, et dans un deuxième temps de la progression de l’usure.
Page | 118 4.5.3.4. Obtention de l’insert
Les dimensions précédemment déterminées seront découpées à la scie à partir d’une barre rectangulaire.
4.5.3.5. Obtention de la cale
La cale peut être obtenue en découpant (diviser par deux suivant la longueur) suivant un diamètre, une barre d’acier cylindrique lisse ∅11. (disponible à TransAcier).
4.5.3.6. Obtention du porte-insert
Page | 119 Tableau 4.3 : gamme d’usinage du porte-insert
GAMME D’USINAGE N°2/2
Pièce: porte-insert
Matière : acier eutectoïde
Brut : voir croquis de phase de la phase 10 Nombre : 1
30 CONTROLE FINAL METROLOGIE
1 2 3
Page | 120 4.5.3.7. L’assemblage
4.5.3.7.1. L’insertion du porte-insert
Cette opération se fera sous presse. L’ajustement de l’opération est donné par28 : 11 H7 / p6
Dans un premier temps, insérer le porte-insert dans l’étau de la presse et l’immobiliser.
Déposer convenablement comme indiqué sur le dessin d’assemblage l’insert dans la rainure.
Faire descendre la matrice de pression et presser ensuite progressivement à l’aide du volant jusqu’à faire loger entièrement l’outil (comme indiqué sur le dessin d’assemblage).
4.5.3.7.2. L’insertion de la cale
Cette opération se fera de la même manière que l’insertion du porte-insert.
4.6. Estimation de la tenue des couteaux et des poinçons
Pour estimer la tenue des outils (période de fonctionnement entre deux affûtages), nous allons nous inspirer d’expériences d’autres sociétés de fabrication de clous29 que nous avons contactées. Ces sociétés utilisent toutes du carbure de tungstène de différentes nuances. Le tableau 4.3 résume les données relatives à ces sociétés.
28 André Chevalier, Guide du dessinateur industriel, HACHETTE, Edition 2004, I.S.B.N. 2.01.16.8831.0. p52.
29 Faute d’outil de prévision pour calculer ou estimer la durée de vie d’un outil en fonction de sa dureté en forgeage.
E
Page | 121 4.6.1. Données sur quelques sociétés de fabrication de clous
Tableau 4.4 : données sur quelques sociétés de fabrication de clous Sociétés Outils Nuances Duretés (HV) Tenue (heures)
4.6.2. La tenue des couteaux
Les galets utilisés pour le profilage des barres cylindriques possèdent de hautes duretés. D’après [60], ces duretés varient de 1 950 à 2 150 SV. Ces galets sont donc plus durs que les nuances courantes utilisées pour la fabrication des clous.
Nous allons néanmoins choisir pour la tenue des couteaux un temps =
(voir tableau 4.3). Le tableau ci-dessous présente les longueurs des couteaux avant et après affûtage. La perte en épaisseur est calculée à côté.
Page | 122 Tableau 4.5 : évaluation de la perte d’épaisseur après affûtage
Codes outils Longueur initiale Longueur finale Epaisseur enlevée
C1825B 142,10 138,50 3,60
- 145,40 141,70 3,70
- 141,10 137,20 3,90
S200 139,30 135,20 4,10
- 139,60 135,80 3,80
C1825B 134,9 131,90 3,00
- 131,50 128,00 3,50
S200 138,00 134,60 3,40
S200 134,60 131,00 3,60
- 126,50 122,80 3,70
Moyenne - - 3,63
Déterminons le temps nécessaire pour déclasser un couteau.
Ce temps 6M correspond au temps nécessaire pour que l’épaisseur de l’outil brasé soit totalement enlevée à l’affûtage.
Si après un temps = (tableau 4.3), on a une diminution moyenne d’épaisseur I = 3,63, en combien d’heures aurons-nous à enlever une épaisseur = 15?
Pour déterminer ce temps, calculons le nombre total d’affûtage !J. L’épaisseur de l’outil30 est = 15. On a :
1 GGûR\ → 3,63
!J → 15
30 Elle est égale à l’épaisseur du galet.
Page | 123 Donc, !J =A × A JûLJ
*,>* , d’où
!J = 4,13 GGûR\;
soit !J = 4 GGûR\;.
6 = !J ∗ 6W
Application numérique :
6M = 4 × 1620
= ¡ , soit 6M = 19,06 -;, ou bien
= ¢# £ $¤¥ ¦¤ ¡ , pour une production journalière de 16 ℎ:,;.
4.6.3. La tenue des poinçons
Nous allons choisir pour la tenue des poinçons un temps § = ¨ 31 (voir tableau 4.3). Le tableau ci-dessous présente les longueurs des poinçons avant et après affûtage. La perte en épaisseur est calculée à côté.
31 Bien que la dureté du matériau utilisé varie entre 1 900 R 2 150 SV.
Page | 124 Tableau 4.6 : évaluation de la perte d’épaisseur après affûtage
Codes outils Longueur initiale Longueur finale Epaisseur enlevée
- 103,20 102,00 1,20
- 101,50 100,00 1,50
- 100,30 98,80 1.50
- 104,10 103,10 1,00
- 97,50 96,60 1,70
- 98,50 97,50 1,00
- 100,30 99,00 1,30
- 102,20 101,10 1,10
- 95,60 94,30 1,30
- 96,40 95,00 1,40
Moyenne - - 1,30
Déterminons le temps nécessaire pour déclasser un poinçon.
Ce temps 6Y correspond au temps nécessaire pour que l’épaisseur de l’outil brasé soit totalement enlevée à l’affûtage.
Si après un temps § = ¨ , on a une diminution moyenne d’épaisseur I = 1,3, en combien d’heures aurons-nous à enlever une épaisseur = 15?
Pour déterminer ce temps, calculons le nombre total d’affûtage !J. L’épaisseur de l’outil à considérer ici est © = 6.
On a :
1 GGûR\ → 1,3
!J → 15
Page | 125
4.7. Estimation du coût de réalisation
Tableau 4.7 : les prix des matériels à utiliser
Matériels32 Prix (€)
Meule verte (en carbure de silicium grain fin) - Meuleuse droite
- Meuleuse d’angle
205 138
Disque à tronçonner diamanté 302
Matériel de brasure (chalumeau, poste de soudage, etc.) 268
Totaux 91333
32 Les adresses de quelques sociétés fournisseuses que nous avons contactées dans le cadre de ce travail sont indiquées en annexe D.
33 Ce prix équivaut approximativement à 598.928 Fcfa
Page | 126 4.8. Estimation du prix d’achat du couteau et du poinçon34
Nous allons évaluer le prix d’achat du couteau et du poinçon pour la fabrication des pointes ∅5,40.
Tableau 4.8 : prix d’achat du couteau et du poinçon.
Outils Prix (€/Fcfa) Couteaux 355 232.880 poinçons 485 318.160 Totaux 840 551.040
4.9. Estimation des coûts des dépenses énergétiques liées aux traitements thermiques des outils
Au cours de notre stage, nous avons établis une fiche pour connaitre la fréquence d’utilisation des fours. Les résultats sont consignés dans le tableau 4.8
Tableau 4.9 : fréquences d’utilisation hebdomadaire des fours en heures (2013) Juin Juillet Août
1ere semaine 18 17,4 19 2eme semaine 15 20 16,6 3eme semaine 19 15 17 4eme semaine 18 19,5 17,2
Moyenne 17,56
Nous allons évaluer les dépenses liées aux traitements thermiques répétés des couteaux et des poinçons en 1 an.
34 MATERIEL HAMEX, offre BNHA 5375, SEEB, le 12-12-2005.
Page | 127 Soit :
, le coût à évaluer ;
, la moyenne hebdomadaire d’utilisation des fours ; !, le nombre de semaines que contient une année ;
¬, le prix du Kilowattheure ; Z, la puissance électrique du four.
On a :
= ∗ ! ∗ ¬ ∗ Z
Application numérique
= 17,56 ; ! = 52 ;¬ = 65 ;Z =21. = 17,56 ∗ 52 ∗ 65 ∗ 21
= . . ¡ ¢
Donc, les dépenses énergétiques durant une année dépassent à elles seules le coût de réalisation de notre projet.
Remarque Importante ! Pour la sécurité au travail,
il faut l’utilisation d’un masque anti-poussière, le port de gants, et
des lunettes de protection.
Page | 128 CONCLUSION GENERALE
Pour une société de production, la rentabilisation des outils de production doit être constamment visée car elle consolide la viabilité de l’entreprise et contribue à la rendre potentielle sur le marché de la concurrence.
Ce mémoire a pour objectif de résoudre un réel problème industriel : il s’agit d’optimiser la tenue des matrices de forgeage des clous. Les différentes réflexions menées nous ont amenées à trouver une solution pratique et très économique au problème.
D’abord, nous avons vu, qu’il est absolument inutile d’avoir toute une matrice de forgeage constitué uniquement du matériau-outil35 : il faut la juste propriété au juste endroit. Cette observation nous a permis ensuite de concevoir de nouvelles matrices constituées de deux différents matériaux. Le premier matériau participe activement au forgeage (il s’agit de l’outil), le second, passif porte le premier (il s’agit du porte-outil).
La solution trouvée face au problème a plusieurs avantages.
Dans un premier temps, cette solution diminue considérablement les coûts de revient et de maintenance des outils. Dans un deuxième temps, elle augmente le temps de bon fonctionnement des outils et améliore la qualité des pointes. Dans un troisième temps, elle réduit les consommations énergétiques, les temps d’arrêts liés aux changements d’outils sur les presses et donc augmente la production. Enfin, cette solution offre une indépendance à TransAcier face à la fabrication des outils.
35 Il s’agit du matériau participant activement au forgeage.
Page | 129 Ce séjour à TransAcier, a été pour nous très enrichissant :
premièrement, il nous a permis de faire une mise en situation des réalités industrielles ;
deuxièmement, il nous a permis d’acquérir d’autres notions dans le domaine de la gestion des équipes de travail.
Page | 130
R
EFERENCESB
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Page | 136 WEBOGRAPHIE
[52] THYSSENKRUPP MATERIALS FRANCE
<www.thyssenfrance.com/fich_tech_FR.asp?product_id=11425 >
[53] THYSSENKRUPP MATERIALS
www.thyssenfrance.com/fich_tech_FR.asp?product_id=11432
[54] UDDEHOLM, Heat treatment of tool steel, s.n, S.I, Edition 8, 20p. Juillet 2012 [On line] <www.uddeholm.com/heattreatment-english.pdf> consulté le 28-06-2013.
[55] www.pmmh.espci.fr/fr/Enseignement ; consulté le 13 Mai 2013.
[56] www.ceratizit.fr/cgi-bin/webindex/websearch_FRA.cgi ; consulté le 04-10-2013
[57] www.camachosa.com/; consulté le 18-10-2013
[58] www.golden-trade.com/cnt/gt/fabrication-de-clous-3212-52678-cat.html ; consulté le 18-10-2013.
[59] http://ansej.org.dz ; consulté le 12-10-2013.
[60] http://www.corosolutions.com/en/_PDF/galets-en-carbure-de-tungstene_fr.pdf ; consulté le 02-11-2013.
Page | 137 TABLE DES MATIERES
AVANT-PROPOS ... i
DEDICACES ... ii
REMERCIEMENTS ... iii
RESUME ... v
ABSTRACT ... vi
SOMMAIRE ... vii
LISTE DES FIGURES ... ix
LISTE DES TABLEAUX... xi
INTRODUCTION GENERALE ... 1
PROBLEMATIQUE ET CAHIER DE CHARGE ... 3
Chapitre 1 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ... 5
1.1. C’est quoi un matériau ? ... 6
1.2. Les grandes classes de matériaux ... 6
1.3. Les propriétés mécaniques des matériaux ... 7
1.3.1. Les propriétés d’élasticité ... 8
1.3.2. Les propriétés de viscoélasticité ... 8
1.3.3. Les propriétés de plasticité ... 8
1.3.4. Les propriétés de viscoplasticité ... 9
1.3.5. Les propriétés de durabilité ... 9
1.3.6. Les propriétés d’usinabilité ... 10
1.4. Les applications des matériaux ... 10
1.5. Les matériaux métalliques ... 12
1.5.1. Définitions... 12
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1.5.2. Les aciers ... 14
1.5.2.1. Généralités ... 14
1.5.2.2. Structure cristalline du fer ... 14
1.5.2.3. Définition et microstructure d’un acier au carbone ... 15
1.5.2.4. Diagramme de phases ... 17
1.5.2.5. Les différentes nuances d’aciers ... 20
1.5.2.5.1. Définitions ... 20
1.5.2.5.2. Les diverses nuances d’aciers ... 21
1.5.2.5.2.1. Les aciers utilisés à l’état ferrito-perlitique ... 21
1.5.2.5.2.2. Les aciers martensitique revenu ... 21
1.5.2.6. Influence des éléments d’alliages ... 24
1.5.2.6.1. Le Carbone ... 24
1.5.2.6.2. Le Chrome ... 24
1.5.2.6.3. Le Cobalt ... 24
1.5.2.6.4. Nickel ... 25
1.5.2.6.5. Manganèse ... 25
1.5.2.6.6. Tungstène ... 25
1.5.2.6.7. Molybdène : ... 26
1.5.2.6.8. Vanadium : ... 26
1.5.2.7. Les traitements thermiques ... 27
1.5.2.7.1. Définitions et généralités ... 27
1.5.2.7.2. Les traitements de durcissement dans la masse ... 27
1.5.2.7.2.1. L’austénitisation ... 30
1.5.2.7.2.2. La trempe ... 31
1.5.2.7.2.3. Le revenu ... 32
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1.5.2.7.2.4. Le recuit ... 34
1.5.2.7.3. Intérêt des traitements thermiques ... 34
1.5.2.7.4. Structures, propriétés et traitements thermiques ... 35
1.6. Le forgeage ... 36
1.6.1. Classification et caractéristiques des procédés de forgeage ... 37
1.7. Synthèse ... 38
Chapitre 2 : ETAT DES LIEUX A TRANSACIER ... 40
2.1. Description de la clouteuse ... 41
2.2. Description des outils et mécanisme d’obtention des pointes ... 42
2.2. Description des outils et mécanisme d’obtention des pointes ... 42