Outils d'expression des besoins fonctionnels 47

De nos jours, une fois le travail de conception d'un mécanisme achevé, un dessin de définition de chaque pièce est édité. Il est soit 2D sur une mise en plan ou 3D grâce à un modeleur CAO. Des spécifications géométriques sont associées à cette définition géométrique. Ce dessin est par la suite transmis au bureau des méthodes qui réalise les gammes de fabrication, avant la production des pièces. Les besoins fonctionnels d'une pièce, définis dans le cas d'impellers au §I.4, sont traduits par des spécifications géométriques fonctionnelles. Ce dessin de définition et ses spécifications géométriques associées sont fondamentaux car ils font office de contrat entre les services bureau d'étude et fabrication. 4.4.1 Spécifications géométriques actuelles

Depuis les années 80, les spécifications géométriques des pièces mécaniques sont principalement réalisées à l'aide de la norme ISO 1101 [ISO 06], et les pales d'impellers font souvent l'objet de spécifications géométriques de défaut de forme quelconque et d'épaisseur minimale.

La figure I.25 présente le dessin de définition complet d'un inducteur. Pour des raisons de confidentialité, des cotations ont été effacées ainsi que les valeurs des tolérances. La figure I.24 est un détail de ce dessin, elle se focalise sur les cotations de la pale.

Figure I.24 : Spécifications géométriques classiques des pales d'un impeller. Les pales de cette pièce font donc bien l'objet de trois spécifications géométriques :

- De défaut de forme quelconque avec référence sur l'ensemble de la pale avec pour nominal le modèle CAO. Le système de référence est construit sur les surfaces définissant l'axe de rotation de la pièce, un plan de référence axial et un calage angulaire. De plus, la pale fait l'objet d'une spécification de saut de forme.

- D'état de surface général sur toute la pale à l'aide d'une rugosité arithmétique. - D'épaisseur de la pale.

4.4.2 Nouvelle proposition de spécifications géométriques de pièces

Actuellement, la spécification géométrique de défaut de forme est utilisée pour tenter de garantir les besoins de rendement exigés par la mécanique des fluides. Cette spécification définit une zone de tolérance homogène en épaisseur autour de la surface, dans laquelle la surface fabriquée doit être comprise dans son intégralité pour que la pièce soit acceptée. Puis, l'hypothèse est faite que si la pièce respecte cette spécification, alors elle répond aux besoins fonctionnels, mais rien ne permet de garantir cette affirmation. Souvent, la valeur de la tolérance est définie de façon plus ou moins arbitraire. Elle est obtenue par l'expérience de l'entreprise. Ce type de spécification géométrique impose d'utiliser des épaisseurs restreintes de la zone de tolérance pour tenter de vérifier au mieux les exigences fonctionnelles, sans pour autant garantir leur respect. Il est donc proposé de compléter cette cotation en utilisant l'IMF. Ainsi, la zone de tolérance peut être élargie et c'est l'IMF qui contraint la surface dans les zones les plus fonctionnelles – grâce à la pondération – pour respecter au mieux les besoins de rendement de la mécanique des fluides. Cette spécification géométrique permet de s'assurer que la surface fabriquée est proche, en termes de volume d'écart, de la surface théorique.

Actuellement, la spécification géométrique d'épaisseur minimale est utilisée pour tenter de garantir les besoins de résistance mécanique de la pale exigés par la mécanique des structures. La valeur de cette spécification géométrique est définie pour garantir la résistance d'une pale, dont l'épaisseur est la valeur minimale tolérée en chaque point, sous le chargement maximal de fonctionnement. Cette solution est donc conservative mais impose une épaisseur minimale de pale importante. L'augmentation de l'épaisseur de la pale diminue donc son rendement en dynamique des fluides. Ainsi, il est proposé d'utiliser l'IMS pour compléter la cotation d'épaisseur minimale. Cette solution permet de diminuer la valeur de l'épaisseur minimale dans la cotation d'épaisseur, grâce au respect du besoin fonctionnel en volumique apporté par l'IMS, ce qui permet d'obtenir des pales plus fines et donc plus performantes.

L'utilisation des indicateurs IMF et IMS pour spécifier des besoins fonctionnels sur un dessin de définition permet d'apporter une vision volumique de l'erreur commise lors de la fabrication. Cette approche volumique de la spécification géométrique permet d'élargir les tolérances de fabrication ponctuelles sur une surface, en globalisant l'erreur commise. En effet, le rendement au sens de la mécanique des fluides d'une pale n'est pas obtenu par un point isolé, mais par une surface complète dont chaque zone a une importance différente, e.g. le BA d'un inducteur de compresseurs est plus critique, car il est plus sujet à la cavitation que le BF. De ce fait, grâce à l'IMF et à sa pondération, une cotation plus précise peut être définie

pour exprimer les exigences de rendement de la mécanique des fluides. Il en est de même pour les exigences de résistance mécanique de la pale, qui sont obtenues par le volume de la pale avec des criticités plus ou moins importantes sur chaque zone en fonction du chargement mécanique appliqué par le fluide. L'IMS est donc mieux adapté qu'une cotation d'épaisseur minimale, pour exprimer cette exigence.