Résistance mécanique et rigidité de la pince d'étirage

3.5.5.1 Bloc-chariot et couvercle

Comme il a été mentionné auparavant, la pince d'étirage fonctionne par un principe d'auto- serrage. En effet, une fois que les dents de la pince sont pré-serrées adéquatement sur le tube, c'est ensuite le frottement entre le tube et les dents qui force le serrage durant le procédé en raison de la géométrie de la pince. Afin de valider la résistance et la rigidité du bloc-chariot de la pince, nous avons construit un modèle qui simule la traction de la pince.

A) Informations pertinentes

• Le modèle est constitué de 3 composantes soient le bloc-chariot, les dents et le couvercle

• Chargement sur chacune des dents est de 37500 lb dont la somme vectorielle représente la capacité maximale du vérin d'étirage

• Le modèle tient compte du contact et de la déformation de chacune des composantes de la pince

• Matériau bloc chariot : acier 4340 normalisé, limite élastique : 90000 psi • Matériau couvercle : acier Ol trempé, limite élastique : 120000 psi

B) Résultats

La figure 3.33 montre les résultats visuels obtenus pour la pince d'étirage pour les contraintes. Le tableau 3.11 montre les résultats numériques obtenus par les analyses.

SCCnepr S _ l . C o p t Of So u t i on_C t­.cl.>. SLBCA5E LOADS. COM3TRAIKTÇ, l , 5U3CASE _DA.D' S t r e s s ­ EtVTMnc M­.­.do I , Von V i s e s , A­,errjcenl

M r ­ : i . ­?eOc ' OO. . Mux : ­ . I 04,j ■ 0 0 5 I o f , i r »A2 < ­>­. I L' s s I a c s n r e r t ­ F­lcdal 5.0GC.J ' 0 0 ­ < . b«tSe+tKK A , 09] è-fOO^ 3.C­37­J­­Q0*­ 3..Q2tf<0O Z . ' Z S e ­ r Q r j ^ 7.?Tkm*<Xy­ i.niG , ioo*- l , 3 6 E J * * 0 0 ' 9.iOJ**003 4 , hé-»/"+ ■;);>:■• 1.26Go> 001 H K t V W w 12WUJHH.

Bloc chariot von Mises 96350 psi

Tableau 3.11 : Résultats de calcul - Bloc chariot

Les résultats ci-dessus peuvent sembler très élevés. Cependant, lorsque l'on regarde la distribution globale des contraintes sur le bloc-chariot, on constate que le niveau de contrainte ne dépasse pas 50000 psi et que la valeur indiquée dans le tableau 3.11 est localisée à une zone bien précise de la région de contact entre le bloc-chariot et le couvercle. Puisque le bloc est de l'acier 4340 normalisé (limite élastique autour de 90 ksi), les résultats obtenus sont donc satisfaisants.

3.5.5.2 Vis extérieure de la pince

Pour la vis extérieure de la pince, nous avons validé deux calculs différents. D'abord, nous avons évalué l'effet du chargement sur la pièce à l'aide d'une analyse par éléments finis. Ensuite, puisque des filets de type ACME ont été usinés sur la pièce, nous avons validé la résistance de ces derniers à soutenir la charge maximale d'étirage. Le matériau pour cette composante est du 4140 normalisé (limite élastique de 92100 psi).

A) Analyse par éléments finis

La figure 3.34 et le tableau 3.12 résume les résultats pour les contraintes pour la vis extérieure.

s c e r o r i o , I , 5 o u t o r , c , 5L.3CA5E - S T A T : : LOADS . SUOCAS? 5C'-C-éîê5 L CfjjÇnt. Von M i r i C ' j ' J i - : 2 . 1 2 4 9 * 0 0 . . M a x : 2 . Û l 0 e * Û C - » I 34V i nA 2 1 p s i ,

I

i-f.OlDe-J-O-Jl l . 3 £ 3 « * 0 0 - , | 1.34 5e-00 4 I , 4 C 3 J ? * 0 3 4 I . 'FOft-jOe.4 i , o«?7e*rj'-M 9 . I4e-j«*û03 7 . 3£3e<003 n. 4-=n, i u . n i ;,.57?e-tCjC3 I . 3 4 / e ' O . j J

i;. i<i icoot

iTTATi: _0ADS L o o d i

Figure 3.34 : Contraintes - Vis extérieure de la pince

Vis extérieure von Mises 20010 psi

Tableau 3.12 : Résultats de calcul - Vis extérieure de la pince B) Résistance des filets ACME

Selon la référence [30], il y a 3 modes de défaillance possibles pour les filets ACME soit le cisaillement à la base des filets de la vis, le cisaillement à la base des filets de l'écrou et l'usure des filets provoquée par la pression de contact. Cependant, le dernier mode ne sera pas calculé puisque durant le procédé, la vis ne tourne pas et donc la pression agissant sur les filets, lorsque la vis est en déplacement, est nulle.

i) Cisaillement des filets de la vis

En manipulant les équations de la référence [30], on va calculer la force maximale que peuvent supporter le filet extérieur de la pièce.

0.517SxndrtLev

—: Eq. 3.7

F : Force maximale de chargement LCT : Longueur de la vis : 2 po

5V : Limite élastique du matériau de la vis (vis extérieure) : acier 1020 42000 psi

dr : Diamètre à la racine du filet : 2.75 po

t : Épaisseur à la racine du filet : 0.125 po p : Pas du filet : 0.25

p ^ 0.5775y7tdrtLev = Q.577(42000M2.75X0.125X2) = ^ ^

p 0.25 ii) Cisaillement des filets de l'écrou

On va utiliser la même équation que le calcul précédent mais certains paramètres de l'équation vont changer. En effet, le matériau utilisé pour l'écrou est différent et le diamètre représente maintenant le diamètre extérieur du filet de l'écrou.

0.577Sv7tdtL

F < y- Eq.3.8

P

F : Force maximale de chargement Lee : Longueur de l'écrou : 2 po

Sv : Limite élastique du matériau de l'écrou (bloc chariot) : acier 4340 68000 psi

d : Diamètre extérieur du filet : 3 po t : Épaisseur à la racine du filet : 0.125 po p : Pas du filet : 0.25

0.511Sy7tdtLev = 0.577(68000>r(3X0.125X2) = 3 6 9 m i b

p 0.25 3.5.5.3 Vis intérieure de la pince

De la même façon que pour la vis extérieure, les mêmes calculs ont été complétés pour valider la résistance des filets de la vis intérieure. Le matériau pour cette composante est également de l'acier 4140 normalisé (limite élastique de 92100 psi).

A) Analyse par éléments finis

La figure 3.35 et le tableau 3.13 résume les résultats pour les contraintes pour la vis intérieure.

scer-.or c _ l . So i Kit i o r ] , SUOCA5E - S~A-1C _CAC5 . , SJeiAÔE - STATIC _0ADS I . o c ^ s

U.r-«_'i.j L I t w j n l N u O u l . Von M ' J t j , Avet ouotj V i n : 1 . 0 2 C » - 0 0 2 , Max: j . O . O e - O C 1 I :>fV n A i l p s i l

W î l view 1 WUKJ

Figure 3.35 : Contraintes - Vis intérieure de la pince

Vis intérieure von Mises 59100 psi

Tableau 3.13 : Résultats de calcul - Vis intérieure de la pince B) Résistance des filets ACME

i) Cisaillement des filets de la vis

p „ 0.511SymirtLev

F < : _{Eq. 3.7}

F : Force maximale de chargement LOT : Longueur de la vis : 2.9 po

dr : Diamètre à la racine du filet : 1.75 po

t : Épaisseur à la racine du filet : 0.125 po p : Pas du filet : 0.25

Q.511SyMrtLev = Q.577(l00000Ml.75X0.125X2.9) = 4 5 9 9 7 2 /£

p 0.25 ii) Cisaillement des filets de l'écrou

Dans cette section on vérifie la résistance des filets intérieurs de la vis extérieure.

0.511SxndtL E q-3 8

F < y- —

p

F : Force maximale de chargement Lee : Longueur de l'écrou : 2.9 po

5V : Limite élastique du matériau de l'écrou (vis extérieure) : acier 1020 42000 psi

d : Diamètre extérieur du filet : 2 po t : Épaisseur à la racine du filet : 0.125 po

p : Pas du filet : 0.25

p < 0.511SymttLev = Q.577(42000M2X0.125X2.9) = 2 2 Q i m b

p 0.25

Dans le document Développement d'une machine pour l'étirage à froid de tubes d'aluminium 6063 à épaisseur variable (Page 95-101)