ARTheque - STEF - ENS Cachan | BTS productique 1988 : épreuve de conception des outillages

B T S PRODUCTIQUE

SESSION 1988

Epreuve de " Conception des outillages "

Cette épreuve est définie dans le référentiel

des compétences du

BTS

productique

(voir page

suivante> par les cases

hachurées de la

fonction étude.

Au travers de cette épreuve le candidat doit: imaginer,

définir,

valider ou dimensionner, enfin choisir une solution d'outillage.

Ce sujet est

particulièrement

intèressant du point de vue de sa

présentation ainsi que de la façon dont i l appréhende

les problèmes

liés

à

la conception rationnelle

des

outillages. Il

est

cependant

dommage que la 3°

partie(valider

Ullè

solution) ne porte pas SUr les

études

précédentes.La

4° partie très

intéressante dans le principe,

est délicate

à

traiter:

L'élève <par manque

d'expérience)avait

bien

des

difficultés

à

évaluer

les

2

solutions

proposées,

et

les

correcteurs bien du mal

à

évaluer le candidat.

·

CONCEPTION DES OUTILLAGES

Durée 8 heures

CAPACITE

Code

Temps

Points

Doc

Imaginer des solutions

C3

20

_Blanc

techniques.-

1. 5

•Definir une solution

4A1

40

technologique

4

Verte

Valider une solution

5A1

30

technologique

2

Rose

Choisir une solution

6B1

10

d'outillage

0.5

Bleue

NOTA

1. "Code" désigne le code de la capacité dans le référentiel du

diplôme.

2. "Temps"· est la durée

conse~llée

à passer sur chaque partie.

3. "Points" représente le

bar~me

du référentiel.

4. "Doc" désigne la couleur de la documentation spécifique de

cha-cune des questions.

CAPACIT(S tT C014P[TIIICCS l(RMINAl(S

GLOBALES

' KT IR( EH OCli'IRE

sa

lu-• A Ol'rtnl r unt soluTion

lr.chnlouf ou

techno-looloue ~

6 C OHinlr

un

lrst

1

11n

rs~~• ou une

tY•

ua-4 0 Otllnlr une oroanl-sallon

~ A DJ,.enslonner

s

8 Calculer un cuot

& A O~llnlr des crlltres

de choh

' 9 Choisir une solulloo

ou un 1110yen

7 A Ullllser un outil ·loolcleJ•

7 8 Utlllset une !Oi!thode

8 A Etablir un

des cheron cahier

8 8 Etablir un dessin

Habllr un di~Qfftf!IOe

lftbll r un dociJI'Oent de sul•l

0 E El8bllr un

IIToora-'A N<-lfre "u Point une

labr Ici lion

' 9 ~~ru re ftU pot nt un Proor&INOe

IOA r~lre respectu un

obJectif

10 8 Con~elll-.r, assister

ou ror..,r

!111

ORCANISIRH Il

1

ct

rer le prodiJ(llon

ronel lon ETUDES

)

1 tpHP[l[MC[S T(RNINALES CDICPOSAIITES r~nc Il nn K111QU[S COMPETENCES ronctlnll SECURITE TRANSVERSALES

~~=!=le=~=~=A=~~=~=~=,d=e=~=~~~==========~r===========~~;~=~~~~=~=~t~y=s=er=d=.;~~=t---n • tu rodull 8~ Et~bllr Cdcr d'un 7C Enlutr le niveau de QUI• 4RI 4ft} 481 48)

Otllnlr un Pro- Otflnlr un

pro-cf~~ ou un moyen ctd~ ou un oooyen d'assurer 11 d'nsurer h

st-oualllt <.ur ltt 4C Dtrlnlr un lest ou rssel de confor1111lt

SA? Elabllr 1~ cota- SA} Otflnlr les lion de labrltallon rtu• de

rtllha-~ lion

un SB Parite Ioer ~~

1 'tl~hll Bf"'tnl

d'un c~n·ole dt

rtsullll

~A? Choisir 1 ~82 ChoiSir un ~87 ·Choisir un

de cyc 1 e de ra br 1 oroctdt ou un oroctd~ ou un

cation moyen d'assurer moyen d'anùrer

la qua litt Il stcurJ tt

7A Utlll\~r u lootclel de CPA a document •1 8[ Etablir un DrO· OII!Mie sur 140CH OU

rer

24

IOA Faire IOA Fetre

res-orr.ter un obJec- Pecter le

con-til de oroduc- tr•l qualll~ .

11

1

etier

Il ,,_

Rnpr. re XVE f; Sr.sston 111Af\ Duree. n Il Page 1 1 Cœfficient, 5

('....)

Ln

pièce IMAGINER DES SOLUTIONS TECHNIQUES D'OUTILLAGE ·eapacité C3 Durée conseillée 1.5 H 20 points Le document Jl donne la phase 10 de l'analyse de fabrication de la (voir dessin de définition). Le document J2 indique les principales fonctions que doit remplir le porte-pièce pour cette phase sur le centre d'usinage CU2 ainsi que des liai-sons et solutions technolggiques qui permettront la réalisation des principa-les fonctions. Chaque solution est repérée de la façon suivante (exemples) Fla : solution technologique "a" assurant la fonction pricipale FT, F3c : solution technologique 11c" assurant la foriction principale f3. En associant une solution technologique à chacune des cinq fonctions principales de ce montage d'usinage, il ·est possible de concevoir des solu-tions globales en s'assurant de la compatibilité de l'ensemble. Ce n'est qu'a-près une étude cri tique qu • un choix peut êtr.e fait. ,.

-Re~·hercher

le coût minimum de réalisation

~e

·toutes les fonctionS -Tenir compte de la position du plan de .joint de la pièce brute. Pour cette pièce, celui-ci est perpendiculaire à l'axe Oz (Situation des axes sur le document Jl). TRAVAIL DEMANDE A l'aide des documents Jl et J2 1. Donner les schémas technologiques de deux solutions globales. Dans cette étude on ne tiendra pas compte des fonctions F4 et F5. Document réponse C3 n° (2 exemplaires) 2. Faire un avant-projet de cotation d'aptitude à l'emploi sur les schémas. (Spécifications géométriques données sous forme qualitati-ves).

n.,

.• ,.

XVI·: r,

1

DOCUMENT J2

Ca~-3-,

FONCTIONS PRINCIPALES devant être assurées par le montage F1 F2 F3 F4 F5 mise en position de la surface brute 82 mise en position de la surface brute 83 mise en position de l'axe de la surface brute Bl maintien en position de la pièce pendant l'usinage limitation des vibrations dues à l'usinage de Pl FONCTIONS LIAISONS SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES LIAISON 3 touches bombées Fl 2 touches fixes PLANE + 2 touches palonnées LIAISON 1 touche fixe F2 PONCTUELLE 2 touches palonnées LIAISON 2 touches fixes

:

F3 LINEAIRE 1 plan '

,.

RECTILIGNE vé long translaté Ox et pivotant Oy F4 ADHERENCE Bride F5 CONTACT·PONCTUEL Contact à ressort + blocage en position

REPERE Fla Flb F2a F2b F3a F3b F3c F4a F5c

CARACTERISTIQUES DU CENTRE D'USINAGE CU2 CH500 broche horizontale • 2 palettes

*

Courses • Fréquence de rotation broche maxi • Ayance rapide • Puissance de broche • Cône de broche • Plateau indexable

*

Magasin d'outils 500 x 500 750 x 55.0 x 450 3500 tr/mn 10 m/mn 9 kW SA 40 360 positions 24 postes Ln palette comporte en position centrale un alésage 40 H7 et un.-, rai-nure médiane de 16 H7.

['...)

0'

A

-

f-n?-~

-~~f-i~'

:::1

~

~

o"

..

34! 1

1

w

AF

....

ŒJ~

~~~

0

NOTA:

Convention

de

représentation

,__ Surface brule Surface usineé Suréoa•sseur brule

--

---

---''--·;::1'

"ë N

jŒJ

B-B

@

non d éb ouchanls

ŒJ

~Dl:l

.,.

A-A

6trousM4-6H~

JW

non débouchanls ~ '

~

·c: i--,--.

~

lw

55 H1:~ 0 " 47 H7 (~ 5 1'-42 H7 :~âs,.

' "'

A

:Centre

du

cercle

associé

à

U

B

:Centre

du

cercle

associé

à

ISZ5

31

C

:Centre

du

cercle

associé

à

10

t..l

0

:Centre

du

cercle

associé

à~

P

2

:

Plan

contenant

A-B

et

l_

â

!BJ

'/:x:

Trace

du

plan

PZ

P3

:

Plan

contenant

C-0

et

J:..

à

[Ë]]

y'y;

Trace

du

plan.

P3

PZ

l_O,OZ

P3

co

//01

P1

B1

@Z

CD

Distance

entre

les

droites

A-B

et

C-0

:

L

=

4.0:!:

O,OZ

Ra3;1;-·

v

:

Pour Ioule surface usinée 1 sauf spécification

Matière:

AS

10G-YZO

Pièce

Rep.

1

CARTER

Ech.

Document:

XVf:b

\ )( e.

f>

ANALYSE D'USINAGE

UCUMENT

J1

_PHASE

No

XVE

()

10

pa~ 1

t.:.

3

Ëlément:

_{Pièce nol CARTER}

Programme

20/mois/5

5

/Ensemble:

Matière:

AS lOG

Ensemble:

PERFORATEUR

Brut :

Y20

Désignation

..

Ph 10

FRAISAGE-ALESAGE-PERCAGE

. . . -· . ---~ -

---

----·- ---·--~-

---

--·--- ·-

---.

- ---... ---~---

---

--- ·--- ---

---~---t>1

58!.

-1

Opérations :

~

o'

.ri

co

lfl

M. outil :

.CU2

_{- - - 1}

V

_m/mn

a

/dent Nt;

_/tour

_mn

! - - - - ; - ; - - - - · · - - - ---

- - - l - - - l - - - + - - - - 1

r--

Usinage de :

___________

Outils:

1 + ·

-~4

C/J5

~6

_ P4

P5

---~--1----+---

______ _

Pl

6 trous H4-6H

_{- - - ·}

_{----·- · - - - -}

_---+----~--.

_---·

Rotation de 180°:

r-

__

=-=:..;:,..:::_.=....:.:..____:_..::__~_c_--.-- - - . - - - ·- - - · · - - - --1---~----

..

··---___ lJ

sin age _de

_fl_

____ . _________________ ··--·---

·---+---1--- _ .

Rot at ion de 9 0

a : _ _ _ _ - - - - · - · - - - · · · · - - - · - _ __:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

--·u-~-inage

de

~1

r/J2 f/;3

______________________ ---· ____________

· i

-P6 P7

-6trous

.M4-6H

--~-=---~--- -· ·--· ---·

---

---27

an

s

Capacité 3

Document Réponse

nol

1

1

1

1

1

1

:)

---c

_ _ _ ..:1

r

---

---

----28

XVE

6

~-: __ J

₁

1

1

1

l,

1

1

1

1

1

QJ .j..l ~-' Q) r i

m

o.

lltftlltt XVE h Sess1nu PHU\ Outee, fi Il Page 1 1 1 Cœf!icient ~"..)

~

DEFINIR UNE SOLUTION TECHNOLOGIQUE Capacité 4A1 Durée conseillée 4 H 40 points Le sujet de cette question .. concerne le montage d'usinage de la pièce 2 : SUPPORT DE POIN~ON, ph~~·< 2~ ·(documents VI et V2). Un modèle.cinématiqÙe appelé Tl a conduit à une première· solution te~hnologique. · · · Une

expériment~tton

.. a permis de mettre en évidence ·· · ..

-l'instabili~é·

~u

~upport

de poinçon sur le point 6 pendant l'usi-nage {vi~r~tion, flexion). -le mauvais comportement du serrage S2 {déformation de.la pièce). Ainsi se trouvent envisagées les solutions technologiques Tl-2a et T1-2b (document V2) où : les points 1, 2, 3, 4, 5 ainsi que le serrage SI sont identiques à ceux de la solution Tl le point 6 et le serrage S2 sont modifiés afin : d'assurer·une meilleure stabilité sur le point 6 d'avoir un serrage efficace sans influence néfaste sur la mise en posiéion. Vo~s pouvez utiliser l'une de ces deux solutions T1-2a ou T1-2b. TRAVAIL DEHANOE : 1. Conduire l'étude du point 6 et du serrage S2. 2. Etablir la nomenclature des piècês composant le point 6 et le ser-rage S2. Document réponse 4A1 n° 2 (Calque préimprimé) <; ~tptlt XVE 6 f'aye 1

1

DOCUMENT VI Capacité

~Al

J

1. Nomenclature des phases du SUPPPRT DE POINCON Phase Désignation Machine Su~faces Usinées

·oo

Contrôle du· brut· 10. Fraisage/Redressage. FV Entaille largeur 12 20 Alésage/Dressage CU2 FI à F4 ; 02 et 04 ; P3 + perçages 30 Fraisage/Perçage CU2 Pl 'et F5 + perçages +queue d'aronde 40 Lavage 2. Mise en position dans la phase 20 SOLUTION Tl 5'\

sz.

NOTA:

Convention

de

représenta

ti

on

Surface brute

~

Sur~ace

usinée

1

N~rvu~e ~résente, !iHL.Piece brute let supprimée à 1 rusinage <1>::2H8:~~.,,.. <1>40 Ha, ·~"" ---Sureoaisseur brute

~

~

A-A

a

A

:

Centre

du

cercle

associé

à

~

B

:

Centre

du

cercle

associé

à

ê1J

(

:

Centre

du

cercle

associé

à

~

.

;100

6trous MS 6H

[iQI\

non debouchants

Ra~Z;-'-v'

·:Pour toute surface usinée, sauf spécification

0

:

Centre

du

cercle

associé

à

g]

E]

Points

appartenant

à

la

droite

dÎnter.section

du

plan

de

F

sym

étrte

de

la

queue

d"aronde

et.

du

plan

de

jauge

P~

:

Plan

_Là

~

et

contenant

E

F

~,1~~0roites

appartenant

à

P2

Y'

Y

:Trace

du

plan

P2

Matière:

AS

10

G-Y20

_ièce

-Rep.

2

SUPPORT

de

POINÇON

<(~,

-~

'-.---./

.

"

r"'-~ :·'··.-' ~.:; o~

rl•

..

.

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''-'\.

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',y~·

"

~·'5

EfWJEch.

Document:

XV

!Of.

li• poire '(\'t·: (, Sess10u to~H O~r•e, Il H Page 1 1 3 Cœfficient, 5

lJJ

~ 1AI..IDER OU DI11EIISDIINi~R TOUl' OU PARïiB D'IWE SOLUTJ.(JN Y<:CiiK:OLCGIQUR C.-:pacité 5111 Durée conseillée : 2 H

30

points Il s'agit d'étudier le comportement et d'évaluer les performances d'un S)US ensemble appartenant au palan DEMAG. Ce palan.cst destiné à déplacer des l·:>ts de pièces et des montages. ~lractéristiques du pal~n DEHAG Fig. 3 Capacité de: charge Nombre de brins 'li tesse ct.·. levage Puissance du moteur Tension d'alimentation· Plan d'ensemble du palan Hypothèses document R1 5000 Il 7 m/mn

=

0.117 m/s 0.7 kW 220/380

v

On désire étudier le sous ensemble A (composé des pièces : 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 60, M}, lorsqu'il travaille dans les conditions les plus défavorables. La charge sus-pendue à la chaine du palan est M

=

5000 N. Schéma cinématique du sous ensemble A docu:nent tl2 Ropère XVE 6 Session 1968 Ouréo' 8 Il Page

21

3 Cœfficien L 5 TRAVAIL DEMANDE : 1. CINEMATIQUE-DYNAMIQUE 1.1 CINEMATIQUE Le mouvement de la charge au démarrage est assimilé à un mouvement uniformément accéléré, ensuite le mouvement devient uniforme. Suivant le diagramme des vitesses :

t

VGz/R.'

an

rn/s

0,-1-11

0

.

~~ t '5CZ:.C:OI'T das Déterminer l'accélération angulaire de la noix (52~53) par rapport à (11) pendant la période de démarrage. 1.2 DYNAMIQUE On désire calculer le torseur dynamique associé au sous ensemble A et ensuite déterminer les inconnues de liaisons dans les torseurs des forces extéri~ures. , On connaît le moment d'inertie Ioy du sous ensemble A sans la charge et

là

chaine 60.

*

Le poids propre du sous ensemble sera négligé devant l'importan-ce de la charge.

*

La liaison en 0 sera assim~lée à une liaison rotule ou sphéri-que. 4 La· liaison en D ·sera .assimilée à une liaison .linéaire annulaire.

*

Le torseur sur la denture en F est égal à :

(

r;7/A

=

o>

[T27/A]

F

= --+

1

-:'>

Il~

Il

·

~

-Il

F 271 A

1

cos 44° ~ -F 271 A sw 44° K

*

On notera G2 le centre de gravité de la charge de masse M.·

*

Les accélérations sont

r

-GZ/R

=

YGZ/R K et désignées par ----,)' dlJ. 45/R =

e

..

~

d t

Aopàre xvr.: Page 3 1 3 Session l~Ril Durée' 8 Il Cœfficient, 5 1.2.1 Ecrire sous forme littérale les relations permettant de déterminer les torseurs associés aux actions de liaison en 0, D et F. 1.2.2 Application numérique ~ ~ ~ ..,}) OD = 0,035 J (m) , OP, :: 0,0-1~

)-Qt

=-0,014?

+

0,067

J>+

0,031 ï<'}(m) ~ ~ ~

->

OG 2 = 0,018 i + 0,017 J-1,5 K (m)

~=

-10 7(m/s 2 ) r : rayon de la noix

=

0,018 m Ioy = 0,0004 m 2 kg M : masse de la charge 500 kg 2.· RESISTANCE DES MATERIAUX

w

f"V

On désire vérifier les dimensions de l'arbre 45. On connaît les torseurs appliqués sur la fibre neutre de cet arbre 45.

)~

•

~

.o

.E

,

~

x

~ L

z

877 J -2067 K XVE 6

r

1

SCHEMA CINEMATIQUE DU SOUS ENSEMBLE

(--~

,/

J<w1

....

_

A.

(').z.

31f)

/y

/

t

....,

->

[Tlo

=

0

>

/or~....

j

Rep~re

n~e-ué

à 11 ,

R_=

~oi~

1.

ï<1

t

-5585

J?

'...,

Repere lie a A :R-i= [Ou, v, w} [T] = ....,y A + 100,56 i

_

t

6891

?+

4328

K">

fYi1.'

...

[T]D -M

~

0 x ~

->

t

-2183 J -2261 K [T]E = __, -100,56 i On connaît également

->

-:->->

...,.;>->

-:-->

OA = 0,017 1 OD = 0,035 l OE = 0,067 l 2.1 Ecrire les équations des efforts tranchants, du moment de tor-sion, des ~oments fléchissants~ 2.2 Tracer les diagrammes des efforts tranchants, du moment de tor-sion et des moments fléchissants. 2.3 Déterminer le moment idéal de torsion et la contrainte dans la section la plus sollicitée ; Le diamètre de cette section est indiquée sur le document Rl. Mit

=V

Mt2 + MFi • M ·est la masse suspendue à la chaine 60. DOCUMENT R2

45

2

'

cc

li

EE

TG·

59

50

GG

FF

~

;

58

-'1

_P_A_L_A_N_D_E_M_A_G_P_K_2_N_1_·_E_C_H--,r

0

1100

DOCUMENT

R1

··'

'"==-=-Repère

XVE

6

Session

Durée,

8

H

Page

1

1

1

_{Cœfficient, 5}

CHOISIR UNE SOLUTION D'OUTILLAGE

Capacité 681

Durée optimale 0.5 H

10 points/100

.On envisage deux solutions d'outillage assurant la mise en position de

la

pi~ce

2

dans

1~

phase 30.

.Solution

1

Appui plan sur F1

Centreur/Locating dans les alésages 2 et 4

Solution 2

Appui plan sur

P3

Centreur/Locating dans les alésages

1

et

3

Ces montages doivent assurer de plus le bridage des

pi~ces

pendant

l'usinage des queues d'aronde qui s'effectuera sur le CU2, voir documents

81

et 82.

En utilisant les critères suivants

FONCTION MISE EN POSITION

*

qualité de la mise en position

*

qualité du maintien en position (tenue aux vibrations)

*

coût de réalisation

*

facilité d'utilisation

FONCTION BRIDAGE

*

efficacité

*

simplicité d'utilisation

'*

coût de réalisation

MAINTENANCE

*

compleiité des composants, intérchangeabilité

REGLAGE

*

mise en position

CONDITIONS D'UTILISATION

*

ergonomie,

sécurité~ environne~ent

TRAVAIL DEMANDE (sur feuille de copie0

1. En justifiant vos choix, classer ces critères, et éventuellement d'autres

si vous le souhaitez, sel9n l'importance que vous leur donnez.

2. Evaluer ces deux solutions en notant chacun de ces

crit~res

sur une

échelle allant de 0 à 4, tout en tenant compte de leur importance

relati-ve. (Vous pouvez utilement présenter vos réponses sous forme d'un tableau).

z

0

r-J

..l

0

!Jl

...

al f-z UJ r: :::> .:,) 0 0

...

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35