s gms gm conception mécanique i, 2006-2007, exercice 31 conception mécanique i & ii exercice 3...
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Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 31
S GM
Conception mécanique I & II
Exercice 3établir le CDC de la micro – broche
Corrigé
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 32
S GM
Analyse fonctionnelle
FP: Faire tourner un outil autour d’un axe
SF 1: guider l’outil
SF 2: serrer l’outil
SF 3: faire tourner l’outil
Les performances de la FP sont à spécifier dans le CDC
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 33
S GM
CDC micro-broche
Entraînement Procédé - Pièce Pièces à usiner: Géométrie Dimensions et tolérances
(cohérence) Matière
Procédé d’usinage : Outil de coupe « posage » Gamme d’usinage
(ébauche /finition)
Le CDC doit être élaboré par analyse à partir de ces données initiales pour obtenir des performances (cinématiques, statiques, dynamiques, thermiques, économiques …)
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 34
S GM Outil, matière et conditions de coupe
a) Fraise droite, Al2O3, une lèvre
b) Fraise hél. À 2 lèvres WC+TiAlN
= 300 m,
rayon d’arête < 1 m
Matières:
laiton,
acier AISI 1045,
acier Ck 45
Vitesse de coupe: 50 m/min à
250 m/min
Avance par dent s: 0,1 m ≤ s ≤ 10 m
24 octobre 2006, J. Giovanola
a)
b)
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 35
S GM
Pièces
Épaisseur de paroi minimum 5 m
Hauteur maximum 200 m
Plus petite marche: 2 m x 2 m
Plus petit angle au sommet 20°
24 octobre 2006, J. Giovanola
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 36
S GM
CDC Broche
Spécification (voir liste symboles)
Valeur Méthode de détermination
Quand Qui Remarque
Diamètre d’outil outil [mm] 3
Discussion avec des fabricants
14-11-04 JHG
Méthode de serrage d’outil
Frettage
ou pince
14-11-04 JHG
Vitesse de rotation max max [t/min]
300’000
Voir annexe 14-11-04 JHG Sert au choix des paliers
Pmax [W] 500 Voir annexe 16-10-05 JHG Sert au dim. de l’entraîn.
Ecirc , Econc m 1 Sert au choix des paliers
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 37
S GM
CDC Broche
Spécification (voir liste symboles)
Valeur Méthode de détermination
Quand Qui Remarque
Rugosité totale maximum m
0.05 Sert à dim. l’arbre
Flèche au droit de l’outil (tol. dim.) m
1 Sert au dim. de l’arbre
Effort de coupe max fléchissant l’outil [N]
3 Estimation très grossière à partir de modèles de coupe
Sert au dim. de l’arbre
Couple à vitesse max. [mNm]
0,45 À partir des efforts de coupe et du diam. outil
Sert au dim. de l’entraîn.
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 38
S GM
Annexe au CDC de la microbroche
Estimation des efforts de coupe en microfraisage
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 39
S GM Calcul des pressions spécifiques de coupe à partir de résultats d’essais de coupe orthogonale, données Matériau:
acier de construction formé à froid AISI 1045 Contrainte de rupture: 500 – 830 MPa
Conditions de coupe: Tournage d’un disque mince de diamètre 100 mm Largeur de coupe: 2,54 mm Avance par tour: 0.2 mm/tour Vitesse de rotation: 350 tours/min Angle de coupe: +5°
Résultats d’essais: Épaisseur de copeau déformée: 0.44 mm Force tangentielle: 1200 N Force d’avance (répulsion): 600 N
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 310
S GM Calcul des pressions spécifiques de coupe à partir de résultats d’essais de coupe orthogonale
Calculer: les pressions spécifiques de coupele rapport de coupe, l’angle de cisaillement le coefficient de frottement copeau-
outilla contrainte de cisaillement dans le
plan de cisaillement
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 311
S GMCalcul des pressions spécifiques de coupe à partir des expressions empiriques (Pruvot),
En admettant que la contrainte de rupture de l’acier AISI 1045 est égale à 650 MPa, calculer les pressions spécifiques de coupe en fonction:de la vitesse de coupede l’épaisseur de copeau
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 312
S GMCalcul des efforts de coupe en microfraisage, données
Estimer les efforts de coupe en microfraisage pour les conditions suivantes: Diamètre de l’outil: 400 m Nbre d’arêtes de coupe: 2 Angle d’hélice: 30° Vitesse de rotation: 300’000 t/min Avance par dent: 0,1 à 10 m Profondeur de passe: 10 à 100 m Acier avec une contrainte de rupture de 400
à 1600 MPa
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 313
S GM Cinématique de la coupe en microfraisage
Modèle classique Tlusty-Macneil
fz / Doutil < 0,1 Modèle Bao-Tansel
fz / Doutil > 0,1
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 314
S GM Cinématique de la coupe: épaisseur du copeau
2 2
Epaisseur du copeau, modèle Tlusty-Macneil
( ) sin sin
Epaisseur du copeau modèle Bao-Tansel
2 2sin( ) cos( )
60
2 2sin( ) cos( )
60
avec le numéro de
z zh f f t
ft z zx r t y r t
Z Z
ft z zh r t r t
Z Z
z
la dent et le nombre de dents
l'avance par dent (m/dent) et la vitesse d'avance (m/min)z
Z
f f
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 315
S GM
Effort de coupe tangentiel
Angle de rotation
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 316
S GM
Modèle de la coupe
h ib
n
y
z
x
Facedecoupe
Surfacedecoupe
Pièceà fraiser
n
pa
r
xy
V
outilr
, tcirconf F
r
axiale
F
f
radiale
F
z
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 317
S GM
Estimation des paramètres
max
sin 0.7 ,7
2
11.5 ,115.0cos
avance par dent 0.1 ,10
p
outil
p
a
r
ab b m m
h h h m m
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 318
S GMModélisation pour estimer les efforts de coupe en microfraisage
Hypothèses: A chaque instant, on n’a qu’une seule dent
engagée dans la matière On considère l’épaisseur du copeau constante =
épaisseur maximum (justification, voir valeurs faibles de → force maximale
On assimile le fraisage à la coupe oblique avec i = 30°
On admet que l’arête de coupe a un rayon nul
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 319
S GM Effet du rayon d’arête de coupe
h
h
1 angle de coupe = 0r
h
r
r eff
1 angle de coupe = 0r eff
h
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 320
S GM Estimation des efforts de coupe
max
1) Méthode de calcul selon les formules empiriques de Pruvot
La combinaison suivante de paramètres donne les efforts de coupe les plus faibles:
11,5 , 0,1 , 400
0,3 , 0,1 , 0,31
La
t f t f
b m h m MPa
F N F N F N
max
combinaison suivante de paramètres donne les efforts de coupe les plus élevés:
115 , 10 , 1600
8,1 , 16,7 , 18,51
2) Méthode de calcul selon les données d'Altintas
2362 , 118
t f t f
t f
b m h m MPa
F N F N F N
K MPa K
1
11,5 , 0,1
Forces minimums 0,0027 , 0,0014 , 0,003
115 , 10
Forces maximums 2,72 , 1 3 436 , 0. ,
t f t f
t f t f
MPa
b m h m
F N F N F N
b m h m
F N F F NN
Conception Mécanique I, 2006-2007, Exercice 321
S GM Estimation de la vitesse de rotation et de la puissance
outil
m
max
ax
Vitesse de coupe maximum exigée: = 250 m/min. Pour un outil de 300 m,
cette vitesse de coupe correspond à une vitesse de rotation de 265'258 t/min.
On prendra pour le CDC 300'0
coupeV
Puissance de coupe: les estimations de la force tangentielle de coupe indiquent des forces de
coupe maximum allant de = 3 à 8 N pour les aciers considérés (résistance de 400 à 1600
00 t
MPa
/
)
is
min
Pu
tF
6maxsance de coupe 8 150 10 3146 38 W
2On prendra
A cette puissance de coupe on devra ajouter les puissances dissipées dans les paliers de l
40 W
a broche
et les pertes de brassa
c
outilcoupe t
oupe
P F
P
ˆge. N'ayant encore choisi ni le mode d'entrainement ni les paliers, nous ne
pouvons à ce stade estimer la puissance dissipée. De façon plus important il faudra adapter la
caractéristique de l'
e,
entr ˆainement à celle de la résistance de coupe.