Auteur : avialatoux

Les goupilles

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Il s’agit des deux types de goupilles les plus utilisées pour les assemblages mécaniques.

Les goupilles élastique :

On peut trouver ces goupilles dans deux matériaux différent, en acier et en inox. Il est important de percer le trou, où se logera la goupille, au diamètre nominal de celle-ci.

Elles sont obtenues par enroulement d’une bande d’acier ou d’inox à haute résistance.

En cas d’efforts importants, on peut introduire deux goupilles l’une dans l’autre : montage compound

Les goupilles cylindriques fendues :

Les goupilles cylindriques fendues sont surtout utilisées pour faire des assemblages. Si l’on veut réaliser un positionnement, on utilisera plus des goupilles élastiques.

Le diamètre de perçage et le diamètre de la goupille cylindrique fendue sont différents.

Diamètre de la goupille (mm) Diamètre de perçage (mm)
2.70 3.2
3.5 4
4.4 5
5.6 6.3
7.3 8
9.3 10
12.2 13

Poches et rainures simples

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Lorsque l’on usine une poche, le rayon d’outil dépend de la profondeur de poche, pour des outils standards. Pour les rainures simple, la largeur de rainure est liée avec sa profondeur. Si on sorts des standards, on impact sur le prix de la pièce.

NB : Toutes les profondeurs qui précèdent la profondeur standard maxi sont facilement faisable.

Rapport entre le diamètre et la profondeur taillée d’une fraise :

Diamètre de la fraise (mm) Profondeur standard maxi (mm)
2 6
3 7
4 8
5 10
6 10
7 13
8 16
9 16
10 19
12 22
14 22
16 26
18 26
20 32

Rainures en T

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Lorsque l’on usine une rainure en T, plusieurs paramètres rentrent en compte (2 largeurs et 2 hauteurs) et sont reliés entre eux par une standardisation. Si on sort de ces paramètres, on augmente le prix de la pièce.

rainure en t

Toutes les cotes sont données en mm.

Diamètre d Diamètre b Hauteur a Hauteur c
6 11 de 5 à 8 5
8 14.5 de 7 à 11 7
10 16 de 9 à 14 7
12 19 de 11 à 17 8
14 23 de 12 à 19 9
18 30 de 16 à 24 12
22 37 de 20 à 29 16
28 46 de 26 à 36 20
36 56 de 33 à 46 25
42 68 de 39 à 53 32

Traitements de l’acier

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On utilise les traitements pour changer les caractéristiques de l’acier. Il y a trois types de traitements, chimiques, thermiques et thermochimiques. Le plus souvent, les différents traitements sont réalisés après l’usinage des pièces.

Les traitements les plus courants en mécanique sont les suivants :

Trempe :

La trempe est un traitement thermique qui modifie la morphologie de l’acier. Le but d’une trempe est de figer la structure cristalline de l’acier chaud en le plongeant brutalement dans un milieu froid (eau, huile). On augmente ainsi la dureté de l’acier avec comme effet secondaire de le rendre moins ductile. On peut réaliser des trempes partielles pour évité un traitement inutile de certaines surfaces.

NB : Tous les aciers ne sont pas aptes à la trempe, tout dépend du taux de carbone

Cémentation :

La cémentation est un procédé thermochimique (entre 900 et 930°C) qui consiste à augmenter le taux de carbone de la surface de la pièce. On peut choisir la profondeur de cette couche entre 0.1 et 3 mm. On augmente donc la dureté superficiel (moins dur qu’une trempe).

Nitruration :

La nitruration est un procédé thermochimique (entre 520 et 580°C) qui consiste à diffuser de l’azote à l’intérieur de la pièce. À la fin du traitement, on peut observer deux couches :

  • La couche de combinaison, en surface, d’une épaisseur approximative de 20 μm
  • La couche de diffusion plus épaisse (100 à 1000 μm)

Grace à ce procédé on augmente la dureté du matériau, la couche de diffusion sera plus dur que la couche de combinaison.

Zingage et zingage bichromatage :

Le zingage est un procédé chimique par dépôt électrolytique qui consiste à recouvrir la surface de l’acier avec du zinc pour améliorer la résistance à l’oxydation et éviter la détérioration des propriétés mécaniques de l’acier.

Une pièce zinguée sera blanche alors qu’une pièce zinguée bichromatée sera jaune.

Brunissage :

Le brunissage est un procédé chimique par dépôt électrolytique qui sert à améliorer la résistance à l’oxydation (moins bonne que le zingage). Il est souvent utilisé dans un but esthétique.

Phosphatation :

La phosphatation est un procédé chimique par dépôt électrolytique qui sert à améliorer la résistance à l’oxydation (moins bonne que le zingage). Elle est souvent utilisée dans un but esthétique.

Etats de surfaces

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Le états de surfaces sont utilisés pour deux raisons bien spécifique, pour avoir un objet esthétique ou pour certain cas d’utilisation mécanique. Selon l’utilisations, il n’est pas toujours utile d’avoir un bon état de surface car il impacte fortement sur le prix de la pièce, on ciblera donc les zones fonctionnelles.

Symbole :

Symbole Rugosité

Le Ra représente la rugosité voulu et est toujours suivit de sa précision donnée en micron : Ra 6.3 par exemple

L’emplacement du FG est réservé à la fonction de la surface : ici FG veut dire Frottement de Glissement

Fonction et exemple d’application :

Surface avec déplacements relatifs
Fonction Symbole Condition Exemple d’application Ra (µm)
Frottement de glissement FG Moyenne Coussinets-Portées d’arbres 0.8
Difficile Glissière de machines-outils 0.4
Frottement de roulement FR Moyenne Galets de roulement 0.4
Difficile Chemin de roulement à billes 0.02
Étanchéité dynamique ED Moyenne Portée pour joints V. Ring 0.8
Difficile Portée pour joints à 4 lobes 0.4
Surface avec assemblage fixe
Fonction Symbole Condition Exemple d’application Ra (µm)
Étanchéité statique ES Moyenne Surfaces d’étanchéité avec joint plat 1.6
Difficile Surfaces d’étanchéité glacées -sans joint 0.1
Assemblage fixe (symbole non normalisé) AF Moyenne Portées, centrages de pièces fixe démontable 3.2
Difficile Portées et centrages précis 1.6
Ajustement fixe avec contraintes AC Moyenne Portées de coussinets 1.6
Difficile Portées de roulements 0.8
Surface sans contraintes
Fonction Symbole Condition Exemple d’application Ra (µm)
Dépôt électrolytique DE Indiquer la rugosité de la fonction après dépôt
Mesure ME Moyenne Faces de calibres d’atelier 0.1
Surface avec contraintes
Fonction Symbole Condition Exemple d’application Ra (µm)
Résistance aux efforts alternés EA Moyenne Alésages de chapes de vérin 1.6
Difficile Barres de torsion 0.8

Quelques idées de réalisation des pièces :

Etat_S71

Les différents paliers

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Les paliers sont des organes utilisés en construction mécanique pour supporter et guider, en rotation, des arbres de transmission.

Les paliers ne sont pas les mêmes selon l’usage du pivot, il en existe 5 types.

Palier Vitesse Régularité d’utilisation Exemple d’application Remarque
Sans faible non régulière charnière de boite
Bague plastique faible non régulière pivot d’un coffre de voiture faible durée de vie
Bague bronze faible assez régulière pivot d’un bras de pelleteuse encaisse très bien les efforts tangentiels
Roulement élevée régulière axe de roue d’un chariot durée de vie variable selon utilisation (à calculer)
Bague céramique très élevée régulière broche de machine à usinage grande vitesse (UGV) faible encaissement des chocs et des efforts tangentiels

Bagues en bronze

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Les bagues en bronze sont utilisées dans les articulations pivots,  dont l’utilisation est régulière et  la vitesse est faible. Il est parfois utilisé dans des structures pivots susceptible d’encaisser des efforts tangentiels ou encore des chocs.

Le logement accueillant la bague en bronze doit avoir de bons états de surface. Son montage se fait glissant sur l’arbre (H7g6 avec un Ra de 0.8 µm) et serré dans l’alésage (H7k6 ou H7p6 avec un Ra de 1.6 µm), le serrage diffère en fonction de l’utilisation de la fonction pivot.

Pour une utilisation régulière et intensive de la fonction pivot, il faut prévoir un graisseur pour augmenter la durée de vie de celle-ci dans ces conditions spécifiques.

Il existe des bagues bronze dans le commerce mais il est possible de les usiner à façon.

Durée de vie d’un roulement

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Connaitre la durée de vie d’un roulement est primordial dans le domaine de la mécanique. Elle dépend fortement des conditions de travail du roulement ainsi que de sa caractéristique principale.

Pour calculer cette durée de vie il faut bien respecter l’ordre de cet article.

P

P : Charge dynamique équivalente

Fr : Force radial appliqué au roulement

Fa : Force axiale appliqué au roulement

Pour déterminer les coefficients X et Y on utilise le tableau suivant :

roulement-coefficient-X-et-Y-e1355009417806

C : Charge dynamique de base (donnée par les constructeurs)

Une fois la valeur de P obtenue, on passe au calcul de L10 (fiabilité à 90%).

L10

Avec :

L10 : durée de vie en millions de tours

n = 3 pour les roulements à billes

n = 10⁄3 pour les roulements à rouleaux

Pour avoir une meilleure fiabilité, on utilise la formule suivante :

Ln

  • L5 (fiabilité de 95%) : a = 0.62
  • L4 (fiabilité de 94%) : a = 0.53
  • L3 (fiabilité de 97%) : a = 0.44
  • L2 (fiabilité de 98%) : a = 0.33
  • L1 (fiabilité de 99%) : a = 0.21

Pour convertir la durée de vie en heure, on utilise la formule suivante :

L10h

N : Vitesse de rotation en tr/min

Acier usuel

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Il existe 4 types d’acier courant utilisé en usinage de pièces destinées à la mécanique générale, les aciers doux, les aciers mi-dur, les aciers dur et les aciers de décolletage.

Les valeurs moyennes du module de Young et du coefficient de poisson des aciers à usage courent sont:

E = 210 GPa

ν = 0.3

densité : 7850 kg/m3

Les aciers doux

Désignations : E24, A37, S235

L’allongement avant rupture du matériau est élevé de par sa faible teneur en carbone (jusqu’à 26% de sa longueur initiale).

Les aciers mi-dur

Désignations : C35, XC38, A60 ou C45

L’allongement avant rupture du matériau peut aller jusqu’à 22% de sa longueur initiale.

Les aciers dur

Désignation : 42CD4…

L’allongement avant rupture du matériau peut aller jusqu’à 14% de sa longueur initiale.

Les aciers de décolletage

Désignation : S300PB

La particularité de ce matériau est sa facilité d’usinage de par son alliage qui permet aux copeaux de se casser assez facilement et réduit donc l’usure des différents outils.

L’allongement de ce matériaux peut aller jusqu’à 9% de sa longueur initiale.

NB : Plus les aciers sont dur, plus les arêtes vives sont cassantes