Rapport Bouchra (1)

PROJET INDUSTRIEL DE FIN DETUDES

Prsent

Pour lobtention du titre :

Ingnieur dEtat Arts et Mtiers Par :

Bouchra ABOU EL ANOUAR

Titre:

Caractrisation & Etude des dfauts des ressorts lames

Jury :

M.R.KABIRI Directeur du projet (ENSAM)

M.M.NADIR Parrain du projet (FLEXI RESSORTS)

M. Rapporteur (ENSAM)

M. .Examinateur (ENSAM)

Anne universitaire 2011/2012

PIFE N :

Rsum

Ce travail sinscrit dans la dmarche PDCA qui consiste l'amlioration continue

de la qualit dans lentreprise. Dans ce cadre, la socit FLEXI RESSORTS a

voulu optimiser ses non conformits au niveau du processus de fabrication des

ressorts lames.

Ainsi, pour la socit FLEXI RESSORTS, llimination des non conformits devient

capitale afin daugmenter la qualit des produits et fidliser le client. De plus, ltude et

loptimisation des paramtres de processus de fabrication est vitale pour maitriser et

normaliser le mode opratoire des ressorts lames. La rsolution de ces problmes a

t propose dans le cadre de mon projet de fin dtudes.

Le projet a t trait en adoptant diffrentes mthodes (PARETO, ISHIKAWA, PLAN

DEXPERIENCES) qui mnent la bonne expertise sur les dfauts et la proposition

adquate des solutions remdiant aux causes potentielles des ces dfauts, dont

lentreprise a valid pour une application sur terrain.

Mots cls

La dmarche PDCA ; La qualit ; Amlioration ; Non conformits ; Expertise ; PARETO ;

ISHIKAWA.

Abstract

This work is part of the PDCA approach which consists in the continuous improvement of quality in

the company. In this context, the company wanted to optimize FLEXI RESSORTS its

nonconformities in the manufacturing process of leaf springs

Thus, for society FLEXI RESSORTS, the elimination of non-compliance becomes paramount in

order to increase product quality and customer loyalty. In addition, the study and optimization of

parameters of the manufacturing process is vital to master and standardize the procedure of leaf

springs. Solving these problems has been proposed as part of my graduation project.

The project was treated by adopting different methods (Pareto, Ishikawa, PLAN OF

EXPERIMENTS) that lead to the right expertise on defects and proposing adequate solutions

addressing the potential causes of these defects, which the company has validated application on land.

Keywords:

The PDCA approach; The quality improvement; No approvals; Expertise; PARETO; ISHIKAWA.

PDCA .

FLEXI RESSORTS .

FLEXI RESSORTS

.

. .

( )

.

PDCA .

Remerciements

Cest avec un grand plaisir que je rserve ces lignes en gage dobligeance et de gratitude tous ceux

qui ont contribu de prs ou de loin llaboration et la russite de ce travail.

Je tiens exprimer ma profonde gratitude au Directeur Gnral de lEcole Nationale

Suprieure dArts et Mtiers, M. BOUIDIDA et au Directeur Adjoint M.

BENGHABRIT, ainsi qu tout le cadre administratif et professoral pour leur aide

et leur soutien.

Je tiens aussi tmoigner toute ma reconnaissance M. M.NADIR, encadrant industriel de

ce projet, qui m a prodigu ses directives prcieuses et ses conseils pertinents.

Mes vifs remerciements vont galement M.My.R.KABIRI, Professeur encadrant lEcole

Nationale Suprieure dArts et Mtiers, pour sa disponibilit et sa coordination, pour tout

lapport quil a donn ce projet par ses importantes contributions.

Une gratitude particulire aux membres du jury davoir accept dvaluer ce travail.

Un grand MERCI tous les agents de FLEXI RESSORTS qui mont soutenu durant la

priode de ce projet, spcialement Mlle.F.ATFI, qui ma aide avoir toutes les informations

techniques et professionnelles ainsi que laccs aux machines sur le chantier dont javais besoin.

Merci, enfin, toute personne qui m a offert loccasion de dcouvrir le monde du trava il,

dapprendre lesprit de ponctualit, de confirmer les techniques acquises et de nous prparer

affronter la vie active.

Ddicace

Je ddie le fruit de ce travail

A mes Parents

A qui je doit ce que je suis et envers qui je demeurerai reconnaissant toute ma vie. Rien au monde ne pourrait compenser mme une partie des sacrifices que vous avez consentis. Vous vous tes investi moi transmettre les principes et les rgles les plus corrects et les plus sacrs. Vous avez toujours donn limage du bon exemple, et vous

avez toujours t une grande fiert pour moi. Puissiez-vous trouver dans cet humble travail le tmoignage de mes gratitudes et de mes reconnaissances et lexpression de mon estime et de mes remerciements les plus

sincres. Que Dieu vous protge et vous offre sant et longue vie.

A mes deux surs

Que vous trouverez dans ce mmoire lexpression de mes remerciements les plus chaleureux pour votre soutien et votre croyance en moi.

Je vous aime

A mon grand pre

Si tu mentends aujourdhui, sache que tu nous manques et que le vide nest pas combl

A Dieu le tout puissant, le Clment, le Glorieux, le Juste et le Gracieux

Table des matires Introduction gnrale ........................................................................................................... 1

Partie 1 : Contexte gnrale de ltude

I. Prsentation de lOrganisme daccueil .......................................................................... 6

I.1. FLEXI RESSORTS .................................................................................................................... 6

I.2. Dmarche qualit FLEXI RESSORTS .......................................................................................... 6

II. Ressort lames .............................................................................................................. 7

II.1. Dfinition .......................................................................................................................................... 7

II.2. Proprits spcifiques...................................................................................................................... 7

II.3. Conception du ressort ..................................................................................................................... 8

III. Les aciers 55Cr3 et 50CrV4 ............................................................................................ 9

III.1. Composition chimique .................................................................................................................. 9

III.2. Domaine dexploitation des aciers 55Cr3 et 50CrV4................................................................ 9

III.3. Effets des lments dalliage ....................................................................................................... 10

IV. Description du processus de fabrication des ressorts lames .................................... 11

V. Problmatique industrielle et dmarche adopte ........................................................ 14

V.1. Contexte du projet ......................................................................................................................... 14

V.2. Mthodes lies au projet ............................................................................................................... 14

V.3. Objectifs du projet ......................................................................................................................... 14

V.3. Positionnement du projet ............................................................................................................. 15

Partie 2 : Dfauts de la forge

I. Synthse bibliographique ............................................................................................ 20

I.1. Forgeage chaud ............................................................................................................................. 20

I.2. Dfauts possibles lors des oprations de la forge ....................................................................... 21

II. Analyse PARETO ........................................................................................................ 22

II.1. Description de la procdure denregistrement des non-conformits ..................................... 22

II.2. Classification PARETO ................................................................................................................ 22

III. Identification des causes : Diagramme Ishikawa ....................................................... 24

III.1. Diamtre il non conforme ....................................................................................................... 24

III.2. Demi -longueur dveloppe non conforme ............................................................................. 25

III.4. Explication des causes ................................................................................................................ 26

IV. Temps de chauffe ........................................................................................................ 28

IV.1. Description du four ..................................................................................................................... 28

IV.2. Estimation du temps de chauffe ................................................................................................ 28

IV.3. Validation de la formule .............................................................................................................. 30

IV.4. Solution propose ........................................................................................................................ 30

V. Dgradation des outils ................................................................................................. 31

V.1. Synthse bibliographique ............................................................................................ 31

V.2. Effet de la dgradation de la broche ........................................................................................... 32

V.3. Solution propose .......................................................................................................................... 34

VI. Mthodes de contrles ................................................................................................. 36

Partie 3 : Dfauts du traitement thermique


I.1. Traitement thermique des nuances 55Cr3 et 50CrV4 ................................................................ 40

I.2. Dfauts possibles lors du traitement thermique ......................................................................... 43



II.2. Flche non conforme .................................................................................................................... 45

II.3. Dformation des lames ................................................................................................................. 47

II .4. Rupture des lames ....................................................................................................................... 48

III. Etude exprimentale .................................................................................................... 51

III.1. Procdure dessai .......................................................................................................................... 51

III.2. Modlisation ................................................................................................................................ 51

III.3. Rsultats ........................................................................................................................................ 52

III.4. Discussion ..................................................................................................................................... 54

IV. Exploitation des rsultats ............................................................................................ 60

IV.1. Optimisation des paramtres du traitement thermique .......................................................... 60

Partie 1 : Bilan & Recommandations

I. Synthse des problmes dtects................................................................................. 64

II. Rcapitulatif ................................................................................................................. 64

II. Etude des gains ............................................................................................................ 66

II.1. Les gains quantitatifs ..................................................................................................................... 66

II.2. Les gains qualitatifs ........................................................................................................................ 68

Conclusion & Perspectives ................................................................................................ 69

Rfrences bibliographiques .............................................................................................. 73

Annexes ............................................................................................................................... 75

Table des figures Figure 1: Four de forge....................................................................................................................... 11

Figure 2: Lames enroules .................................................................................................................. 12

Figure 3:Opration de cintrage lors du traitement thermique ................................................................ 12

Figure 4: Ressorts lames finis ........................................................................................................... 13

Figure 5: Diagramme Bte corne du projet ........................................................................................ 15

Figure 6: PARETO des non conformits enregistres entre Sep 11 et Fv 12 ........................................ 16

Figure 7:PARETO des non conformits gnres par la forge .............................................................. 22

Figure 8: Ishikawa du dfaut du diamtre de l'il ................................................................................. 24

Figure 9: Ishikawa du dfaut de la 1/2 longueur dveloppe ................................................................. 25

Figure 10: Four de la forge ................................................................................................................. 28

Figure 11: Diagramme fer-Carbone ..................................................................................................... 41

Figure 12:Diagramme TTT de l'acier 50CrV4 ...................................................................................... 42

Figure 13:PARETO des non conformits du traitement thermique ....................................................... 44

Figure 14: Lames flche non conforme ............................................................................................. 45

Figure 15: Ishikawa du dfaut de la flche ............................................................................................ 46

Figure 16: Lame dforme .................................................................................................................. 47

Figure 17: Lame casse ....................................................................................................................... 48

Figure 18: Ishikawa du dfaut de fissuration/rupture des lames ............................................................ 48

Figure 19: Squences de traitement thermique FLEXI RESSORTS .................................................... 53

Figure 20:Effet de chaque facteur sur la rponse .................................................................................. 55

Figure 21:Effet des interactions sur la rponse ..................................................................................... 56

Figure 22:Squences du traitement thermique optimis ........................................................................ 61

Table des tableaux

Tableau 1:Composition chimique des aciers 55Cr3 & 50CrV4 ................................................................9

Tableau 2: Nombre de non conformits par poste ............................................................................... 16

Tableau 3: Temprature de chauffe en forge FLEXI RESSORTS ....................................................... 26

Tableau 4: Rsultats des essais de validation......................................................................................... 30

Tableau 5: Avantages et inconvnients de la nitruration ........................................................................ 35

Tableau 6: Rsultats de l'analyse d'huile de trempe ............................................................................... 50

Tableau 7: Facteurs et Niveaux du plan d'expriences .......................................................................... 51

Tableau 8: Rsultats du plan d'expriences ........................................................................................... 52

Tableau 9: Rsultats des essais dans les conditions habituelles FLEXI RESSORTS ............................. 53

Tableau 10: Rsultats de calculs des effets et des interactions ................................................................ 54

Tableau 11: Nouveau rglage des paramtres du traitement thermique .................................................. 60

Tableau 12: Durets mesures aprs trempe et aprs revenu ................................................................. 60

Tableau 13: Rcapitulatif des solutions avec les services responsables de leur mise en plac ..................... 65

Tableau 14: Gains ralises en temps et en nergie ............................................................................... 67

Projet fin dtudes ENSAM-FLEXI RESSORTS 2011/2012

Bouchra ABOU EL ANOUAR 1

Introduction gnrale



La dmarche d'Assurance Qualit fait appel la prvention et au progrs permanent dans les

domaines de l'organisation de la qualit, de l'obtention des performances du produit et de la

matrise des processus associs aux procds industriels.

De ce fait, les organismes sont devenus conscients de limportance dutiliser des systmes

efficaces et fiables, qui permettent la matrise des processus et par la suite lassurance qualit.

Cependant, le niveau de qualit optimal ne doit pas produire des cots inadquats (sur-qualit). La

qualit, au mme titre que n'importe quelle activit dans une entreprise a un cot, mais qui est

cens rduire le cot de non-qualit.

La socit FLEXI RESSORTS adopte une politique qualit qui se base sur lapproche PDCA et

loutil QRQC dans le but est de rduire toutes sources de non-qualit. Malgr les actions

damlioration continue du service qualit le taux de non conformits demeure encore ; 50 non

conformits en moyenne par mois ont t enregistrs dans les rapports mensuels du service. Ce

qui prsente une dpense norme qui retient lattention de la socit de telle manire que ce

problme a t pos, afin de cerner les causes probables et y apporter des solutions pour rduire

cette dpense.

Cest dans cette optique o sinscrit ce projet qui sintitule : Caractrisation des dfauts des

ressorts lames.

En pratique, les modes de dfaillance des ressorts lames sont divers et complexes tant donn

que les paramtres des modes opratoires sont difficiles maitriser. Aussi, le suivi et le contrle

adopt pour les lames aprs chaque tape de fabrication sont difficiles respecter minutieusement

avec les ressources matrielles et humaines dont dispose la socit.



Ainsi pour traiter ce sujet, nous avons dvelopp notre travail en 4 parties :

La premire partie prsente le contexte gnral du projet, la description de la socit au sein de

laquelle le stage sest droul ainsi que les outils et les mthodes appliques. Ensuite, lexploitation

des rsultats obtenus aprs le diagnostic de ltat actuel, va permettre de dterminer les postes

nvralgiques.

La deuxime partie traite le premier poste critique gnrant les non conformits qui la forge. Elle

sinscrit dans la dmarche dexpertise sur les dfauts majeurs, lidentification des causes

responsables et la proposition des remdes minimisant lapparition de ces dfauts.

La troisime partie, quant elle, dcrit les phases de la caractrisation et ltude des dfauts du

procd du traitement thermique. Ces phases se droulent dans une dmarche menant un

double objectif de trouver les causes et proposer les solutions tout en assurant la conformit du

processus du traitement thermique.

Enfin, dans la quatrime partie nous essayons de prsenter un bilan de notre tude ainsi que les

actions qui remdiant aux causes racines engendrant les non conformits au niveau du processus

de fabrication. En deuxime lieu, nous prsenterons les gains qualitatifs et quantitatifs dont

lentreprise va bnficier aprs la mise en place de ces actions.



Partie 1

Contexte gnral de ltude



Introduction

I. Prsentation de lOrganisme daccueil .......................................................................... 6

I.1. FLEXI RESSORTS .................................................................................................................... 6

I.2. Dmarche qualit FLEXI RESSORTS .......................................................................................... 6

II. Ressort lames .............................................................................................................. 7

II.1. Dfinition .......................................................................................................................................... 7

II.2. Proprits spcifiques...................................................................................................................... 7

II.3. Conception du ressort ..................................................................................................................... 8

III. Les aciers 55Cr3 et 50CrV4 ............................................................................................ 9

III.1. Composition chimique .................................................................................................................. 9

III.2. Domaine dexploitation des aciers 55Cr3 et 50CrV4................................................................ 9

III.3. Effets des lments dalliage ....................................................................................................... 10

IV. Description du processus de fabrication des ressorts lames .................................... 11

V. Problmatique industrielle et dmarche adopte ........................................................ 14

V.1. Contexte du projet ......................................................................................................................... 14

V.2. Mthodes lies au projet ............................................................................................................... 14

V.3. Objectifs du projet ......................................................................................................................... 14

V.3. Positionnement du projet ............................................................................................................. 15

Conclusion



Introduction

Aprs une prsentation de lorganisme daccueil, nous prsenterons les ressorts lames ainsi que

les nuances dacier utilises. Nous dcrirons ensuite les diffrents procds du processus de

fabrication des ressorts lames.

La dernire partie sera consacre au cadre gnral du projet, ses objectifs ainsi que la dmarche

suivie pour sa ralisation.

I. Prsentation de lOrganisme daccueil

I.1. FLEXI RESSORTS

FLEXI RESSORTS est un fabricant qui sest forg rapidement une rputation en acier dans le

secteur, il est spcialis dans la fabrication des ressorts lames pour vhicules remorques, semi

remorques, remorques agraires et ferroviaires.

FLEXI RESSORTS a opt pour une stratgie d'investissement oriente vers la qualit. A cet

effet, elle dispose de machines rpondant aux normes de scurit et de qualit reconnues par les

plus grandes chanes de production. [1]

I.2. Dmarche qualit FLEXI RESSORTS

Afin damliorer le niveau de la qualit, et pour une attitude nouvelle face aux diffrents

problmes (industriels, fournisseurs...) FLEXI RESSORTS adopte la culture de QRQC, et de

PDCA.

QRQC (Quick Response Quality Control) Lapproche QRQC permet de dynamiser lorganisation de lusine ou du service, afin de produire

des rsultats rapides sur la qualit des produits et la qualit de fonctionnement des services. Elle

est base sur : la dtection, la communication, lanalyse et la vrification.

PDCA

Le PDCA est une mthode qui permet de conduire lamlioration dun produit ou dun processus.

Le cycle comporte quatre tapes : Plan, Do, Check, Act, et qui sont traduites par : Prparer,

Dvelopper, Comprendre, Agir.



II. Ressort lames

II.1. Dfinition

Un ressort lames est un type de ressort o l'on utilise la flexibilit d'une ou plusieurs lames

mtalliques superposes et leur proprits lastiques pour absorber l'nergie mcanique, produire

un mouvement, exercer un effort ou un couple sur systme. Ce type de ressort est surtout utilis

pour la suspension de vhicules afin de ramener les roues dans leur position initiale aprs une

bosse ou un cahot (deux extrmits fixes). C'est aussi le dispositif retenu en organologie pour la

ralisation des ressorts de rappel de certaines clefs d'instruments vent comme la clarinette (une

extrmit fixe).

Ces ressorts sont bass sur le principe de la flexion de longues poutres minces de section

rectangulaire. Ils sont utiliss comme ressorts monobras (fixs une extrmit), ou comme

poutres simples (fixs aux deux extrmits). Les ressorts lames peuvent tre utiliss

indpendamment ou dans les ensembles (ressorts lamelles en bottes.

II.2. Proprits spcifiques

Ressorts seuls

appropri pour les charges petites et moyennes

caractristique de fonctionnement linaire

constante du ressort relativement petite

exigences des longueurs considrables, sinon ncessite un espace minimum

cots de production bas

Ressorts lames en bottes

appropri pour les charges plus leves

caractristique de fonctionnement thoriquement linaire (le frottement entre les

feuilles cause le cours hystrtique de la courbe de fonctionnement)

constante du ressort (rigidit) relativement plus leve

grand espace requis

exigence d'un entretien appropri (lubrification et propret)



II.3. Conception du ressort

Les ressorts lames sont utiliss dans diffrentes conceptions et formes. Ils peuvent tre diviss

en trois groupes pour le calcul:

A. Ressorts simples avec un profil constant: les ressorts de formes rectangulaires, triangulaires ou

trapzodales

B. Ressorts simples avec un profil parabolique: d'habitude de forme rectangulaire, parfois les

ressorts sont plus pais au milieu et l'extrmit de la feuille

C. Ressorts lamelles en botte: construit en plusieurs conceptions. Ils utilisent des feuilles avec

un profil constant et parabolique, de forme rectangulaire, triangulaire ou trapzodale. Le

calcul prcis des ressorts en botte est trs complexe. Sur base des conditions assez simplifies,

ce calcul traite deux types de base des ressorts en bottes:

- Ressorts avec des lames de coupe constante, de forme triangulaire.

- Ressorts avec des lames de coupe constante, de forme rectangulaire. [2]



III. Les aciers 55Cr3 et 50CrV4

III.1. Composition chimique

Les nuances dacier utilises pour la fabrication des ressorts sont 55Cr3 et 50CrV4. Le 55Cr3 est

utilis pour les ressorts conventionnels et 50CrV4 pour les ressorts paraboliques (Annexe 1). La

composition chimique de ces deux nuances est prsente dans la table ci-dessus :

Tableau 1:Composition chimique des aciers 55Cr3 & 50CrV4

III.2. Domaine dexploitation des aciers 55Cr3 et 50CrV4

Les aciers 55Cr3 et 50CrV4 sont trs indiqus pour tous les emplois dans lesquels llasticit, la

rsistance aux chocs, labrasion et lusure sont des facteurs importants. Le domaine dapplication

de ces aciers est celui de la fabrication des outils car ils prsentent les proprits suivantes :

Une grande duret,

Une bonne rsistance lusure,

Une absence de fragilit,

Une bonne rsistance aux chocs thermiques,

Une bonne trempabilit pour que la structure soit homogne sur de trs grandes paisseurs

aprs le traitement thermique de trempe

Les aciers 55Cr3 et 50CrV4 font aussi partie des aciers destins la fabrication des ressorts de

type divers (ressorts lames, barres de torsion, etc...) qui sont destins au secteur automobile et

aux transports lourds. Ces nuances sont utilises aussi pour des taux de travail levs. De plus, les

aciers 55Cr3 et 50CrV4 conviennent bien pour les sollicitations par chocs et peuvent tre ports

C%

Mn%

Si%

P% max

S% max

Cr%

V%

Ni%

55Cr3

0.52-0.59

0.7-1

0.15-0.4

0.035

0.035

0.6-0.9

-

-

50CrV4

0.74-0.55

0.7-1.1

0.15-0.4

0.035

0.035

0.9-1.2

0 .1-0.2

-



jusqu des tempratures de plus de 200C. Pour cette raison, ils prsentent le choix idal pour la

fabrication des ressorts lames.

III.3. Effets des lments dalliage

Lensemble des caractristiques exiges par le domaine dapplication des aciers 55Cr3 et 50CrV4

peut tre atteint grce aux lments dalliage numrs ci-dessous :

Influence du chrome

Cet lment joue un rle essentiel dans laugmentation de la trempabilit. Il facilite la trempe

en profondeur et augmente lpaisseur trempe. Presque tous les aciers en chrome se trempent

lhuile.

Il provoque, par ailleurs, un certain retard ladoucissement lors du revenu et soppose au

grossissement du grain lors de laustnitisation.

Les aciers au chrome ont une trs grande stabilit au revenu.

Influence de silicium

Avec une teneur voisine de 0,3% en masse, il est utilis comme dsoxydant dans lacier liquide

au stade final de llaboration. Il permet aussi de diminuer la stabilit des carbures, ce qui

diminue la fragilit du mtal.

Influence de vanadium (existant dans la nuance 50CrV4)

De petites quantits de vanadium amliorent certaines proprits de lacier tel que la duret,

rsistance lusure et rsistance la chaleur. En effet, le vanadium nest pas sans

inconvnients :

- Il retarde ladoucissement au revenu

- Aux hautes teneurs (>5%), il rend difficile la rectification de lacier. [3]



IV. Description du processus de fabrication des ressorts lames

Les ressorts lames, grce aux frottements produits entre les lames lors de la dformation,

absorbent rapidement les sollicitations de grandes amplitudes. Ce type de ressort est gnralement

suffisant pour la suspension des vhicules marchandise.

Pour obtenir un ressort lames fini, les lames qui le composent subissent plusieurs oprations de

traitements mcaniques et thermiques visant leurs prodiguer les caractristiques mcaniques et

dimensionnelles requises.

Etape 1 : Dbitage

Cette tape consiste dcouper froid par cisaille les lames selon la longueur souhaite.

Etape 2 : Perage

Cette opration consiste raliser tous les trous pour lassemblage conus dans les lames ; elle est

ralise froid.

Etape 3 : la forge

Chauffage des lames

Figure 1: Four de forge

Oprations avant enroulement

Se ralisent toutes chaud sur des presses hydrauliques et se constituent de :

Dcoupe: cette tape consiste faire des dcoupes au niveau des extrmits de lame.

Poinonnage : cette opration consiste raliser des trous dans la section de la lame par

poinonnage.



Laminage parabolique : cette phase est rserve aux ressorts lames paraboliques, elle sert

rduire la section de la lame au niveau de ses extrmits. Cette phase est ralise une

temprature du domaine austnitique de lacier.

Marquage : consiste graver le nom de la socit et du client ainsi que la dsignation.

Emboutissage

Opration de lenroulement

Cette tape consiste donner la forme dsire de louverture dil aux extrmits de la lame.

Figure 2: Lames enroules

Etape 5 : Traitement thermique

Le traitement thermique consiste chauffer les lames dans un four de chauffe brleurs gaz

rgul pendant une dure denviron une temprature 930C, pour atteindre la structure

austnitique de lacier.les lames circulent dans le four sur une chane une vitesse respectant la

dure fixe.

Aussitt sortie du four, la lame subie lopration de cambrage qui consiste former chaud la

lame sur une presse hydraulique selon la courbure de gabarit. La lame est ensuite prolonge dans

un bain dhuile pour subir la trempe une temprature < 60C. Cette trempe confre la lame la

structure martensitique et les proprits mcaniques de rsistance les plus leves.

Figure 3:Opration de cintrage lors du traitement thermique



Les lames trempes subissent aprs un traitement de revenu dans le four de revenu 530C pour

remdier au problme de fragilit produite par la trempe en levant les proprits de ductilit aux

dpens de celles de rsistance.

Etape 5 : Traitement de surface par grenaillage

Le grenaillage consiste bombarder les surfaces des lames par grenailles en acier dur sous une

forte pression, afin dune part de nettoyer les surfaces oxydes par diffrents chauffages pour la

prparation la peinture, et dautre part de faire subir la surface un traitement mcanique de

dformation plastique par lintroduction des contraintes rsiduelles principalement de

compression, favorable lamlioration de la tenue en fatigue de la lame et au ralentissement de la

propagation des fissures si elles de forment.

Etape 6 : Assemblage des lames et accessoires

Etape 7 : Peinture

Cette phase consiste appliquer des couches de peinture selon les exigences de cahier des charges

sur laspect final des ressorts.

Figure 4: Ressorts lames finis



V. Problmatique industrielle et dmarche adopte

V.1. Contexte du projet

Dans le cadre de sa politique de progrs et Consciente des dfis concurrentiels, FLEXI

RESSORTS a opt pour une stratgie d'investissement oriente vers la qualit. Cest dans cette

optique, que sinscrit ce projet qui a pour but loptimisation du mode de dfaillance dans le

processus de fabrication des ressorts de fabrication FLEXI RESSORTS.

Le traitement de ce sujet permettra dune part de dterminer tous les dfauts majeurs des ressorts

lames et didentifier leurs causes potentielles. Dautre part, mettre en place dune ou des

solution(s) afin de diminuer le nombre de pices non conformes.

V.2. Mthodes lies au projet

Pour raliser ce projet, la principale dmarche suivre est la roue de Deming (PDCA) qui consiste

Planifier, Dvelopper, Contrler et Ajuster.

Aussi, un ensemble de mthodes et outils daide la dcision ont t utilises durant tout le projet

savoir les 5M, Pareto, Plan dexpriences et autres.

V.3. Objectifs du projet

Pour illustrer et justifier les besoins de ce projet, nous nous sommes bass sur le diagramme Bte

corne ci-dessous :



Figure 5: Diagramme Bte corne du projet

V.3. Positionnement du projet

Pour obtenir un ressort fini, les lames qui le composent subissent plusieurs oprations visant

leurs prodiguer les caractristiques mcaniques et dimensionnelles requises. Ces oprations

donnent naissance plusieurs dfauts qui rduisent la qualit souhaite des ressorts lames.

En effet, et pour de bien analyser la situation, un historique de 6mois (septembre 2011- Fvrier

2012) a t fait dans un premier lieu afin de recenser toutes les non conformits gnrs par le

processus de fabrication.

Le tableau suivant regroupe le nombre des non conformits enregistrs sur chaque poste :

A qui rend-il service ?

FLEXI RESSORTS

Sur quoi agit-il ?

Les ateliers de FLEXI

RESSORTS

Caractrisation & Etude des dfauts des

ressorts lames

Dans quel but ?

Standardiser une liste des dfauts des ressorts lames

Assurer la bonne comprhension des causes des ces dfauts

Rduire le taux de non-conformit lors de la fabrication des ressorts lames



Tableau 2: Nombre de non conformits par poste

Classification PARETO

Au niveau du processus de fabrication des ressorts lames, la connaissance des postes gnrant

le plus de dfauts revient tracer le diagramme Pareto:

Figure 6: PARETO des non conformits enregistres entre Sep 11 et Fv 12

Interprtation

Lanalyse du diagramme Pareto met en vidence que les procds de forge et du traitement

thermique qui exposent 20% des postes du processus de fabrication prsentent 80% des non

conformits.

0,37

0,7

0,84 0,89 0,93

0,97

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0

20

40

60

80

100

120 %

cum

ul

NB

de

NC

postes

PARETO de processus de fabrication

dfauts

%cumul

Postes

Nombre de non

conformit

Dbitage 13

Perage 42

Forge 111

TT 94

Peinture 17

Assemblage 12



Conclusion

Dans cette partie, nous avons prsent lorganisme daccueil et la dmarche qualit suivie. Ensuite,

nous avons dfini les ressorts lames, les aciers utiliss ainsi que le processus de fabrication des

ressorts lames. Et pour clturer ce chapitre, nous avons introduit le sujet de point de vue

industriel ainsi que les mthodes lies sa ralisation.

Au dpart, lobjectif de ce projet tait dexpertiser sur les dfauts des ressorts lames. En effet, et

afin de focaliser cette tude, lanalyse PARETO montre une nette prdominance des dfauts dus

au poste de la forge et celui de traitement thermique. Donc, notre tude sera concentre sur les

dfauts gnrs par la forge et le traitement thermique.



Partie 2 Dfauts de la forge



Introduction


I.1. Forgeage chaud ............................................................................................................................. 20

I.2. Dfauts possibles lors des oprations de la forge ....................................................................... 21


II.1. Description de la procdure denregistrement des non-conformits ..................................... 22


III. Identification des causes : Diagramme Ishikawa ....................................................... 24

III.1. Diamtre il non conforme ....................................................................................................... 24

III.2. Demi -longueur dveloppe non conforme ............................................................................. 25

III.4. Explication des causes ................................................................................................................ 26

IV. Temps de chauffe ........................................................................................................ 28

IV.1. Description du four ..................................................................................................................... 28

IV.2. Estimation du temps de chauffe ................................................................................................ 28

IV.3. Validation de la formule .............................................................................................................. 30

IV.4. Solution propose ........................................................................................................................ 30

V. Dgradation des outils ................................................................................................. 31

V.1. Synthse bibliographique ............................................................................................ 31

V.2. Effet de la dgradation de la broche ........................................................................................... 32

V.3. Solution propose .......................................................................................................................... 34

VI. Mthodes de contrles ................................................................................................. 36

Conclusion



Introduction

Cette partie vient pour caractriser et tudier les non conformits issues de la forge. En effet,

nous cherchons identifier les causes majoritaires gnrant les dfauts majeurs lors des oprations

du forgeage des lames ressorts.

I. Synthse bibliographique

I.1. Forgeage chaud

La forge un terme gnrique pour dfinir un ensemble doprations de mise en forme des

matriaux. Le forgeage permet la production de pices mcaniques bauches ou finies dont les

hautes caractristiques sont trs recherches. Cette mise en forme seffectue chaud ou froid

mais toujours dans le domaine de la dformation plastique, cest--dire en exerant un effort

suprieur la contrainte dcoulement du matriau. Un lopin de gomtrie simple est dform

plastiquement entre deux matrices ou outils afin dobtenir la forme dsire. Les spcificits du

forgeage sont :

- Le matriau dform ou lopin subit une importante dformation plastique qui se traduit par un

changement notable de forme ou de section.

- La part dforme plastiquement est gnralement plus consquente que la part dforme

lastiquement : ainsi on nglige la restauration lastique aprs dformation.

La forge chaud est un procd de mise en forme prpondrant dans lindustrie du transport

(notamment laronautique et lautomobile). Ce procd permet la production de pices hautes

caractristiques mcaniques. Linconvnient majeur de ce procd est lendommagement des

outils, qui subissent des sollicitations trs importantes la fois sur le plan thermique, mcanique et

tribologique.

En rsum, le forgeage chaud est un procd de mise en forme par dformation plastique dun

matriau mtallique une temprature lgrement infrieure sa temprature de fusion (0,7 Tf



Cette technique prsente deux principaux avantages :

- Elle permet dobtenir des pices dont les caractristiques dimensionnelles sont trs proches de

celles du produit fini,

- Elle confre au matriau une amlioration de ses proprits mcaniques dans certaines directions

(direction de corroyage). [4]

I.2. Dfauts possibles lors des oprations de la forge

A chaque opration de forgeage, des variations de temprature plus ou moins rapides ont lieu la

surface de la pice, ces gradients thermiques conduisent la fissuration des surfaces. En plus, les

sollicitations mcaniques et thermiques svres et les concentrations des contraintes provoquent

les ruptures brutales, la progression des fissures et la plastification superficielle associe des

fissures de fatigues thermique [5]. En effet, les dfauts de forge peuvent tre classs en :

Dfauts gomtriques : Manque de prcision gomtrique

Dfauts de point de vue mtallurgique

Dcarburation,

Grossissement du grain,

Tapure,

Surchauffe,

Oxydation.

Dfauts lis au procd dobtention

Criques,

Fissures progressives,

Ruptures brutales,

Bavures.



II. Analyse PARETO

II.1. Description de la procdure denregistrement des non-conformits

Lenregistrement et la collecte des non conformits pour le service qualit de FLEXI RESSORTS

se fait quotidiennement aprs chaque opration du processus de fabrication. Des chantillons

alatoires sont observs, mesurs et compars avec les exigences du cahier des charges. Par

ailleurs, tout cart est enregistr dans des fiches et introduit dans la base des donnes afin de

communiquer les rsultats mensuels au responsable de la qualit.

Cependant, le systme denregistrement des non conformits comporte beaucoup de failles,

surtout en ce qui concerne la nomenclature des dfauts dtects.

Do la ncessit de refaire une panoplie dcrivant et normalisant la nomenclature des dfauts

(Annexe 2).

II.2. Classification PARETO

FLEXI RESSORTS, la forge est un procd qui gnre des dfauts majeurs au cours de la

fabrication des ressorts lames. (Annexe 1, dfauts de la forge)

Lhistorique denregistrement des non conformits (Annexe 2) de la forge ma permis de trier la

liste les dfauts comme suie :

Figure 7:PARETO des non conformits gnres par la forge

0,45

0,75 0,83 0,87

0,89 0,92 0,94 0,96 0,97 0,98

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0

5

10

15

20

25

30

35

%cu

mu

l

NB

de

NC

DEFAUTS

PARETO DE FORGE

dfauts

%cumul



Interprtations

Daprs ce diagramme PARETO, les dfauts qui prsentent une prdominance dans le poste de la

forge sont :

Diamtre il non conforme ; longueur dveloppe non conforme.

Comme le perage est le poste antrieur de la forge, alors il est jug ncessaire de lintroduire dans

ltude car il peut tre cause de certaines non-conformits de la forge.

PARETO des dfauts de perage

PARETO des non conformits gnres par le perage

Lanalyse 80/20 des dfauts de perage donne comme dfauts prdominant :

longueur non conforme le diamtre et position du trou non conforme.

Les rsultats du diagramme PARETO prouvent que la non-conformit de la longueur qui est

un dfaut rencontr frquemment lors de la forge est due principalement aux mauvaises

manipulations du perage.

0,35

0,58

0,72

0,86 0,93 0,97

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1/2 longueur

NC

Diamtre trou NC

Position trou NC

lame non pere

Fraisage NC Bavures %

cum

ul

NB

de

NC

Dfauts

PARETO de Perage

dfauts

%cumul



III. Identification des causes : Diagramme Ishikawa

III.1. Diamtre il non conforme

Figure 8: Ishikawa du dfaut du diamtre de l'il

- Composition chimique

- Rsistance aux hautes tempratures

- Prcision des outils de contrle

- Fiches de non-conformit mal

remplies

- Prcision de lenrouleuse

-Non qualifie

-Mal forme

- Pices trop chaudes

- Contact pice/outillage

-Temps de chauffe des lames

- Temprature de chauffe

- Etat de surface de la broche

Diamtre il NC

Machine Main duvre Milieu

Matriau Mthode

Mesure



III.2. Demi -longueur dveloppe non conforme

Figure 9: Ishikawa du dfaut de la 1/2 longueur dveloppe

-Composition chimique

- Rsistances aux hautes tempratures

- Prcision des outils de contrle

- Fiches de non-conformit mal

remplies

- Rsultats de contrle du perage

- Prcision de lenrouleuse

- Prcision du perage du trou central

-Non qualifie

-Mal forme

- Pices trop chaudes

- Contact pice/outillage

- Conditions climat

-Temps de chauffe

- Temprature de chauffe

Longueur

dveloppe NC

Matriau Mthode

Mesure

Main duvre

Machine Milieu



III.4. Explication des causes

Les causes potentielles des dfauts majeurs du procd de la forge sont lies en grande partie la

pratique manuelle. En effet, toute mauvaise manipulation de la part de la main duvre peut

gnrer tous les dfauts de la forge.

Dans la suite de cette tude, nous se focaliserons sur ltude des causes dorigine mthode. C'est-

-dire : Temprature de chauffe, Temps de chauffe, dgradation des outils.

Temprature de chauffe

Rappelons que le forgeage chaud est un procd de mise en forme par dformation plastique

dun matriau mtallique une temprature bien dtermine. En effet, La temprature de chauffe

dpend du matriau et des dimensions de la pice. Pour les nuances dacier 55Cr3 et 50CrV4

seffectue dans lintervalle : 850C



Temps de chauffe

En rgle gnrale il ne faut pas forger une lame trop chaude, et surtout ne pas laisser la lame

chauffer inutilement dans la forge sans la forger, dans ce cas le grain grossit beaucoup et

inutilement. De plus une fois la lame est chaude, le grain continue de grossir mme si la

temprature diminue.

Donc, forger rgulirement ncessite une mtrise du temps de maintien dans le four afin dviter

les problmes de la surchauffe.

Dgradation des outils

La forge chaud permet dobtenir des pices dont les caractristiques dimensionnelles sont trs

proches de celles du produit fini. Cependant, elle conduit aux diffrents modes de dgradation des

outillages. Dans notre cas, loutil utilis pour la formation de lil est la broche. Do, lintrt de

se focaliser sur leffet de la dgradation de cet outil sur le diamtre de lil.

Rcapitulatif

Aprs avoir identifi les causes possibles gnrant les dfauts majeurs de la forge, nous avons

trouv ncessaire de focaliser notre tude sur lanalyse des deux causes suivantes :

Temps de chauffe ;

Dgradation de ltat de surface des broches

.

Donc, nous avons dtermin dans un premier lieu une formule permettant destimer le temps de

maintien dans le four en fonction des dimensions des lames et la temprature de chauffe. Ensuite,

et pour vrifier la deuxime cause, une srie dexpriences se met en place afin de quantifier leffet

de ltat des outils sur lapparition des dfauts.



IV. Temps de chauffe

En rgle gnrale il ne faut pas forger une lame trop chaude, et surtout ne pas laisser la lame

chauffer inutilement dans la forge sans la forger, dans ce cas le grain grossit beaucoup et

inutilement. De plus une fois la lame est chaude, le grain continue de grossir mme si la

temprature diminue.

Donc, forger rgulirement ncessite une mtrise du temps de maintien dans le four afin dviter

les problmes de la surchauffe.

IV.1. Description du four

Le four utilis pour chauffer les lames est un four gaz(le propane PCI=22380Kcal/Kg)

rectangulaire. Le rendement de ce four (estim de 60%) est relativement faible vu lexcs d'excs

d'air.

Figure 10: Four de la forge

IV.2. Estimation du temps de chauffe

Rappelons le principe de fonctionnement du four gaz peut tre dcrit comme une

transformation de lnergie lectrique Wl en une nergie calorifique Q.



Dans notre cas, les lments chauffer sont des lames qui doivent atteindre une temprature

suffisantes pour quelles soient forges.

On sait que : Wl= P*t

Donc, le temps de chauffe peut tre estim par la relation suivante :

t= Wl/ P

Avec : Wl= Qfour ; Q : chaleur dgage par le four

Sachant que: Qlame= Qfour * et Qlame = m* c * (Tfinale - Tinitiale)

Donc :

La formule peut tre aussi crite comme suit :

*[Lc*l*Ep*(Tfinale - Tinitiale)]

Application numrique

= 7850 Kg/m3 ; C=444 J/Kg.K ; = 60% ; P= 460 KW

Formule finale

[Lc*l*Ep *(Tfinale - Tinitiale)] (mn) (1)



IV.3. Validation de la formule

Afin de valider la formule (1), nous avons besoin deffectuer une srie dessais consistant

changer les dimensions des lames, appliquer le temps de chauffe correspondant et mesurer le

comportement des lames aprs forgeage

Rsultats exprimentaux

Tableau 4: Rsultats des essais de validation

IV.4. Solution propose

Afin de mettre en place cette formule (1), nous proposons deux solutions :

Programmation de la formule de calcul du temps en se servant dun microcontrleur. Puis,

les variables (les tempratures el les dimensions des lames) sont entres manuellement par

loprateur.

Installation dun variateur de vitesse afin de rguler la vitesse de chaine transporteuse des

lames.

Vu la conception du four de la forge, la deuxime solution semblera plus adquate, conomique et

simple mettre en uvre.

Epaisseur

(mm)

Temprature

(K)

Dimensions

(mm)

Temps de

chauffe

(min)

Rsultats

Remarque

Lc l Dil LD

7 890 142 57 8 32.1 571.66 Rsultat conforme





V. Dgradation des outils

V.1. Synthse bibliographique

Les outillages de forge chaud subissent de nombreux phnomnes tels que la fatigue,

loxydation,qui conduisent de multiples modes de dgradations, parfois concomitants.

Cependant, 80 % des rebuts doutillages sont lis lusure des cordons de bavure, traduisant

limportance du frottement dans ce procd de mise en forme.

La problmatique de la rduction des cots de production se fait ressentir plusieurs niveaux de

la fabrication. Un point essentiel concerne la rduction du cot d'outillage par pice forge. En

effet, le forgeron nutilise plus aujourdhui le marteau et lenclume, mais de gros outils de presse

pouvant peser jusqu plusieurs tonnes. On saperoit donc que les enjeux conomiques sont

importants.

Le cot du changement doutillage est en effet double. Il provient :

- dune part du prix de la matire premire ncessaire la fabrication des outils, leur traitement

de surface et leur usinage

- dautre part, de larrt des chanes de production lors du changement de loutillage.

Gnralement, le procd de forgeage chaud comprend trois tapes :

- Mise en contact brutale de la matrice et du lopin haute temprature,

- Suivie dune phase de mise en forme dont la dure dpend du procd et durant laquelle les

contraintes appliques loutil sont importantes,

- Et enfin refroidissement de loutil et jection de la pice.

Ce cycle est rpt plusieurs fois et lendommagement des outils de forge chaud se diversifie et

se complexifie dans limbrication des mcanismes dusure : fissuration par fatigue lie au cyclage

thermomcanique, changements microstructuraux et oxydation du fait du travail chaud, et enfin

la perte de ctes traduisant lusure induite par le frottement entre le lopin et la matrice.

Dans de telles configurations, la duret de lacier outil diminue. Les chocs mcaniques pendant

lopration de forgeage peuvent facilement produire de lusure abrasive et de la dformation

plastique. [6]



V.2. Effet de la dgradation de la broche

Dans notre cas, nous allons tudier leffet de lusure des broches puisquelles prsentent loutil

utilis pour la formation dil des lames matraisse des ressorts. Donc, nous prsenterons dans la

suite de ce manuscrit une tude exprimentale consiste quantifier leffet de la dgradation de la

broche dur le diamtre de lil ainsi que la longueur dveloppe.

Procdure de lessai

Compte tenu de la diversit et la complexit des paramtres de la forge, la procdure dessai a t

scrupuleusement suivie. En effet, les prouvettes dessai sont des lames de nuance 55Cr3

(annexe 3) des rfrences et de dimensions diffrentes, les paramtres du four se rglent en

fonction des paisseurs des lames et lenroulement des illets se fait selon les fiches de rglage.

Cet essai aurait permis ltude du comportement du diamtre de lil en faisant varier loutil de

lenroulement : la broche (Broche use / Broche nouvelle).

Rponses

Ces essais permettront dillustrer leffet de ltat de dgradation des outils sur les dfauts

gomtriques de la forge, notamment le diamtre de lil et la longueur. Donc, les rponses de

seront donnes par la mesure de :

Diamtre de lil ;

longueur de la lame ;

Jeu entre lil et lame.

Valeurs de rfrences

En ce qui concerne le domaine exprimental, les valeurs de rfrence seront les valeurs de

fonctionnement classiquement utilises sur la chane de production. Cest dire, les dimensions

mentionnes sur le dessin de dfinition des ressorts, (Annexe 4).

Rsultats



Tableau 4:Rsultats de l'effet de changement de l'outil de forge

Essai Tc (C)

tc (min)

Lc (mm)

Outil Diamtre de lil (mm) longueur dveloppe (mm) Jeu (mm)

D1 D2

D3 Dm Ld1 Ld2 Ld3 Ldm J1 J2 J3 Jm

Dsignation : 1 AV FORD K300

1

895

13

140

Us

31.12 serr

32.03 srr

31.61 oval

31.45 NC

572.6

570.16

573.6

572.12 C

1.9

1.15

1.5

1.51

2

895

13

140

Nouveau

32.13 rond

32.22 rond

32.02 rond

32.12 C

569.5

570.2

570.1

569.9 C

0.55

0.55

1.15

0.75

Dsignation : MERCEDESS 307 AR

3

900

16

205

Nouveau

47.9 rond

48.2 rond

48.1 rond

48.06 C

800.2

801.6

800.5

800.7 C

0.55

0.55

0.5

0.5

Dsignation : 1 AV MITSUBISHI FK

4

900

12

161

Us

34.79 oval

34.95 oval

34.58 oval

34.86 NC

653.84

652.87

652.94

653.2 NC

1.15

1.9

2.05

1.7

5

900

12

161

Nouveau

34.07 rond

33.94 rond

34.1 rond

34.03 C

650.17

651.66

651.8

651.1 C

0.55

0.55

1.15

0.75



Discussion

Cette exprience appelle les commentaires suivants :

En fait, en premire observation, on pourrait penser que les modes de dgradation de loutillage

de la forge influencent la prcision dimensionnelle des lames, et plus particulirement le diamtre

de lil et la demi-longueur dveloppe.

Les non conformits du diamtre dil et de la demi-longueur dveloppe que les on observait

sur les lames au niveau de lenrouleuse (machine de formation des illets des extrmits des

lames) sont inexistant ou moins dtectes quand on utilise une broche neuve (non use). En

effet, la comparaison des rsultats des essais 1et 2 ou ceux des essais 3 et 4 prouve que plus loutil

(la broche) est neuf, plus la prcision augmente et les dfauts diminuent.

Cette constatation est galement vrifie quand on a pris un outil utilis pour la premire fois

(essai 4) et qui a donn des rsultats conformes avec le cahier des charges.

Au vu de ces rsultats, nous pouvons dduire que la qualit et la prcision dimensionnelle des

lames forges dpendent directement de ltat des outils. Donc, toute solution remdiant aux

problmes de la forge doit cible laugmentation de la dure de vie des outils.

V.3. Solution propose

Malgr que les outils subissent un traitement thermique, leur dure de vie demeure relativement

courte. Donc, afin de surmonter le problme de dgradation des outils et damliorer leur dure

de vie, nous choisissons le traitement thermochimique : la nitruration.

Lavantage principal de ce traitement par rapport aux autres techniques de durcissement de la

surface est la faible temprature du processus (500-600C). Les composants peuvent souvent tre

nitrures en condition durcie ou de revenu total sans affecter les proprits du cur. Un autre

avantage du processus a faible temprature est le risque de distorsion minimise. En consquence,

les pices peuvent tre usines leurs dimensions finales et ne ncessitent aucun travail de finition

onreux tel quun meulage ou redressage aprs la nitruration [7].



Principe de la nitruration

Afin daugmenter la dure de vie des matrices de forge chaud, les forgerons ont de plus en plus

souvent recours lutilisation de traitement de surface comme la nitruration. Le terme nitruration

regroupe diffrents traitements thermochimiques faisant diffuser lazote (nitruration gazeuse,

nitruration ionique, nitruration plasma). La concentration en azote diminue de la surface traite

vers le cur o la concentration est nulle. La temprature de traitement est comprise entre 450C

et 600C en fonction de la nuance de lacier et des procds utiliss.

Les avantages et les inconvnients du traitement par nitruration sont rsums dans la table ci-

dessous :

Tableau 5: Avantages et inconvnients de la nitruration

Techniques de la nitruration

La nitruration conduit lobtention dun durcissement superficiel par diffusion dazote en gnral

sans traitement thermique conscutif. Lagent nitrurant peut tre :

Liquide : bains de sels fondus.

Solide : poudres.

Gazeux : ou lazote est actif ltat atomique (nitruration gazeuse classique) ou ltat

dions dans un plasma (nitruration ionique). [8]

Ces techniques se diffrencient en matire de cout dinvestissement, de temps de processus,

denvironnement, de scurit et de qualit. En effet, la technique la plus adapte pour les outils de

forge et prcisment les broches est la nitruration par un gaz.

Avantages Inconvnients

- faibles variations dimensionnelles si le

traitement est uniforme

- bonnes proprits mcaniques (duret,

frottement, fatigue)

- bonne rsistance la corrosion

- faible profondeur durcie

- traitement plus ou moins long (de quelques

heures quelques jours)

- paisseur de lusure admissible faible

- dformation admissible faible.



VI. Mthodes de contrles

Comme nous avons dj signal, les dfauts de la forge notamment la non-conformit de la

longueur dveloppe sont provenus du poste antrieur qui est le perage. Donc, une

augmentation de la frquence des lames contrles donnera des rsultats plus exploitables.

Aussi, plus le nombre dchantillonnage est grand aprs les oprations de la forge plus le contrle

est plus significatifs. En effet, des solutions proposes ce niveau sont :

Un contrle des 5 premires lames, puis 1/10 lames se contrle.

Un contrle de 100% des diamtres de lil.

Une formation des oprateurs afin qui ils effectuent eux mmes le contrle des lames

forges.

Ladoption de la nouvelle nomenclature des dfauts pour les fiches denregistrement des

non conformits.



Conclusion

Cette partie a t ddie ltude des dfauts de la forge. Dans un premier lieu, nous avons

dtermin les dfauts majeurs en se basant sur une analyse PARETO. Cette analyse nous a permis

de cerner le problme par le traitement du deux dfauts :

Non-conformit du diamtre de lil,

Non-conformit de la longueur dveloppe.

Puis, nous avons pass lidentification des causes potentielles laide des diagrammes

dIshikawa. En fait, les causes racines engendrant les dfauts de la forge sont lies

principalement :

au temps de chauffe,

la dgradation des outils.

Ensuite, et aprs avoir pu taler toutes les causes possibles, nous avons essay de proposer des

actions correctives pour y remdier. Donc, nous avons pu dtermin et valid la formule

permettant lestimation du temps de chauffe.

La poursuite de cette partie a t porte sur la vrification exprimentale de leffet de la

dgradation des outils de forge. Les essais effectus nous ont permis de mettre en vidence

linfluence de ltat de surface de la broche sur la qualit dimensionnelle des lames forges.



Partie 3 Dfauts du traitement thermique



Introduction


I.1. Traitement thermique des nuances 55Cr3 et 50CrV4 ................................................................ 40

I.2. Dfauts possibles lors du traitement thermique ......................................................................... 43



II.2. Flche non conforme .................................................................................................................... 45

II.3. Dformation des lames ................................................................................................................. 47

II .4. Rupture des lames ....................................................................................................................... 48

III. Etude exprimentale .................................................................................................... 51

III.1. Procdure dessai .......................................................................................................................... 51

III.2. Modlisation ................................................................................................................................ 51

III.3. Rsultats ........................................................................................................................................ 52

III.4. Discussion ..................................................................................................................................... 54

IV. Exploitation des rsultats ............................................................................................ 60

IV.1. Optimisation des paramtres du traitement thermique .......................................................... 60

Conclusion



Introduction

Aprs avoir trait les dfauts majeurs issus de la forge, cette partie sera consacre ltude du

traitement thermique comme tant le deuxime poste engendrant les dfauts critiques des ressorts

lames.

I. Synthse bibliographique

I.1. Traitement thermique des nuances 55Cr3 et 50CrV4

Les traitements thermiques sont constitus par un certain nombre d'oprations combines de

chauffage et de refroidissement ayant pour but :

D'amliorer les caractristiques des matriaux et rendre ceux-ci plus favorables un emploi

donn, partir des modifications suivantes :

- Augmentation de la rsistance la rupture et de la limit lastique Rem, Re, A % en

donnant une meilleure tenue de l'lment.

- Augmentation de la duret, permettant des pices de mieux rsister l'usure ou aux

chocs.

De rgnrer un mtal qui prsente un grain grossier (affiner les grains, homogniser la

structure) cas des matriaux ayant subit le forgeage.

De supprimer les tensions internes (crouissage) des matriaux avant subit une dformation

plastique froid (emboutissage, fluotournage).

Les donnes bibliographiques dcrivent le traitement thermique des aciers 55Cr3 et 50CrV4

comme suit :

Laustnitisation

Rappelons que laustnitisation est la transformation qui met en solution le carbone ainsi que les

lments dalliage prcipits sous forme de carbures. Pour ce faire, il est ncessaire de se placer

dans les conditions o le carbone est soluble dans le fer cest--dire de provoquer, par chauffage, la

transformation du fer en fer . Laustnitisation comporte deux tapes :

un chauffage jusqu la temprature dite temprature daustnitisation (et, de manire

incorrecte, temprature de trempe) ;

un maintien cette temprature.



Pratiquement, la temprature daustnitisation se dtermine par la formule suivante Ac3 + 50 C

75 C [9]. Donc pour les aciers 55Cr3 et 50CrV4, elle est comprise entre 850C et 900C.

(Figure 6)

Figure 11: Diagramme fer-Carbone

Le refroidissement

Aprs austnitisation, les aciers austnitiss vont subir un refroidissement qui a pour but d'obtenir

une structure martensitique, donc viter une transformation perlitique. La transformation de

l'austnite doit commencer et se termine dans le domaine de la martensite.

Choix de la vitesse de refroidissement

Le meilleur refroidissement est celui qui se fait grande vitesse dans l'intervalle de temprature

AC1Ms.

Avec MS est la temprature de dbut de transformation martensitique qui peut tre

correctement estime l aide de la relation dAndrews :

M s ( C ) = 5 3 9 - 4 2 3 ( % C ) - 3 0 ( % M n ) - 1 8 ( % N i ) - 1 2 ( % C r ) - 7 , 5 ( % M o ) ( 1 )

Pour les nuances des aciers 55Cr3 et 50CrV4 : MS 360C.

Ce refroidissement est ralenti vers les basses tempratures dans le domaine de la transformation

martensitique. Une grande vitesse de refroidissement dans l'intervalle martensitique est indsirable

car elle accrot les contraintes rsiduelles et produit des tapures. [10]

Pour estimer la vitesse de refroidissement, on utilise la relation entre la temprature et le temps :



T = f(logt) reprsente graphiquement. L'chelle logarithmique permet un talement convenable

des courbes de refroidissement rapide (Figure 7).

Figure 12:Diagramme TTT de l'acier 50CrV4

Choix du milieu de trempe

Le milieu de trempe doit assurer le refroidissement dans toute la section des pices, et l'obtention

d'une structure martensitique sans produire de dfauts tels que : tapures, dformations,

contraintes rsiduelles etc.

Gnralement, on utilise pour les bains de trempe, des liquides qui peuvent bouillir tels que leau,

les solutions aqueuses de sels et d'alcalins, les huiles. En effet, pour les aciers allis, on utilise

souvent des bains de l'huile. [11]

Donc la trempe permet de donner un maximum de duret l'acier HV = 700 800 Kp/mm ou

HRC = 60 65, ce qui donne une structure convenable pour le traitement de revenu.



La trempe n'est pas un traitement thermique dfinitif, le plus souvent elle est suivie d'un revenu

destin diminuer la fragilit et les contraintes internes afin de donner l'acier les proprits

mcaniques appropries.

Le revenu

Aprs la trempe, on effectue un traitement thermique de revenu qui a pour but de corriger les

dfauts causs par la trempe (contraintes internes et fragilits). Le chauffage de l'acier tremp est

effectu une temprature infrieure AC1, (selon la rsistance exige), suivi d'un maintien

cette temprature et au refroidissement jusqu' la temprature ambiante.

Donc, pour les aciers 55Cr3 et 50CrV4, le revenu qui consiste un chauffage des pices trempes

entre 550C et 650C pendant une dure dune heure environ.

Le refroidissement aprs ce revenu se fait l'eau, ce qui contribue la formation en surface de

contraintes de compression rsiduelles qui lvent la limite de fatigue des ressorts. [12]

I.2. Dfauts possibles lors du traitement thermique

Les principaux dfauts provoqus par les traitements thermiques des pices peuvent tre rsums

en trois points :

- Contraintes propres : provoques par les gradients de temprature au chauffage et au

refroidissement entre les divers points de la pice. Pour le chauffage, il faudrait que la monte en

temprature dans le four soit faible. Pour le refroidissement, il faudrait que la vitesse soit faible

pour rduire le gradient de temprature, mais pas trop afin d'viter toute transformation

indsirable.

- Tapures (fissures) : elles se forment le plus souvent au cours de la trempe. Pour parer ce

dfaut incorrigible, on recommande lors du projet des pices, d'viter les saillies, les angles vifs, les

raccordements brusques etc., de refroidir modrment en utilisant une trempe deux bains.

- Dformations et gauchissements : concernent surtout les pices trempes cause du

refroidissement qui n'est pas homogne Au dbut, seules les couches externes se refroidissent et

donc se transforment en martensite, ce qui provoque des contraintes de traction sur le cur de la

pice qui est encore plastique. Puis les couches internes se transforment leur tour, la dilatation

correspondante, peut exercer sur les couches superficielles plus froides, donc peu plastiques, un

effort de traction, le cur tant en tat de compression [13].



II. Analyse PARETO

II.1. Classification PARETO

Lhistorique denregistrement des dfauts du traitement thermique (Annexe 2, dfauts du

traitement thermique) nous a permis de recenser la liste les dfauts suivante :

Figure 13:PARETO des non conformits du traitement thermique

Interprtation

Lanalyse PARETO du poste de traitement thermique a donn comme dfauts majeurs :

Flche non conforme

Dformation de la lame

Rupture de la lame

Donc ltude de dfauts du traitement thermique revient traiter ces trois dfauts.

0,51

0,68

0,81

0,94 0,98

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

10

20

30

40

50

60

Flche NC Dformation lame

Rupture lame Durete NC Traces des dents

%cu

mu

l

NB

de

NC

dfauts

PARETO de TT

dfauts

%cumul



II.2. Flche non conforme

Le problme de la flche est d lopration du cintrage des lames. Rappelons que le cintrage est

lopration qui se passe durant le traitement thermique. Elle consiste former chaud la lame sur

une presse hydraulique selon un rayon de courbure donn.

Figure 14: Lames flche non conforme

En effet, Les rayons de courbures des lames sont diffrents selon le type des ressorts. Mais

lopration de cintrage FLEXI RESSORTS seffectue en gardant le mme gabarit pour

diffrentes lames. Ce problme est d labsence de donnes de la flche de chaque lame ainsi au

manque des gabarits.

En effet, la flche totale du ressort est la seule donne dont on dispose, chose qui prsente un

inconvnient aprs lassemblage du ressort. Pour remdier ce dfaut, les oprateurs ont tendance

ajuster la courbure des lames de ressorts froid et au coup du marteau. Ce qui attribue

lamorage des fissures et des criques.

Identification des causes : Diagramme Ishikawa

Pour mieux comprendre les causes racines de ces deux dfauts majeurs, une analyse Ishikawa a eu

lieu.

Lames

Gabarit



Figure 15: Ishikawa du dfaut de la flche

Solutions proposes

La non-conformit de la flche des lames est due principalement au mal maitrise du calcul de la

flche correspondant chaque lame. Pour rsoudre ce problme, nous proposons le calcul et la

mention de la flche des lames dans les dessins de dfinition.

Cette solution a t dj propose dans le cadre dun projet.

Le problme de la flche rsulte aussi de linsuffisance des gabarits. Cest pour cette raison quil a

fallu investir afin dobtenir des gabarits pour tous types des lames. Ceci sera mis en place en

attendant que lentreprise investisse dans lobtention des nouveaux gabarits.

Ainsi, la mise en place dun mode opratoire clair, simple et accompagn dimages illustratives

pour simplifier la tche du choix et le montage des gabarits aux oprateurs et viter toute

mauvaise manipulation.

- Positionnement des lames dans

les cintres

-Non qualifie

-Mal forme

-Gabarit de cintrage

- Flche de chaque lame

Flche NC

Main duvre Machine

Mthode



II.3. Dformation des lames

La dformation des lames se dtecte directement aprs la sortie du four daustnitisation. En fait,

cause du dcalage des plaques du four et de la grande dformabilit chaud, les lames se

trouvent coince entre les plaques et par consquent elles se dforment.

Figure 16: Lame dforme

En pratique, ce dfaut rsulte de labsence du suivie rgulier ou linsuffisance des actions de la

maintenance du four daustnitisation surtout avec laugmentation de la cadence (2 dmarrages du

traitement thermique par semaine au lieu dun seul).

Solutions proposes

Les oprations du suivie et de la maintenance du four daustnitisation semblent insuffisantes

surtout quand le traitement thermique se dmarre plus quune fois par semaine.

Donc, laugmentation de la frquence des suivies pour ce four sera la solution propose. En

effet, la vrification continue (avant chaque dmarrage) des plaques du four permet une

rduction remarquable de toute dformation des lames.

Do la mise en place immdiate de cette solution simple pour palier ce dfaut.



II .4. Rupture des lames

La rupture ou la casse des lames est le dfaut le plus critique quon rencontre lors de la trempe, en

effet, ce dfaut nest pas d seulement au traitement thermique mais aussi aux conditions de

sollicitation rsulte des oprations de fabrication des lames ressort.

Figure 17: Lame casse

Identification des causes

Figure 18: Ishikawa du dfaut de fissuration/rupture des lames

-Composition chimique

-Taille des grains aprs la forge

- Prcision des fours

-Non qualifie

-Mal forms

- Gradient des tempratures au chauffage et au refroidissement

- Vitesses de refroidissement

- Concentration des contraintes

Mthode

Fissuration/

Rupture des lames

Main duvre Machines

Matriau



Explication des causes

Comme nous avons dj signal, les causes possibles provoquant la casse des lames sont

multiples. Mais, nous allons, dans un premier temps se concentrer sur ltude des effets de : la

vitesse du refroidissement (Temprature dhuile de trempe) et la concentration des contraintes.

Pour la concentration des contraintes

Le trou dassemblage situ au milieu des lames contribue la concentration des contraintes,

chose qui facilite lapparition, lamorage ainsi que la propagation des fissures. Ces fissures

rsultent des procds antrieurs du traitement thermique notamment le perage. En fait, lors du

perage et cause du mauvais maintien des lames, les fissures sont gnres.

Actuellement, le perage seffectue dans la poinonneuse afin dviter les vibrations des lames lors

de leur perage. En effet, ce changement a donn des rsultats satisfaisants puisque les fissures

dues au perage ont tendance se rduire.

En ce qui concerne la vitesse du refroidissement

La rupture des lames lors de leur traitement thermique rsulte des chocs thermiques : chauffage

des tempratures de lordre de 850C puis immersion dans un bain dhuile de temprature

infrieure 60C. Ces gradients de tempratures au chauffage et au refroidissement mnent la

fissuration et par suite la rupture complte des lames.

Par ailleurs, des essais sont effectus (aux laboratoires Wessling) afin de vrifier linfluence de la

temprature de lhuile sur la vitesse de refroidissement.

Pour ce faire, deux chantillons sont tudis deux diffrentes tempratures dhuile (60C et

73C). Les rsultats mentionns pour les deux chantillons conduisent dduire que

laugmentation de la temprature dhuile ralentit la vitesse de refroidissement. (Tableau 6)



Tableau 6: Rsultats de l'analyse d'huile de tremp

Rapport Bouchra (1)

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