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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


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


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 …)


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)


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


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


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.


S GM

Annexe au CDC de la microbroche

Estimation des efforts de coupe en microfraisage


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


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


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


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


S GM Cinématique de la coupe en microfraisage

Modèle classique Tlusty-Macneil

fz / Doutil < 0,1 Modèle Bao-Tansel

fz / Doutil > 0,1


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


S GM

Effort de coupe tangentiel

Angle de rotation


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


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


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


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


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


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.

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