Fiche de révision : Conception de gabarits

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et avantages des gabarits
2. Types de montages
3. Processus de conception
4. Plan de production
5. Gabarits de perçage et fraisage
6. Conception et planification d’outillage
7. Localisation et isostatisme
8. Corps et composants de montage
9. Dessins et références cibles
10. Canons de perçage
11. Dimensionnement des canons de perçage
12. Localisateurs et tolérancement
13. Transfert des cotes
14. Principe fondamental du bridage
15. Dispositifs et formes de brides

📖 1. Fonctions et avantages des gabarits

🔑 Notions clés & Définitions

• Gabarit : Wikipédia, Gabarit (fabrication), 2018 — Un gabarit est un outil d’une forme déterminée auquel on se réfère pour assurer la conformité d’une construction répétitive.
• Montage : Un montage est un dispositif qui maintient une pièce pendant une opération d’usinage, de soudage, d’assemblage ou de contrôle.

★ À maîtriser

• Les gabarits de montage localisent et maintiennent une ou plusieurs pièces pendant des opérations d’usinage, de mise en forme ou de contrôle de la qualité.

• Les gabarits de montage permettent la répétabilité des opérations, améliorent la qualité des pièces et des produits et augmentent la productivité.

Compléments

• Les gabarits de montage sont particulièrement utilisés en production de grande série afin de récupérer les investissements et de permettre l’interchangeabilité des pièces.

💡 Astuce mémo

Localiser et maintenir la pièce → répétabilité, qualité et productivité

📖 2. Types de montages

★ À maîtriser

• Les quatre types de montages sont:

  • les montages conventionnels
  • les montages temporaires
  • les montages permanents
  • les montages modulaires

• Un montage permanent est dédié à une opération spécifique de grande production et peut intégrer des systèmes pneumatiques ou hydrauliques qui augmentent la productivité et réduisent le coût unitaire.

Compléments

• Un montage conventionnel offre une grande polyvalence pour une variété de pièces, mais exige davantage d’expertise de l’opérateur pour conserver une qualité et une précision constantes.

• Un montage temporaire est généralement fabriqué avec des matériaux de base, utilisé une seule fois et réservé aux productions dont les tolérances dimensionnelles sont moins critiques.

• Un montage modulaire peut être démonté après la production afin de réutiliser ses composants dans un autre montage.

💡 Astuce mémo

Temporaire pour petits volumes, permanent pour grandes séries

📖 3. Processus de conception

★ À maîtriser

• Le processus de conception comprend l’identification et la définition du problème, l’assemblage et l’analyse des données, le développement de plusieurs solutions, le choix de la meilleure alternative et l’implantation du design.

• Les principales considérations sont:

  • la pièce elle-même
  • les opérations de fabrication
  • l’équipement requis
  • le personnel

• Lors du développement des solutions, il faut produire le plus d’alternatives possible sans les trier immédiatement, réfléchir au maintien de la pièce et réaliser des croquis montrant la pièce, les éléments de localisation, les éléments de fixation et les outils de coupe.

Compléments

• Les critères de choix comprennent:
  • une matrice de décision
  • l’analyse des coûts
  • l’analyse du temps de réglage
  • la sécurité de l’utilisateur

📌 Lors de l’implantation du design, il faut privilégier les composants standards, les matériaux préfinis, les tolérances les plus larges possibles et une construction simple.

💡 Astuce mémo

Problème → données → solutions → choix → implantation

📖 4. Plan de production

🔑 Notions clés & Définitions

• Plan de production : Liste détaillée des opérations manufacturières nécessaires à la fabrication d’une pièce et de leur séquence.

★ À maîtriser

• Chaque opération doit préciser:
  • sa description
  • les machines utilisées
  • l’outil ou le gabarit utilisé

Compléments

• Le plan de production doit aussi inclure le dessin de la pièce, le matériel utilisé, le tolérancement et le nombre de pièces nécessaires.

📖 5. Gabarits de perçage et fraisage

🔑 Notions clés & Définitions

• Bloc d’avoyage : Le bloc d’avoyage localise l’outil de coupe par rapport à une pièce dont la position est connue et déterminée.

★ À maîtriser

• Un gabarit de perçage sert à répéter un perçage de façon précise et efficace et remplit les fonctions de supporter, localiser et maintenir la pièce.

📌 Les gabarits de fraisage sont plus robustes que les gabarits de perçage en raison des efforts de coupe plus importants, mais les deux types supportent, localisent et maintiennent la pièce.

Compléments

• Les opérations regroupées peuvent être:
  • le perçage
  • l’alésage
  • le taraudage
  • le fraisage
  • le chambrage
  • le lamage

💡 Astuce mémo

Perçage guidé par canon, fraisage réglé par bloc d’avoyage

📖 6. Conception et planification d’outillage

★ À maîtriser

• Une étude de fabrication consiste à définir la qualification de la main-d’œuvre, vérifier l’équipement disponible, choisir les moyens de fabrication économiques, établir un plan global, vérifier l’outillage disponible et prévoir les contraintes de précision, de contrôle, de manutention, d’assemblage, de traitement et d’entreposage.

• Les critères de choix sont:

  • l’importance de la série
  • la forme et les dimensions des pièces
  • le type d’usinage
  • la qualité d’usinage

📌 Les machines-outils conventionnelles conviennent généralement au travail unitaire ou aux petites séries, tandis que les machines à commande numérique conviennent aux grandes séries et aux pièces complexes ou exigeant une grande précision.

• Pour une série unique de 5 à 200 pièces, un gabarit peut être utilisé lorsque la précision ou la complexité l’exige, généralement sous la forme d’un montage conventionnel ou temporaire.

• Pour une grande série de plus de 500 pièces, le travail est soigneusement planifié, l’outillage de pointe et l’automatisation sont favorisés et les temps de réglage sont calculés ou estimés.

Compléments

📌 Pour une production unitaire ou une très petite série de moins de 5 pièces, on utilise habituellement des machines et montages standards sans gabarit spécialisé.

• Pour une moyenne série de 200 à 500 pièces, on privilégie un montage permanent ou modulaire et la maximisation des composants standards.

💡 Astuce mémo

Volume et précision → choix des machines, outils et montages

📖 7. Localisation et isostatisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Repérage isostatique : Consiste à appuyer la pièce sur un nombre adéquat de points afin d’éliminer tous ses degrés de liberté.

★ À maîtriser

• Une pièce possède six degrés de liberté analysés, soit trois translations selon x, y et z et trois rotations autour des axes x, y et z.

• La surface d’appui primaire comporte trois points et élimine trois degrés de liberté, la surface secondaire comporte deux points et en élimine deux, et la surface tertiaire comporte un point et en élimine un.

📌 L’hyperstatisme correspond à un nombre d’appuis supérieur au nombre requis, tandis que l’hypostatisme correspond à un nombre d’appuis insuffisant pour bloquer tous les degrés de liberté.

Compléments

📌 Les surfaces usinées sont privilégiées pour la localisation, les trous usinés constituent les meilleures surfaces de localisation et les appuis doivent être aussi éloignés que possible sans bloquer deux fois le même degré de liberté.

💡 Astuce mémo

Primaire 3 points → secondaire 2 points → tertiaire 1 point

📖 8. Corps et composants de montage

🔑 Notions clés & Définitions

• Corps de montage : Fournit le support des localisateurs, des brides, des supports et des autres composants qui maintiennent la pièce en position.

★ À maîtriser

• Les trois familles de supports sont:

  • les supports solides
  • les supports ajustés
  • les supports nivelés

• Les formes générales sont:

  • les châssis moulés
  • les châssis soudés
  • les châssis boulonnés

📌 Les châssis moulés permettent des formes complexes mais sont difficiles à modifier, les châssis soudés sont rapides à fabriquer mais peuvent se déformer par la chaleur, et les châssis boulonnés sont facilement modifiables et généralement les plus économiques.

Compléments

• Un détrompeur empêche la mise en position incorrecte d’une pièce, notamment lorsque celle-ci possède un plan de symétrie ou lorsque des localisateurs concentriques sont utilisés.

💡 Astuce mémo

Moulé complexe, soudé modifiable, boulonné économique

📖 9. Dessins et références cibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Référence cible : Utilisée lorsque la localisation ne peut pas être faite sur une surface entière mais doit être définie par un point, une ligne ou une zone.

★ À maîtriser

📌 Le dessin d’assemblage montre le montage complet avec les composantes, les dimensions importantes et leur tolérancement, tandis que le dessin de détail fournit les détails nécessaires à la compréhension de chaque pièce.

• Une référence cible en un point est indiquée par une croix, une référence cible sur une ligne par une ligne avec tirets et une référence cible sur une zone par une zone hachurée encadrée d’un trait continu.

Compléments

📌 La simplification d’un dessin d’outillage consiste à remplacer les détails par des descriptions, éliminer les vues inutiles ou redondantes, utiliser des symboles et négliger les détails superflus des pièces standards.

📖 10. Canons de perçage

🔑 Notions clés & Définitions

• Canon de perçage : Carr Lane, Drill bushing — Dispositif de guidage de précision utilisé pour le perçage, l’alésage, le taraudage et le chambrage.

★ À maîtriser

• Les fonctions sont: localiser l’outil de coupe, guider l’outil de coupe, supporter l’outil de coupe pendant l’opération

📌 Les canons fixes sont adaptés à une production limitée car ils ne sont pas conçus pour être remplacés régulièrement, tandis que les canons amovibles sont destinés à la production en série et peuvent être remplacés en cas d’usure ou d’opérations multiples.

📌 La longueur d’un canon de perçage doit être au moins égale à celle de la plaque de support et comprise entre une et deux fois le diamètre du plus gros foret utilisé.

📐 Formule — Pour le dégagement des copeaux, un perçage utilise un dégagement de $0{,}5\ à\ 1{,}5 \times$ le diamètre du foret, tandis qu’un alésage utilise un dégagement de $0{,}25\ à\ 0{,}5 \times$ le diamètre de l’alésoir.

Compléments

• Ils évitent:
  • le décentrage
  • l’utilisation d’un outil trop gros
  • l’ovalisation
  • le désaxement
  • le perçage non rectiligne

💡 Astuce mémo

Localiser → guider → supporter l’outil

📖 11. Dimensionnement des canons de perçage

★ À maîtriser

📐 Formule — Le dégagement pour les copeaux vaut de $\frac{1}{2}$ à $1\frac{1}{2}$ fois le diamètre du foret pour un perçage, et de $\frac{1}{4}$ à $\frac{1}{2}$ fois le diamètre de l’alésoir pour un alésage.

• 🔄 La sélection d’un canon consiste à:
  1. Déterminer le diamètre de l’outil
  2. Choisir la plage de canon correspondante
  3. Identifier le diamètre extérieur
  4. Sélectionner la longueur minimale requise
  5. Relever le numéro de pièce

📌 Les canons et les douilles sont montés serrés dans la plaque avec un ajustement press fit de type PC, tandis qu’un canon monté dans une douille utilise un ajustement libre de type sliding fit RC.

Compléments

📌 Pour installer un canon dans une douille, le diamètre intérieur de la douille doit être égal au diamètre extérieur du canon.

💡 Astuce mémo

Choisir l’outil, le diamètre, la longueur, puis la référence du canon

📖 12. Localisateurs et tolérancement

★ À maîtriser

📌 La dimension d’un localisateur doit être adaptée à la condition MMA, qui correspond à la limite de spécification supérieure pour un arbre ou une dimension extérieure et à la limite de spécification inférieure pour un trou ou une dimension intérieure.

📐 Formule — Pour un localisateur cylindrique, le diamètre maximal vaut $D_{max}=MMA_{trou}-0{,}0005\ \mathrm{po}$ et le diamètre minimal vaut $D_{min}=D_{max}-0{,}001\ \mathrm{po}$.

📌 Le tolérancement d’un localisateur comprend une tolérance dimensionnelle, liée à la dimension de l’élément à localiser, et une tolérance de position, liée à la position du localisateur dans le gabarit.

📐 Formule — Le déplacement latéral maximal vaut $DLM=\varnothing_{trou\ max}-\varnothing_{tige\ min}$ et le jeu de décalage maximal vaut $Jeu=\frac{DLM}{2}$.

Compléments

📌 La méthode du pourcentage attribue généralement au gabarit une fraction de 20 % à 50 % de la tolérance de la pièce, selon la décision de l’ingénierie.

💡 Astuce mémo

MMA pour dimensionner, tolérance de position pour localiser

📖 13. Transfert des cotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Transfert de cote : Consiste à remplacer une cote fonctionnelle éliminée par une cote transférée afin de faciliter la fabrication, tout en conservant les autres cotes nécessaires.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’intervalle de tolérance de la cote éliminée respecte $IT_E=IT_T+IT_C$ et le transfert est possible lorsque $IT_E>IT_C$.

Compléments

📌 Le transfert de cote réduit la tolérance permise sur la cote transférée.

💡 Astuce mémo

Supprimer une cote fonctionnelle → créer une cote de fabrication plus serrée

📖 14. Principe fondamental du bridage

🔑 Notions clés & Définitions

• Bridage : La deuxième fonction d’un gabarit et sert à maintenir la pièce en place contre les localisateurs pendant l’usinage.

★ À maîtriser

• Une bride doit:
  • Maintenir fermement la pièce contre les localisateurs
  • Permettre un montage et un démontage rapides
  • Éviter le marquage
  • Éviter la déformation
  • Résister aux forces de coupe secondaires

📌 Les forces de coupe primaires sont produites par l’effort de coupe, tandis que les forces de coupe secondaires apparaissent lorsque l’outil quitte la pièce, par exemple lorsque le foret traverse la surface opposée.

📌 Les brides doivent être placées aux points les plus rigides de la pièce, face aux supports et aux localisateurs, et leur force doit être dirigée vers ces éléments.

Compléments

📌 Pour une pièce possédant plusieurs supports, il faut utiliser autant de brides que de supports, et une pièce en porte-à-faux exige un support auxiliaire.

💡 Astuce mémo

Force dirigée vers les supports → pièce maintenue sans déplacement ni déformation

📖 15. Dispositifs et formes de brides

★ À maîtriser

• Les dispositifs de bridage manuel comprennent:

  • Bride coulissante
  • Vis de serrage
  • Bridage pivotant
  • Crampon de serrage
  • Bridage en C
  • Bridage à came
  • Bridage à sauterelle

• La bride coulissante est le dispositif le plus simple et le plus utilisé; elle fonctionne selon le principe du levier, qui peut être de première, deuxième ou troisième classe.

Compléments

📌 Le bridage à came est rapide mais ne convient ni aux grandes forces de serrage ni aux applications soumises aux vibrations, car un jeu finit par se créer.

• Le bridage à sauterelle existe en six configurations selon la direction de la force appliquée: tenailles, crampon plaqueur, serrage à poussoir, serrage à loquet, serrage descendant et configuration portative, permanente ou coulissante pour le type tenailles.

• Les brides peuvent être fabriquées en acier au carbone pour les applications générales, en acier forgé pour augmenter la rigidité, en acier inoxydable pour résister à la corrosion et en aluminium pour alléger l’outil ou éviter le marquage de la pièce.

💡 Astuce mémo

Bride coulissante polyvalente, came rapide mais limitée, sauterelle compacte et versatile

📊 Tableaux de synthèse

Types de montages selon la production

Forces de coupe et bridage