Fiche de révision : Matières premières et procédés à froid

📋 Plan du Cours

1. Choix du procédé et du matériau
2. Obtention des matières métalliques
3. Polymères et fibres composites
4. Usinage par outil coupant
5. Usinage par électroérosion
6. Découpe des métaux en feuilles
7. Mise en forme des feuilles
8. Bilan des procédés à froid

📖 1. Choix du procédé et du matériau

★ À maîtriser

📌 Le choix d’un procédé de fabrication repose sur le couplage entre le produit, le procédé et le matériau.

Compléments

• L’ingénierie des processus de production comprend notamment l’obtention des matières premières, l’usinage et les procédés pour les métaux en feuilles.

💡 Astuce mémo

Le couplage produit–procédé–matériau conditionne le choix de fabrication.

📖 2. Obtention des matières métalliques

🔑 Notions clés & Définitions

• Laminage : Déformation plastique par compression continue au passage du métal entre deux cylindres.

★ À maîtriser

• Les métaux peuvent être obtenus sous forme de lingots par coulée, de semi-produits par coulée continue, puis de produits laminés.

📐 Formule — Le taux de réduction au laminage vérifie $r = \frac{S_0-S}{S_0}\times 100$, avec $S_0=r_0w$ et $S_f=r_fw$.

📌 Le laminage à froid offre un meilleur contrôle dimensionnel et un meilleur état de surface, mais augmente la contrainte d’écoulement et réduit la ductilité, tandis que le laminage à chaud facilite la déformation mais provoque l’oxydation et ne durcit pas le métal.

Compléments

• La transformation d’une billette en tube sans soudure est similaire au laminage, mais elle utilise un mandrin.

💡 Astuce mémo

Lingot → semi-produit → laminage → tube.

📖 3. Polymères et fibres composites

★ À maîtriser

📌 Les thermoplastiques sont constitués de chaînes faiblement liées, deviennent malléables à haute température et peuvent généralement être fondus et reformés, tandis que les thermodurcissables possèdent une structure réticulée, durcissent irréversiblement et ne refondent pas.

• Les granulés thermoplastiques sont obtenus par synthèse, puis extrusion et coupe, avant d’être utilisés notamment en injection, extrusion, calandrage ou rotomoulage.

• Une résine thermodurcissable polymérise pendant la mise en forme sous l’effet de la chaleur en présence d’un agent durcisseur.

Compléments

• Les thermoplastiques typiques comprennent:

  • le polyéthylène (PE)
  • le polypropylène (PP)
  • le polychlorure de vinyle (PVC)
  • le polystyrène (PS)
  • le polycarbonate (PC)

• Les principales fibres composites sont:

  • les fibres de verre
  • les fibres de carbone
  • les fibres d’aramide (Kevlar)
  • les fibres naturelles

💡 Astuce mémo

Thermoplastiques : fondent ; thermodurcissables : réticulent irréversiblement.

📖 4. Usinage par outil coupant

🔑 Notions clés & Définitions

• Usinage par outil coupant : Enlèvement de matière par l’action mécanique d’un outil coupant.

★ À maîtriser

• Les opérations de tournage comprennent:

  • le dressage
  • le chariotage
  • le contournage
  • le perçage et l’alésage
  • la réalisation de gorges
  • le filetage et le taraudage

• Les principales surfaces réalisées par fraisage sont:

  • le surfaçage
  • le contournage
  • le rainurage
  • l’usinage de poches
  • les surfaces quelconques

Compléments

📌 La géométrie de la surface usinée dépend du profil de la partie active de l’outil et du mouvement relatif entre l’outil et la pièce.

• L’usinage par outil coupant présente une tolérance de 0,013 à 0,5 mm, un état de surface lisse, un coût de réalisation faible à moyen et un coût de revient moyen à haut.

💡 Astuce mémo

Tournage : pièce en rotation ; fraisage : outil en rotation.

📖 5. Usinage par électroérosion

★ À maîtriser

• L’électroérosion enlève localement la matière par une étincelle entre une électrode et la pièce, puis évacue les particules métalliques par un arrosage diélectrique.

📌 L’électroérosion peut être réalisée à électrode ou à fil.

📌 L’outil coupant impose des efforts de coupe importants et une limite de dureté inférieure à 60 HRC, tandis que l’électroérosion ne produit pas d’efforts mécaniques mais est limitée aux matériaux conducteurs.

Compléments

• Le taux horaire indiqué est de 50 $/h pour l’outil coupant et de 200 $/h pour l’électroérosion.

💡 Astuce mémo

Approche → ionisation → étincelle → fusion → implosion → évacuation.

📖 6. Découpe des métaux en feuilles

🔑 Notions clés & Définitions

• Métaux en feuilles : Les métaux en feuilles ont une faible épaisseur par rapport à leurs autres dimensions et constituent des produits bidimensionnels.

★ À maîtriser

• Les opérations de découpe comprennent:

  • le cisaillage
  • le poinçonnage
  • le grignotage
  • la découpe au jet d’eau
  • la découpe laser

• Le cisaillage sépare la tôle après une phase de déformation plastique, de glissement du métal et de rupture sous l’action d’une lame mobile et d’une lame fixe.

Compléments

• Les opérations citées sont:

  • le poinçonnage
  • le découpage
  • le grignotage
  • le crevage
  • l’encochage
  • le détourage

• La découpe des métaux en feuilles présente une tolérance de 0,1 à 0,4 mm, un état de surface très lisse, un coût de réalisation faible et un coût de revient faible à moyen.

💡 Astuce mémo

Compression → déformation plastique → glissement → rupture → séparation.

📖 7. Mise en forme des feuilles

🔑 Notions clés & Définitions

• Emboutissage : Transformation par déformation plastique d’une tôle plane en une surface non développable.

★ À maîtriser

• Les principales opérations de déformation sont:
  • l’emboutissage
  • le pliage
  • le cintrage
  • le repoussage
  • le fluotournage
  • l’hydroformage

Compléments

• Le pliage peut être complété par de l’ourlage, du sertissage, de l’enroulage, du bridage droit, du bridage par étirement ou du bridage par compression.

📌 L’emboutissage est réservé à la grande série parce que sa mise au point peut être longue.

💡 Astuce mémo

Découper sépare la tôle ; emboutir la transforme en surface non développable.

📖 8. Bilan des procédés à froid

★ À maîtriser

📌 Les procédés de mise en forme des métaux en feuilles sont simples à utiliser, relativement peu coûteux et productifs, mais leur précision est limitée et ils nécessitent des essais avant le lancement de la production.

Compléments

• Les machines modulaires permettent un changement rapide de production et offrent une bonne flexibilité.

📌 Les procédés de mise en forme des métaux en feuilles sont surtout adaptés aux grandes séries et peuvent être accompagnés de simulations numériques.

• La contrainte d’écoulement plastique évolue en fonction de la température de formage, ce qui ouvre vers l’étude des procédés à chaud.

💡 Astuce mémo

Simplicité et productivité → grandes séries, mais précision et mise au point limitées.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des procédés d’usinage

Limites des procédés en feuilles