Ce cours couvre les principales techniques de mise en œuvre des matériaux métalliques, notamment les travaux de: - Forge - Métaux en feuilles - Fonderie - Soudage Pour chaque catégorie, on vous présente essentiellement : le principe, les applications visées ainsi que les méthodes de mise au point de l'opération. Ce cours est dédié principalement aux étudiants en filières technologiques.

1. Technologies de fabrication
sans enl`evement de mati`ere
Seifallah Fetni
Docteur Ing´enieur en G´enie M´ecanique
version 2018
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2. Table de mati`eres
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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3. Introduction
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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4. Introduction
Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques
On rappelle d’abord que la fabrication englobe toutes les op´erations qui, selon un plan ou un
protocole, transforment une pi`ece de l’´etat brut `a l’´etat fini.
Les techniques de fabrication peuvent ˆetre class´ees de la fa¸con suivante:
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5. Introduction
Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques
D’un point de vue industriel, les techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques peuvent
ˆetre class´ees comme suit:

6. Proc´ed´es de fabrication avec enl`evement de mati`ere ; travaux d’usinage (machines-outils).

7. Proc´ed´es de fabrication sans enl`evement de mati`ere ; ils peuvent, `a leurs tour, ˆetre divis´es
en:

8. Proc´ed´es par d´eformation: laminage, forgeage, estampage, matri¸cage, fluo-tournage,
travail des m´etaux en feuille (emboutissage, pliage, d´ecoupage etc.)

9. Proc´ed´es par coul´ee: moulage et fonderie.

10. Proc´ed´es par assemblage: soudage (thermom´ecanique, ´electrique etc.)

11. Proc´ed´es de fabrication non conventionnels ; ´electro-´erosion, bombardement ionique (g´en´eralem
pour le traitement des surfaces).

12. Nouvelles technologies de fabrications ; usinage sur machines outils `a commande num´erique,
usinage par plasma, jet d’eau ou laser, usinage `a grande vitesse (UGV) etc.
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13. Introduction
Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques
Le but de ce module est se familiariser avec les proc´ed´es autres que ceux relatifs `a l’enl`evement
de mati`ere. On peut pr´esenter la typologie de ces proc´ed´es de la fa¸con suivante:
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14. Introduction
Techniques de mise en œuvre des mat´eriaux m´etalliques
Dans un premier temps, vous allez vous familiariser avec les proc´ed´es relatifs au travail des m´etaux
en feuille, essentiellement les techniques de pliage, emboutissage et d´ecoupage. ´Eventuellement,
les techniques de formage les plus utilis´ees seront introduites (forgeage, estampage, matri¸cage,
fluo-tournage, filage etc.)
Dans un second temps, les proc´ed´es de moulage, de soudage et de frittage seront d´evelopp´es.
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15. Travail des m´etaux en feuilles
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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16. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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17. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Quels sont les facteurs de choix des aciers candidats aux fabrications sans enl`evement de mati`ere?
(a) (b)
Courbe de traction d’un mat´eriau ductile
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18. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Le choix d’un acier se fera, principalement, en fonction des caract´eristiques m´ecaniques suivantes:
La limite d’´elasticit´e
Le module d’´elasticit´e longitudinal E
La duret´e
L’allongement `a la rupture
La temp´erature de travail: chute de la limite ´elastique, fluage etc.
La trempabilit´e de l’acier: Les hautes caract´eristiques demand´ees imposent la r´ealisation de
trempe+revenu.
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19. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Se sont les mat´eriaux ductiles qui s’apprˆetent `a se d´eformer plastiquement sans se rompre. La
ductilit´e d’un mat´eriau se d´etermine par:
• Son allongement apr`es rupture :
A(%) =
Lf − Li
Li
∗ 100 (1)
Ou
• Sa striction `a la rupture :
Z(%) =
Si − Sf
Si
∗ 100 (2)
Exemples de mat´eriaux ductiles: aciers inoxydables, alliages d’aluminium et de bronze ou de
laiton.
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20. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Ductilit´e Mise en forme par d´eformation plastique
D´eformations `a froid
(a) Emboutissage (b) Estampage (*) (c) Pliage
D´eformations `a chaud
(d) Forgeage (e) Laminage (f) Matri¸cage
(*): L’estampage peut ˆetre ex´ecut´e `a chaud aussi
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21. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!!
(a) G´enie civil
Estimer la tenue aux s´eismes des constructions m´etalliques
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22. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!!
(a) Le monde Automobile
L’´energie du choc peut ˆetre att´enu´ee, voir absorb´ee par la plasticit´e de la coque.
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23. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!!
(a) L’industrie militaire
Dans le cas de la perforation du blindage, la viscosit´e devient pr´epond´erante. −→ Localisation
syst´ematique
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24. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Autres domaines: l`a o`u la plasticit´e intervient !!!!
(a) Agrafe
d’ost´eosynth`ese
(b) Proth`ese de
hanche
Certains alliages `a m´emoires de forme (les MMF) tels que les alliages de Titane, pr´esentent un
comportement super ´elastique.
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25. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Crit`eres de plasticit´e : Mises et Tresca
Les crit`eres de plasticit´e permettent de se positionner par rapport `a Re : non-plastification ou
plastification.
−→ Le crit`ere de Von Mises est le plus couramment utilis´e.
σe =
1
√
2
(σ1 − σ2)2 + (σ2 − σ3)2 + (σ3 − σ1)2 (3)
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26. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Crit`eres de plasticit´e : Mises et Tresca
Le crit`ere de Von Mises stipule que la d´eformation plastique est due `a la partie totalement
d´eviatorique du tenseur des contraintes. Il fait l’intervention d’un seul param`etre σe , qui d´epend
du mat´eriau et peut ˆetre obtenu par des essais exp´erimentaux.
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27. Travail des m´etaux en feuilles Introduction
Notion des Travaux des m´etaux en feuilles
Ce sont les op´erations de cisaillement (d´ecoupage) ou de la d´eformation irr´eversible du m´etal (par
choc ou par pression: emboutissage, pliage etc.).
Le m´etal en feuille est une pi`ece m´etallique, dont la g´eom´etrie satisfait les deux conditions
suivantes:
e ≤ 10 mm et e ≤ 10 L
Avec:
• e: ´epaisseur de la tˆole
• L: Longueur de la tˆole
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28. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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29. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
D´efinition
Le d´ecoupage est technique de s´eparation qui assure la d´e-coh´esion du m´etal, par cisaillement,
par le biais d’une d´eformation ´elastique et glissement jusqu’`a rupture.
L’op´eration s’effectue sur une presse par l’action d’une lame mobile sur la partie libre d’une feuille
de tˆole, dont l’autre partie est encastr´ee. L’´el´ement de tˆole ainsi d´etach´e est le FLANC ou la
DEBOUCHURE.
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30. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
D´esignation des op´erations de d´ecoupage
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31. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
Description
Etapes:
1. Croissance progressive de l’effort de coupe jusqu’au point a ; c’est la d´eformation ´elastique.
2. Phase de d´eformation plastique. L’effort atteint son maximum au point b ; c’est l’effort de
cisaillement. Les fissures apparaissent pendant cette phase.
3. Les fissures se rejoignent, l’effort de coupe diminue et enfin la pi`ece est d´ecoup´ee.
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32. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
M´ethode analytique
Fcoupe = P.e.Rg (4)
Avec:
P: p´erim`etre du profil d´etach´e
e: ´epaisseur de la tˆole
Rg : r´esistance au cisaillement, dans la pratique vaut 0.8 Rm
Mat´eriaux Rg (daN /mm2
) A(%)
0.1 % C: - recuit
- lamin´e `a froid
24
31
–
0.2 % C: - recuit
- lamin´e `a froid
31
39
–
0.3 % C: - recuit
- lamin´e `a froid
37
47
–
Tˆoles lamin´ee `a froid :
-Qualit´e TC 31 –
-Qualit´e E 29 –
-Qualit´e ES 27 –
Acier inoxydable 50 `a 60 40
Aciers
Laiton (recuit) 18 25
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33. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
M´ethode analytique: application
On d´esire effectuer, sur un seul poste, le
d´ecoupage d’une partie de tˆole d’un acier
inox, de 3 mm d’´epaisseur. Cette pi`ece est
obtenue par d´ecoupage et poin¸connage.
Tol´erance g´en´erale : ±0,1 sauf indiqu´e
1. Faire distinguer les cotes li´ees au d´ecoupage et celles li´ees au poin¸connage.
2. D´eterminer l’effort mis en œuvre pour d´ecouper cette pi`ece.
3. En r´ealit´e, apr`es d´ecoupage, il faut d´ecoller la bande du m´etal du poin¸con. Cet effort est
estim´e entre 2 et 7% de l’effort de d´ecoupage suivant l’importance de d´echet. Quel et alors
l’effort d’extraction n´ecessaire?
4. Estimer l’effort n´ecessaire pour d´egager le flanc de la matrice (effort de d’´ejection).
5. D´eterminer les dimensions du poin¸con cylindrique et de la matrice correspondante.
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34. Travail des m´etaux en feuilles D´ecoupage
M´ethode graphique
Application:
Soit `a r´ealiser un d´ecoupage de φ=100 mm
sur une tˆole lamin´ee `a froid de qualit´e TC
(Rc = 310 N/mm2 et d’´epaisseur e = 1mm.
D´eterminer l’effort de d´ecoupage.
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35. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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36. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
D´efinition
Le pliage est technique de formage des tˆoles par laminage `a froid, par le biais d’une d´eformation
plastique par flexion en changeant la direction de ses fibres suivant un angle.
• Skretching Etirage
• Bending Pliage
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37. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Classification
Pliage en l’air
• Un flanc, reposant sur un
(des) appui(s) ou encastr´e `a
l’extr´emit´e, est fl´echi
• Lorsque l’effort de flexion
cesse, la tˆole effectue un retour
´elastique d’un angle :
α = α2 − α1 (5)
C’est le retour ´elastique ou
spring back
A : points ou surfaces d’appui F: effort de pliage r: retour ´elastique α: angle de retour ´elastique
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38. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Classification
Pliage en V ou en frappe
• Poin¸con et matrice en V dont l’angle est celui du pli `a r´ealiser augment´e du retour ´elastique.
• Si en fin de pliage, `a fond de v´e, le poin¸con continue sa course, les contraintes des zones comprim´ees avec celles qui sont
tendues ; le retour ´elastique est quasiment supprim´e.
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39. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Diff´erents types de pliages
(a) pliage en air (b) pliage en V (c) pliage en U
(d) pliage `a rayon
important
(e) pliage sur
´elastom`ere
(f) pliage en Z
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40. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Plieuse universelle
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41. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Plieuse universelle: Partie active de l’installation
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42. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Mise au point de l’op´eration de pliage !
La mise au point consiste `a d´eterminer les conditions de formage pour lesquelles la partie utile
de la pi`ece ne comporte aucun d´efaut marqu´e en volume: rupture, amincissement local excessif,
plis, cloques etc.
1. Le rayon de pliage.
2. Le mat´eriau de la tˆole (la en vertu du crit`ere formabilit´e de l’acier).
3. La Longueur d´evelopp´ee.
4. La g´eom´etrie de l’outil (´eventuellement la correction du retour ´elastique ou ressaut [springback]
de la pi`ece).
5. L’effort n´ecessaire de pliage.
6. Les cotes de mise en but´ee (cote machine).
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43. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Rayon minimum de pliage
Le rayon minimum de pliage diminue lorsque
la capacit´e de d´eformation plastique du m´etal
augmente. Le rapport sera plus grand pour un
m´etal ´ecroui que pour un m´etal recuit.
Rmin i
e
=
1
A−4
100−Z
× A−4
(100−Z)
+ 2
(6)
Avec:
• Rmini : Rayon minimal de pliage
• e: Epaisseur de la tˆole
• Z%: Cfficient de striction
• A%: Allongement apr`es rupture
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44. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Rayon de fibre neutre
Le maintien de l’´equilibre des sections - l’une qui augmente, l’autre qui diminue - provoque un
d´eplacement de la fibre neutre vers le rayon int´erieur.
Le rayon de fibre est donn´e par la relation :
Rf = Ri + K × e (7)
Avec: K coefficient, qui d´epend de rapport Ri/e, donn´e par le tableau suivant :
Ri/e >0.65 >1.00 >1.50 >2.40 >3.80
K 0.30 0.35 0.4 0.45 0.50
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45. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Allongement de la fibre ext´erieure
C’est l’allongement support´e par les fibres les plus tendues.
allongement de la fibre ext´erieure
Il est d´efinit par la relation :
A% =
(Ri + e)α − (Ri + e/2)α
(Ri + e/2)α
× 100 (8)
Exemple:
A% = 14%
Cette valeur est acceptable pour un acier doux mais insuffisant pour un acier dur.
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46. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
La longueur d´evelopp´ee
La longueur d´evelopp´ee correspond `a la longueur de la tˆole d´epli´ee.
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47. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Calcul de la longueur d´evelopp´ee
L’importance de la d´etermination de la longueur du flan concerne notamment:
• L’´economie de la mati`ere.
• Le r´eglage de la position des but´ees lors de l’op´eration de pliage.
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48. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Calcul th´eorique de la longueur d´evelopp´ee
Quelque soit la valeur de l’angle de pliage, la longueur d´evelopp´ee est donn´ee par la formule
suivante: LD=A1+A2+C. La valeur de C est d´etermin´ee, en fonction l’´epaisseur de la tˆole,
l’angle et le rayon de pliage.
C = (R + k.e).2π.
β
360
(9)
Si la pi`ece contient (n) plis, on aura alors:
LD =
n+1
i=1
Ai +
i=n
i=1
Ci (10)
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49. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Calcul de la longueur d´evelopp´ee avec la m´ethode des sections
Le d´eveloppement du flan est donn´e par la longueur de la fibre neutre:
LD = A +
2π × Rf × α
360
+ B (11)
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50. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Calcul de la longueur d´evelopp´ee avec la m´ethode graphique
L’abaque suivant permet de trouver rapidement la valeur de C.
Exemple d’utilisation
• Donn´ees: r=5mm, α = 30◦
,
´epaisseur de la tˆole= 1.5 mm.
• R´esultats: C=1.5mm
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51. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Les cotes de mise en but´ee (Cote Machine Cm)
La cote machine Cm est la distance entre la but´ee et l’outil (axe du V´e ou l’arˆete du contre V´e).
C’est la cote de r´ef´erence du pli de la pi`ece.
Cm = A + C/2
Si la pi`ece contient (n) plis, on aura alors :
Cm =
n
i=1
Ai +
i=n−1
i=1
Ci −
Cn
2
(12)
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52. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Correction de l’angle et du rayon de pliage
La fibre neutre de la tˆole garde une longueur constante au cours du pliage et au cours du retour
´elastique, on a :
α0 × Rf 0 = α × Rf
donc
α
α0
=
Rf 0
Rf
= K
avec α0 l’angle de l’outil de pliage, α: l’angle `a obtenir. La valeur de K d´epend du rapport Ri
e
et du mat´eriau `a plier voir abaque.
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53. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Correction de l’angle et du rayon de pliage
Pour d´eterminer les param`etres de l’outil de pliage :
Ri
e
=? ⇒ K
K =
R0 + e
2
R + e/2
⇒ R0 = K × (R +
e
2
) −
e
2
K =
α
α0
⇒ α0 =
α
K
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54. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Coefficient du Retour ´elastique : en utlisant l’abaque
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55. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Coefficient du Retour ´elastique: `a l’aide d’un tableau
Pour d´eterminer les param`etres de l’outil de pliage :
K Aluminium Acier doux Laiton Z2CN18-10
1 0.99 0.99 0.98 0.99
2 0.99 0.99 0.97 0.97
4 0.99 0.98 0.95 0.94
Ri/e
10 0.99 0.95 0.92 0.90
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56. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Correction du rayon de pliage
Le retour ´elastique d’une pi`ece apr`es pliage est particuli`erement sensible pour les grands rayons
de pliage. La correction du rayon de pliage pour un rapport Ri
e
> 10, est donn´ee par la formule
suivante :
Ro
e
=
R
e
1 + 3R.Re
E.e
(13)
• E: Module d’´elasticit´e de la tˆole
• e: Epaisseur de la tˆole
• Re : Limite d’´elasticit´e de la tˆole
• R: Rayon de la pi`ece (finale)
• R0: Rayon de l’outil
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57. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Calcul de l’effort de pliage
F = k ×
L × e2 × Rm
a
(14)
• L = longueur du pli (en mm)
• e = ´epaisseur `a plier (en mm)
• a = ouverture du v´e (en mm)
• Rm= r´esistance `a la rupture du m´etal `a plier (en daN/mm2
)
• k = 1,4 pour a = 6e
• k = 1,33 pour a = 8e
• k = 1,24 pour a = 12e
• k = 1,20 pour a = 16e
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58. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Exemple de calcul de la longueur d´evelopp´ee avec Matlab 1/2
Les ”´e” ne sont pas utils´ees pour des raisons de compilations avec l’´editeur
c l e a r a l l ;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%% Donnees Entrees par l ’ u t i l i s a t e u r %%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
t a b L i =[1250 350 750 700 5 0 0 ] ; % Les l o n g e u r s Li
tabRj =[10 10 10 1 0 ] ; % Les l o n g e u r s r j : rayons des courbures
tabAj =[90 90 90 90] ∗ p i /360; % Les l o n g e u r s Aj : l e s a n g l e s
k =1.4; % C o e f f i c i e n t prenant en compte l a f i b r e neutre
e= 3; % E p a i s s e u r i n i t i a l e
Rm=46; % Rm : R e s i a t n c e maximale
L=1000; %Longueur du p l i
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%% C a l c u l des parametres de p l i a g e %%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
SumDeltaj =0; %SumDeltaj r e p r e s e n t e l a somme des D e l t a L j
% On f a i t appel a l a f o n c t i o n longueur du p l i pour chaque i t e r a t i o n j
f o r j =1: l e n g t h ( t a b L i )−1
SumDeltaj=SumDeltaj+ c a l c u l P l i ( tabRj ( j ) , e , tabAj ( j ) , k ) ;
end
% La l o n g e u r developee f i n a l e : obtenue par l a norme DIN
LDE= sum( t a b L i ) − SumDeltaj ;
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59. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Exemple de calcul de la longueur d´evelopp´ee avec Matlab 2/2
% La longueur developpee par c a l c u l a p p r o x i m a t i f
%Somme des Rj∗ 2 p i ∗Aj /360
Sumcurv=0;
% On f a i t appel a l a f o n c t i o n longueur du p l i pour chaque i t e r a t i o n j
f o r m=1: l e n g t h ( tabRj )
Sumcurv=Sumcurv+ tabRj (m)∗ tabAj (m)∗2;
end
%A i n s i
LDA=sum( t a b L i )+Sumcurv ;
%La f o r c e du p l i
F=k∗eˆ2∗L∗Rm/(6∗ e ) ;
d i s p ( [ ’ La longueur developpee exacte vaut ( en mm) : ’ num2str (LDE ) ] ) ;
d i s p ( [ ’ La longueur developpee approximative vaut ( en mm) : ’ num2str (LDA ) ] ) ;
d i s p ( [ ’ L ’ ’ e r r e u r (%) e s t donc : ’ num2str ( abs (LDA−LDE)/LDE∗ 1 0 0 ) ] ) ;
d i s p ( [ ’ La f o r c e n e c e s s a i r e pour p l i e r l a f e u i l l e e s t ( en daN ou Kgf ) : ’ num2str (F ) ] ) ;
La fonction calculPli est `a mettre dans un fichier ind´ependant “calculPli.m”
f u n c t i o n d e l t a L j = c a l c u l P l i ( Rj , E0 , Aj , k )
d e l t a L j = 2∗( Rj+E0)∗ atan ( Aj/2)−(Rj+k∗E0)∗( pi−Aj ) ;
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60. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Recap Pliage !
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61. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Application: Mise en situation
Afin de contribuer `a l’´etanch´eit´e d’un acrot`ere d’immeuble, une entreprise est charg´ee de la
conception de bavette, comme le montre la figure ci-contre.
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62. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Application: dessins de d´etails
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63. Travail des m´etaux en feuilles Pliage
Application: Travail demand´e
D´eterminer:
1. Le rayon int´erieur du pli
2. La longueur d´evelopp´e
3. La force en kN pour plier 1 m lin´eaire de tˆole.
4. La largeur minimale du bord `a r´ealiser propre `a la presse plieuse utilis´ee.
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64. Travail des m´etaux en feuilles Emboutissage
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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65. Travail des m´etaux en feuilles Emboutissage
D´efinition
L’emboutissage est la d´eformation plastique par traction et compression d’une tˆole plane pr´ed´ecoup´ee ou d´ej`a pr´eform´ee. Il
s’effectue en une ou plusieurs op´erations sans changer l’´epaisseur de la tˆole.
L’outil de l’emboutissage se compose d’un poin¸con, d’une matrice d’emboutissage, d’un dispositif de serrage et d’un ´ejecteur.
Les domaines d’application
de l’emboutissage sont divers:
• Carrosserie automobile.
• Emballages m´etalliques.
• Appareils ´electrom´enagers.
• Pi`eces m´ecaniques.
• Ustensiles divers etc.
Pi`eces de carrosserie automobile fabriqu´ees par emboutissage
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66. Introduction
(a) (b)
(c) (d)
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67. Introduction
Proc´ed´es d’emboutissage
Suivant la forme de la pi`ece emboutie, il existe deux proc´ed´es d’emboutissage :
• Emboutissage en expansion: la tˆole se d´eforme uniquement sur le poin¸con et s’allonge dans
une ou plusieurs directions en s’amincissant.
• Emboutissage en retreint: la majeure partie de d´eformation se fait par r´etr´ecissement sur
la matrice.
(a) (b)
Emboutissage en expansion (a) et en retreint (b)
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68. Introduction
Aspect m´ecanique
Modes de d´eformation de la tˆole
1. Avanc´ee du poin¸con −→
D´eformation de la partie centrale de la tˆole
La partie p´eriph´erique reste bloqu´ee contre le serre flanc
2. d´eformation par r´etreint de la partie p´eriph´erique de la pi`ece avec des vitesses de glissement importantes.
3. D´eformation par flexion-expansion de la partie centrale par contre-emboutissage entre le poin¸con et le fond de la matrice.
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69. Introduction
´Etat des contraintes et des d´eformations
(a) Contrainte et equilibre d’une tranche (b) Critere de plasticite en contraintes
planes
(c) Bilan des sollicitations (d) Coupe Z-Z de la pi`ece
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70. Introduction
Mise au point des op´erations d’emboutissage !
La mise au point consiste `a d´eterminer les conditions de formage pour lesquelles la partie utile
de la pi`ece ne comporte aucun d´efaut marqu´e en volume: rupture, amincissement local excessif,
plis, cloques etc
1. la g´eom´etrie et la position du flan.
2. Le mat´eriau de la tˆole (la en vertu du crit`ere formabilit´e de l’acier).
3. La force de serrage exerc´ee par le serre-flan.
4. La g´eom´etrie de l’outil (´eventuellement la correction du retour ´elastique [springback] de la
pi`ece).
5. L’effort n´ecessaire de l’emboutissage.
6. Le nombre de passes de l’emboutissage.
7. Le lubrifiant(nature, qualit´e).
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71. Introduction
Les tˆoles pour emboutissage: comment sont elles-´elabor´ees?
Mode de fabrication des tˆoles fines en acier doux
Il s’agit de tˆoles d’acier `a tr`es bas carbone (160 ≤ Re ≤ 200 MPa) −→la grande formabilit´e est assur´ee par la valeur ´elev´ee de
leur allongement `a la rupture A (de 35 `a 45% ) et de leur coefficient d’anisotropie normale r (de 1,7 `a 1,85)
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72. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode analytique:
1er th´eor`eme de Guldin:
La surface engendr´ee par une ligne plane, autour d’un axe situ´e dans son plan, et qui ne la traverse
pas, est ´egale au produit de la longueur d´evelopp´ee de cette ligne par la circonf´erence d´ecrite par
le centre de gravit´e.
S = α. rs .s
ou α est l’angle d´ecrit par la rotation, rS est la distance du centre de gravit´e `a l’axe et s la longueur
de l’arc.
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73. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode analytique:
Df = 4
π
S = 1.13
√
S
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74. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode analytique:
Exemples: Emboutis cylindriques `a fond plat
(a)
D = d2 + 4dh
lorsque
r
d
≤ 1
10
(b)
D =
(12 − 4π)r2 + (4π − 8)r2
c + 2πd(r + rc ) + 4d(h − 2r) + d2
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75. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs: Application
1. En utilisant le th´eor`eme de Guldin, v´erifier les formules analytiques suivantes, pour le calcul
de la surface de l’embouti.
• Surface de la collerette ext´erieure: 2πrc .[( d
2
+ rc ) − 2rc
π
]
• Surface lat´erale: πd(h − r)
• Surface de la collerette inf´erieure: 2πr.[( d
2
− r) + 2r
π
]
• Surface de la base du cylindre: π.( d
2
− r)2
2. V´erifier la surface du flanc (ainsi que son diam`etre) donn´ee par l’outil num´erique.
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76. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode analytique: Exemples:
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77. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage:
• Cette m´ethode est bas´ee sur l’application du th´eor`eme de GULDIN
• Si r est le rayon du flan cherch´e, on peut ´ecrire :
SURFACE DU FLAN (S)= SURFACE DE L’EMBOUTI(S)
πr2 = 2πrm(l1 + l2 + l3 + ... + l5)
ou encore : r2 = 2rm. li
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78. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage:
1. Tracer la section de l’embouti ;
2. D´ecomposer la forme (section) en ´el´ements simples (droites ou arcs de cercles) ;
3. Calculer la longueur de chaque ´el´ement simple ;
4. D´eterminer la position du centre de gravit´e de chaque ´el´ement simple ;
5. Tracer les lignes de rappel issues des cdg des ´el´ements simples ;
6. Tracer le segment AB ( li) ;
7. Prendre un point P quelconque et joindre les extr´emit´es des segments li `a P.
8. Num´eroter les polaires de 1 `a N, en commen¸cant par le haut.
9. Ensuite tracer une droite parall`ele `a la polaire 1 et coupant la 1`ere ligne de rappel situ´ee `a gauche de la section ;
10. A ce point d’intersection, tracer une droite parall`ele `a la polaire 2 `a partir de ce point ;
11. On proc`ede ainsi de proche en proche avec toutes les polaires ;
12. Prolonger les polaires 1 et N qui se couperont en un point qui pr´esentera la position du centre de gravit´e (rm) de la
section par rapport `a l’axe de l’embouti
13. Tracer le segment BC = 2rm ;
14. Tracer le demi-cercle de diam`etre AC = li + 2rm ;
15. Au point B, tracer une droite perpendiculaire qui va couper le demi-cercle en un point D ;
16. Le triangle ACD est un triangle rectangle (puisque inscrit dans un cercle). BD est la hauteur et est ´egale au rayon du flan
recherch´e. Diam`etre du flan D = 2.r
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79. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage:
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80. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage: Remarque
la figure ci-contre pr´esente les relations permettant de trouver la position du cdg des arcs ´el´ementaires
:
a = 180.R. sin α
π.α
b = ( 180.R. sin α
π.α
).tg α
2
= a.tg α
2
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81. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage: Exemple 1
M´ethode de recherche du diam`etre du flan (embouti cylindrique)
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82. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage: Exemple 1
En appliquant les r`egles de d´etermination du flanc par la m´ethode de tra¸cage, compl´eter le sch´ema
ci-contre;
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83. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode de tra¸cage: Exemple 2
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84. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode des abaques: Emboutis sans collerette
Exemple:
Donn´ees:
• r=10 mm ;
• h=80 mm ;
• d=100 mm
R´esultat:
• Rf =....mm,
• Df =....mm
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85. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode des abaques: Emboutis sans collerette
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86. Introduction
M´ethodes de d´etermination des flancs
M´ethode des abaques: Emboutis avec collerette
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87. Introduction
Effort de l’emboutissage
Forme de la pi`ece Sch´ema Effort Facteurs de correction
d/D <0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8
monopass Fig.a F1
k 1 0.86 0.72 0.6 0.5 0.4
dn/dn−1 0.7 0.75 0.8 0.85
Cylindrique
multipass Fig.b Fn
Q 0.8 0.6 0.5 0.35
F1 = π.d.e.Rr .k (15)
Fn = Fn−1 + Q.π.dn.e.Rr (16)
(a) (b)
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88. Introduction
Effort de l’emboutissage
Forme Sch´ema Effort Facteurs de correction
0.5 pour les emboutis peu profonds
KA =
2 pour ceux dont h=5-6r
0.2 en absence du serre flanc
0.3-0.5 si ´ecoulement facile et faible SF
Rectangulaire
Fe
= e.Rr.(2.KA
.r + KB
.L)(17)(*)
KB =
1 si il y a SF avec forte pressions
Quelconque Fe = p.e.Rr
• (*) : L=2(a+b)
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89. Introduction
R´eduction admissible en plusieurs passes:
Premi`ere passe d1 = D ∗ m1
Passes suivantes dn = dn−1 ∗ m2
Exemples de m ou β
Mati`ere de la tˆole m1 m2
tˆole noire 0.6 0.8
inox aust´enitique 0.51 0.8
aluminium 0.5 0.8
laiton 0.53 0.75
Zinc 0.4 0.6
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90. Introduction
Effort du Serre-Flanc
Force de serre flanc importante
risque de formation de fissures
Serrage trop faible
la flanc risque de pr´esenter des plis
Force de serrage :
FSF = p.SSF (18)
Avec : p et SSF sont respectivement la pression de serrage et la surface du serre flanc
NB: La pr´esence du serre-flanc ne s’impose que lorsque d 0.95D ou e 0.02(D-d)
p = (βactuel − 1)2
+
d
200e
.
Rm
400
(19)
Dans le cas d’un emboutissage cylindrique :
SSF = (D
2
− d
2
).
π
4
(20)
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91. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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92. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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93. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le proc´ed´e de soudage
Le soudage est le proc´ed´e d’assemblage qui consiste `a r´eunir deux ou plusieurs pi`eces, afin d’assurer
la continuit´e de la mati`ere, soit par l’apport de la chaleur, soit par l’application de la pression,
soit en combinant les deux. Il peut ˆetre ex´ecut´e avec ou sans m´etal d’apport.
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94. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudabilit´e des aciers
• Les aciers `a faible teneur en carbone (non alli´es type S ou E ou inox `a teneur en C ≤ 0.05)
sont parfaitement soudable.
• L’augmentation de la teneur en C favorise la formation d’une structure de trempe fragile
lors du soudage.
• La soudabilit´e d’un acier peut ˆetre estim´ee par la m´ethode du carbone ´equivalent, en
int´egrant l’effet ´equivalent des autres ´el´ements d’alliages:
Ceq = C +
Mn
6
+
Cr + Mo + V
5
+
Ni + Cu
15
(21)
Tous les ´el´ements sont en (% wt)
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95. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudabilit´e des aciers
Du point de vue sensibilit´e `a la fissuration `a froid, les aciers peuvent ˆetre class´es en trois groupes
;
• Ceq ≤ 0.4: l’acier est facilement soudable, structure non sensible `a la fissuration `a froid.
en trois groupes ;
• 0.45 ≤ Ceq ≤ 0.7: l’acier est moyennement soudable ; des mesures doivent ˆetre prise dans
le but de minimiser le risque de fissuration `a froid tels que: pr´echauffage (entre 100 et
400◦C g´en´eralement), refroidissement contrˆole, bon choix du m´etal d’apport etc.
• Ceq 0.7: l’acier est difficilement soudable pr´echauffage, ´electrodes sp´eciales, traitements
thermiques post-soudage etc.
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96. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Lexique du soudage

97. Soudure bout `a bout: les deux pi`eces `a assembler sont mont´ees bord `a bord.

98. Soudure d’angle: les deux pi`eces `a assembler en T ou en L.

99. Laitier: Il r´esulte de la fusion de l’enrobage assurant la protection du bain de fusion pendant
sa solidification.

100. QMOS: document illustrant les sp´ecifications exig´ees du proc´ed´e de soudage selon les
normes recommand´ees.

101. M´etal de base

102. M´etal d’apport

103. ZAT: zone affect´ee thermiquement
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104. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Classification des proc´ed´es de soudage
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105. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage oxyac´etyl´enique
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106. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage oxyac´etyl´enique: illustration
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107. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage oxyac´etyl´enique

108. Le soudage au chalumeau `a gaz est de moins en moins utilis´e: travaux ordinaires de
construction, r´eparations diverses.

109. Le soudage au chalumeau utilise la chaleur d’une flamme (3150◦C) aliment´ee par un m´elange
d’un gaz combustible (ac´etyl`ene voire propane) et d’un gaz (oxyg`ene).

110. Il se pratique par chauffage ponctuel, `a haute temp´erature, de proche en proche.
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111. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc avec Electrodes Enrob´ees: mise en situation
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112. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e
SMAW Welding: Shield Metal Arc Welding
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113. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e
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114. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: illustration du proc´ed´e

115. Le chauffage permettant la fusion est assur´e par un arc ´electrique jaillissant entre l’´electrode
(le cathode) et la pi`ece (l’anode).
´Energie permettant la fusion des bords de la pi`ece.

116. L’´electrode enrob´ee:
• L’ˆame m´etallique: c’est le m´etal d’apport.
• L’enrobage: permet la protection du bain de fusion des impuret´es ext´erieures durant
sa solidification → Laitier protecteur
• Types d’´electrodes: rutiles, basique , cellulosique, oxydant, acide etc.

117. Ce soudage est r´ealis´e sans apport de gaz.

118. Tension entre ´electrodes: 50V environ, courant continu ou alternatif.
la tension « `a vide » peut atteindre 100 volts.

119. La chaleur d´egag´ee par l’arc (3500◦C- 4000◦C) fait fondre tr`es localement la pi`ece `a souder.
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120. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: le poste de soudure
La fusion locale des bords du joint est assur´ee grˆace `a une puissante ´etincelle fournie par le
poste ´electrique. Il permet ainsi d’atteindre des gammes de temp´eratures de 2600 `a 5000◦ C, afin
d’assurer la fusion du m´etal. Pour la SAEE, on peut utiliser deux types de courant:
Le poste rotatif:
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121. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: le poste de soudure
Le poste statique:
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122. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’ Arc `a Electrodes Enrob´ees: L’´electrode
Les diam`etres ”courants” d’´electrodes utilis´es sont:
Le choix de l’´electrode en fonction de l’´epaisseur des pi`eces `a souder, il faut s´electionner:
• Son diam`etre.
• L’intensit´e de soudage du poste `a souder.
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123. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’ Arc `a Electrodes Enrob´ees: L’´electrode
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124. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: formation du cordon
On rappelle que:
• L’´electrode est fusible ; elle constitue le m´etal d’apport. C’est un ˆame m´etallique enduit
d’un revˆetement appel´e enrobage (poudre min´erale ou m´etallique fritt´ee).
• L’enrobage, ´egalement fusible, d´epose un laitier protecteur sur le bain de m´etal fondu.
⇒ Ce laitier a pour rˆole d’isoler la soudure de l’oxydation et la contamination provenant de
l’atmosph`ere ext´erieure.
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125. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’Arc `a Electrodes Enrob´ees: Calcul de l’´Energie de soudage
Comment calculer l’´energie du soudage?
Es [kJ/cm] = 60.
U[V ].I[A]
Vs [cm/min]
(22)
avec ;
• Vs : la vitesse du soudage
• U et I sont respectivement la tension ou l’intensit´e moyennes affich´ees ou mesur´ees.
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126. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’arc submerg´e (SAW)/ soudage sous flux: Mise en situation et sch´ema fonctionnel
SAW Welding:Submerged Arc Welding
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127. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Soudage `a l’arc submerg´e (SAW)/ soudage sous flux: ce qu’il faut retenir

128. L’arc ´electrique jaillit sous le flux en poudre (fondant) ou un fil d’´electrode nu (diam`etre
1,2 `a 6 mm) pour le fusionner.
Quand le flux fond, avec la protection anti-oxydante, le cordon de soudure se forme et
le laitier monte `a la surface.

129. Il s’agit d’un proc´ed´e de soudage automatique.

130. Les flux utilis´es sont des min´eraux granulaires fusibles contenant: des oxydes de mangan`ese,
de silicium, de titane etc. et d’autres compos´es tels que le fluorure de calcium.

131. Ce proc´ed´e est adapt´e au soudures des mat´eriaux ´epais (plus de 5 mm). Exemple: soudage
des ”pipelines” des conduites de vapeur sous pression dans les centrales thermiques.
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132. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage TIG [TungstenInert Gas] /Soudage `a gaz inerte: Mise en situation
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133. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage TIG [Tungsten Inert Gas] /Soudage `a gaz inerte: sch´ema fonctionnel
TIG Welding:TungstenInert Gas
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134. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage TIG [Tungsten Inert Gas] /Soudage `a gaz inerte: ce qu’il faut retenir

135. L’arc ´electrique est cr´e´e entre la pi`ece sous tension et une ´electrode r´efractaire en tungst`ene.

136. La temp´erature de fusion peut atteindre 3500◦C.

137. Le m´etal d’apport est introduit par une baguette tenue par l’autre main (en proc´ed´e manuel).

138. Ce proc´ed´e peut s’automatiser ⇒ Soudage TIG orbital.

139. Une atmosph`ere inerte enveloppe le bain de fusion et prot`ege le m´etal de l’oxydation de
l’air.

140. Le soudage T.I.G. s’adresse aux m´etaux de faible ´epaisseur: acier inoxydable, aluminium et
alliages l´egers, alliages de cuivre, nickel et ses alliages etc.
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141. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage MIG/MAG: Mise en situation
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142. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage MIG/MAG: ce qu’il faut retenir

143. Ce proc´ed´e a d’abord utilis´e des gaz de protection inertes comme l’h´elium ou l’argon.

144. L’´electrode, achemin´ee automatiquement et continuellement depuis un d´evidoir, se pr´esente
sous la forme d’un fil massif ou fourr´e.

145. Si l’h´elium ou l’argon est remplac´e par du CO2 plutˆot r´eactif ou un m´elange de type
argon/CO2 Soudage MAG
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146. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage au Plasma
Le soudage au plasma −→



Densit´e d’´energie plus concentr´ee
Temp´eratures bien plus ´elev´ees ; jusqu’`a 10,000◦C
Vitesse de soudage plus ´elev´ees tout en r´eduisant l’apport thermique
Proc´ed´e Robotis´e
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147. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudage LASER
Le soudage LASER −→



Sources amplifi´ees avec: CO2, YAG, fibre ou LED.
Vitesse de soudure ´elev´ee, efficacit´e, profondeur avec peu de d´eformation
Soudage des mat´eriaux non m´etalliques: verre, porcelaine etc.
Concept des Robots Soudeurs
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148. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance

149. Il s’agit d’un proc´ed´e par pression, `a chaud et sans m´etal d’apport.

150. Les pi`eces `a assembler sont chauff´ees localement par le passage d’un courant ´electrique ⇒
Effet Joule, tout en les maintenant en contact par un effort de compression.

151. ´Echauffement de l’interface ⇒ plastification locale du mat´eriau ⇒ soudage par diffusion
atomique.

152. Le courant est de forte intensit´e, sous basse tension ⇒ souder des structure fines sans les
brˆuler.

153. Le soudage par r´esistance constitue un proc´ed´e ´economique avec une productivit´e tr`es
´elev´ee.
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154. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance par point: Mise en situation
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155. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance par point: ce qu’il faut retenir

156. Les ´electrodes effectuent un mouvement vertical ⇒ Point de soudure circulaire.

157. Plusieurs points de soudure peuvent ˆetre r´ealis´es les uns `a la suite des autres.

158. Ce proc´ed´e est adapt´e aux soudures homog`enes et h´et´erog`enes.

159. Applications: micro-soudage, fabrication de batteries, ustensiles de cuisine etc.
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160. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance `a la molette: Mise en situation
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161. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance `a la molette: ce qu’il faut retenir

162. Les ´electrodes sont remplac´es par deux disques tournants (galets) pour assurer le d´eplacement
des pi`eces pendant le soudage.

163. Ce proc´ed´e permet de r´ealiser des assemblages plans, cylindriques ou mˆeme coniques ainsi
des soudures continues ou discontinues.

164. Si les points de soudure sont jointifs −→ On parle d’un assemblage homog`ene
Si le cordon est discontinu −→ Il s’agit d’un cordon discontinu

166. Applications: boˆıtes de conserve (soudage vertical), soudage des filtres etc.
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167. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance par bossage: Mise en situation
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168. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par r´esistance par bossage: ce qu’il faut retenir

169. Le soudage par bossage est assur´e par l’application d’un ou plusieurs bossages (par emboutissage
sur l’une des pi`eces `a usiner.
−→ La localisation du courant et de l’effort sur la zone `a souder est donc assur´ee par la
g´eom´etrie des pi`eces `a souder ( soudages par points et `a la molette)

170. Les ´electrodes sont d´esormais remplac´ees par des plateaux afin de de souder des formes en
treillis.

171. On utilise des ´electrodes plates −→ grande surface de contact.

172. Applications: adapt´e au formes courb´ees, tˆoles minces etc.
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173. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par friction
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174. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe du soudage par friction

175. Ce type de soudage est obtenu par l’´echauffement de deux pi`eces press´ees et en mouvement
l’une par rapport `a l’autre.

176. Le mouvement relatif entraˆıne un ´echauffement de l’interface jusqu’`a plastification locale
du mat´eriau, puis soudage par diffusion atomique.

177. Il n’y a pas de m´etal d’apport. On peut souder des mat´eriaux diff´erents.

178. Applications: aciers tr`es durs et r´esistants.
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179. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudo-brasage
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180. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le soudo-brasage

181. C’est un proc´ed´e qui permet d’assurer une liaison m´etallique entre deux pi`eces homog`enes
ou non par l’apport d’un m´etal ou d’un alliage (m´etal d’apport) ayant une temp´erature
l´eg`erement inf´erieure `a celle des pi`eces `a assembler
⇒ les temp´eratures de brasage fort sont g´en´eralement sup´erieures `a 450 ◦ C.

182. Le soudo-brasage peut se r´ealiser sur diff´erents nuances de mat´eriaux: cuivre, laiton, fer,
aciers, du bronze, aluminium etc.

183. Le soudo-brasage est ´egalement appel´e brasage fort Le brasage tendre qui met en œuvre
des gammes de temp´eratures 450 ◦ C.
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184. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Les diff´erentes parties d’un cordon de soudure
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185. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Les soufflures
• Forme: des porosit´es sous la forme des d´efauts sph´eriques creux qui peuvent ˆetre ou non d´ebouchants.
• Causes: les courants d’air, le manque de gaz, l’obstruction de la buse, un mauvais angle de soudage, de l’humidit´e ou
des impuret´es ext´erieures dans le joint.
• Types:
• porosit´es non d´ebouchantes: soufflures.
• porosit´es d´ebouchantes: piqˆures.
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186. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Exc`es de p´en´etration
Au cours d’une soudure, le m´etal peut ´egalement d´eborder du cˆot´e envers du cordon dans le cas
de l’exc`es ; on parle alors d’exc`es de p´en´etration.
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187. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Les caniveaux
Les caniveaux apparaissent dans le m´etal fondu et se situent parall`element `a la ligne de fusion et
l’axe longitudinal du cordon ⇒ ils indiquent une in´egalit´e de chauffage.
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188. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Retassures
Suite au retrait du m´etal fondu lors de son refroidissement, un espace vide peut apparaˆıtre `a la
surface ou `a l’int´erieur du cordon ⇒ on parle alors de retassures.
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189. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
R´ecapitulatif des diff´erents d´efauts de soudure
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190. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Le traitement thermique post-soudage
Les traitements de revenu effectu´es sur les constructions soud´ees prennent le nom de traitement
thermique apr`es soudage (TTAS), en anglais ”Post Weld Heat Treatment” (PWHT). ⇒ Le but
d’un tel traitement, est de r´eduire les tensions internes caus´ees par la soudure, et d’adoucir la
microstructure.
Exemple d’un PWHT :
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191. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Ressuage

192. Le ressuage est un proc´ed´e de contrˆole non destructif permettant de r´ev´eler des d´efauts
d´ebouchants (piqˆures, retassures, fissures etc.) Un liquide p´en´etrant et color´e ou fluorescent
est infiltr´e dans les d´efauts, puis ensuite mis en valeur (r´ev´el´e) grˆace `a un produit r´ev´elateur.

193. Le ressuage peut s’utiliser dans de nombreux domaines, et pas seulement en chaudronnerie
et en soudage.

194. Secteurs d’applications: a´eronautique, automobile, nucl´eaire, fonderie, m´ecanique, tuyauterie
etc.
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195. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
´Etapes du ressuage
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196. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Radiographie
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197. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
Principe de la radiographie

198. C’est une technique qui met en œuvre un rayonnement X ou gamma pour contrˆoler l’assemblage
soud´e.

199. Un film, plac´e derri`ere la pi`ece, va ˆetre impressionn´e par les rayonnements qui la traversent.
⇒ L’intensit´e de celui-ci va diff´erer au droit des d´efauts, ce qui se traduira par une tache
plus claire ou plus sombre que la teinte g´en´erale du film.

200. Un mat´eriel sp´ecifique est requis et des mesures de s´ecurit´e doivent ˆetre appliqu´ees vu les
risques potentiels de cette technique
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201. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Soudage
R´ecapitulatif des techniques de contrˆole
Contrˆoles destructifs
Macrographies
Essais de duret´e
Essais de traction
Essais de pliage
Essais de r´esilience
Contrˆoles non destructifs
Contrˆole radiographique
Ressuage
Contrˆole par ultrasons
Fluorescence
Contrˆole magn´etique
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202. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Moulage
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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203. Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere Moulage
D´efinitions et g´en´eralit´es

204. Le moulage consiste `a cr´eer les formes des objets massifs et g´eom´etriquement complexes,
par solidification d’un mat´eriau en phase liquide dans une moule qui lui donnera sa forme.

205. Il s’agit d’un proc´ed´e ´economique dans le cas de la reproduction (fabrication en s´erie) des
pi`eces homog`enes.

206. Mat´eriaux candidats: m´etaux, alliages l´egers, pˆate, poudre, plastiques etc.
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207. • L empreinte
solidification et refroidissement
−→ une piece dont la forme, les dimensions, l’´etat de surface,
la compacit´e ainsi que les caract´eristiques m´ecaniques sont d´efinies par un cahier des
charges.
• Comme le soudage, le refroidissement de la pi`ece doit ˆetre optimis´e afin de minimiser les
d´efauts dus au retrait du mat´eriau lors de sa solidification telles que les retassures.
• On peut classer les proc´ed´es de moulage en deux cat´egories:
• Moulage en moule non permanent (non r´e-utilisable).
• Moulage en moule permanent (r´e-utilisable) ⇒ moulage en coquille.
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208. classification des proc´ed´es de moulage
Dans la suite du cours, on va s’int´eresser aux proc´ed´es de moulage des mat´eriaux m´etalliques Domaine de fonderie.
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209. Lexique du moulage
• Mod`ele: c’est l’objet qu’on veut le reproduire.
• Moule: corps fa¸conn´e afin de recevoir le m´etal ou l’alliage en fusion ⇒ fonderie en moule permanent.
• Chˆassis: cadre m´etallique dont le rˆole est maintenir le sable comprim´e autour du mod`ele ⇒ fonderie en moule non permanent.
• Masselottes: doivent ˆetre con¸cues avec beaucoup de pr´ecaution vu leur rˆoles importants:
• Servir de r´eservoir de m´etal fondu afin que la pression, exerc´ee par gravit´e, force l’´ecoulement du m´etal lors de sa
solidification).
• Permettre le d´egagement des retassures (d´efauts engendr´es par le retrait du m´etal) hors de la pi`ece ⇒ La r´ecup´eration
des impuret´es.
• ´Event: canal destin´e `a faciliter l’´echappement du gaz form´e lors du contact du m´etal fondu avec la surface de l’empreinte.
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210. Proc´ed´es de moulage: crit`eres de choix
(a) Quantit´e des pi`eces (b) Masse
(c) ´Etat de surface (d) ´Epaisseur
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211. Les moulage en moules non permanents: le moulage en sable
L’empreinte est r´ealis´ee dans du sable compact´e dans un moule⇒ La composition le rend
`a la facilement fa¸connable et suffisamment gel´e pour pouvoir y couler le m´etal fondu.
Il convient pour des mat´eriaux de fonderie `a hauts points de fusion: fonte et acier.
Ce sont souvent des petites s´eries, des prototypes ou des pi`eces de grandes dimensions.
Le moule comporte les chˆassis qui contiennent le sable et ses additifs, l’empreinte cr´e´ee `a
partir du: mod`ele et de noyaux, plaque mod`ele, noyaux etc.
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212. Les moulage en moules non permanents: le moulage en sable ⇒ Sch´ema fonctionnel
Le m´etal ou l’alliage en fusion est coul´e dans un moule en sable. Le moule sera d´etruit apr`es la
fabrication de chaque pi`ece ⇒ il faut pr´eparer un moule pour chaque pi`ece.
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213. Les moulage en moules non permanents: le moulage en sable ⇒ Avantages et Inconv´enients
Avantages
Mouler des mat´eriaux `a hauts points
de fusions (acier, fonte).
Mouler des pi`eces de (tr`es) grande
taille (ex: carters machines).
Rentabilit´e pour les petites et
moyennes s´eries.
Inconv´enients
Faible pr´ecision dimensionnelle.
Mauvais ´etat des surfaces.
Probl`emes environnementaux
(fum´ees).
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214. Les moulage en moules non permanents: le moulage en carapace⇒ Principe

215. Le moulage en carapace, appel´e proc´ed´e Croning, consiste `a concevoir un mod`ele, de
faible ´epaisseur en m´elange de sable fin agglom´er´e et une r´esine thermo-durcissable, qui
peut ˆetre soit une carapace soit un noyau.

216. Un m´elange sable + r´esine + catalyseur est inject´e dans un plaque m´etallique
pr´echauff´e (plaque mod`ele). −→ Durcissement du m´elange par polym´erisation, par l’apport
de la chaleur entre 200 et 300 ◦ C.
⇒ Obtention de deux demi-moules, une fois coll´es, constituent le moule.

217. Exemple d’applications: industrie automobile ; arbres `a cames.
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218. Les moulage en moules non permanents: le moulage en carapace ⇒ gamme de fabrication
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219. Les moulage en moules non permanents: le moulage en carapace ⇒ Avantages et Inconv´enients
Avantages
L´eg`eret´e des carapaces et noyaux.
Bonne pr´ecision dimensionnelle des
pi`eces coul´ees.
Cadence de fabrication ´elev´ee.
Automatisation possible.
Inconv´enients
Coˆut ´elev´e: appareillage et r´esine.
D´egagement de fum´ees.
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220. Les moulage en moules non permanents: le moulage `a la cire perdu ⇒ Mise en situation
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221. Les moulage en moules non permanents: le moulage `a la cire perdu ⇒ Caract´eristiques

222. Ce mod`ele d´erive des objets d’art (fait appel aux comp´etences manuelles et inventions
artistiques); bijou, statuts etc. Il se classe parmi les proc´ed´es de fabrication les plus anciens.

223. Le plus grand avantage de ce proc´ed´e c’est qu’il permet l’obtention des formes tr`es
complexes.
⇒ Confection des moules m´etalliques.

224. Applications: bijouterie, industrie automobile ; confection des moules des chemises, pistons
etc.

225. Remarque: Il ne faut pas confondre la cire avec les pattes `a modeler utilis´es en ateliers de
forge pour simuler de la formabilit´e ”plastique” de certains m´etaux.
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226. Les moulage en moules permanents: d´efinition
Les moules utilis´es, g´en´eralement en acier r´efractaires ou fentes perlitiques, permettent de produire
un nombre ´elev´e des pi`eces.
On distingue quatre principales cat´egories des moulages en moules permanents:
• Moulage par gravit´e.
• Moulage sous basse pression.
• Moulage sous haute pression.
• Moulage par centrifugation.
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227. Les moulage en moules permanents: en coquille par gravit´e
• La moule m´etallique est appel´ee coquille.
• La coquille est divis´ee en deux parties suivant le plan de joint elle comprend les ´el´ements
suivants:
• L’empreinte (qui donne la forme ext´erieure), les noyaux (pour les formes int´erieures) ainsi
que des broches permettant d’´evider la pi`ece.
• Un syst`eme d’alimentation, de coul´ee, les masselottes et les ´events.
• Les organes de manutention, de fermeture et d’´ejection.
• Afin d’obtenir les formes int´erieures d´esir´ees tels que les trous et les orifices, on emploie des noyaux
m´etalliques ou destructibles.
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228. Les moulage en moules permanents: en coquille par gravit´e
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229. Les moulage en moules permanents: le moulage basse pression
• On utilise une faible pression d’air ( 1 bar) appliqu´ee sur la surface du m´etal en fusion lors de
la coul´ee.
• La machine est compos´ee de:
• Un four `a induction ´etanche.
• Un moule facilement transportable pour acc´eder au creuset.
• Un syst`eme de mise en pression.
• Un syst`eme d’injection assurant la liaison entre le four et le moule.
• Un syst`eme automatique permettant l’ouverture et la fermeture du moule.
• La mont´ee de l’alliage liquide dans le tube et le moule est assur´ee par l’application de la pression
d’air `a la surface du bain. Le moule est maintenu sous pression jusqu’`a solidification de la
pi`ece.
• Ce proc´ed´e est g´en´eralement adapt´e aux pi`eces de formes circulaires.
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230. Les moulage en moules permanents: le moulage basse pression
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231. Les moulage en moules permanents: le moulage sous haute pression
• L’injection se fait dans le moule m´etallique sous une haute pression (de l’ordre de 1000 bar) `a
grande vitesse au moyen d’un piston fix´e aux plateaux de la machine.
• Le temps d’injection est tr`es court (0.1 secondes au moyenne).
• La cadence de la production varie de 20 `a 150 pi`eces `a l’heure.
• Il existe deux types de machine ;
• Machine `a chambre froide ⇒ alliages `a bas points de fusion.
• Machine `a chambre chaude.
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232. Les moulage en moules permanents: le moulage sous haute pression
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233. Les moulage en moules permanents: avantages et inconv´enients
Avantages
Rigidit´e de l’empreinte.
Grande pr´ecision dimensionnelle
Excellent ´etat de surface des ´el´ements
moulants.
Conductivit´e thermique ´elev´ee des
empreintes.
Inconv´enients
limit´e au mat´eriaux `a basses
temp´eratures de fusion
Les formes sont plus simples qu’en
moulage en sable
Coˆut ´elev´e ⇒ proc´ed´e rentable en
fabrication s´erie.
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234. Vocabulaire Technique
Terme technique Translation Terme technique Translation
Estampage Stamping Pliage Bending
Acier steel Forgeage forging
Emboutissage Deep drawing Stress Effort/Tension/Pression
Soudage Welding D´eformation Strain
Traitement Thermique Post Soudage Post Welding Heat Treatment Module d’Young Young’s Modulus
Moulage Molding M´etal d’apport Filler metal
rupture Fracture Etirage stretching
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235. R´ef´erences
1 Introduction
2 Travail des m´etaux en feuilles
Introduction
D´ecoupage
Pliage
Emboutissage
3 Autres proc´ed´es sans enl´evement de mati`ere
Soudage
Moulage
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236. R´ef´erences
R´ef´erences
Chevalier Andre, Guide du dessinateur industriel. Edition 2004.
Europa Lehrmittel, Technologie des v´ehicules `a moteur. Edition 2010.
Groupe Weka, ´Editions techniques de l’ing´enieur ; mat´eriaux et m´ecanique.
Christophe Dielemans, Proc´ed´es d’obtention des pi`eces brutes, version 2004.
Technologue Pro/ ISET Rades, Technologies de production.
Samir M’hemed, Techniques de production/Niveau II, version 2005.
Marc Fran¸cois, Physique de la plasticit´e.
Victor Songmene, Techniques avanc´ees de mise en forme.
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237. R´ef´erences
R´ef´erences
Certaines figures et informations sont extraites (avec des possibles am´eliorations) des adresses
web suivantes (toutes v´erifi´ees `a la date de publication de ce document):
Portait Soudeurs.com ;. http://www.soudeurs.com.
Rocdacier ; https://www.rocdacier.com
Welding Tips and Tricks ; http://www.weldingtipsandtricks.com
Jule Haag ; http://www.lycee-juleshaag.fr
Wikipedia ; http://www.wikipedia.org
Portait Mediamef ; http://www.mediamef.utt.fr
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