L’analyse fonctionnelle de la machine traction

L’analyse fonctionnelle de la machine de traction

Histoire des essais mécaniques

L’histoire des essais mécaniques se confond avec l’histoire de la résistance des matériaux. On peut penser que les premiers essais mécaniques ont été destinés à tester les matériaux en vue de la construction et ce dans un but de bonne adaptation du matériau, dans le cadre de mécanique de la rupture : le matériau doit être suffisamment solide pour l’usage.
Période de la Renaissance : Les premiers travaux écrits peuvent être attribués à Léonard de Vinci (1452-1519) pour une machine décrite et dessinée et qui servait pour une ‘Expérience de la force capable d’agir sur la longueur d’un fil de fer’ mais on estime que c’est Galilée (1564-1641) le premier à vraiment théoriser la tension et la flexion des poutres. Ensuite on voit une évolution dans la science des matériaux avec Robert Hooke (1635-1703) avec la théorie sur l’élasticité.
L’époque Moderne : le début de la théorisation. Réaumur (1683-1757) dans ses travaux sur la métallurgie teste, par traction, le fil métallique alors que Pieter van Musschenbroek (1692-1761) construit une machine pour tester la résistance de barres d’échantillons (minéraux, bois, métal) en traction et compression et décrit ses expériences dans son livre ‘Institutiones’ en 1734, en réponse Buffon (1707-1788) construit une  machine pour tester la résistance du bois et en déduit des tables de ‘force du bois’ qui seront utilisées en construction jusqu’au 19eme siècle, à la fin du 18eme siècle on note les expériences de Franz Karl Achard (1753 -1821) qui réalisa des essais de traction, compression, flexion et dureté sur près de mille matériaux.
Le 19ème siècle: les tests pour l’industrie, Le 19eme siècle est marqué par les premiers essais mécaniques à vocation industrielles avec David Kirkaldy (1820–1897) qui est le premier à développer une activité de test pour l’industrie métallurgique qui est en plein développement à l’époque, il contribua notamment à l’expertise de la célèbre ‘Catastrophe ferroviaire du pont sur le Tay’ qui mit en cause la qualité de l’acier utilisé. Georges Charpy (1865-1945) est l’inventeur du mouton pendule qui porte son nom ainsi que de l’essai associé consistant à utiliser un mouton-pendule pour briser une éprouvette entaillée, l’énergie absorbée étant calculée grâce à la hauteur atteinte par le marteau après le choc.
Période contemporaine: les normes & la physique des matériaux, On voit dès le début du 20ème siècle des tentatives pour normaliser les essais ainsi que des explications des comportements mécaniques par la mécanique des milieux continus, notamment par Stephen Timoshenko (1878-1972).

L’ESSAI DE DURETÉ

La dureté d’un matériau peut être définie comme la « résistance du matériau à la déformation permanente sous l’effet de la pénétration par un autre matériau dur ». La dureté n’est pas une caractéristique fondamentale d’un matériau et une valeur quantitative devrait toujours être évaluée en fonction de :
– la charge exercée sur le pénétrateur ;
– un profil de temps de charge spécifique et une durée de charge spécifique ;
– une géométrie de pénétrateur spécifique.
L’objectif principal de l’essai de dureté est de déterminer l’aptitude d’un matériau, ou le traitement particulier auquel le matériau a été soumis.

PROCÉDER D’UN ESSAI DE DURETÉ 

L’essai de dureté est généralement réalisé en mesurant la profondeur de pénétration du pénétrateur (Rockwell, essai de pénétration instrumenté, méthode de pénétration à la bille) ou en mesurant la taille de l’empreinte laissée par le pénétrateur (Vickers, Knoop et Brinell.)
La méthode d’essai de dureté la mieux adaptée dépend de la microstructure du matériau, par ex. de son homogénéité. Il est important que le matériau soumis à l’empreinte de l’appareil d’essai de dureté soit représentatif de l’intégralité de la microstructure, sauf si l’objectif est d’étudier les différents composants de la microstructure. Cela signifie que si la microstructure est très grossière ou hétérogène, l’empreinte requise devra être plus grande que pour un matériau homogène.

Choisir la méthode d’essai 

– Lors de la sélection d’une méthode, il faut tenir compte des points suivants :
– Le type de matériau à tester.
– L’exigence de se conformer à une norme.
– La dureté approximative du matériau.
– L’homogénéité/hétérogénéité du matériau.
– La taille de l’échantillon.
– La nécessité de procéder à un enrobage.
– Le nombre d’échantillons à tester.
– La précision de résultat requise.

MÉTHODES DE DURETÉ LES PLUS FRÉQUENTES 

Rockwell 
La méthode Rockwell est rapide, développée pour le contrôle de production et permet la lecture directe des résultats. La dureté Rockwell (HR) est calculée en mesurant la profondeur de l’empreinte laissée par l’enfoncement d’un pénétrateur dans le matériau de l’échantillon à une charge donnée.
Vickers 
La dureté Vickers (HV) est calculée en mesurant les longueurs des 2 diagonales d’une empreinte laissée par l’application d’un pénétrateur diamant pyramidal à une charge donnée dans le matériau de l’échantillon. Les longueurs des diagonales de l’empreinte sont lues de manière optique afin de déterminer la dureté à partir d’une table ou formule.
Brinell 
La pénétration Brinell se présente sous la forme d’une empreinte relativement grande effectuée à l’aide d’une bille au carbure de tungstène, HBW (W étant le symbole chimique du tungstène). La taille de l’empreinte est lue de manière optique en vue de déterminer la dureté. Parmi les applications typiques, on retrouve les éléments forgés ou en fonte, présentant une structure de taille importante et non-homogène ou trop grossière pour utiliser l’une des autres méthodes (Rockwell/Vickers) afin d’obtenir un résultat représentatif.

ESSAI DE TORSION

But de l’essai:
Détermination expérimentale de la relation entre le moment de torsion Mt et l’angle de torsion θ d’une barre de section circulaire ;
Détermination expérimentale de la valeur du module de glissement (module de coulomb).
Machine d’essai:
Constitué d’un bâti, de deux supports mobiles qui contiennent des mandrins permettant de fixer les barres de torsion et des appuis pour les barres lors de l‘essai de flexion, d’un comparateur à cadran avec support et enfin d’un dispositif, sur un support, permettant de déclencher le moment de torsion et un jeu de poids pour générer les moments de flexion ou de torsion . Les appuis pour l’essai de flexion offrent différentes possibilités d’encastrement permettant d’étudier les montages isostatiques ou hyperstatiques. L’essai de torsion est réalisé sur un système isostatique. Le point d’application de la charge utilisée pour générer le moment de flexion peut être déplacé.
Permet d’étudier l’influence de différents facteurs, par exemple : le matériau, la section, la longueur d’encastrement et le type d’appui sur la déformation d’une barre soumise à une charge de flexion ou à un moment de torsion.

Essai de flexion

But de l’essai:
– Détermination du module de Young de différents matériaux (acier, aluminium, cuivre) ;
– Détermination des flèches des poutres droites, isostatiques et hyperstatiques, de sections droites constantes sous différents modes de fixation ;
– Vérification du principe de superposition ;
– Vérification du théorème de réciprocité des travaux et déplacements virtuels.
Principe de l’essai:
Une barre plate reposant sur deux appuis simples. Etant fléchie sous l’action d’une force agissant au centre de la barre. La flèche expérimentale est mesurée à l’aide d’un comparateur à cadran. Le module d’élasticité est déterminé à partir de la flexion et des données géométriques de la barre.

Procédés d’usinage

L’usinage s’effectue dans le but de donner aux pièces brutes la forme, les dimensions et la précision nécessaire demandée par le concepteur dans son dessin de définition, par enlèvement de copeaux sur des machines-outils appropriées. En fonction de la forme à donner à la surface et du type de la machine-outil, on distingue les procédés d’usinage suivants : le tournage, le fraisage, le perçage, le rabotage, … etc. Dans notre projet nous utilisons trois machines différences qui sont le tour la fraise et la perceuse a colonne

Tournage

Le tournage est le procédé d’usinage le plus répandu, il consiste à usiner par enlèvement de métal (copeau) des surfaces de révolution cylindrique et conique, extérieures et intérieures, des surfaces profilées, des filetages …. , à l’aide d’un outil généralement à arête unique normalisée.

Machine de tournage

Les mouvements cités ci-dessus sont communiquée simultanément à l’outil et à la pièce à l’aide d’une machine qu’on appelle TOUR . Il existe plusieurs types de tours, ils se distinguent les uns des autres par leurs formes, dimensions, précision d’usinage, puissance et capacité de productions. Néanmoins, ils présentent sensiblement la même disposition générale d’agencement des organes mécaniques.

Fraisage

Le fraisage est, dans son principe, un procédé de fabrication mécanique par coupe (enlèvement de matière) faisant intervenir, en coordination, le mouvement de rotation d’un outil à plusieurs arêtes (mouvement de coupe) et l’avance rectiligne d’une pièce (dit mouvement d’avance). Aujourd’hui, toutefois, on a également un déplacement de l’outil par rapport à la pièce, lequel peut s’effectuer pratiquement dans n’importe quelle direction.
L’outil de fraisage, la fraise, comporte plusieurs arêtes de coupe dont chacune enlève une certaine quantité de métal sous forme de copeaux. Les avantages du fraisage sont un rendement élevé, un bon fini de surface et une haute précision, ainsi qu’une grande souplesse au niveau de la génération de différentes formes. Le plus souvent, le fraisage est utilisé pour produire des surfaces planes, des épaulements et des gorges.

Table des matières

Introduction générale 
Cahier de charge
La bête à cornes
Diagramme pieuvre
L’analyse fonctionnelle de la machine de traction
Le cahier des charges fonctionnel de la machine de traction
Diagramme FAST
Chapitre 1 généralité
1.1. Introduction
1.2. Histoire des essais mécaniques
1.3. Essai de traction
1.3.1. Objectif de l’essai
1.3.1.1. Définir ce qui suit
1.3.2. Principe
1.3.3. Exploitations de l’essai
1.3.3.1. Interprétation qualitative
1.3.3.2. Définitions
1.4. Essai de compression
1.4.1. But de l’essai
1.4.2. Réalisation de l’essai
1.5. L’ESSAI DE DURETÉ
1.5.1. PROCÉDER D’UN ESSAI DE DURETÉ
1.5.2. Choisir la méthode d’essai
1.5.3. MÉTHODES DE DURETÉ LES PLUS FRÉQUENTES
1.5.3.1. Rockwell
1.5.3.2. Vickers
1.5.3.3. Brinell
1.6. ESSAI DE TORSION
1.6.1. But de l’essai
1.6.2. Machine d’essai
1.7. Essai de flexion
1.7.1 But de l’essai
1.7.2 Principe de l’essai
Chapitre 2 : Etude et conception
2.1. Introduction
2.2. Description
2.3. Description de logiciel SolidWorks
2.4. Dessin d’ensemble et de définition
2.5. Etude et simulation
2.5.1. Partie fixe
2.5.1.1. Plaque de base
2.5.1.2. Etude statique de la plaque de base
2.5.1.3. Plaque de fixation d’éprouvette
2.5.1.4. Etude statique de Plaque de fixation d’éprouvette
2.5.1.5 Axe de fixation
2.5.1.6. Etude statique d’Axe de fixation
2.5.2. Partie mobile
2.5.2.1. Poutre de base
2.5.2.2. Etude statique de poutre de base
2.5.2.3. Poutre de fixation d’éprouvette
2.5.2.4. Etude statique de poutre de fixation d’éprouvette
2.5.2.5. Axe de mobile
2.5.2.6. Etude statique d’axe mobile
2.6. Conclusion
Chapitre 3 : Réalisation
3.1. Procédés d’usinage
3.2. Tournage
3.2.1. Machine de tournage
3.3. Fraisage
3.3.1. Fraiseuse universelle
3.4. Perçage
3.4.1. Perceuse
3.5. Fabrication
3.5.1. Plaque de base
3.5.1.1. Gammes d’usinage de la plaque de base
3.5.2. Plaque de fixation d’éprouvette
3.5.2.1. Gammes d’usinage de la plaque de fixation d’éprouvette
3.5.3. L’axe de fixation
3.5.3.1. Gammes d’usinage de l’axe de fixation
3.5.4. Poutre de base
3.5.4.1. Gamme d’usinage de la poutre de base
3.5.5. La poutre de fixation d’éprouvette
3.5.5.1. Gammes d’usinage de la poutre de fixation d’éprouvette
3.5.6. Axe de glissement
3.5.6.1. Gammes d’usinage de l’axe de glissement
3.6. Assemblage
3.7. Essai sur Eprouvette
Conclusion

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