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Maîtrise Assemblages Vissés
PFE GIAT Industries Maîtrise des Assemblages Vissés Christine Devos Sandrine Laffage François Mazières Daniel Tachon Stéphane Viganne Henri Laurent Frédéric Théoule Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Introduction PFE Validation des études d’ingénieur Nos compétences au service du besoin de GIAT Industries pour la Maîtrise des Assemblages Vissés • Management de projet répondre aux attentes dans les 5 mois impartis • Connaissances techniques pointues Outils qualité assurer qualité et fiabilité des résultats Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Introduction PLAN I - L’Assemblage Vissé II - Conduite du Projet III - Contrôle Ultrasonore IV - Plan d’Expérience V - Serrages Couple / Angle VI - Industrialisation Serrage à l’Angle VII - Synthèse générale Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 PLAN I – L’Assemblage Vissé Etat des lieux Problème récurrent dans l’ensemble des industries : - transport - raffinerie - construction navale … Fort impact financier et humain Objectif Maîtrise du procédé des assemblages vissés : Augmenter la fiabilité Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 I – L’Assemblage Vissé L’Assemblage Vissé Définition • Tension dans la vis Force de rappel maintenant les deux pièces à serrer l’une contre l’autre Montage • Couple de Serrage Couple théorique permettant d’obtenir la tension désirée • Angle de Serrage Angle assurant l’allongement nécessaire à la mise sous tension Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 I – L’Assemblage Vissé II – Conduite du projet A S S E M B L A G E V I S S E • Sollicitations mécaniques GIAT INDUSTRIES • Environnement de Définition BUREAU D’ETUDE • Définition de la Vis • Tension dans la vis • Couple de Serrage Conception Assemblage Validation Théorique PRODUCTION Montage NON maîtrisé de l’Assemblage Vissé Assurer la MAITRISE du montage de l’Assemblage Vissé Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Application du Process (fiches métier) EQUIPE INSA • Conduite de projet II – Conduite du Projet Actions Générales Extérieurs Équipe PFE - INSA Équipe GIAT Roanne Conseils Actions Expression du Besoin Moyens Service Méthode Production Benchmarking Moyens de Mesures Kraütkramer, CAST LAMCOS, CNDRI Paramètres Influents sur un assemblage vissé Plan d’Expérience Moyens Techniques Bureau d’Etude Coeff. de Frottement Recherches Scientifiques CETIM, AFNOR, Thèses Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Evaluation des Serrages Angle / Couple Production Bureau d’Etude II – Conduite du Projet Diagramme des Compétences GESTION DE PROJET Planification Travail en équipe Mesure des risques Organismes de Recherche CETIM, AFNOR, Thèses Industriels BENCHMARKING Mesure par Ultra-Sons Serrage à l’Angle Groupe de Kraütkramer, CAST Professeurs INSA M. Remond (GMD), M. Long (GMC) M. Peix (GMC), M. Théoule (MIP2) Équipe GIAT M. Tachon (Direction), M. Viganne (Méthode) M. Laurent (Production), M. Lorenzoni (B.E.) Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 CONNAISSANCES TECHNIQUES Plan d’Expérience Résistance des Matériaux Travail INSA PRODUCTION Définition besoin matériel Organisation de l'atelier II – Conduite du Projet III – Contrôle Ultrasonore Principe • Propagation d’une onde ultrasonore à l’intérieur du matériau Sonde Émettrice Onde US Bulle d’Air Sonde Réceptrice • Moyen de contrôle non destructif • Modification de la propagation de l’onde à la rencontre d’un hétérogénéité • Comparaison du signal de sortie avec un signal de référence pour définir le défaut Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 III – Contrôle Ultrasonore Dispositif Générateur d’impulsions Traducteur Emetteur Traducteur Récepteur Appareil de visualisation Couplant Contrôle sur pièce Limites • Aspérités macroscopiques à la surface de la pièce • Défaut dans le plan de propagation de l’onde • Matériau hétérogène • Défaut petit par rapport à la longueur d’onde Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 III – Contrôle Ultrasonore Applications Industrielles • Mesure d’Épaisseur • Recherche de défaut dans les Soudures, Moulages • Définition de Défaut dans le volume d’une pièce, dans sa forme et sa dimension • Contrôle de l’État de Surface (corrosions, aspérités, …) • Mesure de la Vitesse du Son dans un matériau contraint ou non Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 III – Contrôle Ultrasonore Application au Contrôle de Vissage • Le temps de parcours d’une onde US dans une vis augmente avec : - l’allongement géométrique de la vis - la modification de la célérité due à la contrainte • La tension dans la vis est accessible par la différence de temps entre l’état à vide et l’état sous charge : Tension Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 t t0 III – Contrôle Ultrasonore Contraintes Surfaces lisses Surfaçage des deux extrémités Réflexions non déviées aux extrémités Extrémités parallèles et perpendiculaires à l’axe de la vis Mesure en continue Sonde émettrice et réceptrice en bout de filet Réception d’un signal exploitable Signal très amorti et peu divergent Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 III – Contrôle Ultrasonore IV – Plan d’Expérience Objectifs Quantifier les effets des paramètres et de leurs interactions. Connaissance accrue du procédé : influence des différents paramètres B Méthode générale Plan d ’expérience A Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience Déroulement Plan Expérience Détermination des assemblages caractéristiques Benchmarking Recherche des paramètres influents Réunion préliminaire Action Plan Expérience Expérimentation Traitement Résultat Réunions Suivi Mensuel Exploitation Présentation au groupe de travail des résultats exploitables Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Prise en compte des résultats DECISION DE GIAT IV – Plan d’Expérience Paramètres étudiés A B C D E F Préparation Etat Surface sous tête Matériau Plaque Trouée Rondelle CS Etat surface vis Matériau Plaque Taraudée Niveaux -1 Dégraissé peint Ra 0,8 Acier ordinaire non Dacromet Alu + insert Niveaux 0 Filet Graissé non-peint Ra 0,8 Acier à Blindage Niveaux 1 Filet Graissé + Loctite non-peint Ra 6,3 THD oui Zinguée Chromatée Acier blindé SOURCES Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience Choix de la Méthode d’Expérimentation Appropriée Plan Complet - Plan Fractionnaire à 1 répétition : évaluation de la dispersion 216 expériences - Plan Complémentaire sans répétition : précision des résultats 108 expériences Nombre total de 324 expériences Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience Expérimentation sur Site Organisation Humaine 4 personnes - 4 tâches principales - préparation des éprouvettes pour chaque expérience - vissage - mesures avec le BoltMike 3 - dévissage + notation des résultats mesurés Organisation Matérielle 2 ateliers en alternance - 2 binômes Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience Résultats A B C D E F Préparation Etat Surface sous tête Matériau Plaque Trouée Rondelle CS Etat surface vis Matériau Plaque Taraudée Niveaux -1 dégraissé peint Ra 0,8 Acier ordinaire non Dacromet Alu + insert Niveaux 0 Graissé Filet non-peint Ra 0,8 Acier à Blindage Niveaux 1 Graissé + Loctite non-peint Ra 6,3 THD oui Zinguée Chromatée Acier blindé Source Effet Fstat % d’Influence E -3 121 201 20,8 A 2 904 116 12,0 DEF -2 227 103 10,6 AD -2 498 86 8,9 F -1 896 74 7,7 DE 1 628 55 5,6 D -1 400 41 4,2 SOURCES Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Tension Moyenne 30 045 N IV – Plan d’Expérience Fiche Coefficient de Frottement Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience Fiabilité Norme AFNOR NF E25-030 Prédicteur mathématique Vis zinguée chromatée sans lubrification 0.12<mu moyen< 0.20 0.13< mu moyen< 0.30 Vis zinguée chromatée avec lubrification 0.08<mu moyen< 0.12 0.10< mu moyen< 0.24 • Cohérence générale des résultats •Les valeurs extrêmes supérieures du prédicteur sont plus importantes Le prédicteur est une version plus spécifique de la norme, en accord avec les différentes configuration de GIAT Industries. Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 IV – Plan d’Expérience V – Serrages Couple / Angle Avantages Inconvénients Serrage continu Serrage au Couple Déclenchement de la clé dynamométrique peu fiable Souplesse des matériaux sans influence Précharge proportionnelle à l’angle de serrage Pas grippage de problème Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Q Grande influence de l’incertitude sur le coefficient de frottement Précharge bien maîtrisée (coeff. de frottement peu influent) Serrage à l’Angle Incertitude Q = 28% Angles très petits peu fiables Souplesse des matériaux à maîtriser Q Q = 15% Discontinuité du serrage de V – Serrages Couple / Angle Assemblages Optimisés Assemblages Non Optimisés Détermination du coefficient de frottement Méthodes de calcul des Consignes de Serrage Limites Calcul des consignes de serrage Logiciel COBRA Fiche de calcul Choix de la méthode à appliquer : couple, couple + angle Besoin d’un technicien formé sur COBRA Connaissance des caractéristiques de l’assemblages Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 Non prise en compte : - du phénomène de torsion dans la vis - de la souplesse des matériaux V – Serrages Couple / Angle VI – Industrialisation Serrage à l’Angle Méthodologie de DEMING • Phase pilote de Qualification A P C D • Généralisation du Procédé • Contrôle Continu Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 VI – Industrialisation Serrage à l’Angle VII – Synthèse Générale Techniquement • Approche Pragmatique et Objective du sujet • Développement d’Outils Spécifiques • Démarche Globale : Intégration des Outils Développés • Continuité de l’Action Humainement • Travail d’Équipe Bilan • Expérience très positive Techniquement et Humainement Soutenance PFE INSA-GIAT - 22 Juin 2004 VII - Synthèse Générale
