poinconneuse poignees

Transcription

centre de
développement
pédagogique
pour la formation générale
en science et technologie
POINÇONNEUSE
POINÇONNEUSE À
À POIGNÉES
POIGNÉES
ESSAI D’ANALYSE
Avril 2006 (révisé mars 2007)
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2
CAHIER DES CHARGES
Quelle a été la commande (le cahier des charges*) du demandeur (le client) au concepteur
(le designer/l’ingénieur)?
Besoin à satisfaire
Concevoir et produire un appareil (poinçonneuse) qui permet de... perforer
un trou de 5mm dans des matériaux mous.
CONTRAINTES ET CONDITIONS D’UTILISATION ET DE FABRICATION
Millieu humain
Les poignées devront être antidérapantes.
Utilisable par des personnes de 5 ans et +.
Millieu technique
• Efficace avec des matériaux mous d’une épaisseur maximum de 1,5 mm, tels que
le carton, le papier, le cuir.
• Percer le trou jusqu’à 15 mm du bord de la feuille.
• Recueillir les rondelles et laisser voir si le contenant à rondelles est plein.
Millieu physique
• Résistant à l’oxydation.
Millieu industriel
• Pouvoir le produire avec l’équipement de l’usine.
Millieu environnemental
• Nil
Millieu économique
• Coût de revient inférieur à 1$.
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3
ANALYSE SYSTÉMIQUE
Le système de la poinçonneuse à poignées
Contrôle de l’utilisateur
Appareil en position et feuille bien placée
Action de l’utilisateur
sur les poignées
Feuille sans trou
Feuille trouée
(valeur ajoutée)
Fonction...
Perforer un trou dans une feuille
mince faite d’un matériau mou
Rondelles de
papier
Poinçonneuse
énergie musculaire
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4
ÉTUDE DE PRINCIPES
Nomenclature
Poinçonneuse : Machine pourvue d’un poinçon
et destinée à perforer, à découper.
Poinçon
Butée
Feuille de papier
Leviers
Liaison pivot
Ressort de torsion
(à action angulaire)
Poinçon
Lame-glissière
Levier
Poignée
Matrice
Boîtier
à rondelles
Liaison pivot
Ressort de torsion
Levier
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5
Matrice
ÉTUDE DE PRINCIPES
Principes de fonctionnement
F
Principe du cisaillement
La pression exercée par
le poinçon se traduit par des
forces de cisaillement
appliquées sur le papier aux
points de rencontre avec la
matrice.
Principe de coupe
Explication sur les principes en cause :
Le poinçon placé à l’extrémité d’un levier interappui tourne autour d’un axe. Un second levier se termine par une matrice (ouverture
circulaire). Les leviers sont entraînés en rotation en sens contraire sous l’action de deux forces exerçée par une pression de la main
de l’utilisateur.
Le poinçonnage se fait selon le principe du cisaillement. Le contact, d’abord ponctuel, se fait à gauche sur la figure en haut, puis le
découpage de la rondelle de papier se pousuit en 2 points (comme s’il y avait 2 paires de ciseaux travaillant simultanément).
Pour que la fonction s’exécute, il faut que le diamètre du poinçon et celui de la matrice aient un faible écart.
Pour éviter que la feuille de papier (ou d’un autre matériau) demeure prisonnière du poinçon à son retour à sa position initiale, une
lame la dégage du poinçon en la maintenant en position basse.
Le retour du poinçon à sa position initiale se réalise par un ressort de torsion (à action angulaire).
Principe final
Poiçonneuse à sa position initiale
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6
ÉTUDE DE PRINCIPES
Les leviers
Le levier INTERAPPUI
Le levier INTERRÉSISTANT
Le levier INTERMOTEUR
Levier 1
Appui
des
leviers
Force motrice (action)
Force résistante (réaction)
Appui, pivot ou centre de rotation
Levier 2
La poinçonneuse est constituée de
deux leviers du type « interappui ».
Levier
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7
ÉTUDE DE CONSTRUCTION
Problèmes de construction
• Avec quels matériaux faut-il construire la poinçonneuse?
• Comment réaliser les liaisons?
• Comment réaliser le boîtier à rondelles? Comment s’assurer qu’il ne
s’ouvre pas par inadvertance?
• Comment réaliser le poinçon?
• Comment éviter que la feuille ne remonte avec le poinçon?
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8
Enlever le boîtier
à rondelles en
introduisant la
lame d’un
tournevis entre
celui-ci et le levier.
Opérations de démontage
Retirer le poinçon
en chassant la tête
avec un marteau et
un chasse-goupille.
Démontage destructif
DÉMONTAGE TERMINÉ
Retirer la lame de
butée en
introduisant la lame
d’un tournevis
entre celle-ci et le
levier.
Enlever le rivet
en perçant
la tête du rivet.
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9
Retirer le rivet et le
ressort.
Retirer le premier
levier situé à
l’intérieur du
second levier en le
faisant glisser de
côté.
Solutions de construction
Rivetage
Épaulement
Liaison pivot
indémontable
avec rivet
Forme des poignées
et position du ressort
Liaison du poinçon
(liaison encastrement)
X
Crochet de retenue pour
limiter l’ouverture
du poinçon
Téton*
Liaison pivot
obtenue par
poinçonnage
Crochet
X
Liaison complète
par sertissage
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10
Boîtier à rondelles
Lame flexible
pliée
X
Prolongement du boîtier
par une lame flexible de
rappel.
Boîtier à rondelles
perforé pour vision
intérieure
* [TECHNIQUE] Petite pièce en saillie qui s’emboîte dans la partie creuse d’une autre
pièce afin de la maintenir.
Analyse des liaisons
PIÈCES LIÉES
TYPE DE LIAISON
MODE
Deux leviers
Liaison pivot
Indirecte par rivet
Liaison partielle, indémontable et rigide
Poinçon / levier
Liaison encastrement
Directe par rivetage
Liaison complète, indémontable et rigide
Boîtier / levier
Liaison pivot
Directe par téton
Liaison partielle, démontable et rigide
Lame-glissière / levier
Directe par sertissage
Liaison complète, indémontable et rigide
Ressort / leviers
Directe par adhérence
Liaison complète, démontable et rigide
CARACTÈRES DE LA LIAISON
Poinçon
Lame-glissière
Levier
Matrice
Boîtier
à rondelles
Liaison pivot
Ressort de torsion
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11
Justification de la forme du poinçon
La forme conique du poinçon est rendue nécessaire pour assurer son dégagement lorsqu’il
pivote et pénètre dans la matrice. Une forme cylindrique ne permettrait pas ce dégagement
comme l’illustre la première illustration. De plus, son extraction de la feuille à la remontée
est d’autant facilitée par cette connicité.
Poinçon cylindrique
Trajectoires
du sommet
du poinçon
L’absence de dégagement ne
permet pas au poinçon
de passer librement
dans la matriçe
Trajectoires
de la base du
poinçon
Poinçon conique
Trajectoires
du sommet
du poinçon
Le dégagement permet au
poinçon
de passer librement
dans la matriçe
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Trajectoires
de la base du
poinçon
Justification de la forme du poinçon (aspect ergonomique)
L’index se loge dans le creux formé
par la jonction des deux leviers.
La forme arrondie de la poignée offre
un certain confort lorsqu’on la presse
et qu’elle s’appuie dans le creux de la
paume.
La poignée est suffisamment longue
pour permettre à tous le doigts
d’appuyer sur la poignée et de
permettre une bonne poigne.
La courbure de la poignée est bonne
et permet de bien saisir le poinçon.
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Justification du choix des matériaux
1
2
3
4
5
6
MATÉRIAU
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CARACTÉRISTIQUES
1
Tôle d’acier de 0,1 mm
Flexibilité
2
Acier laminé à froid
Dureté et résistance à l’usure pour conserver ses arrêtes (cisaillement)
3
Tôle d’acier de 0,2 mm
Flexibilité
4
Rivet en acier
Malléabilité pour formage par déformation (rivetage)
5
Tôle d’acier doux de 1 mm
Malléabilité pour formage par matriçage
6
Fil à ressort de 1,5 mm
Résilience
Dessin de détails
de la lame de butée
44
R2
ÉCHELLE 3 : 1
9,5
4,5
26
DÉVELOPPEMENT
2
10
8
MATÉRIAU :
Tôle d’acier flexible de 0,2 mm
37
VUE DE DESSUS
8
15º
8
10º
3,5
10,5
7,3
7
15º
centre de
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pédagogique
25
15
VUE DE FACE
10
VUE DE DROITE
ÉTUDE DE FABRICATION
Poinçon
Procédé de découpage des tôles
par MATRIÇAGE / POINÇONNAGE
Matrice
Le poinçon est d’abord découpé
dans une tôle pour former un flan
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16
Procédé de formage des tôles
par EMBOUTISSAGE
Déformation de la tôle
Le flan (tôle découpée) est écrasé
entre un poinçon et une matrice
pour lui donner ses formes.
centre de
développement
pédagogique
17
Procédé d’usinage des pièces
cylindriques par TOURNAGE
Procédé d’usinage du poinçon
Outil de coupe
Tour à métaux
centre de
développement
pédagogique
18
ASSEMBLAGE des leviers par RIVETAGE
en créant une liaison-pivot indémontable
La marteau peut être remplacé par une presse
actionné manuellement ou hydrauliquement.
Déformation du rivet
pour former une seconde tête
centre de
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pédagogique
19
ASSEMBLAGE PAR SERTISSAGE
en créant une liaison-encastrement (permanente) et indémontable
liaison par sertissage
matrice
Liaison de la lame de butée
et de la matrice
liaison par sertissage
lame de butée
Le sertissage consiste à déformer
2 pièces de métal (A ET B) pour les lier
ensemble.
2
1
B
A
A
centre de
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pédagogique
B
20
3
B
A
ORGANIGRAMME D’ASSEMBLAGE (probable)
1
3
4
A
5
6
2
7
B
C
D
ASSEMBLAGE TERMINÉ
SOUS-ENSEMBLES
A
B
C
Sous-ensemble 1-3 obtenu par rivetage
Sous-ensemble 4-2 obtenu
par sertissage de la lame et
du poinçon au levier.
du levier.
D
Sous-ensemble A-B-6-5
obtenu par rivetage d’une
extrémité de l’axe 5 .
Poinçon
4
Lame de butée
7
Sous-ensemble C-7 obtenu
par l’insertion du boîtier sur
le sous-ensemble B.
3
Levier 2
Boîtier
à rondelles
5
Axe
Ressort de torsion
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2
1
Levier 1
6
Deux modèles quelques solutions différentes
Ressort positionné différemment (un sur
l’axe, l’autre à l’extérieur de l’axe)
Courbe de la poignée différente
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22
Boitiers à rondelles de forme et
de matériaux différents

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