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BLANC Emmanuel
ISLER Jérôme
CI MIP2
Conditions de réalisation de
gorges en tournage sur
les dents de pignons frittés
L
Y
O
N
Etude pour la société
FEDERAL MOGUL
• BLANC Emmanuel INSA 5GMC
• ISLER Jérôme INSA 5GMC
• CAREZ Pierre IUT B
• Encadrement INSA : J.-F. RIGAL,
M. QUERRY
Le Procédé de frittage
2 étapes :
• pressage des pièces
=> Pièces « à vert »
• cuisson à environ 800°C
=> Pièces frittées
Etapes optionnelles :
• usinage
• traitement
Enjeu économique du projet
• Secteur automobile :
Chaînes classiques remplacées par des
chaînes « silencieuses ».
• Usinage des pignons :
Nécessaire, sous peine de perdre le
marché.
But de l’étude
Déterminer les conditions de réalisation de
gorges en tournage sur les dents de pignons
frittés
• Recherche de l'existence d'un point ou d'une plage
de fonctionnement (Vc, ap, f)
• Usure des plaquettes
• Etat des bavures
• Caractérisation des copeaux
• Etats de surfaces
Matières disponibles
Poudre
F50 U3
F50 U3 + MnS
F10 N2 U2 D
FL4405 ( F60 D1 )
F10 D2
densité
Exemple
Std
6,8
d
7,0
d
7,2
7,4
m d
c
Nissan
Ford
SKF / 4510
d
• Comparaison matériaux : m
• Effets du MnS et du calibrage : c
• Influence de la densité : d
d
m
m
m d
d
Date de réception :
Jaune : 25/04/02
Vert : 12/06/02
Système de classification
•
•
•
•
Une lettre donnant le matériau : A, B, C, D, E.
Un numéro donnant la densité : 1, 2, 3, 4
Une lettre par plaquette : A, B, C, D, E.
Un numéro par couple de paramètres de coupe : 1
à 19.
Exemple : A2A5 signifie :
- pignon, de matière F50U3 et densité 7.03
- usiné avec une plaquette Kennametal
A3G0400M04P02DF, nuance KC5025
- Vc = 350 m/min et f = 0.08mm/tr
Conditions expérimentales
• Le Tour numérique Somab 400
• Vitesse limite : 4000 tr/min
• Tourelle 12 outils
+ fixation possible d’une
platine additive
Le système de serrage
•
•
•
•
Mandrin Tobler TMTP-4 avec douille TMTP297-4
Faux-plateau TA1-6 + centreur TA1-610
Butée axiale => Positionnement
Système de tirant => Relier la douille au système
pneumatique du tour
Mesure des efforts
Charge
électrique
Table dynamométriques
KISTLER comprenant
des éléments
piézoélectriques
Tension
analogique
Amplificateur de
charge
Tension
échantillonnée
Voltmètres
Courbes de
variations des
d'efforts
PC avec
logiciel
Uwin
300
1ère étape : choix des outils
Critères de choix retenus :
•
•
•
•
•
Largeur de la plaquette.
Profondeur de gorge possible.
Rigidité du porte-outil associé.
Nuance de la plaquette.
Dimensions de la queue du porte-outil : (20 x 20 mm)
Outils choisis
• Kennametal A3G0400M04P02DF
(l = 4mm)
Nuance KC 5025
• Iscar TGMF402 Gamme Cut-Grip
(l = 4mm)
Nuance IC9015
• Kennametal Top Notch NGD3094LK
Nuance KC5025
(l = 2,39mm)
Outils fournis gratuitement par Kennametal :
• Top Notch NGD3125LK
Nuance KC5010
Nuance KC935
(l = 3,17mm)
Phénomènes de broutement
Causes :
• Platine de mesures pas assez rigide
• Vitesse de coupe trop faible
=> Augmentation de Vc
=> Utilisation de la tourelle pour
éviter les vibrations dans la
deuxième étape
• Persistance de facettes en fond de gorge
pour f < 0.08 mm/tr
2ème étape : Usinage en plongée
Conditions :
•
•
•
•
•
1 matériau : F50 U3
3 densités : 6.8, 7, 7.2
2 plaquettes : 1 Iscar, 1 Kennametal
3 vitesses de coupe : 300, 350, 400 m/min
3 vitesses d’avance : 0.05, 0.08, 0.1 mm/tr
Mesure des bavures
• Appareil : Rugosimètre
• Mesure sur trois dents pour chaque pignon
du côté où l’outil sort de la dent
=> Bavures peu importantes
Etat des copeaux
• Récupération des copeaux dans une bassine pour
chaque usinage
• Copeaux courts en arc en ciel, couleur bleue
=> Energie de coupe absorbée par le copeau
Usure des outils
• Photos effectuées au
microscope
=> Pas d’usure
Résultats des mesures d’efforts et
interprétations
Kcr 6.81 (ISCAR)
3500
3500
3000
3000
200
2500
300
2000
350
2500
300
350
2000
400
1500
400
1500
1000
1000
500
0,04
Kcr N/mm2
Kcr N/mm2
Kcr 6.81 (Kenna)
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
500
0,04
0,06
f mm/tour
0,08
0,1
f mm/tour
• Kcr 2 fois plus importants pour Iscar
• Convergence des Kcr pour Iscar
Meilleure aptitude à la coupe de l’outil Kennametal
Résultats des mesures d’efforts et
interprétations
Kcc 6.81 (Kenna)
3500
3500
3000
3000
2500
300
350
2000
400
1500
kc N/mm2
Kcr N/mm2
Kcr 6.81 (Kenna)
1000
500
0,04
2500
300
2000
350
400
1500
1000
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
500
0,04
0,11
0,05
0,06
0,07
f mm/tour
3500
3500
3000
3000
2500
300
2000
350
400
1500
1000
Kcc N/mm2
Kcr N/mm2
0,09
0,1
0,11
Kcc 7.14 (Kenna)
Kcr 7.14 (Kenna)
500
0,04
0,08
f mm/tour
2500
300
2000
350
400
1500
1000
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
500
0,04
0,05
0,06
0,07
f mm/tour
=> La densité n’est pas un facteur influent
0,08
f mm/tour
0,09
0,1
0,11
Résultats des mesures d’efforts et
interprétations
Kcc 6.81 (ISCAR)
3500
kc N/mm2
3000
200
2500
300
2000
350
1500
400
1000
500
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
f mm/tour
Quand Vc augmente, Kc diminue :
=> Vc minimum : 300 m/min
Conclusion de la IIème étape
• Meilleur état de surface et efforts spécifiques de coupe
plus faibles quand Vc est élevée
• Bavures importantes pour f=0.05mm/tr et 0.1mm/tr
• Outil Kennametal plus performant que l’Iscar
• La densité n’a pas d’effet sur les résultats des usinages
=> Couple optimal :
Vc = 300m/min, f = 0.08mm/tr
3ème étape : Usinage du profil de denture
Conditions d’usinage des deux gorges:
•
•
•
•
•
5 matériaux
4 densités
5 plaquettes : 1 Iscar, 4 Kennametal
2 vitesses de coupe : 250, 350 m/min
3 vitesses d’avance : 0.08, 0.12, 0.2 mm/tr
Déroulement de l’usinage
Pièce brute
Plongée gorge 5 mm
Plongée gorge 2 mm
Profil de denture
Profil de denture
Résultats
• Etat des bavures :
=> Aucune influence de la densité
=> Différence importante suivant les poudres
Vc=250 m/min
a = 0.08mm/tr
Densité 7
Vc=350 m/min
a = 0.08mm/tr
Densité 7
F50 U3
Très bon
F50 U3
Très bon
F50 U3 + MnS
Bon
F50 U3 + MnS
Bon
F10 N2 U2 D
Bon
F10 N2 U2 D
Moyen
FL4405 ( F60 D1 )
Moyen
FL4405 ( F60 D1 )
Moyen
F10 D2
Mauvais
F10 D2
Mauvais
• Fond de gorge :
=> Satisfaisant quelques soient les poudres
4ème étape : Essais sur des pignons à vert
• La problématique
=> Etude du serrage des pignons
=> Qualité de l’usinage
• Etude de faisabilité
Contraintes radiales trop importantes
=> Réglage de la pression de serrage
Serrage avec deux pignons dont un fritté
=> Impossible car du pignon à vert trop faible
• Conclusion
Serrage par mandrin expansible n'est pas appropriée
au procédé d'usinage de pignons à vert
=> Serrage axial à l’aide de la contre pointe
Conclusion
Expérience très enrichissante :
=> Expérience industrielle dans le domaine de
l’usinage
=> Travail en équipe très formateur (management du
projet, autonomie de gestion des tâches)
=> Implication dans un enjeu réel pour Federal Mogul
=> Avenir du projet : Caractérisation de l’usure de
l’outil sélectionné