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Cours de Procédés d'Obtention des Pièces Brutes Objectifs du module A la fin de

Cours de Procédés d'Obtention des Pièces Brutes Objectifs du module A la fin de ce module vous devez avoir acquis une connaissance générale des Procédés d'obtention des pièces : vous pourrez notamment choisir le mode de fabrication d'une pièce au d'un mécanisme (Pièces soudée, Pièces moulées, pièces forgées, pièces pliées ect... ), maîtriser le vocabulaire relatif des pièce brutes (soudage, moulage, pliage, cintrage, emboutissage etc ...), être capable de rendre compte des procédés d'obtention des pièces brutes . Introduction Ce module aborde la compréhension des méthodes d'obtention des pièces brutes, Chapitre I Comment fabrique-t-on l’acier 1 - Usines d'Agglomération Le minerai de fer est préparé : broyé et calibré en grains qui s'agglomèrent (= s'agglutinent) entre eux. L’aggloméré obtenu est concassé puis chargé dans le haut fourneau avec du coke. Le coke est un combustible puissant, résidu solide de la distillation de la houille (variété de charbon très riche en carbone). 2 - Haut fourneau On extrait le fer de son minerai. Minerai et coke solides sont enfournés par le haut. L'air chaud (1200 °C) insufflé à la base provoque la combustion du coke (carbone presque pur). L'oxyde de carbone ainsi formé va "réduire" les oxydes de fer, c'est-à-dire leur prendre leur oxygène et, de ce fait, isoler le fer. La chaleur dégagée par la combustion fait fondre fer et gangue en une masse liquide où la gangue, de densité moindre, flotte sur un mélange à base de fer, appelé "fonte". Les résidus formés par la gangue fondue (laitiers) sont exploités par d'autres industries : construction de routes, cimenterie,... 3 - Cokerie Le coke est un combustible obtenu par distillation (gazéification des composants indésirables) de la houille dans le four de la cokerie. Le coke est du carbone presque pur doté d’une structure poreuse et résistante à l’écrasement. En brûlant dans le haut fourneau, le coke apporte la chaleur nécessaire à la fusion du minerai et les gaz nécessaires à sa réduction. 4 - Convertisseur à l'Oxygène On y convertit la fonte en acier. La fonte en fusion est versée sur un lit de ferraille. On brûle les éléments indésirables (carbone et résidus) contenus dans la fonte en insufflant de l'oxygène pur. On récupère les résidus (laitier d'aciérie). On obtient de l'acier liquide "sauvage", qui est versé dans une poche. Il est appelé acier sauvage, car, à ce stade, il est encore imparfait 5 - Filière électrique La matière première enfournée peut aller du matériau brut (par exemple des pièces de machine) dûment sélectionné, jusqu’à la ferraille livrée préparée, triée, broyée, calibrée, avec une teneur minimale en fer de 92 %. On fond les ferrailles dans un four électrique. L’ACIER LIQUIDE obtenu est ensuite soumis aux mêmes opérations d’affinage et de mise à nuance que dans la filière fonte. Les ferrailles proviennent des emballages jetés, des bâtiments, machines et véhicules démontés, des chutes de fonte ou d’acier récupérés dans la sidérurgie ou chez ses clients transformateurs. Chaque nuance d’acier nécessite un choix rigoureux de la matière première, en fonction notamment des «pollutions» que peut représenter, pour cette nuance précise, tel métal ou autre minuerai contenu dans les ferrailles. Four électrique : processus Un « panier à ferrailles », chargé à l’aide d’un aimant, achemine la matière première jusqu’au four. La fusion a lieu grâce à des arcs électriques puissants, qui jaillissent entre des électrodes et la charge à fondre. On récupère les résidus (laitier). On obtient de l’acier liquide, qui va être acheminé vers l’installation d’affinage et de mise à nuance. 6 - Station d'Affinage Affinage (décarburation) et additions chimiques Les opérations ont lieu dans un récipient sous vide, l'acier étant mis en rotation entre poche et récipient à l'aide d'un gaz neutre (argon). On insuffle de l'oxygène pour activer la décarburation et réchauffer le métal. Ce procédé permet une grande précision dans l'ajustement de la composition chimique de l'acier ("mise à nuance"). 7 - Coulée Continue Moulage d'ébauches (demi-produits) Ici : moulage d'une brame. L'acier en fusion s'écoule en continu dans un moule sans fond. En traversant ce moule, il commence à se solidifier au contact des parois refroidies à l'eau. Le métal moulé descend, guidé par un jeu de rouleaux, et continue de se refroidir. Arrivé à la sortie, il est solidifié à coeur. Il est immédiatement coupé aux longueurs voulues. de se refroidir. Arrivé à la sortie, il est solidifié à coeur. Il est immédiatement coupé aux longueurs voulues. 8 - Laminoir à Chaud Des ébauches aux produits finis : Ici : de la brame à la tôle. La brame est réchauffée dans un four pour rendre le métal plus malléable, donc plus facile à étirer et à mettre en forme. L'ébauche est ensuite amincie par écrasements progressifs entre les cylindres du laminoir. Les produits de l'acier Haut fourneau DEMI-PRODUITS issus de la coulée continue PRODUITS FINIS issus du laminage* PRODUITS PLATS LAMINES A CHAUD PRODUITS LONGS LAMINES A CHAUD RELAMINES A FROID * Tous les produits ne sont pas mis en forme par laminage : ils peuvent être forgés, moulés à partir d'acier liquide ou encore fabriqués à l'aide de poudres d'alliages. Division 2 Chapitre II Le Soudage 1.1 Introduction au soudage Souder consiste à établir la continuité métallique entre les parties à assembler. Cela implique qu'il n'y a pas de matières non métalliques interposées entre les éléments réunis. Cette technique d'assemblage est différente du rivetage, de l'agrafage ou du collage. Cette définition n'implique aucune notion d'homogénéité. La soudure facilite la mise en œuvre o Moins de travail o Économie de matière o Meilleure solution technique Il y a plusieurs moyens pour obtenir la continuité métallique. Dans la majorité des cas, elle est obtenue par fusion locale. Elle peut aussi être obtenue par diffusion, déformation, ... Les procédés de soudage sont nombreux et peuvent être classés suivant la façon de transférer l'énergie. Partie 1 1.1 Historique du soudage 1.1 Historique du soudage L'exemple le plus ancien consiste en des petites boîtes circulaires en or datant de l'âge du bronze et assemblées par chauffage et martelage d'un joint constitué de deux surfaces se recouvrant. Il a été estimé que ces boîtes ont été fabriquées il y a plus de 2000 ans. En 1800, Sir Humphry Davy a découvert l'arc électrique à impulsions courtes, le scientifique russe Vasily Petrov a créé l'arc électrique continu. En 1808, Davy, qui ignorait le travail de Petrov, découvre lui aussi l'arc électrique continu. En 1881-82, les inventeurs Nikolai Benardos, russe, et Stanisław Olszewski, polonais, ont créé la première méthode de soudage à l'arc électrique, connu sous le nom d' arc de carbone de soudage (CAW) en utilisant des électrodes de carbone. Les progrès de la soudure à l'arc ont continué avec l'invention des électrodes métalliques à la fin des années 1800 par un Russe, Nikolai Slavyanov (1888), et un Américain, Charles L. Coffin (1890). Vers 1900, A. P. Strohmenger a créé une électrode métallique revêtue en Grande-Bretagne, qui a donné un arc plus stable. En 1905, le scientifique russe Vladimir Mitkevich a proposé d'utiliser un arc électrique triphasé pour le soudage. En 1919, le courant alternatif de soudage a été inventé par C. J. Holslag , mais ne s'est pas développé avant la décennie suivante. Partie 2 1.2 Différents types de soudage 1-1 Différents types de soudage 1- Soudage électrique à l’arc ; soudage à l’arc 11- Soudage à l’arc avec électrode fusible sans protection gazeuse 111- Soudage à l’arc avec électrode enrobée 12- Soudage à l’arc sous flux en poudre ; soudage à l’arc sous flux 121- Soudage à l’arc sous flux en poudre avec fil-électrode 13- Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec fil-électrode fusible 131- Soudage MIG : soudage à l’arc sous protection de gaz inerte avec fil-électrode fusible 135- Soudage MAG : soudage à l’arc sous protection de gaz Actif avec fil-électrode fusible 136- Soudage MAG : soudage à l’arc sous protection de gaz Actif avec fil-électrode fourré 141- Soudage TIG : soudage à l’arc en atmosphère inerte avec électrode de tungstène 15- Soudage plasma 2- Soudage par résistance 21- Soudage par point (par résistance) 22- Soudage à la molette 23- Soudage par bossages 3- Soudage aux gaz 311- Soudage oxyacéthylenique 4- Soudage par pression : soudage à l’état solide 41- Soudage par ultra son 42- Soudage par friction 7- Autres procédés de soudage 751- Soudage au laser 76- Soudage par faisceau d’électrons 9- Brasage 91- Brasage fort 94- Brasage tendre 97- Soudobrasage Partie 3 1.2 Calcul des assemblages soudés SOUDURE - GÉNÉRALITÉS Principe: on crée une continuité de matière entre deux pièces différentes par création d’un cordon de soudure provenant de la fusion d’une partie des pièces à assembler ou d’un métal d’apport. La continuité métallique entre les deux pièces ne peut en effet être obtenue qu’à partir d’un état liquide, ce qui permettra la naissance de grains communs lors du refroidissement. Avantages de la soudure:  Continuité de matière, donc bonne transmission des efforts  Pas de pièces secondaires  Moindre encombrement, étanche, esthétique Inconvénients de la soudure:  Le métal de base doit être soudable uploads/Industriel/ cours-de-procedes-opb.pdf