Soutenance mémoire
ROULAGE CYLINDRIQUE À TROIS ROULEAUX ASYMÉTRIQUES
EXPÉRIMENTATION
Pour valider les résultats analytiques, il a fallu procéder à des tests expérimentaux. Ces derniers consistent à mesurer la puissance et les efforts de roulage pour différentes conditions de roulage. Ces tests ont pour objectifs de montrer expérimentalement l’influence des différents paramètres de roulage (matériaux, rayon, épaisseur, largeur, conicité) sur les efforts de roulage et la puissance nécessaire de roulage. Quant aux vérifications géométriques, elles ont pour objectifs de montrer les influences des différents paramètres de roulage sur la qualité de la forme finale de pièce roulée. Ce chapitre commence par la description de la machine utilisée pour rouler les tôles. En deuxième partie nous présentons le système de mesure et les valeurs expérimentales des efforts de roulage. La dernière section est consacrée à la présentation du dispositif et des résultats de vérification géométrique.
Description de la machine
La rouleuse (figure 4.1) utilisée pour rouler les tôles est une rouleuse à trois rouleaux asymétrique. Le croquage des extrémités de la tôle est exécuté avant roulage par la rouleuse. La figure (4.2), indique la disposition des trois rouleaux T, B et S de la rouleuse. Selon cette disposition, il est clair que la rouleuse est de type asymétriques. L’entraînement est assuré par le rouleau supérieur T et le rouleau inférieur B, situé au-dessous de celui-ci. Le rouleau S est réglable avec une inclinaison d’un angle (ψ = 30±1 degrés) par rapport à la verticale. Le mouvement oblique de ce rouleau détermine le diamètre du cylindre formé : – Les trois rouleaux ont même diamètre dr = 100±1 mm ;
– Le rouleau B est libre en translation verticale pour pince la tôle ; – Le diamètre minimal à rouler est Dmin = 1,5 dr ; – Le diamètre maximal à rouler est Dmax = 5 dr. Semblablement au cas du roulage cylindrique, on constate que les efforts sont un peu sinusoïdaux, à cause de problème d’excentricité de la machine : – L’effort expérimental exercé par le rouleau S sur la tôle est: Q1moy = 1972±24 N ; – L’effort expérimental exercé par le rouleau T sur la tôle est: Q2moy = 5718±72 N ;
– L’effort expérimental exercé par le rouleau B sur la tôle est: Q3moy = 4099±52 N. L’écart entre les résultats expérimentaux et les résultats analytiques (voir section 3.6.1) est dû à l’erreur de mesure expérimentale et au frottement rouleau-tôle. Le pourcentage de l’écart moyen est de l’ordre .
Vérifications géométriques
Après l’obtention des pièces finies par roulage, une vérification géométrique est effectuée et elle permet de quantifier la conformité et la qualité de la forme finale. Pour cela un système EXAscan permet de scanner la surface extérieure de la pièce finale (figure 4.7). Afin de se positionner dans l’espace, l’EXAscan crée un modèle de positionnement à partir des pastilles réfléchissantes de positionnement. En tout temps, le scanneur doit pouvoir voir au moins quatre cibles de positionnement. Ces dernières sont les cibles de positionnement qui ont été apposées directement sur la pièce avant la numérisation. L’EXAscan crée un modèle numérique de la surface scannée, sauvegardé comme fichier surfacique (.STL). Le fichier (.STL) de la forme finale scannée est exporté au logiciel PloyWorks. Ce dernier permet de donner la distribution de la déviation entre la forme finale scannées et la forme ciblée (forme de référence). Les erreurs de circularité et de profil sont déduites à partir de cette distribution donnée par PloyWorks .
ANALYSE ET DISCUSSION
Deux études théoriques, l’une sur le roulage cylindrique, et l’autre sur le roulage conique, ont été présentées respectivement dans les chapitres deux et trois. Elles permettent de déterminer analytiquement les efforts du roulage, la puissance et les contraintes résiduelles en fonction de paramètres (matériau, rayon, épaisseur, largeur, conicité). Des tests expérimentaux et des vérifications géométriques ont été présentés dans le chapitre quatre. Ils permettent de déterminer expérimentalement les efforts du roulage, la puissance et la qualité de la géométrie finale. Dans ce qui suit, nous allons comparer les résultats analytiques avec les mesures expérimentales afin de montrer les influences des différents paramètres du roulage sur la qualité de la pièce roulée.
Les influences de la contraintes élastique du matériau
Afin de montrer les influences de la contrainte élastique du matériau SY sur les efforts de roulage, contraintes résiduelles, la puissance nécessaire du roulage et la qualité de la géométrie finale, trois cylindres des matériaux différents (acier inoxydable 304, acier doux et aluminium 3003) ont été roulés avec les mêmes conditions du roulage : (rayon moyen R = 150 mm, épaisseur e = 2.5±0.05 mm, largeur L = 300±1 mm et vitesse de rotation ω = 7±0.1 tr/min). Le tableau (5.1) donne les caractéristiques mécaniques des trois matériaux sélectionnés. Ces caractéristiques mécaniques ont été obtenues à partir des essais de traction réalisés au laboratoire (voir annexe III). Les résultats expérimentaux des efforts du roulage exercés par les rouleaux sur la tôle sont légèrement supérieurs aux résultats analytiques. Ceci est dû : – Au frottement qui est négligé dans l’étude analytique ; – À l’hypothèse de comportement élastique parfaitement plastique de matériau dans l’étude analytique ; – Aux erreurs des mesures expérimentales (calibration, équipements,..). Les efforts croient de façon pratiquement linéaire en fonction de la contrainte élastique du matériau SY. Il est clair que si la contrainte élastique SY est plus grande, les efforts engendrés sont plus importants.
Influence de la contrainte élastique sur la puissance de roulage
La figure 5.2, montre la variation de la puissance de roulage Pr en fonction de la contrainte élastique du matériau SY.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PROCÉDÉS DE ROULAGE À TROIS ROULEAUX
1.1 Problématique
1.2 Revue littérature
1.3 Principe de roulage à trois rouleaux
1.3.1 Rouleuses de type pyramidal
1.3.2 Rouleuse de type croqueur
1.4 Les objectifs
1.5 Résumé
CHAPITRE 2 ROULAGE CYLINDRIQUE À TROIS ROULEAUX ASYMÉTRIQUES
2.1 Principe de roulage cylindrique
2.1.1 Éléments géométriques du roulage cylindrique
2.1.2 Positions initiales des trois rouleaux
2.1.3 Positions des trois rouleaux pendant le roulage
2.2 Efforts exercés par les rouleaux sur la tôle
2.3 Déflexion de la tôle
2.3.1 Déflexion de la tôle dans la zone [P3 , P2]
2.3.2 Déflexion de la tôle dans la zone [P2 , P1]
2.4 Moments fléchissant et déformations
2.4.1 Analyse de la zone [P3 , Pe]
2.4.2 Analyse de la zone [Pe , P2]
2.4.3 Analyse de la zone [P2 , P1]
2.5 Déviations angulaires de la tôle
2.5.1 Déviation angulaire θ3
2.5.2 Déviation angulaire θ2
2.5.3 Déviation angulaire θ1
2.6 Distribution des contraintes
2.6.1 Analyse de la zone [P3 , Pe]
2.6.2 Analyse de la zone [Pe , P2
2.6.3 Analyse de la zone [P2 , P1]
2.6.4 Contraintes résiduelles
2.7 Puissance de roulage
2.8 Application numérique
2.8.1 Efforts et puissance de roulage
2.8.2 Distribution des contraintes résiduelles
2.9 Résumé
CHAPITRE 3 ROULAGE CONIQUE À TROIS ROULEAUX ASYMÉTRIQUES
3.1 Principe de roulage conique
3.1.1 Éléments de roulage conique
3.1.2 Positions des trois rouleaux
3.1.3 Fonction de variation de rayon moyen
3.2 Efforts de roulage
3.3 Déformation et moment fléchissant
3.3.1 Déformation
3.3.2 Moment fléchissant
3.4 Contraintes résiduelles
3.5 Puissance de roulage
3.6 Application numérique
3.6.1 Efforts et puissance de roulage
3.6.2 Distribution des contraintes résiduelles
3.7 Résumé
CHAPITRE 4 EXPÉRIMENTATION
4.1 Description de la machine
4.2 Mesure des efforts de roulage
4.2.1 Efforts expérimentaux de roulage cylindrique
4.2.2 Efforts expérimentaux de roulage conique
4.3 Vérifications géométriques
4.3.1 Vérification cylindrique
4.3.2 Vérification conique
CHAPITRE 5 ANALYSE ET DISCUSSION
5.1 Les influences de la contraintes élastique du matériau
5.1.1 Influence de la contrainte élastique sur les efforts de roulage
5.1.2 Influence de la contrainte élastique sur la puissance de roulage
5.1.3 Influence de la contrainte élastique sur les contraintes résiduelles
5.1.4 Influence de la contrainte élastique sur la géométrie
5.2 Les influences de diamètre roulé
5.2.1 Influence du diamètre roulé sur les efforts de roulage
5.2.2 Influence du diamètre roulé sur la puissance de roulage
5.2.3 Influence du diamètre roulé sur les contraintes résiduelles
5.2.4 Influence du diamètre roulé sur la géométrie
5.3 Les influences de l’épaisseur
5.3.1 Influence de l’épaisseur sur les efforts de roulage
5.3.2 Influence de l’épaisseur sur la puissance de roulage
5.3.3 Influence de l’épaisseur sur les contraintes résiduelles
5.3.4 Influence de l’épaisseur sur la géométrie
5.4 Les influences de la largeur utile de roulage
5.4.1 Influence de la largeur utile sur les efforts de roulage
5.4.2 Influence de la largeur utile sur la puissance de roulage
5.4.3 Influence de la largeur utile sur la géométrie
5.5 Les influences de la conicité de tronc de cône
5.5.1 Influence de la conicité sur les efforts de roulage
5.5.2 Influence de la conicité sur la puissance de roulage
5.5.3 Influence de la conicité sur la géométrie
5.6 Résumé
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I DÉMONSTRATION DE L’ÉQUATION (2.6)
ANNEXE II EXPRESSION DU RAPPORT γ
ANNEXE III ESSAI DE TRACTION
ANNEXE IV ROULAGE CYLINDRIQUE
ANNEXE V ROULAGE CONIQUE
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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