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Shadire MOHAMED ABDUL MAJEED

PROJET BE4 : PINCE GARAGE

GMP1-E1

2014-2015

Shadire MOHAMED ABDUL MAJEED

Sommaire
• Notice de calculs
• Grafcet niveau 1
• Dessin d’ensemble de la pince garage et les ajustements
du vérin
• Etude graphique cinématique des 2 positions extrêmes
• Nomenclature
• Eclaté avec repères
• Ensemble écorché en 3D
• Dessin de définition du cylindre de vérin et de la
gâchette (avant et après pliage)
• Sujet du projet

GMP1-E1

2014-2015

Notice de calculs

Nous cherchons à calculer la tension U que doit disposer le générateur pour pouvoir souder les deux tôles
ensembles.

Informations fournies dans le sujet
Caractéristique
Symbole
Valeur
Intensité de soudage
I
2200
Section des deux câbles
S
120
Diamétre des extrémités des électrodes
d
3
ρa
1.13E-05
Résistivité de l'acier à 0°C
ρCu
Résistivité du cuivre
1.76E-06
Résistivité de l'alliage d'aluminium

ρAl

Unité
A
mm²
mm²
Ω.cm
Ω.cm
Ω.cm

4.00E-05

Afin de déterminer la tension U, nous devons calculer les différentes résistances de ce circuit.
Informations déduites de SolidEdge
Caractéristique
Symbole
Valeur
Longueur de l'électrode
Le
2.95
Longueur du porte contre électrode
Lpce
34.9
Longueur du porte électrode
Lpe
7.5
Longueur de la coque
Lcq
43
Longueur du câble
Lc
300
Longueur de l'axe
La
17
Longueur de la tôle
Lt
0.07
Diamètre de l'électrode
de
0.3
Diamètre du porte contre électrode
decp
2
Diamètre de la coque
dcq
5

Caractéristique
Section de l'électrode
Section du porte contre électrode
Section du porte électrode
Section de la coque
Section du câble
Section de l'axe
Section de la tôle

Symbole
Se
Spce
Spe
Scq
Sc
Sa
St

Valeur
7.07E-02
3.14
15
19.56
1.2
2
7.07E-02

Unité
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
Résultats
Unité
cm²
cm²
cm²
cm²
cm²
cm²
cm²

Formule
π*(de/2)²
π*(decp/2)²
Lpe*2
π∗(dcq/2)² - π*(de/2)²
π*(de/2)²

R = ρ*(L/S)
Caractéristique
Symbole
Résistance de l'électrode (Cuivre)
Re
Résistance du porte contre électrode (Cuivre)
Rpce
Résistance du porte électrode (Aluminium)
Rpe
Résistance de la coque (Aluminium)
Rcq
Résistance du câble (Cuivre)
Rc
Résistance de l'axe (Laiton = Cuivre)
Ra
Résistance de la tôle (Acier) à 0 °C
Rt

Valeur
7.35E-05
1.96E-05
2.00E-05
8.79E-05
4.40E-04
1.50E-05
1.12E-05

Avec deux câbles et deux tôles
Avec quatre câbles et deux tôles

Résistance totale pour 0°C
1.12E-03
2.00E-03

Avec deux câbles et deux tôles
Avec quatre câbles et deux tôles

Tension totale pour 0°C
2.5
4.4

Résultats
Unité








Formule
ρCu*(Le/Se)
ρCu*(Lpce/Spce)
ρAl*(Lpe/Spe)
ρAl*(Lcq/Scq)
ρCu*(Lc/Sc)
ρCu*(La/Sa)
ρa*(Lt/St)

Résultats
Unité



Formule
Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+2*Rc+Ra+2*Rt
Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+4*Rc+Ra+2*Rt

Unité
V
V

Formule
(Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+2*Rc+Ra+2*Rt)*I
(Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+4*Rc+Ra+2*Rt)*I

A présent, calculons cette tension pour un tacier = 1000°C avec ρt = ρ0*(1+α*t) et αacier = 5*10-3

Caractéristique
Coefficient acier
Fréquence
Prix du kWh
Rendement du transformateur

Informations founies
Symbole
αacier
f
prix
η

Valeur
5.00E-03
50
10
0.8

Unité
Hz
cts/€
-

Résultats
Unité
Ω.cm

Caractéristique
Résistivité de l'acier à 1000°C

Symbole
ρa'

Valeur
6.78E-05

Résistance de la tôle (Acier) à 1000°C

Rt'

6.71E-05

Formule
ρa*(1+αacier*1000)



ρa'*(Lt/St)

Avec deux câbles et deux tôles
Avec quatre câbles et deux tôles

Résistance totale à 1000°C
1.23E-03
2.11E-03

Unité



Formule
Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+2*Rc+Ra+2*Rt'
Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+4*Rc+Ra+2*Rt'

Avec deux câbles et deux tôles
Avec quatre câbles et deux tôles

Tension totale à 1000°C
2.7
4.6

Unité
V
V

Formule
(Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+2*Rc+Ra+2*Rt')*I
(Re+Rpce+Rpe+Rcq+Rc+4*Rc+Ra+2*Rt')*I

Caractéristique
Puissance utile Pu (kW)
Puissance consommée par le générateur Pc
(kW)
Puissance perdue dans les câbles Pjoule (kW)
Consommation de joule Cj (J) pour un point
de soudure durant 20 périodes
Côut en centimes (cts) de 20 points de
soudure

2C+2T
4C+2T
2C+2T
4C+2T
2C+2T
4C+2T
2C+2T
4C+2T
2C+2T

Valeur pour 0°C Valeur pour 1000°C
5.41
5.95
9.67
10.21
6.77
7.44
12.09
12.77
4.26
4.26
8.52
8.52
0.0008
0.0008
0.0013
0.0014
0.01
0.01

4C+2T

0.01

0.01

Formule
U*I
U*I
Pu/h
Pu/h
2*Rc*(I)2*10-3
4*Rc*(I)2*10-4
Pc*20*(1/f)
Pc*20*(1/f)
Cj*prix
Cj*prix

Ici, nous cherchons à déterminer le diamètre du piston afin d'obtenir un effort de serrage de 750 N avec une pression pneumatique de 0.6 Mpa.

Schéma:
Ffrott = ?

FS = 750 N

FR = 100
Pa = 0.6 MPa

En vert kaki: ressort
En bleu: axe
En vert: piston
En orange: coque
Flèche rouge : force de serrage
Flèche bleue claire : force du ressort
Flèche violette : force de frottement
Flèche noire : pression pneumatique

Dans notre calcul, nous allons négliger la force de frottement car nous ne connaissons pas sa valeur.

Caractéristisque
Force de serrage
Force du ressort
Pression pneumatique
Force de frottement
Surface de l'axe

Informations fournies
Symbole
FS
FR
Pa
Ffrott
Saxe

Valeur
750

Unité
N

100
0.6
0
200

N
Mpa
N
mm²

En utilisant le principe fondamental de la statique, on déduit :
FS + FR + Ffrott - Pa * Spiston = 0
Donc : Spiston = (FS + FR + Ffrott ) / Pa

Caractéristique
Surface du piston

Symbole
Spiston

Valeur
1416.7

Résultat
Unité
mm²

Formule
(FS + FR + Ffrott ) / Pa

Mais, on sait que : Spiston = [ π * (Dpiston/2)² ] - Saxe
Donc : Dpiston = racine((4 * [ Spiston + Saxe ]) / π)

Caractéristique
Diamètre du piston

Symbole
Dpiston

Valeur
45.4

Diamètre du piston choisi

Dpistonch

46

Résultat
Unité
mm
mm

Formule
racine((4 * [ Spiston + Saxe ]) / PI())
Dpistonch>Dpiston

Dans cette partie, nous cherchons à déterminer le ressort de rappel sachant que la course de l'électrode est de 10 mm et que l'effort de rappel doit être compris
entre 50 N et 100 N.
Pour cela, nous allons nous aider du logiciel Ressortdecompression réalisé par les professeurs du bureau d'études.
Après avoir rempli les différents paramètres, nous obtenons un ressort de compression disposant des paramètres suivants:

A
PG22
PG35
PG36
PG28

PG08
PG03

PG04

Detail B

B
PG06

C
E

PG17
PG19
PG26
PG30
PG32
PG14
PG01
PG13

PG05
PG07
PG20
PG16
PG18
PG24

Detail C

PG15
PG21

F

D

Detail E

Detail D

PG34
PG31
PG23
PG25
PG37
PG09

PG29

Detail F

PG00
PG27
PG02

PG33
Echelle 1:2

PG11
PG10
PG12

A

Dessin d'emsemble

A-A

Repère

Nb

Désignation

Projet : Pince garage
Auteur : Shadire MOHAMED

Ech 1:1
IUT de CACHAN 1415

Matière

Resp. : Monsieur MOREAU

Groupe : E1
Le : 10/06/15

Observation

IUT de CACHAN 1415

O 46 H7g6

O 46 H8f8

O 16 H7g6

O 46 H8f8

O 52 H7g6

Position sortie

Position entrée

Etude graphique cinématique
Repère

Nb

Désignation

Matière

Projet : Pince garage
Auteur : Shadire MOHAMED

Ech 1:2
IUT de CACHAN 1415

Resp. : Monsieur MOREAU

Groupe : E1
Le : 10/06/2015

Observation

Pince garage

Nom : Shadire MOHAMED

Groupe : Groupe E1

Eléments spécifiques
Dimensions
Brut/ Procédé
de fabrication

Rep

Nb

Désignation / Référence

Matériau

PG01

1

Demi-coque femelle

Fonderie

Aluminium

PG02

1

Demi-coque mâle

Fonderie

Aluminium

PG03

1

Cylindre du vérin

Usinage

Aluminium

PG04

1

Couvercle arrière du vérin

Usinage

Aluminium

PG05

1

Piston

PG06

1

Arbre du vérin

Usinage

Laiton

PG07

1

Rondelle plate

Usinage

Acier

PG08

1

Couvercle avant du piston

Usinge

Aluminium

PG09

4

Tirant

Usinage

PG10

1

Câble + ø14.5

PG11

1

Câble - ø14.5

Cuivre

PG12

1

Tuyau de l'air comprimé ø5

Caoutchouc

PG13

1

Câble ø5

PG14

1

Gâchette

Tôlerie

Acier

PG15

1

Pige

Usinage

Acier

Rep

Nb

Désignation / Référence

PG16

1

Joint statique radiale OR 40 x 3

PG17

1

Ressort du vérin

Acier

PG18

1

Joint statique mixte OR 10 x 1

Polyurhétane

PG19

2

Vis CHC M5-8, 8.8

NF E 25.125

Acier

PG20

1

Anneau élastique ø10

NF E 22-163

Acier

PG21

4

Vis CHC M4-6, 8.8

NF E 25.125

Acier

PG22

2

Vis CHC M8-35, 8.8

NF E 25.125

Acier

PG23

1

Vis CHC M10-20, 8.8

NF E 25.125

Acier

PG24

1

Anneau élastique ø5

NF E 22-163

Acier

PG25

1

Ressort du contacteur

PG26

4

Vis CHC M4-10, 8.8

NF E 25.125

Acier

PG27

3

Vis CHC M3-25, 8.8

NF E 25.125

Acier

PG28

3

Vis CHC M3-40, 8.8

NF E 25.125

Acier

Rep

Nb

Désignation / Référence

PG29

1

Palier à bride

PG30

1

Droit simple mâle

PG31

1

Douille à billes standard

PG32

1

Cosse 2

PG33

1

Cosse 1

Acier

PG34

2

Electrode

Cuivre

PG35

1

Porte contre-électrode

Cuivre + Aluminum

PG36

1

Porte électrode

Cuivre

PG37

1

Contacteur

Traitement

Protection

Observations (Définition du brut,
caractéristiques … )

Protection

Observations (Définition du brut,
caractéristiques … )

Protection

Observations (Définition du brut,
caractéristiques … )

Nylon

Acier
Cuivre

Cuivre

Eléments normalisés
N° de norme

Matériau

Traitement

Polyurhétane

Acier

E l é m e n t s du commerce

Nomenclature.xls

Fabricant

Igus

Matériau

Nylon

Traitement

Acier
SNR

Nylon
Acier

Page 1

10/06/2015

PG31

PG02

PG32
PG12
PG23

PG28
PG24
PG27
PG01

IUT de CACHAN 1415

PG15
PG26
PG36
PG35
PG22
PG34

PG25
PG14
PG33
PG13
PG11
PG10

Echelle 1:2

PG21

PG04
PG20
PG16
PG05
PG07
PG17

PG19
PG18
PG06
PG03
PG08
PG09
PG29

PG30

Echelle 1:2
IUT de CACHAN 1415

PG04
PG03
PG16
PG05
PG07
PG20
PG06
PG17
PG21
PG08
PG30
PG23
PG32
PG01
PG01
PG33
PG10
PG11
IUT de CACHAN 1112

PG09
PG24
PG29
PG36
PG35
PG31
PG34

PG15
PG24
PG14
PG37
PG25
PG13
PG12

IUT de CACHAN 1415

Ech 1:1

Désignation

Nb
Repère

Resp. : Monsieur MOREAU

Auteur : Shadire MOHAMED

Observation

Matière

Le : 06/06/15

Groupe : E1

2024-T4

Aluminium

61.76

Projet : Pince garage

Cylindre du vérin

1

PG 03

A
O 52

O 46

A

A-A

IUT de CACHAN 1415

B
B-B

Ech 1:1

Désignation

Nb
Repère

Resp. : Monsieur MOREAU

Auteur : Shadire MOHAMED

Le : 06/06/15

Groupe : E1

Matière

Aluminium

O 5

58

Observation

2024-T4

8

B

Projet : Pince garage

Couvercle avant du vérin

Tous les congés de rayon 8 mm

A-A

1

A
O 42
O 46

O 16
8

PG 08

14

2 x M 5 x 0.8

O 52

42

A

11

O 8

O 5

B-B

IUT de CACHAN 1415

A
B

Ech 1:1

Resp. : Monsieur MOREAU

Auteur : Shadire MOHAMED

Observation

Matière

Le : 06/06/15

Groupe : E1

2024-T4

Aluminium

8

Projet : Pince garage

Désignation

Nb

Detail C
Repère

Tous les congés de rayon 8 mm

A-A
Couvercle arrière du vérin

C

1

2

O 46
O 52

58

42

8

B

PG 04

8

A

3.5

IUT de CACHAN 1112

R
5

22

2

3.5

Tuteur : Monsieur MOREAU

Auteur : Shadire MOHAMED

Projet : Pince garage

Gâchette (après pliage)

2

46.5

Le : 06/06/15

CACHAN

Observation

Groupe : E1

Matière

Aluminium 5754

O6
O2

80.91

28
21

Ech 1:1

1.

Nb Désignation

R

Repère

15
1

1

9 .8

78.5

5
5.5

O5

2

PG 14

76

12

13.5

3 .5

14

R

8.5

8.5

IUT de CACHAN 1112

Le : 06/06/15

CACHAN

5.5

Tuteur : Monsieur MOREAU

Groupe : E1

Observation

47

Ech 1:1

Auteur : Shadire MOHAMED

Matière

Aluminium 5754

2

Projet : Pince garage

Nb Désignation

O6
O2

Repère

Gâchette (avant pliage)

O5
2

1

12.27

22.77

8.5

PG 14

21

8.5

1

12.27

76
9 .8

45.54

80.91

27.27
31.04

I.U.T. de CACHAN / Génie Mécanique / Bureau des Etudes / 1ère Année

PINCE A SOUDER
ELECTRO-PNEUMATIQUE
PORTATIVE
INTRODUCTION

« pince de robot soudeur »

La société X fabrique et distribue de l'outillage pour carrossier automobile. 80 % du chiffre d'affaire est
réalisé avec du matériel fabriqué par la société, les 20 % restant se font par la revente de matériel
d'importation.
La société X décide de fabriquer ses propres pinces électropneumatiques à souder par points pour
remplacer celles qu'elle importe et pour lesquelles elle ne dégage que de faibles marges alors que le produit
est de plus en plus demandé.

MISE EN SITUATION DU PRODUIT
Lors du remplacement d'une partie de la carrosserie, le nouvel élément doit être soudé par une série
de points de soudures espacés de quelques centimètres. Si cette opération est réalisée par des robots
soudeurs sur les chaînes de ferrage, elle est réalisée par un professionnel dans les garages avec une pince à
serrage manuel ou pneumatique.

PRINCIPE PHYSIQUE DE LA SOUDURE PAR POINTS

Sous l'effet de la force F, les deux tôles T1 et T2 sont maintenues l'une contre l'autre par deux
électrodes de telle sorte que les résistances de contact soit minimales. Les résistances R1 et R2 représentent
la résistance électrique de chaque tôle. Sous l'effet de la tension U au borne du générateur G, il s'établi dans
le circuit un courant I qui va provoquer la fusion du métal entre les deux électrodes.
Rc étant le résistance d'un conducteur : U = (R1+R2+2Rc) I

ETAT DU PROJET ET ETUDE DE LA SOLUTION PROPOSEE
Afin de contourner un certain nombre de brevets et après analyse des produits concurrents, le bureau
d'étude propose la solution suivante :
• la pince à souder sera constituée de 3 corps : la tête usinée ( contenant les paliers le piston et un ressort
de rappel ) et la crosse constituée de deux coques symétriques moulées en alliage d'aluminium,
enfermant le contacteur, sa gâchette et les connections électriques et pneumatiques.
• le porte contre électrode, déjà fabriqué comme pièce de rechange pour le modèle actuellement distribué,
sera conservé sans modification (voir plans en annexe);
• la pince sera livrée montée avec un câble de 3 mètres; une rallonge de 3 mètres sera proposée en
option.
PinceGarage.doc le 04/05/2011 à 6:50

FONCTIONNEMENT

2 Câbles 120 mm2
maxi

L'un des deux câbles de 120 mm2 est relié à la coque de la pince qui est elle-même reliée
électriquement à la contre électrode. L'autre câble est relié à l'axe en laiton qui supporte l'électrode à son
extrémité.
Le contacteur actionne un distributeur externe à commande électrique qui délivre une pression de
0.6 Mpa dans la canalisation plastique qui abouti dans la chambre. Sous l'action de cette pression, le piston
pousse l'électrode sur la contre électrode et ferme ainsi le circuit électrique. Un dispositif électronique
détecte la chute de résistance et autorise la fermeture du relais qui commande la soudure. Une
temporisation réglable maintient le courant de soudure une fraction de seconde puis coupe automatiquement
celui-ci. La pince ne s'ouvre que lorsque l'opérateur relâche la pression sur le contacteur électrique.
A n'importe quel moment du cycle, si l'opérateur relâche le contacteur, le courant et la pression sont
coupés.

CAHIER DES CHARGES ET CALCULS







L'étude porte sur une petite série de 800 pinces, renouvelable tous les 2 ans.
Les demi-coques seront moulées en moule sable en 2 parties sans noyau. L’épaisseur de la coque sera
de 3mm. La gâchette sera obtenue par poinçonnage et pliage (MOCN).
Les usinages se feront sur les MOCN classiques de l'atelier de production.
Utiliser impérativement les cosses et le contacteur 83733 3 en annexe.
Le rayon de courbure du tube d'alimentation plastique (diam 5 mm) devra être > 50 mm
Le rayon de courbure du câble de section 120 mm2 (diamètre 16mm avec la gaine)
devra être > 75mm.
• De quelle tension U doit-on disposer au générateur pour souder ensemble deux tôles de 0.7
mm? (Intensité de soudage : 2200 Ampères. Câbles d'alimentation : 2x3 mètres, section 120
mm2. Diamètre des extrémités des électrodes : 3 mm. Résistivité : ρ Acier =11.3 10-6
Ohms.cm2/cm à 0°C, Cuivre = 1.76 10-6 Ohms.cm2/cm à 0°C)



Calculer cette tension pour

t acier=1000°C avec ρt= ρο (1+α. t) et α acier = 5.10-3

PinceGarage.doc le 04/05/2011 à 6:50









Quelle est la puissance consommée par le générateur ? Quelle est la puissance perdue dans les câbles?
Combien de joules consomme un point de soudure qui dure 20 périodes (50Hz)? Quel est le coût en
centimes de 20 points de soudures ( Prix du KWh : 10 centimes d’euros, rendement du transformateur
80% ).
Déterminer les différents diamètres de l'axe en laiton pour que la section droite conductrice ne tombe
jamais au dessous de 180 mm2 et que le diamètre extérieur dans les paliers reste au moins égal à 18
mm.
Déterminer le ressort de rappel sachant que la course de l'électrode est de 10 mm et que l'effort de
rappel doit être compris entre 50N et 100N
Déterminer le diamètre du piston pour obtenir un effort de serrage de 750 N avec une pression
pneumatique de 0.6 Mpa.
Evaluer la masse totale de la pince sachant que les 2 coques de la crosse sont en alliage d'aluminium
d'épaisseur variant entre 3 et 5 mm.

DOSSIER









Notice de calculs. ( calcul de ressort détaillé ).
Grafcet niveau 1 du dispositif.
Plan d'ensemble complet ECH 1 de la pince avec toutes les coupes nécessaires et les ajustements
chiffrés pour le vérin seulement.
Etude graphique cinématique des 2 positions extrêmes.
Nomenclature.
Eclaté avec repères.
Ensemble écorché en 3D.
Dessin de définition du cylindre de vérin et de la gâchette ( avant et après pliage ).

260 maxi

PinceGarage.doc le 04/05/2011 à 6:50


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