Mécanismes de Transformation de Mouvement
Systèmes de Poinçonnage – 2ème BAC STE SI
Introduction
Les systèmes de poinçonnage transforment typiquement un mouvement rotatif continu en mouvement linéaire alternatif. Ces mécanismes sont essentiels dans les presses industrielles pour la découpe, l’emboutissage et le formage des métaux.
$$ \text{Rotation} \xrightarrow{\text{Mécanisme}} \text{Translation alternée} $$
1. Mécanismes de transformation
a) Système bielle-manivelle
Convertit la rotation en mouvement rectiligne alternatif :
$$ x = r \cdot \cos\theta + \sqrt{l^2 – r^2 \sin^2\theta} $$
Avec :
- r = rayon manivelle
- l = longueur bielle
- θ = angle de rotation
b) Came suiveur
Transforme via un profil spécialisé :
$$ y = f(\theta) $$
Avantages :
- Précision du mouvement
- Flexibilité du profil
- Compact
2. Cinématique du poinçonnage
Paramètres clés :
- Course (C) : Déplacement max du poinçon
- Fréquence (f) : Nombre de coups/min
- Effort (F) : Force de poinçonnage
- Énergie (E) : Travail de déformation
Relation fondamentale :
$$ E = F \cdot C \cdot \eta $$
(η : rendement mécanique)
Cycle de travail typique :
$$ t_{cycle} = \frac{60}{f} \quad \text{(en s)} $$
Exemple : Pour f = 60 coups/min → t = 1s
3. Dynamique du poinçonnage
Force de poinçonnage :
$$ F = k \cdot S \cdot R_m $$
Avec :
- k = coefficient (1.0 à 1.3)
- S = périmètre de coupe (mm)
- Rm = résistance matériau (MPa)
Exemple numérique :
Poinçonnage d’un trou ∅10 mm dans de l’acier (Rm=400 MPa) :
$$ S = \pi \times 10 \approx 31.4\ mm $$
$$ F = 1.2 \times 31.4 \times 400 \approx 15\ kN $$
Énergie nécessaire :
$$ E = F \times C \times \eta $$
$$ \text{Pour } C=5mm, \eta=0.9 : $$
$$ E = 15000 \times 0.005 \times 0.9 = 67.5\ J $$
4. Conception mécanique
a) Sélection du mécanisme
- Bielle-manivelle : Fortes charges, courses moyennes
- Came : Précision, petites courses
- Excentrique : Compromis rigidité/compacité
b) Critères de dimensionnement
- Rigidité pour limiter la flexion
- Guidage précis du poinçon
- Résistance aux efforts dynamiques
- Facilité de maintenance
Calcul de l’excentrique :
$$ C = 2 \times e $$
où e = distance entre centres
5. Aspects industriels
Sécurité
- Protections fixes sur zones dangereuses
- Dispositifs bi-manuels
- Détection de présence
- Arrêts d’urgence redondants
Maintenance
- Lubrification des guidages
- Contrôle de l’usure des poinçons
- Vérification des jeux mécaniques
- Surveillance des efforts
Fiche technique récapitulative
| Paramètre | Formule | Unité |
|---|---|---|
| Force de poinçonnage | F = k·S·Rm | N |
| Énergie | E = F·C·η | J |
| Course excentrique | C = 2e | mm |
| Fréquence | f = 1/tcycle | Hz |
Points clés :
- Choix du mécanisme selon course/charge/précision
- Calcul rigoureux des efforts dynamiques
- Respect des normes de sécurité
- Maintenance préventive essentielle
