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					   Choix des matériaux et des procédés

                  Cours
Master Conception et fabrication mécaniques
               Semestre 9

                Parcours
           Conception avancée
             Multimatériaux

                                        Serge Mouton
                            s.mouton@crmi.u-bordeaux1.fr
          Sélection des procédés




• Relations procédés/matériaux

• Procédés de mise en œuvre des matériaux.

• Principaux paramètres caractéristiques des procédés.

• Sélection des procédés.

• Organisation des procédés.

• Choisir un procédé.

• Exemple.
              Relations procédés / matériaux




 Matériaux = propriétés physico-chimiques spécifiques




Réponses spécifiques aux différentes tentatives de mise
                      en œuvre.
        Procédés de mise en œuvre des matériaux métalliques


                 Ces procédés exploitent deux
                caractéristiques essentielles des
                      métaux et alliages.




 Leur température de                  Leur ductilité intrinsèque,
  fusion relativement                 éventuellement favorisée
    accessible aux                       par l’élévation de
technologies actuelles.                     température.
Procédés de mise en œuvre des matériaux métalliques
       Procédés de mise en œuvre des céramiques et des verres minéraux

La température de fusion des céramiques est généralement élevée donc
 pas de fonderie ou de moulage pour obtenir une pièce en céramique.
            On a alors recours aux techniques de frittage.
Procédés de mise en œuvre des polymères et des élastomères


                   Les polymères


Thermoplastique              Thermodurcissable
donc malléable à             donc polymérisant à
     chaud                         chaud



   Les élastomères sont mis en forme par des
    procèdès similaires à ceux des polymères
              thermodurcissables.
Procédés de mise en œuvre des polymères et des élastomères
             Procédés de mise en œuvre des composites


      La plupart des procèdès vus sont compatibles avec
l’incorporation au polymère de particules ou de fibres courtes.
 (composites à renfort particulaire ou par fibres courtes, et à
                     matrice organique)



 Les procèdès employés pour les autres types de composites
   différent essentiellement en fonction de la nature de la
                    matrice du composite.
Procédés de mise en œuvre des composites
             Procédés de mise en œuvre des multimatériaux




Des mousses et des matériaux cellulaires, peuvent être fabriqués
    à partir de pratiquement tous les matériaux homogènes.
Les multimatériaux et les matériaux à gradient de propriétés sont
  élaborés par des techniques de dépôt, traitement superficiel,
collage, stratification ou assemblages proches de celles utilisées
                     pour certains composites.
            Principaux paramètres caractéristiques des procédés


           Impossibilité de choisir un matériau pour une
         fonction indépendamment du procédé de mise en
                              œuvre.
              Il faut définir les principaux paramètres
               qui interviennent dans la sélection d’un
                                procédé.


Principales propriétés     Caractéristiques      Caractéristiques liées
 d’aptitude à la mise      techniques de la      au contexte technico-
en œuvre du matériau      pièce qui influent         économique
     à travailler        sur sa fonctionnalité
             Paramètres liés au matériau mis en œuvre




La température de fusion du matériau doit être comparée à
 la température maximale techniquement possible pour la
           mise en œuvre du procédé envisagé.




  Cette température conditionne la température maximale
               d’utilisation du produit fini
                                                                      Graphique CES


                                                                      Alliages de zinc


                                                                       Alliages de magnésium



                                                                             Alliages d'aluminium


                                                                      Composites de carbure d'aluminium/silicium


                                                                                                                     Alliages de cuivre
Procédés de fonderie




                                                                                                                         Fontes de fer


                       Univers des Procédés:\Mise en Forme\Fonderie                                                  Acier à haute teneur en carbone


                                                                                                                                 Acier inoxydable


                                                                                                                   Acier à teneur moyenne en carbone


                                                                                                                                   Alliages de nickel


                                                                                                                                Acier faiblement allié


                                                                                                                      Acier à basse teneur en carbone


                                                                                                                                     Alliages de titane



                                                                                500                                    1000                    1500
                                                                                      Température de fusion (°C)
              Paramètres liés au matériau mis en œuvre


   La dureté du matériau travaillé retentit sur les efforts à
   appliquer si l’on souhaite le déformer ou l’usiner, sur la
taille et la puissance des machines, sur l’usure et la durée de
                       vie des outillages.




   Tout en étant transmise à la pièce fabriquée, cette dureté
    peut être modifiée par l’opération de mise en forme, en
 particulier dans le cas des métaux et alliages susceptibles de
 s’écrouir lors d’une déformation et de recristalliser lors d’un
                             recuit.
                                                            Graphique CES


                                                  Alliages de plomb



                                                                 Alliages d'aluminium



                                                                               Alliages de magnésium


                                                                                    Composites de carbure d'aluminium/silicium



                                                                                               Alliages de cuivre



Univers des Procédés:\Mise en Forme\Déformation                                                    Alliages de zinc



                                                                                                Acier à basse teneur en carbone



                                                                                                           Alliages de nickel



                                                                                                            Alliages de titane



                                                                                                                 Acier inoxydable



                                                                                                            Acier à haute teneur en carbone


                                                                                                                      Acier faiblement allié

                                                        5             10       20             50           100            200              500
                                                                           Mesure de dureté Vickers (HV)
                Paramètres liés au matériau mis en œuvre


 L’impact du procédé sur l’environnement, rejets, résidus, etc..
     induit un surcoût de mise en œuvre difficile à évaluer.
  De même qu’un mauvais choix du procédé d’assemblage peut
       rendre difficile son démontage et son recyclage.



      Dans la pratique on mesure les aptitudes des matériaux
       expérimentalement grâce à des essais standardisés.
   Ils permettent de vérifier si la combinaison matériau procédé
permettra d’obtenir les caractéristiques fonctionnelles nécessaires à
                               la pièce.
              Paramètres imposés par la fonction de la pièce


  La taille de la pièce, définie par son volume ou sa masse,
s’avère parfois incompatible avec la capacité des installations.



 La forme générale de la pièce à obtenir constitue également un
   indicateur possible, ce paramètre peut être chiffré à partir de
l’élancement λ de la pièce (rapport de la plus petite cote à la plus
                              grande).


 La valeur de la plus petite dimension cotée conditionne le
 choix du procédé, dimension du plus petit détail, épaisseur
                       minimale, etc..
               Paramètres imposés par la fonction de la pièce


 Le niveau de complexité de la pièce pouvant être estimé à partir
   de la liste des cotes indépendantes de la pièce (l1,l2,..,ln) et des
     précisions nécessaires pour chacune d’elle (∆l1, ∆l2,.., ∆ln).

           La complexité C peut s’écrire sous la forme :


                       Clog         
                                   l1 ln 
                                   l1 ln 
                                 2    ,,
                                            


On peut cependant penser que la complexité d’une pièce ne résulte
pas uniquement du nombre de cotes, mais aussi de leur disposition
         relative, ce que ne traduit pas l’indice ci-dessus.
               Paramètres imposés par la fonction de la pièce

La valeur absolue de la tolérance exigée sur la cote la plus précise
   de la pièce, conditionne elle aussi en grande partie le procédé
                            d’obtention.

      Les valeurs de rugosité exigées sur certaines surfaces
        fonctionnelles d’une pièce conditionnent le couple
              matériau / procédé à mettre en œuvre.

 Parmi les caractéristiques économiques figurent l’effectif N de la
  série de pièces identiques à produire. Les procédés sont plus ou
       moins bien adaptés à des séries faibles ou importantes
 (principalement à travers le coût de fabrication qu’ils impliquent).

            Paramètres liés au contexte technico-économique

   Ces paramètres feront l’objet d’une présentation indépendante.
                              Sélection des procédés



 La sélection des procédés est moins développée et fait actuellement l’objet de recherche
                                       intensive.




  On peut tracer des cartes de sélection de procédés, elles sont utiles dans une première
approche, mais difficile d’usage, les différents domaines ne sont pas clairement séparés, de
plus il est courant que l’on sélectionne non pas un procédé mais une chaîne de procédés.
                             Sélection des procédés


Actuellement la sélection est étroitement couplée à une estimation des coûts. La démarche
    de sélection de matériaux consiste actuellement à définir pour chaque procédé un
    ensemble d’attributs qui correspond au domaine normal d’utilisation du procédé.
    En dehors du domaine, le coût est prohibitif ou la mise en œuvre est impossible.
 On peut alors développer une procédure d’estimation des coûts permettant la sélection.
 La difficulté réside dans l’obtention des données économiques permettant de faire cette
                                    estimation des coûts.
                                         Les procédés

Procédé : une méthode pour former, assembler ou traiter en surface un matériau
    Mise en forme




                                                                                    Mise en forme
                    Moulage en sable                    Extrusion soufflage




                                                                              Traitement surface
    Assemblage




                    Soudure par fusion                  Enduit thermique
                        Organisation des procédés



  Royaume    Familles       Classes     Membres     Attributs


            déformation   cire perdue
                                        sable 1
            moulage                                   taille
                          moule fermé
                                        sable 2       forme
            poudre
                          coquille                    section mini
Procédés    usinage                     sable 3
                          sable                       rugosité
            fonderie                    ……..
                          ……...                       tolérance
            composite                   ……….
                                                      ……...
            ……..




                                                               Fiche d’un
                                                                procédé
              Classification de forme des matériaux à transformer



                                        Formes


        Prismatiques                     Plaques                        3-D

Circulaires       Non-circulaires   Planes       Non planes   Pleines         Creuses




     tréfilage, extrusion, roulage :                           Formes prismatiques
     Matriçage, pliage, repoussage, emboutissage :             Plaques
     moulage, coulage, technologie des poudres :               Formes 3-D
                Recherche de données pour les procédés




   Manuels, compilations.

   Fiches techniques des fabricants d'équipements
                                                     Aucune perspective, ou
   Internet (e.g. www.DesignInSite.dk)              comparaison entre les
                                                     classes de procédés
   CES   recherche globale

          recherche par nom
                     Critères de sélection de procédés dans CES

Les attributs physiques de la pièce à obtenir.




  Rugosité : rugosité arithmétique (ra, indice de rugosité normalisé).


  Rugosité de surface : niveau de qualité de surface subjectif.
                   Critères de sélection de procédés dans CES

Les attributs économiques du procédé.
                    Critères de sélection de procédés dans CES

Les caractéristiques du procédé.




Discontinu : procédé d’élaboration d’entités discontinu dans le temps.


Continu : procédé d’élaboration d’entités continu dans le temps.


Prototypage : procédé d’élaboration d’entités de type prototype.
                     Critères de sélection de procédés dans CES

Les attributs de forme de la pièce à obtenir.




Les différentes caractéristiques de géométrie de pièces à obtenir.
                       Méthode de sélection des procédés dans CES

                                                Tous procédés




                                                                         Épaisseur X de section
                                                           S1 > S > S2                                X1 > X > X2
Tolérance




                                     Masse




                Procédés                            Matériaux                                     Forme
    T< T1




                                             sous-ensemble de procédés


        Utiliser des diagrammes à barres.
        La masse, la tolérance et l'épaisseur de section sont des attributs importants.
        Une combinaison de limite d’attributs et de diagrammes à barres est une bonne solution.
            Choix de procédé pour un isolant de bougie d’allumage

 Spécification

   Fonction          Isoler

  Contraintes      • Classe matériau Céramique
                   • Classe procédé Primaire,discontinu             Isolant
                   • Classe forme      Prismatique
                              Avec axe de symétrie, creux       Corps métallique


                   • Masse            0.05 kg
                   • Section min.     1.2 mm
                   • Tolérance        < 0.2 mm
                                                                Électrode central
                   • Rugosité         10 μm
                   • Taille série     >100 000

Variables libres   • Choix des procédés
                     Diagramme matériaux / masse




Sélection gamme de
poids.
Diagramme Section pièce / procédé primaire




         Sélection de section.
               Diagramme Tolérance / classe de forme de pièce




Sélection de
tolérance.
                         Diagramme Rugosité / procédé primaire




Sélection de rugosité.
                      Diagramme taille série / procédé discontinu




Sélection de taille
série.




                             Procédés pour l’isolant de bougie

En raison de la grande taille du lot, les processus les plus appropriés sont :
    La métallurgie des poudres et le moulage par injection de poudre.
        Modélisation des coûts


• Modélisation des coûts.

• Les entrées du processus de fabrication.

• Les ressources intégrées dans le coût.

• Le modèle de coût.

• La mise en forme et le coût.

• L’assemblage et le coût.

• Les traitements de surface et le coût.

• Coût total de fabrication.

• Exemples.

• Conclusions.
                           Pourquoi estimer les coûts ?


                            Estimer la viabilité d’un
                             nouveau matériau ou
                            d’un nouveau procédé.

  Évaluer les coûts
relatifs de différents
procédés ou couple                                      Pouvoir estimer les coûts
procédés/matériaux                                           suffisamment
 pour un cahier des                                       précisément pour les
       charges.                                              utiliser comme
                                                        argumentaires dans une
                                                        négociation compétitive.

                           Identifier dans un procédé
                          d’élaboration d’un matériau
                         les étapes qui augmentent le
                             coût afin de trouver des
                          moyens pour rentabiliser le
                                     procédé.
                         Modélisation des coûts

                           Méthode              Description                    Utilisation
                                         Estimation des coûts à partir
                                            de données anciennes
                                             proches du produit à        Au stade de conception
                         Interpolation
                                             réaliser : applicables      dans un domaine limité
                                             uniquement dans un
                                               domaine limité.
                                         Estimation des coûts à partir
                                           de la consommation des
                                                                            Classement des
                                                  ressources.
                         Ressources                                       procédés tôt dans la
                                         Cette méthode très générale
L’estimation des coûts                     permet de comparer des
                                                                              conception
                                           procédés très différents.
   pour le choix des
                                           Extension des méthodes
   matériaux et des                        basées sur les ressources
procédés nécessite une                      avec une modélisation           Classement des
                         Modélisation       technique qui prend en        procédés + analyse
  évaluation relative.                      compte des paramètres         détaillée des coûts
                                             physiques du procédé
                                         comme la cadence, le coût ..
                                         Découpage de la fabrication
                                          en étapes, estimation des
                                           temps et des ressources        Analyse détaillée des
                          Production      nécessaires pour chaque        coûts pour un procédé
                                             étape. Nécessite une                défini
                                          connaissance de toute la
                                            chaîne de production.
                      Les entrées du processus de fabrication




                 Matériaux

                 Energie

                                 Processus de
Entrées avec     Capital                                Produit
                                  fabrication
coût associé     Temps

                 Information




                                   Déchets et
                                    énergie
  La fabrication d’un composant consomme des ressources. Le coût final du
  composant fabriqué est la somme des coûts des ressources utilisées.
     Les ressources intégrées dans le coût




           Ressources               Symbole   Unité

Matériaux, inclus consommables       Cm       euro/kg

Capital,        coût d'équipement    Cc       euro
                coût d'outillage     Ct       euro

Temps, (coûts horaire)               
                                     CL       euro/hr


Énergie,        puissance            P        kW
                coût énergétique    Ce        eu/kW.hr

Information     R & D, brevets       Ci       euro/hr
                                   Le modèle




Le coût de production d’un composant de masse m (masse des différents
matériaux utilisés pour l’élaboration du composant) nécessite un coût Cm.
La première contribution au coût de revient unitaire est celle du matériau
augmentée d’une fraction de produit de départ qui est perdue (f).




                          C1 mCm
                              (1 f)
                                    Le modèle




Le coût Ct.d’un ensemble d’outillage d’usure (moules, matrices, gabarits, etc..) doit
être dédié à la production de ce composant simple. L’outillage est amorti en
fonction de la taille de la production n. Dans le cas d’une fabrication de très
grande série le remplacement d’un tel outillage peut être nécessaire.


               Ct    n       
          C 2   INT   0.51  
               n      nt     
 nt est le nombre d’unités qu’un ensemble d’outillage produira avant d’être
 remplacé. Très souvent n > nt.
                                     Le modèle

Les frais financiers d'équipement, Cc, peuvent correspondre à une partie d’équipement
d’un ensemble. La mise en forme de poudres sous pression peut être employée pour
fabriquer différents composants par l'installation de différents ensembles de matrices.
Il est habituel pour convertir les frais d’équipements non dédiés, et le coût d’emprunt
du capital lui-même, en frais généraux, de les diviser par le capital d’amortissement
dans le temps (5 ans) two, l’excédent étant récupéré.

                           1  Cc 
                       C3         
                           n  Ltwo 
                           
La quantité Cc/two est un coût par heure provenant de l’équipement si il est utilisé sans
interruption.
C’est rarement le cas, ainsi on divise Cc par un facteur de charge L (fraction de temps
pendant laquelle l’équipement est productif).
Le coût par unité est le coût horaire divisé par le nombre   
                                                             n   d’unités produites.
                                     Le modèle



Le coefficient d'imputation des coûts indirects (Coefficient utilisé par l'entité pour
imputer des charges indirectes à des produits ou des services) devient un coût par
                                     
unité, une fois qu’il est divisé par n (unité produites par heure).




                                  Coh 
                                   
                            C4       
                                   
                                    n 
                                   Le modèle

Le coût total de mise en forme Cs est la somme des quatre termes.




      mCm   Ct        n          1  Cc
                                                      oh 
Cs          n   INT  nt  0.51  n  Ltwo  C 
                                                          
     1 f                                       

Certaines des constantes apparaissant dans cette équation sont relativement
faciles à évaluer, d’autres comme le coût horaire demandent plus de soin.
On peut affiner ce modèle en intégrant des informations dépendantes du coût
capital du coût d’outillage et du taux de production (unité produites par heure).
             Utilisation du modèle pour choisir un procédé de mise en forme

On peut comparer les coût de procédés concurrents, en exprimant graphiquement
le coût unitaire par rapport à la taille en lots.
   Les coûts
   d'outillage
                 Coût relative par unité

   dominent




                                                                           Les coûts du
                                                                            matériau et
                                                                            de la main-
                                                                             d'oeuvre
                                                                             dominent

                                           Volume de production (unités)

  Les procédés en concurrence diffèrent habituellement en coût Ct d'outillage et
                     
  taux de production n , c’est pourquoi leurs courbes sont concourantes
Pour de petites tailles en lots le prix de revient unitaire est dominé par les coûts
fixés par l'outillage. À mesure que la taille n en lots augmente, la contribution de
l’outillage au prix de revient unitaire tombe (à condition, naturellement, que
l'outillage est une durée de vie qui soit plus grande que n) jusqu'à ce qu'il atteigne
une valeur qui est dominée par les coûts variables, coûts matériaux, coût du travail
et d'autres coûts indirects. La taille économique en lots, souvent citée pour un
procédé, est le nombre de lots n qui pour un procédé, d'une manière générale,
coûte moins cher qu’avec les procédés concurrents. Les comparaisons de cette
sorte guident le choix des procédés.


       mCm   Ct        n          1  Cc
                                                       oh 
 Cs          n   INT  nt  0.51  n  Ltwo  C 
                                                           
      1 f                                       
        Utilisation du modèle pour choisir un procédé de mise en forme


La taille économique en lots, souvent citée pour un procédé, est le nombre de lots
n qui pour un procédé, d'une manière générale, coûte moins cher qu’avec les
procédés concurrents. Les comparaisons de cette sorte guident le choix des
procédés en accentuant les éléments augmentant ou diminuant le coût. Son
exécution exige une base de données avec des valeurs approximatives pour les
entrées. Une fois qu’une première sélection est faite, il devient intéressant de
chercher des valeurs plus précises pour les procédés sélectionnés.



CES énumère les attributs de centaines de procédés et contient des données
approximatives pour les coûts du capital et de l’outillage, le taux de production,
la durée de vie de l’outillage, etc..
Certains paramètres ne sont pas énumérés car ils ne sont des attributs du
procédé lui-même mais dépendent de la conception ou du matériau.
          Comparaison de deux procédés (CES)


Injection moulage




                             Accès aux paramètres définis par
                                       l'utilisateur

                                        Édition graphique
        Comparaison de deux procédés (CES)


Thermoformage
                   Comparaison de deux procédés (CES)

Une étude entre deux procédés en concurrence injection moulage et thermoformage.




                                        Capital write off :capital d’amortissement dans le temps (5 ans)
La bande ombragée encadre une gamme des coûts. Le bord inférieur de la
bande utilisent les limites inférieures des gammes pour les paramètres entrés,
elle caractérise les pièces simples exigeant seulement une petite machine et un
moule peu coûteux. Le bord supérieur emploie les limites supérieures des
gammes ; il décrit de grandes pièces complexes exigeant une plus grande
machine et un moule plus complexe. En comparant les graphes nous notons
que le thermoformage, avec des petites tailles de lots, est beaucoup moins cher
que l'injection moulage, mais que pour une taille en lots d’approximativement
1000 pièces l'injection devient le processus le meilleur marché.
Comparaison pour l’injection moulage. Ici le prix de revient unitaire est tracé par
rapport au coût matériel pour un processus simple avec une taille en lots (1000).
Le coût procédé domine, le coût matériau est approximativement de 18F/kg, on
peut améliorer le coût en cherchant des matériaux moulables meilleurs marché
ou en augmentant le taux de production.
Mais à une taille en lots de 1 000 000
(non représentée) le coût matériau
domine le prix de revient unitaire à
moins que le matériau coûte moins
que 3€/kg ;
s'il coûte plus, des économies pourraient
être réalisées en employant un matériau
meilleur marché.
                       Comparaison de plusieurs procédés

Des études de cette sorte permettent de comparer deux procédés, mais ils ne
permettent pas de hiérarchiser facilement une grande population de procédés en
concurrence. Ceci peut être réalisé en traçant le prix de revient unitaire pour une taille
choisie en lots. La boîte de dialogue permet de définir les paramètres utilisateur, y
compris la taille en lots. Le logiciel évalue pour chaque membre de la population par la
valeur moyenne du coût les procédés qui sont les plus économiques.
Comme expliqué plus tôt, le rang est basé sur des données très approximatives ;
mais notez que les processus les plus chers sont plus de 100 fois plus cher que les
meilleurs marché ; une erreur de facteur dans les entrées change seulement
légèrement le rang final.
          Utilisation du modèle pour choisir un procédé d’assemblage

Les contraintes qui dominent pour choisir un procédé d’assemblage proviennent
habituellement du matériau ou des matériaux à assembler, de la géométrie de
l’assemblage et des charges à supporter. Des contraintes secondaires
(assemblage imperméable à l'eau, ou démontable, ou conducteur électrique, par
exemple) sont à intégrer. Une analyse de la consommation des ressources,
comme pour les procédés de formage peut permettre de réduire le coût, de cette
façon nous arrivons à un coût approximatif d’assemblage C par unité de
production (un produit entièrement assemblé = une unité) de :



                 
     Cj  Cconsommables
        all joint s
                                                      
                           Ct  Cc Coh tprocédé tsetup 
                          ntotal Ltwo
                                                         
                                                  nbatch 

Cconsommables est le coûts des consommables de l’assemblage, ntotal est le nombre
d’assemblage à faire pour une production réalisée en plusieurs série de nbatch
assemblages chacune requièrent un temps tsetup d’installation.
tprocess est le temps pour realisé un assemblage.
           Utilisation du modèle pour choisir un procédé d’assemblage

Le paramètre qui influence le coût total d’assemblage est le temps procédé tprocess.
La clef d’un assemblage peu coûteux est le traitement rapide du procédé. Une
méthode à trois étapes permet de mieux cerner le coût assemblage.
- conception du produit, est ce que chaque partie du mécanisme est nécessaire ?
- estimation du délai d'assemblage tproccess, en additionnant les temps des procédés
requis pour chaque étape d'assemblage, en utilisant les données historiques qui
définissent des temps élémentaires pour un assemblage: type d’assemblage, facilité
d’accès, condition pour l'alignement et qualité d’assemblage.
- calcul d’un délai d'assemblage idéal de (tprocess) calculé en assignant 3 secondes
(un minimum empirique) à chaque étape d’assemblage. Ce délai d'assemblage idéal
est divisé par tprocess estimée et donne le DFA, exprimé en pourcentage :


                      DFAindex
                                tprocessideal100
                                         tprocess
 C’est une mesure d’efficacité de l’assemblage, une valeur basse de l’index ≤ 10%
 suggère qu’il y a des pièces pouvant subir des réductions de tprocess et donc un gain
 de coût.
 Cette méthode se concentre exclusivement sur l’assemblage mécanique, et permet
 la comparaison entre des choix alternatifs.
            Utilisation du modèle pour choisir un procédé d’assemblage

Les conclusions qui peuvent être tirées sont que : pour une petite série, les coûts
outillage dominent (choix de procédés avec faible coût outillage) et pour une grande
série le défi est de réduire tprocess (cela favorise les procédés de soudage automatisé
par points).
Il est très difficile d’obtenir des données numériques pour les paramètres de
l’équation, il est cependant possible de hiérarchiser les différents coûts suivant trois
niveaux afin de réaliser un classement des procédés en concurrences.
    Utilisation du modèle pour choisir un procédé de traitement de surface

Le traitement de surface apporte des propriétés telles que précision dimensionnelle,
qualité de surface, de résistance à la corrosion, de dureté superficielle. Les
contraintes qui dominent dans le choix d’un traitement sont les propriétés extérieures
qui sont recherchées et le matériau auquel elles doivent être appliquées. Il existe des
contraintes secondaires : capacité de traiter les surfaces ou les formes. L'approche
basée sur les ressources donne une idée de comment aborder l’augmentation du
coût lié aux traitements.


                                       
        CST Cconsommables Ct  Cc Coh
                           ntotal Ltwo
                                                     tn
                                                         traitement
                                                           per run
                                                                       tsetup 
                                                                       nbatch 
                                                                               
Cconsommables est le coût des consommables pour les matériaux traités par unité de
production, les matériaux, ici, sont souvent chers, et le gaspillage parfois élevé.
Les frais financiers peuvent être importants, mais les équipements sont souvent
employés pour traiter beaucoup de composants en même temps.
- nombre de pièces traitées en une fois = nper run
- nombre total traité en plusieurs fois = nbatch.
Considérons deux exemples. La peinture est possible avec un équipement très
simple (Ct et Cc sont faibles), mais l'application prend du temps, et la peinture doit
sécher à une certaine température avant que l'objet peint puisse être manipulé. il
est plus facile de pulvériser des peintures à base de solvants organiques qui
sèchent plus vite (contrairement aux peintures à base d'eau), favorisant leur
utilisation en dépit des problèmes écologiques considérables qu'elles créent.
En revanche, si on désire ajouter de la précision à la surface cela implique des
opérations d'usinage qui ne change pas la forme de manière significative.
L'équipement et l'outillage doivent être construits avec une grande précision pour
garantir la précision d’usinage. Cela apporte des contraintes sur le coût de
l'outillage, Ct, et sur les frais financiers et d'équipement Cc. Et plus la précision et la
finition sont importantes, plus le temps d'installation tsetup est long. Le coût monte
rapidement avec la précision désirée.
     Utilisation du modèle pour choisir un procédé de traitement de surface

Comme avec l’assemblage, il est très difficile d'obtenir des données numériques pour
les paramètres de l’équation. Les outils de présélection hiérarchisent les facteurs des
coûts principaux, outillage, frais financiers et le coût horaire en trois niveaux : bas,
moyen ou haut, donnant ainsi un ordre fonction du coût sur les procédés en
concurrences.
                             Coût total de fabrication


N'importe quel produit se compose de composants, dont chacun est mis en
forme. Ils sont assemblé avec plus ou moins de précision et peuvent subir un
traitement de surface avant ou après l’assemblage. Le coût final du produit est la
somme des contributions de la mise en forme, de l’assemblage et du traitement
de surface :




En généralisant, quand la taille en lots est petite, le coût total est dominé par le
coût d'outillage, des gabarits et des montages dédiés. Quand la taille en lots est
grande, il est dominée par le coût matériaux et temps. Ainsi, la production à faible
volume se concentre sur le procédé réduisant au minimum le coût outillage,
même si le procédé est lent ; la production à fort débit, en revanche, exige le
traitement rapide et le gaspillage matériau minimum, même si ceci exige un
outillage cher.
            Exemple : Bec pour convertisseur de produits chimiques


10 becs doivent être fabriqués pour une utilisation à hautes températures (1000 °C)
dans des convertisseurs de produits chimiques. Chaque bec est fait d'un superalliage
Chrome à base de nickel, choisi parce qu'il supporte la température et possède une
résistante à la corrosion. Le poids est estimé à environ 0,3 kilogramme et l’épaisseur
minimum doit être de 3 millimètres. Chaque bec a une forme axisymétrique avec un
alésage circulaire central. Rugosité extérieure inférieure à10 m et précision de 0,2
millimètres minimum.
           Exemple : Bec pour convertisseur de produits chimiques

En appliquant les critères de filtrage nous obtenons, six classes de procédé
d’usinage manuel, moulage à cire perdue, ou d’autres procédés de moulage à
modèle perdu ,estampage ou forgeage des poudres (le trou central est réalisé par
usinage). Ensuite les procédés obtenus sont rangés par coût. Pour faire ceci,
l'utilisateur doit fournir les informations liées à la conception : taille en lots (le
nombre de becs à faire, coefficient d’imputation des coûts indirects, facteur de
charge,etc...
Ici chaque barre montre le coût d’un procédé pour faire un bec. Les procédés
qui ont réussi cette étape de filtrage sont marqués. Pour une taille en lots de
10, le moulage en cire perdue et l’usinage manuel sont les procédés les
meilleurs marché, ils méritent étude plus approfondie.
Si la taille en lots grimpait jusqu' à 10 000, la méthode de poudres offrent
maintenant l'itinéraire le meilleur marché, suivi du forgeage en matrice
fermée et du moulage automatisé.
                          Exemple : Corps de bouilloire


Le matériau est du polypropylène. La bouilloire contient approximativement 1,5 l
d’eau et a un diamètre d'approximativement 120 millimètres et une hauteur de
200 millimètres. Pour éviter des déformations (faux rond, inclinaison), l'épaisseur
de paroi minimum devrait être 3 millimètres donnant un poids pour le corps
d'approximativement 0,4 kilogrammes. la forme est celle d'une tasse profonde.
Des calculs ont permis de définir la précision nécessaire pour l’assemblage
couvercle bouilloire : 0,5 millimètres minimum. La douceur de la surface est
important pour la facilité du nettoyage et pour l'aspect visuel, rugosité 0,8 m.
                        Exemple : Corps de bouilloire


En appliquant les critères de filtrage, plusieurs procédés émergent comme
possible : l'injection moulage, le moulage par rotation, et diverses variantes du
moulage par extrusion soufflage. La prochaine étape est de les ranger par coût
approximatif. La bouilloire, est fabriquée en 100 000 unités. La hiérarchisation
suggère l’ injection moulage et le moulage par extrusion soufflage. Le choix
final entre exige une exploration plus détaillée, facile à mettre en oeuvre quand
un nombre limité de procédés sont identifiés.
                            Les points à retenir



   Réduire le coût au minimum est l'objectif final.

   Le coût peut être modélisé à plusieurs niveaux – cela dépend du but.

 Pour hiérarchiser les matériaux et les procédés par le coût, un modèle
approximatif est nécessaire.

 Un modèle de coût emploie des entrées "génériques" : matériel, temps,
capital, etc..

 Une analyse plus précise peut seulement être basée sur l'information
donnée par les fournisseurs (si l’approvisionnement vient de l'extérieur) ou
des services internes à l’entreprise.
                              Conclusion



Dans l’industrie actuellement, le coût se pilote par l’aval : le prix de vente
est imposé par le marché visé pour le produit. Le fabricant doit alors agir
sur l’ensemble conception + matériau + procédé, et le mettre au point de
manière à rentrer dans l’enveloppe financière prévue, au besoin en
renégociant avec le demandeur le cahier des charges initial. C’est là, la
base d’une démarche d’analyse de la valeur qui s’avère de plus en plus
indispensable, notamment pour tous les produits de grande diffusion.



L’estimation des coûts est certainement un problème important et difficile
de la sélection des matériaux et des procédés, elle est indispensable pour
pouvoir évaluer la viabilité d’un matériau dans une application donnée.

				
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