Brevet FR2968428A1 — publié le 20120608

PROCEDE DE CONCEPTION D'UNE PIECE MECANIQUE DE MOULAGE La présente invention a pour objet un procédé de conception d'une pièce mécanique de moulage. Le procédé de l'invention est particulièrement adapté pour la conception numérique tridimensionnelle de carters de boîte de vitesses. Aujourd'hui, la CAO (conception assistée par ordinateur) est largement mise à contribution pour réaliser une conception numérique tridimensionnelle de pièces de moulage. La procédure actuelle de conception nécessite la construction de surfaces et de modèles CAO de la pièce à concevoir. Cette construction est réalisée à partir d'analyses et de mesures, avec ou sans contact, de la pièce à concevoir. Les surfaces et les modèles construits à partir de ces analyses et de ses mesures permettent de réaliser une numérisation CAO tridimensionnelle de la pièce à concevoir. Cette numérisation est destinée à réaliser, en avant projet, le premier prototypage en fonderie coulée sable. Lors du lancement du projet, de nouvelles caractéristiques fonctionnelles de la pièce à concevoir sont réalisées pour l'étude d'une implantation dans la maquette numérique. Ces caractéristiques sont reprises et modifiées pour réaliser la numérisation CAO 3D de la pièce série à fabriquer en fonderie coulée sous-pression. Une perte de temps non négligeable est observée avec ce type de procédure de conception notamment du fait que les caractéristiques fonctionnelles de la pièce à concevoir sont déterminées plusieurs fois tout au long de la procédure de conception. En effet, les caractéristiques fonctionnelles sont déterminées lors de la phase de prototypage, de maquettage et du lancement série en fonderie. La multiplication des étapes de détermination des caractéristiques fonctionnelles de la même pièce à concevoir augmente les risques d'erreurs, la durée de conception et le coût global d'une telle conception. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. Pour cela, l'invention propose un procédé de conception numérique tridimensionnelle d'une pièce mécanique de moulage prenant en compte dès le départ les besoins d'industrialisation. Pour ce faire, de sa création jusqu'au lancement série de la pièce à concevoir, en passant par les différentes phases de développement de la pièce, les caractéristiques fonctionnelles de la pièce à concevoir sont définies une seule fois, lors de la phase de prototypage. Cette unique définition de ces caractéristiques permet l'utilisation de la même base de construction tout au long de l'avancement du projet et des besoins d'évolution pour la pièce prototype coulée sable, la maquette numérique, le calcul et le lancement série en fonderie sous pression. Cette caractérisation fonctionnelle unique de la pièce à concevoir permet un gain de temps non négligeable tout en limitant les risques d'erreurs lors de la conception des différents modèles. L'invention a donc pour objet un procédé de conception numérique tridimensionnelle d'une pièce mécanique de moulage dans lequel : - on extrait une architecture d'une pièce identique à celle à concevoir dans une base de données de modèles génériques d'architectures de pièces, - on définit les caractéristiques fonctionnelles de la pièce destinée au prototype, à partir de l'architecture extraite, - on modélise en volume la pièce à concevoir à partir des caractéristiques fonctionnelles définies afin de l'implanter dans une maquette numérique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen de l'unique figure qui l'accompagne. Celle-ci est présentée à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. L'unique figure représente une vue schématique d'ensemble du procédé de conception selon un mode de réalisation de l'invention. L'invention propose une méthodologie de conception apte à assurer la continuité de la réalisation des pièces de fonderie de l'avant projet à l'engagement industriel. Pour ce faire, l'invention met en place une base de données, référencé 10 dans la figure, dans laquelle sont enregistrées des modèles génériques d'éléments standards avec leur paramétrages et dimensionnements (bossages, entraxes, surfaces, interfaces, ...). Ces modèles génériques sont issus de bases de connaissance, régulièrement enrichies à partir de précédentes conceptions. Le procédé de conception de l'invention est mise en oeuvre par un microprocesseur d'un calculateur (non représenté). Le microprocesseur produit, en réponse à des codes instructions enregistrés dans une mémoire programme dudit calculateur des ordres destinés à la conception d'une pièce mécanique de moulage définie. Le calculateur comporte une interface homme machine permettant à un concepteur de saisir, à une étape 11, les paramétrages et autres données de conception de la pièce à concevoir. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la pièce à concevoir est par exemple un carter de boîte de vitesses, un carter d'embrayage, un carter de fond de boîte de vitesses, un carter de différentiel. Tous ces carters sont des pièces mécaniques obtenues par moulage. Cette interface peut être un clavier, une souris et/ou un écran tactile. Les données de conception correspondent à des contraintes d'environnement extérieur et des contraintes mécaniques intérieures, telles que les entraxes, la hauteur de pont, la toile générale, etc.... A une étape de phase de prototype, le calculateur extrait de la base de données 10 un ensemble d'éléments représentatifs d'une architecture d'une pièce se rapprochant de celle à concevoir. L'architecture extraite est paramétrée avec les données de conception. Ce paramétrage permet au concepteur de visualiser virtuellement l'architecture ainsi paramétrée. Le concepteur peut ainsi valider rapidement le choix de conception et définir les caractéristiques fonctionnelles du carter destinées aux prototypes. Ces caractéristiques fonctionnelles industrielles sont celles qui seront utilisées tout au long du déroulement du processus de conception. Les premiers prototypes représentatifs vont servir à effectuer des essais (fonctions de transferts, analyse modale expérimentale) permettant de recaler chaque pièce ou sous-ensemble modélisé. Cette méthodologie simplifiée permet d'être réactif sur les études de solutions. A une étape 12 de la phase de conception, le calculateur subdivise l'architecture de la pièce à concevoir en squelettes indépendants correspondant chacun à un élément du carter. A une étape 13 de phase de traitement, Le calculateur utilise les caractéristiques fonctionnelles du carter de la phase de prototype pour modéliser en volume les squelettes indépendants. Un volume est ensuite rempli de matière créant ainsi des solides élémentaires, obtenus à une étape 14.Le calculateur utilise des maquettes numériques pour modéliser le carter dans sa totalité par les solides élémentaires finis. Chaque solide élémentaire du carter est ainsi calculé, et optimisé séparément, à l'aide de critères dynamiques tels que les fréquences propres, les raideurs dynamiques, et également les fonctions de réponse en fréquence pour la mécanique interne. A une étape 15, le calculateur affine la définition de chaque solide élémentaire, à l'aide notamment d'un modèle de calcul de prédimensionnement prédéfini par les contraintes process, notamment les contraintes de fonderie, en y ajoutant les empreintes extérieures et tiroirs, bien connus des fondeurs, et de la forme extérieure pleine dudit solide élémentaire. Cette étape permet de pré-dimensionner et d'optimiser les éléments de rigidités tout en fournissant au plus tôt une allocation de raideur pour la mécanique interne. Les modifications apportées durant la phase de traitement sont rapidement mise en place sur l'ensemble des solides élémentaires du fait qu'ils sont communs aux pièces à concevoir. L'étape 15 fournit en sortie un carter brut et fonctionnel résultant de l'assemblage des empreintes, tiroirs et extérieurs pleins A une étape 16, l'outillage destiné aux usinages du carter après moulage sont définis. A une étape 17, on dispose déjà d'un carter brut qui permet une analyse géométrique dans l'environnement final, industriel prototype et série du carter. La réactivité du calcul doit permettre des boucles courtes d'optimisation pour répondre rapidement à des évolutions soit de la mécanique interne soit de l'environnement extérieur du carter, comme par exemple, l'évolutions des entraxes des arbres des pignons ou d'une proximité de l'environnement extérieur. L'invention propose ainsi une méthodologie qui définit une base commune des carters de boîtes de vitesses pour les phases de développements "mise au point", "architecture et dimensionnement" et "conception détaillée". La méthodologie de conception de l'invention permet ainsi de profiter pleinement de l'antériorité de la conception des carters des projets précédents afin d'assurer la continuité des innovations et améliorations REVENDICATIONS1 - Procédé de conception numérique tridimensionnelle d'une pièce 5 mécanique de moulage dans lequel : - on extrait un ensemble d'éléments représentatifs d'une architecture d'une pièce se rapprochant de celle à concevoir dans une base de données de modèles génériques comportant différentes architectures de pièces, - on définit les caractéristiques fonctionnelles de la pièce destinée au 10 prototype, à partir des éléments représentatifs extraits, - on modélise en volume la pièce à concevoir à partir des caractéristiques fonctionnelles définies afin de construire une maquette numérique. 2 - Procédé selon la revendication précédente dans lequel lors de la 15 définition des caractéristiques fonctionnelles, - on paramètre les éléments extraits, à l'aide de données de conception saisies, ces données de conception étant des contraintes d'environnement extérieures et des contraintes mécaniques intérieures, - on valide visuellement l'architecture paramétrée virtuelle, 20 - on définit les caractéristiques fonctionnelles de la pièce destinée au prototype en fonction de la validation visuelle. 3 - Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel lors de la phase de modélisation, - on subdivise l'architecture paramétrée en des squelettes 25 indépendants correspondant chacun à un élément de la pièce à concevoir, - on crée des solides élémentaires en modélisant en volume les squelettes indépendants en fonction des caractéristiques fonctionnelles, - on assemble les solides élémentaires pour construire la maquette numérique et modéliser la pièce à concevoir dans sa totalité. 30 4 - Procédé selon la revendication précédente dans lequel : - on affine la définition de chaque solide élémentaire, à l'aide d'un modèle de calcul de pré-dimensionnement prédéfini, de l'empreinte extérieure, du tiroir, et de la forme extérieure pleine desdits solides, de sorte à pré-dimensionner et à optimiser la rigidité desdits solides, 35 - le solide élémentaire brut et fonctionnel obtenu est apte à êtreassemblé avec d'autres solides élémentaires bruts et fonctionnels, - Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la pièce à concevoir est un carter de boîte de vitesses. 6 - Calculateur caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés 5 à exécuter le procédé de conception d'une pièce de moulage selon l'une des revendications précédentes.