Épreuve E4 - BTS Forge - juin 2023

Mise en situation

La demande du client

La société "LASELLETTE" souhaite commercialiser un nouvel axe d'attelage (aussi dénommé pivot d'attelage) de 2 inch (pouce), noté 2 in dans le sujet, pour une semi-remorque de poids lourd (voir exemple d’un produit similaire monté sur des véhicules en Figure N°1: photo prise sous une remorque).

L'axe d'attelage (voir exemple ci-dessous Figure N°2) fait partie intégrante du système d'accouplement entre la semi-remorque et le tracteur.

Lors de son utilisation, l'axe d'attelage vient se verrouiller dans la sellette du tracteur (voir exemple ci-dessous Figure N°3).

Ainsi cet ensemble garantit le parfait verrouillage entre le tracteur et la semi-remorque. (voir exemples ci-dessous Figure N°4 et Figure N°5).

Lors de l'utilisation du véhicule, cet ensemble est soumis à des contraintes mécaniques importantes. Ces contraintes mécaniques entrainent de l'usure et/ou de l'endommagement ce qui amène les constructeurs de poids lourds à les qualifier de "pièces d'usure" à changer périodiquement. Cette usure se manifeste essentiellement par un jeu important dans le sens de déplacement du véhicule. Si le jeu entre l'axe d'attelage et la sellette devient trop important, il y a un risque de décrochage entre le tracteur et la semi- remorque, une détérioration des pièces principales et périphériques est alors possible (axe d'attelage, sellette, plaque de montage, châssis, etc.…), et évidemment une menace à la sécurité routière.

Par sécurité le fabricant recommande la vérification tous les 50 000 km de l'état d'usure de l'axe d'attelage (écaillage, fissure ...), et le contrôle du diamètre de 2 in (soit ø50,8) dont la cote d'usure est de 49 mm. Le contrôle s'effectuant à l'aide d'un calibre maxi/mini (voir figure 6 ci-dessous).

L'axe d'attelage et la sellette sont 2 éléments majeurs de sécurité des poids lourds.

L'axe d'attelage est considéré comme "pièce de sécurité". Pour la réalisation le procédé de forge a été retenu au regard de "l’expérience client" et de l’entreprise chargée de l’étude de réalisation.

Le bureau de développement de la société "LASELLETTE" a effectué une étude de ce nouveau produit suivant la norme ISO 337-1981(F).

La société "LASELLETTE", consulte une entreprise de forge et d’estampage et attend en réponse une étude de faisabilité qui se traduira à terme par un devis pour cette pièce.

Le client fournit une modélisation 3D de l'axe d'attelage qui correspond à une nouvelle conception ainsi qu’un plan.

Demandes générales

- Quantité annuelle : 50 000 pièces brutes par an pendant 5 ans.

Les matériels de forgeage de l’entreprise

- l'atelier de forge est équipé de 5 marteaux-pilons (voir DT9 à DT13). Ces moyens de production permettent de réaliser des pièces forgées simples ou complexes en acier, inox ou aluminium dans une gamme de masse comprise entre 500 g et 10 kg ;
- 2 presses à vis de 600 tonnes d’effort nominal chacune qui permettent la fabrication de pièces d'environ 1,5 kg en moyennes et grandes séries ;
- 1 presse horizontale à forger de 80 tonnes dont le diamètre maximal de barre engagée est de 13 mm ;
- 3 laminoirs à retour pouvant être disposés à proximité immédiate des marteaux- pilons ou des presses à vis ;
- 1 autocompresseur Dieudonné-Montbard de 250kg pouvant être disposé à proximité immédiate des marteaux-pilons ou presses à vis ;
- 8 presses mécaniques à ébavurer associées aux marteaux-pilons et presses à vis ;
- 8 fours à induction associés aux différentes machines de forgeage permettant de chauffer les aciers entre 1100°C et 1300°C suivant le besoin (perte au feu estimée 1%) ;
- 2 lignes de traitement thermique à fours électriques pour le recuit et la trempe aux polymères ou huile ;
- une installation de grenaillage.

Objet de l’étude

L’épreuve porte sur :

- La définition géométrique de la pièce adaptée à l’estampage sur marteau-pilon ;
- Le choix du matériau adapté aux contraintes subies par la pièce et aux caractéristiques mécaniques attendues ;
- La détermination de la machine d’estampage ;
- L’établissement d’une gamme prévisionnelle d’estampage.

Travail demandé

Le sujet comporte 4 parties :

Partie 1 : Sélection du matériau adapté à la pièce à estamper.
Partie 2 : Adaptation de la pièce à l’estampage.
Partie 3 : Vérification de la capacité des machines pour le forgeage.
Partie 4 : Rédaction de la gamme prévisionnelle de forgeage.