TECHNOLOGIES DE FABRICATION ET MÉTROLOGIE, 4 ÈME ANNEE, OPTION MECANIQUE GENERALE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

Préliminaires

Objectifs Pédagogiques du Cours 🎯

Ce cours a pour objectif de doter le technicien finisseur d’une double compétence essentielle : la maîtrise de la métrologie, science de la mesure et du contrôle, et une connaissance approfondie des grands procédés de fabrication qui complètent l’usinage. Au terme de cette année, l’élève doit être capable de choisir et d’utiliser les instruments de contrôle adéquats pour vérifier la conformité d’une pièce, de comprendre les principes des procédés de formage, de moulage et de soudage, et de réaliser le contrôle géométrique d’une machine-outil simple. Cette vision globale des technologies de production est indispensable pour tout technicien appelé à des fonctions de méthode, de qualité ou de maintenance.

Approche Didactique et Méthodologique 📏

L’enseignement est organisé en deux grands volets complémentaires. Le premier volet, la métrologie, est enseigné de manière très pratique, par la manipulation intensive d’instruments et la mise en œuvre de protocoles de contrôle sur des pièces réelles. Le second volet, l’étude des procédés de fabrication, s’appuie sur une approche technologique descriptive, illustrée par des échantillons, des schémas de principe et des supports vidéo, pour permettre à l’élève de comprendre le lien entre un procédé, la forme de la pièce obtenue et ses caractéristiques.

Contexte Industriel et Enjeux de Qualité ✅

Ce cours est directement connecté aux enjeux de qualité et de compétitivité de l’industrie. La métrologie est présentée comme le pilier de la démarche qualité, garantissant que les pièces produites à Lubumbashi sont conformes aux plans et interchangeables avec celles produites à Kinshasa. La connaissance des divers procédés de fabrication permet au technicien de participer à des choix technico-économiques éclairés, en sélectionnant le procédé le plus adapté pour la fabrication d’une pièce, qu’il s’agisse de la réparation d’un équipement pour les cimenteries du Kongo Central ou de la production de biens de consommation.

 

 

Partie I : La Métrologie Dimensionnelle et Géométrique

Cette partie fondamentale est consacrée à la science de la mesure. Elle vise à développer la rigueur, la précision et la méthode dans toutes les opérations de contrôle, qui sont la garantie de la conformité d’un produit mécanique.

Chapitre 1 : Fondamentaux de la Tolérance et de l’Ajustement

Ce chapitre établit le langage de la précision en mécanique, en définissant comment spécifier et interpréter les marges d’erreur acceptables pour qu’une pièce soit fonctionnelle.

1.1. Concepts de Cote Nominale, Écarts et Intervalle de Tolérance

Les définitions de base du tolérancement dimensionnel sont rigoureusement établies. L’élève apprend à calculer les cotes maximale et minimale d’une pièce à partir de sa cote nominale et de ses écarts.

1.2. Le Système ISO d’Ajustements : Arbre Normal et Alésage Normal

Le système de normalisation ISO, qui permet de standardiser les ajustements, est présenté. La distinction entre le système à alésage normal (le plus courant) et le système à arbre normal est expliquée.

1.3. Les Différents Types d’Ajustements : Jeu, Serrage, Incertain

Les trois grandes familles d’ajustements sont décrites en fonction du résultat de l’assemblage : l’ajustement avec jeu (garantit un mouvement relatif), l’ajustement avec serrage (assure une liaison fixe) et l’ajustement incertain.

1.4. Application au Choix des Ajustements pour les Roulements

Un cas d’application majeur est traité : la sélection des tolérances pour les portées d’un arbre et d’un alésage destinés à recevoir un roulement, en fonction des conditions de fonctionnement (bague tournante ou fixe).

Chapitre 2 : Les Instruments de Mesure Directe

Ce chapitre se concentre sur la technologie et la bonne utilisation des instruments de mesure à lecture directe les plus courants dans un atelier de mécanique.

2.1. Le Pied à Coulisse : Lecture au Vernier (1/20, 1/50)

Le principe du vernier est expliqué en détail pour permettre une lecture fiable et précise au vingtième ou au cinquantième de millimètre. La pratique de la lecture sur différents types de pieds à coulisse est exercée.

2.2. Le Micromètre d’Extérieur : Lecture et Utilisation

Le micromètre (ou palmer) est présenté comme un instrument plus précis que le pied à coulisse. Son principe de vis micrométrique et sa méthode de lecture au centième de millimètre sont enseignés, en insistant sur la limitation de l’effort de mesure.

2.3. Les Jauges de Profondeur et Micromètres d’Intérieur

Les variantes de ces instruments pour la mesure de profondeurs de rainures ou de diamètres d’alésages sont présentées. Les particularités de leur utilisation et de leur lecture sont détaillées.

2.4. Sources d’Erreurs de Mesure et Précautions d’Utilisation

Les différentes sources d’erreurs (instrumentales, d’opérateur, environnementales, de méthode – erreur de parallaxe) sont analysées. Des règles de bonne pratique pour minimiser ces erreurs et garantir la fiabilité de la mesure sont établies.

Chapitre 3 : La Mesure par Comparaison et les Calibres

Ce chapitre aborde la mesure de haute précision, qui repose non pas sur une lecture directe, mais sur la comparaison à un étalon de référence.

3.1. Le Comparateur à Cadran : Principe et Applications

Le comparateur est présenté comme un amplificateur mécanique de petits déplacements. Ses applications pour le contrôle de défauts géométriques (planéité, circularité, voile) et pour le réglage de pièces sur machine sont démontrées.

3.2. Les Calibres Étalons : Blocs et Piges

Les cales-étalons sont introduites comme les références ultimes de longueur dans l’atelier. Leur méthode d’utilisation par empilage et les précautions de manipulation pour préserver leur très haute précision sont enseignées.

3.3. Le Contrôle par Calibres « Entre / N’Entre Pas »

Le principe du contrôle attributif (bon/rebut) à l’aide de calibres fixes est expliqué. Les calibres-tampons pour les alésages et les calibres-mâchoires pour les arbres sont présentés comme des outils de contrôle rapides et robustes pour la production en série.

3.4. Le Marbre de Contrôle comme Référence de Planéité

Le marbre en granit ou en fonte est décrit comme la référence de planéité de l’atelier de métrologie. Son utilisation comme support pour les mesures par comparaison à l’aide d’un comparateur sur colonne est détaillée.

Chapitre 4 : Le Contrôle des Formes Simples – Planéité et Angles

Ce chapitre applique les techniques de mesure à la vérification de deux des caractéristiques géométriques les plus fondamentales.

4.1. Contrôle de la Planéité par Règle et Jauge d’Épaisseur

La méthode la plus simple pour évaluer la planéité d’une surface est présentée : elle consiste à poser une règle de précision sur la surface et à mesurer le jeu éventuel à l’aide de cales d’épaisseur.

4.2. Utilisation du Niveau de Précision

Le niveau à bulle de précision est décrit comme un instrument permettant de vérifier l’horizontalité d’une installation ou de mesurer de très faibles pentes, une compétence essentielle pour l’installation de machines.

4.3. Le Rapporteur d’Angle à Vernier

Le rapporteur universel (dit « d’angle ») avec son vernier est présenté comme l’instrument de mesure directe des angles, avec une précision de quelques minutes d’arc.

4.4. La Barre Sinus et le Calcul des Angles de Précision

Pour la mesure d’angles de haute précision, la méthode de la barre sinus est expliquée. Elle transforme la mesure d’un angle en une mesure de longueur (l’empilage de cales-étalons), calculée par une relation trigonométrique simple.

Chapitre 5 : Le Contrôle des Spécifications Géométriques

Ce chapitre, qui constitue une application avancée de la métrologie, est consacré à la vérification des tolérances géométriques (parallélisme, perpendicularité, etc.).

5.1. Le Contrôle du Parallélisme d’un Axe par Rapport à un Plan

La méthode de contrôle du parallélisme, par exemple d’un alésage par rapport à la face d’appui de la pièce, est détaillée. Elle implique de déplacer un comparateur le long de l’axe et de noter la variation de la mesure.

5.2. Le Contrôle de la Perpendicularité d’un Alésage par Rapport à une Face

La vérification de la perpendicularité à l’aide d’une équerre de précision et d’un comparateur est expliquée. Cette mesure est critique pour la qualité de nombreuses pièces mécaniques.

5.3. Le Contrôle de la Coaxialité de Deux Alésages

La méthode pour vérifier que deux alésages situés sur une même pièce partagent bien le même axe est présentée. Elle utilise généralement une pige calibrée et des mesures au comparateur.

5.4. Le Contrôle de l’Alignement de Deux Arbres

Le contrôle de l’alignement de deux arbres avant accouplement, une opération de maintenance fondamentale pour préserver la durée de vie des roulements et des accouplements, est détaillé en utilisant la méthode au comparateur.

 

 

Partie II : Les Procédés de Fabrication par Déformation Plastique

Cette partie explore les technologies qui mettent en forme le métal non pas en enlevant de la matière, mais en le déformant de manière permanente (plastique), souvent à chaud. Ces procédés sont généralement très productifs.

Chapitre 6 : Le Travail des Produits Massifs – Forgeage et Laminage

Ce chapitre traite de la mise en forme de pièces massives (barres, profilés, pièces brutes).

6.1. Le Laminage à Chaud des Profilés

Le principe du laminage, qui consiste à faire passer un produit chauffé entre des cylindres rotatifs pour en réduire la section et lui donner une forme, est rappelé comme étant le procédé de base de la sidérurgie pour produire les barres et les profilés.

6.2. Le Forgeage Libre : Principes et Opérations

Le forgeage libre, réalisé sous une presse ou un marteau-pilon, est décrit comme un procédé permettant de réaliser des pièces unitaires de grande taille par une succession d’opérations simples (étirage, refoulage).

6.3. Le Matriçage (Forgeage en Matrice Fermée)

Le matriçage est présenté comme un procédé de forgeage en grande série, où un lopin de métal chauffé est violemment pressé dans une matrice qui a la forme de la pièce finale, assurant une grande précision et d’excellentes caractéristiques mécaniques.

6.4. Le Filage ou Extrusion des Profilés (Aluminium)

Le procédé d’extrusion, qui consiste à pousser un bloc de matière à travers une filière qui a la section du profilé désiré, est expliqué. C’est le procédé de choix pour la fabrication des profilés en aluminium et en alliages cuivreux.

Chapitre 7 : Le Travail des Tôles – Découpage et Emboutissage

Ce chapitre est consacré aux technologies de mise en forme des produits plats (les tôles), un secteur d’activité très important pour la fabrication de carrosseries, de pièces d’électroménager ou d’éléments de construction.

7.1. Le Cisaillage des Tôles (Cisaille Guillotine)

Le principe du cisaillage, qui est l’équivalent du coup de ciseaux pour le métal, est expliqué. La technologie de la cisaille guillotine pour la coupe de grandes longueurs droites est décrite.

7.2. Le Poinçonnage et le Découpage à la Presse

Le découpage, qui consiste à séparer une forme dans une tôle à l’aide d’un poinçon et d’une matrice, est détaillé. C’est un procédé de très haute productivité pour la fabrication de pièces plates.

7.3. Le Pliage des Tôles (Presse Plieuse)

Le pliage en l’air ou en frappe sur une presse plieuse est présenté comme la méthode pour réaliser des plis rectilignes sur les tôles. Le principe du poinçon et de la matrice en V est expliqué.

7.4. L’Emboutissage : Transformation d’un Flanc en Pièce Creuse

L’emboutissage est décrit comme le procédé qui transforme un disque de tôle plat (le flan) en une pièce creuse (un gobelet, un carter) par l’action d’un poinçon qui force la tôle à pénétrer dans une matrice.

Chapitre 8 : Le Travail des Profilés et des Tubes

Ce chapitre aborde les techniques spécifiques de mise en forme des produits longs, comme les profilés de charpente ou les tubes.

8.1. Le Cisaillage et le Poinçonnage des Profilés

Les machines spécifiques, comme les cisailles-poinçonneuses universelles, qui permettent de couper à longueur et de percer les profilés (cornières, IPE) utilisés en construction métallique, sont présentées.

8.2. Le Grugeage pour les Assemblages de Tubes

Le grugeage est défini comme l’opération qui consiste à réaliser une découpe de forme complexe au bout d’un tube pour permettre son assemblage par soudure avec un autre tube, typique de la fabrication de cadres ou de barrières.

8.3. Le Cintrage des Profilés par Galets

Le cintrage de profilés ou de poutres de grande section est réalisé sur des cintreuses à galets, qui imposent une déformation progressive au produit en le faisant passer plusieurs fois entre trois rouleaux.

8.4. Le Pliage de Tubes sur Cintreuse

Les différentes technologies de cintrage de tubes (par enroulement, par poussée) sont décrites, en insistant sur la nécessité d’utiliser un mandrin interne pour éviter l’écrasement du tube.

 

 

Partie III : Les Procédés de Fabrication par Transformation de la Matière

Cette partie explore les procédés qui créent la forme de la pièce en partant d’un matériau sans forme (liquide, poudre) ou en assemblant des éléments par fusion.

Chapitre 9 : La Fabrication par Moulage

Ce chapitre est consacré aux technologies de fonderie, qui consistent à verser un métal liquide dans un moule ayant la forme de la pièce désirée.

9.1. Le Principe du Moulage en Sable

Le procédé le plus traditionnel et le plus polyvalent est détaillé : préparation du moule en sable à partir d’un modèle, mise en place des noyaux pour les formes creuses, coulée du métal et décochage de la pièce après solidification.

9.2. Les Modèles, les Noyaux et la Prise d’Empreinte

La technologie des modèles (qui doivent inclure les surépaisseurs d’usinage et les retraits) et des boîtes à noyaux est expliquée. La qualité de la pièce finale dépend directement de la précision de cet outillage.

9.3. Le Moulage en Coquille par Gravité

Le moulage en moule métallique (coquille) est présenté comme une solution pour la production en série. Il offre une meilleure précision et un meilleur état de surface que le moulage en sable.

9.4. Le Moulage sous Pression des Alliages Légers

Le moulage sous pression, où l’alliage liquide est injecté à haute vitesse et haute pression dans un moule métallique, est décrit comme le procédé de choix pour la production en grande série de pièces complexes en alliages d’aluminium ou de zinc.

Chapitre 10 : La Fabrication par Soudage

Ce chapitre revient sur le soudage, vu ici comme un procédé de fabrication à part entière, permettant de créer des pièces complexes en assemblant des éléments simples.

10.1. Le Soudage Oxyacétylénique

Le procédé de soudage à la flamme est rappelé. Bien que moins utilisé aujourd’hui pour la construction, il reste pertinent pour le brasage et les travaux de réparation légers dans de nombreux ateliers, comme à Mbandaka.

10.2. Le Soudage à l’Arc avec Électrode Enrobée

C’est le procédé le plus répandu pour le soudage manuel de l’acier. Le rôle de l’enrobage de l’électrode (protection du bain de fusion, apport d’éléments d’alliage) est expliqué en détail.

10.3. Le Soudage par Résistance (par Points)

Le soudage par points est décrit comme un procédé de production de masse, essentiel dans l’industrie automobile et de l’électroménager pour l’assemblage des tôles minces.

10.4. Introduction aux Procédés Modernes (MIG/MAG, TIG)

Une brève introduction aux procédés de soudage semi-automatiques sous protection gazeuse (MIG/MAG) et au procédé TIG (pour les travaux de haute qualité sur les aciers inoxydables et l’aluminium) est faite.

Chapitre 11 : La Mise en Forme des Matières Plastiques

Ce chapitre, enrichi, donne un aperçu des principaux procédés de transformation des polymères, des matériaux de plus en plus présents en construction mécanique.

11.1. Classification des Polymères (Thermoplastiques, Thermodurcissables)

La distinction fondamentale entre les thermoplastiques (recyclables, qui se ramollissent à la chaleur) et les thermodurcissables (qui subissent une transformation chimique irréversible) est établie.

11.2. Le Moulage par Injection des Thermoplastiques

Le moulage par injection est présenté comme le procédé de production de masse par excellence pour les pièces en plastique. Son cycle (fermeture du moule, injection, refroidissement, éjection) est décrit.

11.3. L’Extrusion des Profilés et Tubes en Plastique

Par analogie avec le filage des métaux, l’extrusion des plastiques, qui consiste à pousser la matière ramollie à travers une filière, est décrite. C’est le procédé utilisé pour la fabrication de tuyaux, de joints ou de profilés de fenêtre.

11.4. Le Moulage par Compression des Thermodurcissables

Le moulage par compression, où une dose de matière est placée dans un moule chauffant et pressée jusqu’à sa polymérisation, est expliqué. C’est un procédé typique pour les pièces électriques ou les boîtiers.

 

 

Partie IV : Synthèse et Contrôle des Machines

Cette dernière partie a pour but de synthétiser les connaissances en métrologie en les appliquant à un enjeu majeur pour tout atelier de production : la vérification de la précision des machines-outils elles-mêmes.

Chapitre 12 : Méthodologie du Contrôle Géométrique des Machines-Outils

Ce chapitre final est une application de haut niveau de la métrologie, consistant à utiliser les instruments de mesure pour quantifier la précision d’une machine et diagnostiquer ses défauts.

12.1. Objectifs du Contrôle Géométrique : Précision et Maintenance

Les deux objectifs du contrôle géométrique sont expliqués : la réception d’une machine neuve (vérifier qu’elle est conforme aux spécifications) et la maintenance préventive (surveiller l’évolution de l’usure et planifier les interventions).

12.2. Contrôle d’un Tour Parallèle (Alignement des pointes, parallélisme du chariot)

Les tests fondamentaux pour vérifier la géométrie d’un tour sont décrits : le contrôle de l’alignement de l’axe de la poupée mobile avec celui de la broche, et le contrôle du parallélisme du mouvement du chariot par rapport à l’axe de la broche.

12.3. Contrôle d’une Fraiseuse (Perpendicularité des axes)

Les contrôles essentiels d’une fraiseuse universelle sont présentés, notamment la vérification de la perpendicularité entre l’axe de la broche et la table, et entre les différents axes de déplacement de la table.

12.4. Le Rapport de Contrôle et l’Interprétation des Résultats

La formalisation des mesures dans un rapport de contrôle est montrée. L’interprétation des résultats permet de décider si la machine est conforme ou si des opérations de réglage ou de réparation (par exemple, un grattage des glissières) sont nécessaires.

 

 

Annexes

Les annexes sont des outils synthétiques destinés à une consultation rapide, regroupant les informations clés sur la métrologie et les procédés de fabrication.

Guide de Sélection des Instruments de Mesure 🧐

Un tableau aide au choix de l’instrument de mesure le plus approprié (pied à coulisse, micromètre, comparateur) en fonction de la dimension à mesurer, de la tolérance requise et de l’accessibilité.

Tableau Comparatif des Procédés de Fabrication 🏭

Ce tableau compare les principaux procédés de fabrication étudiés (usinage, moulage, forgeage, découpage) sur la base de critères clés : matériaux compatibles, précision atteignable, état de surface, coût de l’outillage et taille de série économique.

Lexique des Termes de Métrologie et de Production 📖

Un glossaire définit de manière précise les termes techniques spécifiques à la métrologie (justesse, fidélité, répétabilité) et aux différents procédés de fabrication, afin de consolider l’acquisition d’un vocabulaire professionnel rigoureux.