Integrated design and manufacturing of "net shape" forged products: application on forged differentials
Conception et fabrication intégrées de produits forgés "net shape": application aux différentiels forgés
Résumé
The work showed in this paper concern the integrated design of high series mechanicals products. The aim of this project is to increase products performances. To reach this goal, it is important to understand the context of this study. First of all, relations between the customer and the supplier are moving. The main consequence of this change is the transfer of the design step from the customer to the supplier. Moreover, we can observe an evolution of the forge process with the development of high dimensional quality forged components ("Net Shape") for automotive industry. Our design analyse of forged parts shows the potentialities of those new process are not completely exploited today. The principal reason is the bad integration of manufacture knowledge during the design step. This observation led us to create an integrated design approach including manufacture and product functionality control. This one is intuitive because, we think it is essential to adapt our work to the application. Thus, the method can be summarized in three main steps: the analyse of existing activities, the identification and knowledge acquisition to improve products and to finish, the structuring and the capitalization of those knowledge. We have applied the approach to differential forged gears. Thanks to this method, we have created an original gear geometry taking in consideration forge process constraints and potentialities. Moreover, we have highlighted the necessity to develop a specific mechanical dimensioning. In parallel, we have realised appraisals (showed in a confidential report) to collect the essential knowledge to optimize the conical gear design. The method we have created was tested on two industrial project of differential design. Some test results on gear meshing have allowed to quantify the improvement on the nominal geometry. Today, we are making some mechanical resistance tests to end the validation of the method.
Les travaux présentés concernent le domaine de la conception intégrée de produits mécaniques en grande série. La démarche de conception - fabrication concerne la reconception de produits dans le but d'en améliorer les performances. Le contexte général de cette étude se situe d'une part en pleine évolution des relations entre donneurs d'ordres et sous traitants dont une conséquence est notamment le transfert de la partie conception vers les sous traitants et d'autre part dans une évolution industrielle du métier de la forge, du secteur automobile en particulier, vers des produits forgés de hautes qualités dimensionnelles type "net shape". Notre analyse de la conception des pièces en mise en forme montre que les potentialités offertes par les procédés de mise en forme ne sont pas suffisamment exploitées aujourd'hui. La principale raison est le manque d'intégration des connaissances de fabrication dans la conception. Ces constatations nous ont conduit à mettre en place une approche de conception intégrée recouvrant les activités de conception, de fabrication et de contrôle de la fonctionnalité des produits. Cette approche se veut inductive car, selon nous, il est indispensable de baser ces travaux sur l'application afin de prendre en compte toutes ses spécificités. L'approche décrite peut être résumée en trois phases principales: analyse des activités existantes, identification et acquisition des connaissances et des compétences complémentaires nécessaires à l'amélioration des produits, structuration et capitalisation des connaissances. L'application de l'approche aux pignons forgés de différentiel nous a permis de proposer une géométrie d'engrenage originale et propre aux engrenages forgés. Nous avons également mis en évidence par cette approche, la nécessité de développer un dimensionnement mécanique particulier. Nous avons conduit des expertises, dont les détails sont présentés dans le tome 2 classé confidentiel, afin d'obtenir les connaissances complémentaires nécessaires pour l'amélioration de la conception des pignons coniques. La démarche de conception que nous avons mise en place a été appliquée sur deux cas industriels de conception complète de différentiels. Les résultats d'essais d'engrènement ont permis de quantifier les améliorations obtenues au niveau de la géométrie nominale. Des essais de résistance mécanique sur banc d'essai permettront de valider l'ensemble de notre démarche.
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