TD n°1 : Dimensionnement d'un vérin pour une machine
Objectifs :
- Décoder un cahier des charges
- Rédiger rigoureusement des notes de calcul
- Dimensionner et choisir un vérin & un distributeur
Contexte :
Ligne d’emballage automatisée pour l’industrie pharmaceutique
Entreprise : PharmaPack Solutions (fabricant de machines pour conditionnement sous blister)
Projet : Optimisation d’un système de transfert de plaques thermoformées sur une ligne de production de comprimés.
1. Besoin industriel
La machine concernée est une thermoformeuse qui découpe et transfère des plaques de blisters (en PVC/Alu) vers une station de scellage. Le système actuel utilise un vérin pneumatique standard (Ø40 mm, course 100 mm) avec les limitations suivantes :
- Manque de précision : Positionnement imprécis (±2 mm) → défauts de scellage (1,5% de rebuts).
- Vitesse inadaptée : Temps de cycle trop long (1,2 s par transfert, objectif : ≤ 0,8 s).
- Usure prématurée : Fuites d’air et grippage des joints après ~500 000 cycles (durée de vie visée : 2 millions de cycles).
- Bruit : Niveau sonore de 85 dB (réglementation : ≤ 80 dB en zone de production).
- Position : Le vérin possède deux positions : sorti & rentré
- Objectif : Remplacer le vérin existant par une solution pneumatique optimisée (ou hybride) pour :
Réduire les rebuts et le temps de cycle.- Améliorer la durabilité et le niveau sonore.
2. Spécifications techniques clés
| Paramètre | Valeur cible | Contraintes |
|---|---|---|
| Force nécessaire | 500 N | Pic à 530 N en cas de blocage. Le taux de charge est de 95% |
| Course | 100 mm | Espace disponible : 120 mm (axe horizontal). |
| Dimension | 40 mm piston / 16 mm tige | |
| Technologie utilisée | Double effet | Capteur de position intégré (type magnétique). |
| Matériaux | acier inoxydable | Revêtement du à la salle blanche |
| Environnement | Salle blanche (classe ISO 7) | Température : 20–25°C ; absence de poussière mais risque de condensation. |
| Alimentation | 6 bars, filtré à 5 µm | Réseau existant avec sécheur et FRL (Filtre-Régulateur-Lubrificateur). |
| Niveau sonore | ≤ 80 dB | Silencieux ou amortisseurs pneumatiques obligatoires. |
Partie 1 – Détermination des paramètres du vérin
1 – Force dans un vérin
- Quelle est la nature de cette force ? Rappeler la formule de cours.
- Précisez les unités pour chaque axe du graphique
- 2 – Calcul de la surface d’un cercle
- Rappelez la formule de la surface d’un cercle en précisant les unités
- 3 – Référence du vérin
- L’image ci-contre montre comment s’écris la référence d’un vérin pneumatique.
- Utiliser les valeurs données de l’énoncé
Partie 2 – Calcul de validation d’équipement
- 1 – Calcul de la surface
- Calculer la surface utile lors de la sortie du vérin
- Calculer la surface utilise lors de la rentrée du vérin
- 2 – Calcul de la force
- Calculer la force réel et théorique utile lors de la sortie du vérin
- Calculer la force réel et théorique utilise lors de la rentrée du vérin
- 3 – Validation du vérin
- En vue de des résultats obtenus, peut on valider le fonctionnement du vérin ?
Partie 3 – Choix d’un distributeur
- 1 – Calcul du débit
- En se reportant au cahier des charges DTEC1 et en fonction du vérin que vous avez choisi, calculer le débit d’air comprimé minimum nécessaire.
- 2 – Choix du distributeur
Choisir dans le document technique fourni ci-contre, le distributeur le mieux adapté à la situation.
Justifier votre choix.
