Les logiciels de CAO/FAO permettent de maintenir la conception et la production des voitures de course sur la bonne voie
Les étudiants de l’école d’ingénieurs de l’université du Connecticut, à Storrs (Connecticut), bénéficient d’une multitude d’activités extrascolaires. Peu d’entre elles se comparent à l’expérience pratique offerte par le projet Formula SAE de l’UConn. Organisé par SAE International (anciennement Society of Automotive Engineers), le concours de conception de la série Formula SAE (FSAE) met au défi des équipes d’étudiants universitaires de premier et deuxième cycles de concevoir, construire et tester une voiture de course de type Formula SAE pour les coureurs d’autocross non professionnels du week-end.
En bref
- Produit utilisé : Mastercam pour SOLIDWORKS, Mill
- Industrie : Éducation, Automobile
Détails du projet
- Le défi : Concevoir, produire et tester une voiture de course de type Formule pour le concours de conception de la série Formula SAE.
- La solution : Mastercam, le logiciel de commande numérique le plus utilisé pour les opérations de CAO/FAO.
- Avantages :
- Les étudiants programment les pièces dans Mastercam pour SOLIDWORKS, puis accèdent à l’arbre d’usinage pour un accès rapide à n’importe quel point du processus d’usinage.
- Les parcours d’outils entièrement associatifs permettent des changements sans ralentissement.
- Le modèle de brut, la vérification du parcours d’outil et la fonction de simulation garantissent la confiance de l’utilisateur.
- La fonction Gestionnaire d’outils permet de créer et d’organiser efficacement les assemblages d’outils.
Depuis de nombreuses années, l’équipe FSAE de UConn se rend au Michigan International Speedway à Brooklyn, Michigan, pour participer à la compétition internationale annuelle Formula SAE. Mastercam est le sponsor principal de l’équipe depuis plusieurs années. En 2019, l’événement s’est déroulé du 8 au 11 mai.
« Chaque année, nous nous tenons sur les épaules de géants », a déclaré Dylan Palin, étudiant en génie mécanique et président de l’équipe FSAE de l’université du Connecticut. « Il y a une longue histoire de membres brillants qui ont fait beaucoup de progrès avec une conception, des études et des tests difficiles. »
Le point de départ de la voiture de course de UConn est le développement du châssis, qui nécessite de finaliser les designs du cadre et de la suspension. L’équipe a choisi un alliage d’acier chromé 4130 pour la construction du châssis. Pour les roues, elle utilise des montants en magnésium moulé pour optimiser la réduction du poids ; des tubes en aluminium 6061 et en acier 4130 sont utilisés pour la suspension. D’autres pièces en magnésium comprennent les tiges des supports de différentiel et le carter d’huile du moteur. L’usinage est réalisé en interne sur des centres d’usinage à commande numérique ainsi que sur des fraises et des tours manuels. Les membres de l’équipe utilisent Mastercam pour concevoir leurs pièces et faire fonctionner les machines-outils.
« C’est une aide considérable pour nous, car l’écriture du Code G est une compétence acquise », a déclaré Palin. « Mastercam le rend accessible à chacun d’entre nous. Nous effectuons tout notre travail de design dans SOLIDWORKS. »
Les utilisateurs peuvent programmer les pièces directement dans Mastercam pour SOLIDWORKS, puis accéder à l’arbre d’usinage Mastercam pour un accès rapide à n’importe quel point du processus d’usinage. Les parcours d’outils entièrement associatifs permettent des modifications sans ralentissement, et les fonctions de modélisation brut, de vérification des parcours d’outils et de simulation garantissent la confiance de l’utilisateur pour chaque projet. La fonction Gestionnaire d’outils offre un moyen efficace de créer et d’organiser les assemblages d’outils. Une fois qu’une pièce est programmée, les éléments de la tâche peuvent être modifiés et les parcours d’outils sont immédiatement mis à jour.
« Mastercam est utilisé en interne pendant la phase de fabrication pour usiner nos supports de crémaillère de direction, nos paliers de différentiel, nos manivelles de cloche et d’autres petites pièces », explique Kenneth Brown, ingénieur en chef de l’UConn FSAE. « L’équipe des applications de Mastercam s’occupe de certaines de nos pièces les plus complexes, notamment notre combinaison broche de moyeu et adaptateur de sprocket. »
Pour les pièces usinées en interne, les membres de l’équipe d’ingénierie de l’Université de Californie utilisent principalement des parcours de contour 2D car les géométries de leurs pièces de voitures de course ne sont pas très complexes ; le contour 2D est un parcours d’outil simple, facile à apprendre et à utiliser. Module additionnel, l’équipe s’appuie sur Simulateur Mastercam pour vérifier les gouges et visualiser les formes finies des pièces dans l’écran de simulation de Simulateur.La productivité augmente et les problèmes sont résolus avant même que les pièces ne soient coupées. Les programmeurs peuvent vérifier sur un Filetage séparé tout en continuant à programmer, ce qui permet de gagner un temps précieux en production.
« Nous aimons beaucoup utiliser la fonction Verify de Mastercam lors de l’usinage des pièces pour la voiture de course, car elle nous permet de vérifier les collisions d’outils et de nous assurer que le parcours d’outil et les paramètres sélectionnés usinent les features souhaitées », a déclaré Brown.
L’un des défis auxquels l’équipe a été confrontée concernait l’usinage et le tolérancement standard des supports frontaux et des paliers du différentiel. Dans ce cas, l’exécution de parcours d’outils standard pour l’adaptateur de sprocket n’était pas une option. Le modèle présente un schéma de boulonnage standard, mais des problèmes de tolérancement et de vitesse de rotation de la lame se sont posés. Pour les pièces dont l’usinage dépasse les capacités de l’atelier de l’université, l’équipe se tourne vers les experts de Mastercam.
« Mastercam a réalisé de nombreux usinages pour nous, notamment sur des composants de conception spéciale tels que l’adaptateur de pignon, l’un de nos designs les plus uniques », a déclaré M. Palin.
La collaboration entre les étudiants en ingénierie de l’Université du Connecticut et Mastercam a fait ses preuves. Au cours de la saison précédente, l’équipe de l’UConn a produit la voiture non aérodynamique la plus rapide sans package aérodynamique et a été l’une des seules équipes à satisfaire aux exigences d’endurance, sans doute l’étape la plus difficile de la compétition FSAE.
« Nous utilisons une suspension à tige tirée, ce que très peu d’équipes font », a déclaré M. Palin. « Nous n’avons pas un budget d’un million de dollars. Nous sommes fiers de faire avec ce que nous avons dans l’atelier ».
La compétition d’endurance de 16 kilomètres permet de tester la durabilité et la longévité de chaque voiture. Selon Palin, c’est là que les équipes risquent de perdre le plus de points à cause de la fatigue. Des facteurs tels que le poids, la fabricabilité, le coût et les capacités structurelles doivent être pris en compte dans le Design de la voiture. La voiture 2018 de UConn a fait preuve de vitesse et d’endurance, accélérant de 0 à 60 miles par heure en moins de 3 secondes. La vitesse de pointe est estimée à plus de 80 miles par heure.
La relation de longue date entre UConn FSAE et Mastercam offre des avantages permanents aux étudiants en ingénierie bien après l’obtention de leur diplôme. Plusieurs membres de l’équipe FSAE ont effectué un stage chez CNC Software, les développeurs de Mastercam, et ont acquis un savoir-faire précieux dans l’industrie.
Mastercam continuera à s’associer à l’Université du Connecticut et à d’autres établissements d’enseignement pour aider à ouvrir la voie aux ingénieurs en herbe. Les expériences pratiques, comme le projet Formula SAE, sont essentielles pour appliquer les connaissances acquises en classe dans un futur environnement de travail.
« Vous pouvez apprendre les mathématiques théoriques qui sous-tendent le Design de l’ingénierie, mais lorsqu’il s’agit de pensée critique, de résolution de problèmes et de travail avec les autres, il arrive que les mathématiques et les modèles ne représentent pas la réalité », a déclaré Palin. « Tenir physiquement quelque chose que vous avez calculé, analysé et conçu vous donne une idée de ce que peut être l’ingénierie dans le monde réel. »
Devis client
« Cela nous aide énormément, car l’écriture du Code G est une compétence acquise. Mastercam le rend accessible à chacun d’entre nous ».
-Dylan Palin, étudiant en génie mécanique et président de l’équipe Formula SAE, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut.
