Simulation d'une Presse Mécanique avec SolidWorks Motion

Simulation d'une Presse Mécanique avec SolidWorks Motion : Guide Complet, Calculs et Optimisation

Publié le 8 décembre 2025 | Par Kamel Bousnina | Temps de lecture : 12 minutes

Dans le monde de la conception mécanique, la simulation presse mécanique SolidWorks Motion représente un outil incontournable pour les ingénieurs et les makers passionnés. Aujourd'hui, je vous invite à plonger dans l'univers de ma dernière vidéo tutorielle, où je démontre pas à pas la modélisation et l'analyse dynamique d'une presse mécanique simple. Cette machine, inspirée des presses industrielles utilisées pour le poinçonnage ou le formage, est simulée en 2D pour plus de clarté, comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessous, une vue schématique issue de SolidWorks qui met en évidence les liaisons cinématiques et les forces en jeu.

 

  Figure 1 : Schéma 2D de la presse mécanique modélisée dans SolidWorks, avec vérin (moteur linéaire), bras de levier et ressort simulant la pièce.

 

Cet article comble les lacunes en offrant une approche exhaustive, avec des formules, des exemples chiffrés et des conseils pour booster votre simulation. Prêt à explorer ? Allons-y !

Comprendre le Système de la Presse Mécanique : Principes de Base

Une presse mécanique est un dispositif qui convertit un mouvement rotatif (généralement d'un volant ou d'un moteur) en un mouvement linéaire de poinçonnage, idéal pour des opérations comme le découpage de tôles ou le formage de pièces. Dans ma vidéo, j'ai modélisé une presse à vérin. Ce système est particulièrement pertinent pour les ateliers de prototypage, où la précision et la sécurité priment.

Ce mécanisme suit les principes de la cinématique des liaisons (articulations pivot et glissières), où la course du poinçon est d'environ 50 mm dans ma simulation. Contrairement aux presses hydrauliques, les presses mécaniques offrent une vitesse élevée mais une force limitée – un compromis que nous analyserons plus loin.

Figure 2 : Schéma 3D de la presse mécanique modélisée dans SolidWorks.

Simulation dans SolidWorks Motion : Étapes pour Modéliser le Vérin

SolidWorks Motion est l'extension idéale pour passer d'une modélisation statique à une analyse dynamique. Dans ma vidéo, j'ai importé le modèle 2D (issu d'un croquis assemblé), ajouté des mates (liaisons) et lancé une étude de mouvement. L'objectif ? Visualiser l'animation et extraire des données comme les courbes de force et de vitesse.

Modélisation du Vérin comme Moteur Linéaire

Pour simuler un vérin hydraulique ou pneumatique, SolidWorks ne propose pas de composant natif dédié ; on utilise un moteur linéaire. Voici les étapes détaillées, absentes dans beaucoup de tutoriels basiques :

1. Ouvrir l'étude de mouvement : Dans l'assemblage, allez dans Motion Study > Calculs > Moteurs.
2. Ajouter un moteur linéaire : Sélectionnez la tige du vérin (surface, par exemple). Définissez une vitesse ou distance constante 20 mm pour un cycle simple, ou une fonction sinusoïdale pour plus de réalisme : $v(t) = V_{\max} \sin(2\pi f t)$, avec $f = 1/2.5$ Hz (période de 2,5 s comme dans ma simu).
3. Paramètres avancés : Activez les contacts (pour le frottement) et les forces gravitationnelles si pertinent. Dans ma vidéo, j'ai fixé une amplitude de 50 mm pour la course.

Cette approche permet de simuler fidèlement un vérin : la force requise émerge des résultats, contrairement à une imposition arbitraire de force.

Détermination de la Puissance d'Entrée du Vérin

La puissance du vérin (ou puissance mécanique d'entrée, $P_m$) est cruciale pour dimensionner le moteur. Formule de base : $P = F \times v$ où $F$ est la force réactive (extraite de la simulation) et $v$ la vitesse linéaire.

Dans SolidWorks Motion :

• Exécutez la simulation sur 2,5 s (durée d'un cycle complet).
• Dans les résultats, tracez la courbe Force vs. Temps pour le moteur linéaire.
• Intégrez pour l'énergie totale $E_m = \int P_m \, dt$, puis $P_m=E_m\mathrm{/}t$.

 

 

Figure 3: Allure de  la Puissance d'Entrée du Vérin

 

Dans mon cas, la simulation révèle une puissance moyenne de 4 W. Pourquoi si faible ? Pour un prototype à échelle réduite (forces en N, vitesses en mm/s). Pour scaler en industriel, multipliez par des facteurs (ex. : x100 pour une presse de 10 tonnes).

Analyse des Efforts de Poinçon : Focus sur la Pièce Simulée par un Ressort

Passons au cœur de l'opération : le poinçonnage. La pièce est modélisée comme un ressort hélicoïdal pour capturer sa déformation élastique avant rupture. Paramètres fournis : raideur $k = 1500 \, \mathrm{N/mm}$, diamètre moyen des spires $D = 20 \, \mathrm{mm}$, nombre de spires $n = 10$, diamètre du fil $d = 2,5 \, \mathrm{mm}$. Note : La raideur est imposée directement ; un calcul physique via la formule de Wahl donnerait une valeur moindre (~5 N/mm pour de l'acier), confirmant que c'est une équivalence pour la pièce (ex. : tôle de 2 mm).

Modélisation de la Pièce comme Ressort dans SolidWorks

1. Créer le ressort : Utilisez Curve > Helix/Spiral pour générer la géométrie, avec pas adapté à $n=10$ et $D=20 \, \mathrm{mm}$. Ajoutez un Sweep pour le fil de $d=2,5 \, \mathrm{mm}$.
2. Ajouter la raideur : Dans Motion, appliquez un Ressort entre le poinçon et le châssis : $F = -k \Delta x$, avec $k=1500 \, \mathrm{N/mm}$.
3. Contacts et amortissement (option): Activez un amortisseur (c=10 Ns/mm) pour simuler l'énergie dissipée.

Cette modélisation comble un vide dans les tutoriels analysés (ex. : "3D CAD Model of Press Machine" sur YouTube se contente d'une animation rigide sans déformation).

Calcul de l'Effort de Poinçon sur la Pièce (Ressort)

L'effort de poinçon $F_p$ est la force maximale appliquée pour déformer la pièce. Pour un ressort linéaire : $F_p = k \times \Delta x_{\max}$, où $\Delta x_{\max}$ est la compression maximale.

Dans ma simulation (course de 50 mm, mais compression effective ~20 mm avant "rupture" simulée) :

• $\Delta x_{\max} = 20 \, \mathrm{mm}$ (extrait des résultats Motion).
• $F_p=1500\mathrm{N}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{m}\times 3\mathrm{m}\mathrm{m}=4500\mathrm{N}$.

Explication pas à pas :

1. Lancez la simu et tracez Déplacement vs. Temps pour le ressort.
2. Identifiez $\Delta x_{\max}$ au point de pic (ici, à t=1,25 s, mi-cycle).
3. Appliquez la loi de Hooke : $F = k \Delta x$. Erreur courante (vue dans un PDF SolidWorks) : ignorer les non-linéarités ; testez avec un ressort bilinear pour plus de précisio

 Ce calcul de 4500 N correspond à une presse légère ; pour une industrielle, ajustez k en fonction de la résistance à la traction du matériau (ex. : acier S235, ~350 MPa).

Calcul de la Puissance de Sortie du Poinçon : Force et Vitesse Linéaire

La puissance de sortie $P_s$mesure l'efficacité du poinçonnage : $P_s = F_p \times v_p$, où $v_p$ est la vitesse du poinçon.

Méthode de Calcul Détaillée

1. Extraire les données : De SolidWorks, exportez Force et Vitesse vs. Temps.
2. Produit instantané : $P_s(t) = F_p(t) \times v_p(t)$. Moyenne sur le cycle : $P_{s,\mathrm{moy}} = \frac{1}{T} \int_0^T P_s(t) \, dt$, avec T=2,5 s.
3. Exemple chiffré : À t = 2.5 s, $F_p = 30 \, \mathrm{kN}$, $v_p = 50 \, \mathrm{mm/s} = 0,05 \, \mathrm{m/s}$ donc $P_s = 30\,000 \times 0,05 = 1\,500 \, \mathrm{W}$. Moyenne sur cycle : 3,65 W (échelle réduite).

Cette formule, souvent sous-exploitée dans les vidéos (ex. : "Punching Machine Design" se focalise sur l'animation), permet d'optimiser : réduisez v pour augmenter F sans surchauffe.

Évaluation du Rendement du Mécanisme : Puissance de Sortie sur Entrée

Le rendement $\eta$ quantifie les pertes (frottements, inertie) : $\eta = \frac{P_s}{P_m}$.

Dans ma simu :

• $P_m = 4 \, \mathrm{W}$ (entrée vérin).
• $P_s = 3,65 \, \mathrm{W}$ (sortie poinçon).
• $\eta = 3,65 / 4 = 0,9125 \approx 91\%$.

Sur 2,5 s, l'énergie d'entrée $E_m=4\times 2,5=10\mathrm{J}$, sortie $E_s = 9,125 \, \mathrm{J}$, confirmant $\eta = 91\%$. Pertes ~9% dues aux frottements (ajustables via coefficients en Motion).

Astuces pour Améliorer le Rendement

• Réduisez l'inertie de la bielle (matériau allégé).
• Testez des profils de vitesse trapézoïdaux pour lisser les pics.
• Itérez : Relancez la simu après tweaks.

Conclusion : Appliquez Ces Insights à Votre Prochain Projet

Cette exploration de la simulation presse mécanique SolidWorks Motion, de la puissance du vérin aux efforts de poinçon et au rendement, transforme une simple animation en outil d'ingénierie puissant. Ma vidéo (lien en bio) complète cet article avec des captures d'écran interactives. Besoin d'aide pour vos calculs ? Commentez ci-dessous !

Mots-clés : simulation presse mécanique, SolidWorks Motion tutoriel, calcul effort poinçon, puissance vérin linéaire, rendement mécanisme ressort.

Lien de téléchargement du mécanisme : Lien

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