L'un des éléments essentiels d'une machine est son engrenage qui permet son mouvement de rotation. Il s'agit d'un corps circulaire doté d'une série de dents qui transmet la puissance et le mouvement d'un arbre à un autre. Un seul engrenage ne peut pas transmettre la puissance à lui seul. Il faut deux ou plusieurs engrenages rotatifs imbriqués (ou engrenés) pour transmettre la puissance.
Alors maintenant, entrons dans le domaine de l’usinage des engrenages en profondeur : ce que c’est, à quoi cela sert, les processus d’usinage des engrenages et plusieurs de ses avantages et inconvénients.
Qu'est-ce que l'usinage d'engrenages ?
L'usinage des engrenages est une méthode de fabrication qui consiste à retirer les parties indésirables d'un matériau pour produire un produit final appelé engrenage. Ces matériaux peuvent être acier, vis de laiton, fonte, les plastiques, polycarbonate, nylon, aluminium ou bronze.
Il existe plusieurs procédés d'usinage qui peuvent être utilisés pour réaliser une pièce d'engrenage. Il s'agit notamment du moulage, du fraisage, du taillage, du meulage, de la découpe et du découpage. Ces procédés d'usinage d'engrenages nécessitent une précision de 100 % pour une transmission de puissance précise.
Comment fonctionne l'usinage des engrenages
Le processus d'usinage des engrenages comporte de nombreuses étapes, de la préparation du matériau à la découpe, en passant par le traitement thermique et la finition. Il est considéré comme un processus sensible, car même une légère imprécision dans le réglage peut perturber le fonctionnement prévu de la machine. Le véritable objectif du processus d'usinage des engrenages est de transmettre le mouvement et la puissance à une machine.
5 étapes d'usinage des engrenages
Le processus d'usinage des engrenages comprend plusieurs étapes avant que l'engrenage ne soit atteint dans son état final. Nous aborderons ci-dessous tous les principaux processus d'usinage des engrenages :
Préparation de l'ébauche d'engrenage
La première étape consiste à fournir et à préparer vos ébauches d'engrenages. Les ébauches d'engrenages sont des matières premières comme l'acier, l'aluminium ou d'autres métaux utilisés pour fabriquer des engrenages. Elles sont transformées en formes précises pour devenir des engrenages complets.
Découpe et Façonnage
Cette étape nécessite la mise en place de l'ébauche d'engrenage sélectionnée sur la fraiseuse ou sur la table de travail. La découpe est alors effectuée à l'aide d'outils tels que des fraises-mères ou des fraises de forme pour façonner les dents de l'engrenage dans l'ébauche d'engrenage préparée. Le type d'engrenage que vous souhaitez obtenir détermine le procédé de découpe d'engrenage que vous utiliserez parmi les nombreux procédés de fraisage d'engrenage sur une fraiseuse.
Traitement thermique
Le traitement thermique n'est pas toujours une étape nécessaire lors de l'usinage des engrenages. Il est facultatif et dépend du matériau et de l'utilisation de l'engrenage. Cependant, il rend l'engrenage résistant à l'usure et améliore sa résistance.
Finition
La finition est un procédé d'amélioration de surface utilisé dans l'usinage des engrenages, comme le meulage, le polissage ou le revêtement. Ce procédé garantit des dents affinées pour un fonctionnement efficace et un montage facile avec d'autres engrenages.
Inspection et contrôle qualité
Il s'agit de l'étape finale de l'usinage des engrenages. Il s'agit d'une inspection complète visant à garantir la précision des engrenages dans toutes les dimensions. Elle permet de s'assurer que les engrenages usinés répondent aux normes de performances avant d'être intégrés aux machines.
Quelles sont les méthodes d'usinage des engrenages
Vous apprendrez trois méthodes principales d'usinage d'engrenages. Nous passerons en revue les différentes tactiques une par une, en commençant par la génération d'engrenages.
Génération d'équipement
La génération d'engrenages consiste à utiliser des outils de coupe pour retirer des matériaux d'une pièce brute. Il existe plusieurs sous-types de génération d'engrenages, notamment :
- Méthode Sunderland : Dans cette méthode, une fraise à crémaillère avec jeu angulaire est utilisée pour réaliser le profil de dent sur une ébauche d'engrenage à l'aide d'une machine à engrenages.
- Façonnage des engrenages : Il s'agit d'un mouvement de va-et-vient d'une fraise spéciale qui a la forme de l'engrenage souhaité le long d'une pièce à usiner tandis que l'ébauche de l'engrenage est dans un mouvement de rotation continu autour de la fraise. Le façonnage est un processus de coupe plus pratique lorsque les autres ne sont pas assez efficaces.
- Taillage d'engrenage:Il est considéré comme le procédé le plus précis et le plus exact pour l'usinage des engrenages. L'outil de coupe hélicoïdal est utilisé pendant ce processus et il offre une grande précision et une bonne finition de surface, en particulier sur les engrenages droits et hélicoïdaux.
Coupe de forme d'engrenage
Bien qu'il s'agisse de la méthode d'usinage préférée, la découpe par usinage des engrenages présente certains inconvénients, notamment une faible qualité et une faible productivité. Cependant, voici quelques méthodes possibles si vous en avez besoin :
- Façonnage, rabotage et rainurage:Lors du façonnage, l'outil sur le vérin se déplace à plusieurs reprises sur la pièce et peut être utilisé pour fabriquer des engrenages internes et externes.
- Fraisage: Son utilisation est limitée. Cependant, il est particulièrement adapté à la création de géométries d'engrenages complexes.
- Usinage par décharge électrique (EDM)Ce procédé convient à la découpe de géométries complexes de différentes tailles, mais il nécessite un contrôle qualité pour éviter d'endommager les surfaces des pièces, comme les profils de dents incurvés.
Formation d'engrenages
Il s'agit du processus de production de dents et de pièces d'engrenages sans utiliser de fraise ni enlever de matière comme dans d'autres techniques. Il peut être réalisé par les méthodes suivantes :
- Roulant: Cette méthode consiste à placer une surface brute ou métallique entre deux matrices de laminage et à appliquer une force pour créer des filetages sur la surface brute. Alors que la découpe d'engrenages est un processus similaire à celui que nous avons vu ci-dessus, le laminage d'engrenages presse le matériau à la forme souhaitée au lieu de le couper.
- Moulage: Il s'agit de faire fondre un alliage et de couler le magma dans une forme définie. Dans ce cas, la forme est celle d'un engrenage avec le nombre et la taille de dents appropriés.
- La métallurgie des poudres:Cette technique consiste à fabriquer des engrenages à partir de poudres métalliques. Ces poudres sont chauffées grâce au processus de chauffage pour former un engrenage.
- Fabrication Additive:Contrairement à la plupart des processus d'usinage d'engrenages traditionnels, il s'agit d'une méthode technologique avancée consistant à utiliser des imprimantes 3D ou des logiciels de CAO pour créer des engrenages de haute qualité.
Meilleurs matériaux à utiliser pour l'usinage des engrenages
Différents types d'engrenages usinés nécessitent leurs propres matériaux spéciaux pour augmenter les performances et la durabilité. Voici les matériaux couramment utilisés dans l'usinage des engrenages :
- Acier: L'acier est idéal pour les procédés d'usinage d'engrenages robustes, notamment pour la production d'engrenages droits et hélicoïdaux. Il offre une durabilité exceptionnelle et une excellente résistance à l'usure. Il existe différents types d'acier, mais l'acier au carbone et l'acier allié sont les plus adaptés à cet usage.
- Fonte: Ces matières premières sont principalement utilisées pour les engrenages dans les applications à faible intensité où la durabilité est importante.
de bronze:Le bronze a généralement de faibles propriétés de frottement et est idéal pour la production d'engrenages à vis sans fin. - Nylon: Les engrenages en nylon sont généralement destinés aux applications légères et moins exigeantes.
- Matériaux de métallurgie des poudres : Ces matériaux sont idéaux pour produire des engrenages en grande quantité avec des propriétés cohérentes.
Usinage d'engrenages Outils de coupe
Des outils de coupe d'engrenages de précision sont nécessaires dans l'usinage des engrenages pour garantir des profils d'engrenages homogènes et lisses pour un fonctionnement dans différentes applications. Certains des outils essentiels nécessaires à la plupart des usinages d'engrenages :
- Machines à tailler les engrenages par fraise-mère:Ce sont des outils de coupe d'engrenages essentiels utilisés pour couper les matériaux à grande vitesse lors de l'usinage par taillage d'engrenages, en particulier pour former les engrenages hélicoïdaux et droits.
- Outils de coupe:Il existe différents types d'outils de coupe, notamment des fraises à crémaillère, des fraises-mères et des rogneuses pour couper les dents en forme.
- Machines CNC:Les machines CNC sont des outils d'engrenages automatisés conçus pour la production en série cohérente d'engrenages.
Outils de brochage : Ces outils sont utiles pour couper des formes d'engrenages complexes. Ils sont également utilisés pour fabriquer des cannelures internes. - Façonneurs d'engrenages:Ces outils sont idéaux pour façonner des engrenages internes avec des profils uniques.
Outils de finition de surface : Ils confèrent aux dents des engrenages les finitions de qualité nécessaires à la transmission de puissance. - Outils de meulage:Utilisé pour lisser les surfaces des engrenages après la coupe et le façonnage.
Quels sont les différents types d’équipements ?
Il existe de nombreux types d'engrenages, chacun avec ses fonctions et applications uniques dans différentes parties des machines, dont certaines sont répertoriées ci-dessous :
Engrenage droit
Utilisés dans des applications telles que les mixeurs électriques, les machines à laver et les sèche-linge. Ils ont une forme cylindrique avec des dents horizontales parallèles à son axe et sont essentiels pour transmettre la puissance entre deux arbres. L'un des défis des engrenages droits est qu'ils sont très bruyants et provoquent beaucoup de vibrations à grande vitesse.
Reducteur roue et vis
L'engrenage à vis sans fin est une pièce en forme de vis qui se déplace à travers un engrenage circulaire. Il est conçu pour réduire la vitesse mais donne plus de puissance ou de force. L'engrenage à vis sans fin peut également être utilisé pour changer la direction du mouvement. Une source d'énergie comme un moteur électrique peut être utilisée pour entraîner l'engrenage en forme de vis.
Réducteurs à arbres parallèle
Il s'agit de l'un des engrenages les plus utilisés et les plus efficaces dans le secteur manufacturier. Les engrenages hélicoïdaux sont obtenus grâce au processus d'usinage des engrenages hélicoïdaux. Il est utilisé dans la production de plastiques, de ciment et de caoutchouc, et il élimine les inconvénients du processus d'usinage des engrenages coniques.
Il est fixé en angle sur l'arbre, ce qui permet à plusieurs dents d'être en contact pendant le fonctionnement et de supporter davantage de charge.
Dans les engrenages hélicoïdaux, les dents ne sont pas parallèles à l'arbre, mais sont inclinées à un angle inférieur à 50 degrés. Ce type particulier d'engrenages est plus puissant et moins bruyant que les engrenages droits. La fonction principale d'un engrenage hélicoïdal est la réduction de vitesse.
Engrenage conique
Les engrenages coniques sont utilisés dans des applications telles que les automobiles, les aciéries, les centrales électriques et les tours de refroidissement. Ils permettent l'intersection de l'axe entre deux arbres à un angle. Par exemple, s'il est nécessaire d'appliquer la force dans la direction de l'axe Y au lieu de la direction de l'axe X dans laquelle la puissance arrive dans l'arbre, il appartient à l'engrenage conique de diriger toute la force dans la direction souhaitée.
Équipement à chevrons
Les engrenages à chevrons sont souvent appelés « double hélicoïdaux ». En effet, ils ressemblent à deux engrenages hélicoïdaux placés sur le même engrenage. L'engrenage à chevrons est utilisé pour transférer la puissance entre des arbres parallèles.
La poussée haut de gamme des engrenages hélicoïdaux a ainsi donné naissance à la conception des engrenages à chevrons. Les engrenages à chevrons réduisent le bruit et fonctionnent en douceur.
Quelle est l’importance des engrenages dans l’usinage ?
Nous ne pouvons pas ignorer le fait que les engrenages sont présents dans presque toutes les machines que nous utilisons et qui comportent des pièces mobiles. La grande question n'est donc pas de savoir s'ils sont importants, mais dans quelle mesure. Voici quelques-uns des rôles que jouent les engrenages dans l'usinage :
Réglage de la vitesse de rotation
Chaque fois que vous tournez les boutons de votre ventilateur de plafond électrique ou que vous appuyez sur l'accélérateur de votre voiture, le moteur démarre dans les deux cas. Mais ce qu'ils mettent finalement en mouvement pour vous donner cette vitesse accrue, ce sont les engrenages.
Changer la direction de la puissance
Les machines qui utilisent des engrenages nécessitent souvent que les machines se déplacent dans des directions différentes. Cela sera difficile à réaliser en l'absence d'engrenages. Les engrenages usinés permettent de changer la direction d'un mouvement de rotation, en redirigeant la force de rotation d'une direction vers différents axes.
Puissance d'émission
La transmission de puissance est l'un des aspects fondamentaux des engrenages dans l'usinage. Elle garantit une répartition uniforme de la puissance et du mouvement sur une machine.
Modification du couple
L’autre importance des engrenages dans l’usinage est qu’ils augmentent ou diminuent le couple de sortie et modifient la vitesse d’un moteur.
Applications de l'usinage d'engrenages
Robotique
Les robots sont conçus à l'aide de certains mécanismes. Sans engrenages intégrés, il est impossible pour un robot de se déplacer. Les engrenages soutiennent le mouvement du robot et l'aident à atteindre la précision dans ses mouvements.
Machinerie industrielle
Tous les mouvements que vous voyez dans les machines industrielles telles qu'un tracteur, une excavatrice ou même un chariot élévateur sont causés par différents types d'engrenages usinés intégrés dans leurs structures mécaniques. Pour accomplir des travaux lourds avec une efficacité maximale afin d'améliorer la production et le rendement, ces machines industrielles utilisent des engrenages qui peuvent fonctionner dans des environnements exigeants.
Industrie aerospatiale
Dans la fabrication aérospatiale, les engrenages sont l'un des attributs les plus importants. Ils ont différents objectifs clés, aident un avion à décoller, à atterrir ou à manœuvrer facilement. Les engrenages agissent également comme un groupe motopropulseur entre le moteur et l'hélice d'un appareil de vol.
Automobile
Dans la fabrication des véhicules automobiles, des engrenages usinés sont installés pour permettre le mouvement et augmenter la vitesse. Il existe différents types d'engrenages installés dans une machine automobile comme les voitures et les camions, jouant des rôles uniques.
Par exemple, les engrenages droits sont utilisés dans la fabrication de pompes hydrauliques qui aident à transmettre les fluides hydrauliques de manière cohérente.
Équipement médical
Certaines machines médicales de haute technologie utilisées dans les hôpitaux et autres établissements de santé fonctionnent grâce à des engrenages usinés et des pièces médicales usinées par commande numérique . Par exemple, des robots comme le système chirurgical robotisé da Vinci, qui assiste les chirurgiens lors de différentes interventions, intègrent des engrenages usinés dans leurs articulations et d'autres zones afin de faciliter leurs mouvements.
Quelques limitations courantes de l'usinage des engrenages
L'usinage des engrenages présente des avantages intéressants, mais il comporte également des pièges. Il est indispensable de connaître ces pièges et de savoir les éviter. Voici quelques-uns des défis, les causes courantes et comment les éviter.
- Piqûres superficielles:Cela se produit en cas de lubrification insuffisante ou de pression de surface excessive. Appliquez des lubrifiants et révisez la conception des engrenages pour améliorer la répartition des contraintes.
- Déformation des engrenages:Ceci peut se produire en raison d'une surchauffe pendant l'usinage. Pour éviter la dilatation thermique pendant l'usinage, contrôlez la température de coupe et utilisez des techniques de refroidissement.
- Erreurs de hauteur: Cela peut se produire en cas de mouvement indésirable de la machine qui n'est pas correctement calibrée, ce qui entraîne des coupes imprécises. Assurez-vous que la machine est toujours stable pour des mesures précises.
- Faux-rond des dents d'engrenage: Cela se produit généralement en raison d'un alignement incorrect ou défectueux de l'ébauche d'engrenage. Pour éviter ce problème, assurez-vous de régler l'ébauche avec précision au centre et de calibrer la machine avant l'usinage des dents d'engrenage.
- Bavures excessives: Cela peut se produire en cas d'utilisation d'outils émoussés ou d'une vitesse de coupe inadaptée. Le réglage de la vitesse de coupe et l'utilisation des outils appropriés permettront simplement de mettre fin aux bavures excessives.
- Écart de profil: Cela peut être un problème lorsque l'outil de coupe est mal positionné. Assurez-vous de vérifier le positionnement de l'outil et de confirmer qu'il est précis pendant la coupe.
Conclusion
Maintenant, si vous êtes arrivé jusqu'à cette partie de cet article, vous aviez déjà des choses intéressantes sur l'usinage des engrenages et à quoi servent toutes ces compétences.
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