L'usinage des arbres moteurs est un procédé complexe permettant de produire différents types d'arbres avec une grande précision . Pour maîtriser ce procédé et optimiser votre rendement, il est essentiel de comprendre plusieurs concepts. Ce guide vous explique nombre de ces concepts pour vous aider à démarrer. Bonne lecture !
Qu'est-ce que l'usinage de l'arbre du moteur ?
L'usinage des arbres moteurs est un procédé qui consiste à transformer des barres métalliques en composants cylindriques rotatifs appelés arbres. Ces arbres sont largement utilisés dans la fabrication des moteurs. La transformation des barres métalliques peut être réalisée à l'aide d'outils et de techniques de coupe spécifiques.
Ces arbres usinés sont des pièces essentielles des machines motorisées. Ils permettent la transmission de l'énergie d'une extrémité à l'autre de la machine. Il est donc primordial de porter une attention particulière aux différentes étapes de leur usinage, car la moindre variation de leurs dimensions, de leur état de surface et de leur qualité globale peut altérer le rendement de la machine.
Types d'arbres de moteur
Vous trouverez ci-dessous les principaux types d'arbres moteurs et leurs utilisations :
Arbres filetés
Les tiges filetées sont des tiges qui ont des spirales appelées filetages sur toute leur longueur ou, dans une certaine mesure, elles peuvent être entièrement filetées ou partiellement filetées à une ou aux deux extrémités. Ces types de tiges sont utilisées dans diverses industries pour maintenir deux ou plusieurs matériaux ensemble. Elles sont également similaires aux boulons et aux vis qui sont utilisés pour sécuriser la fixation.
Arbres cannelés
Les arbres cannelés sont des arbres de moteur comportant plusieurs rainures ou stries. Conçus pour s'emboîter avec la pièce à laquelle ils sont raccordés, ils éliminent les rotations indésirables tout en permettant un mouvement linéaire, ce qui contribue à la transmission de couples élevés. Ils sont utilisés dans les industries automobile et aérospatiale pour la production de pièces nécessitant un démontage et un mouvement relatif.
Arbres creux
Les arbres creux sont des arbres légers utilisés par les machinistes dans les applications où la résistance, la rigidité et la légèreté des matériaux avec des performances robustes sont indispensables. Leur propriété de légèreté est due au trou dans l'arbre du moteur. Cet espace vide intérieur peut être utilisé pour le passage de fluides ou de fils.
Arbres à clé
Les arbres clavetés sont des arbres de moteur avec une seule rainure, appelée rainure de clavette. Il est conçu avec quatre composants principaux. Il s'agit de la rainure de clavette, de l'alésage, du siège de clavette et de la clavette. Toutes ces pièces ont leurs différentes fonctions, mais fonctionnent main dans la main pour assurer un ajustement serré entre deux pièces d'une machine. Les arbres clavetés ont une très bonne transmission du couple.
Arbres coniques
Il s'agit d'arbres moteurs dont l'épaisseur diminue sur toute leur longueur à une extrémité afin de permettre leur insertion dans une autre pièce. Ils sont utilisés dans des applications spécifiques, notamment dans l'industrie automobile pour les roues des véhicules.
Procédés impliqués dans l'usinage des arbres de moteur
Voici les étapes d'usinage impliquées dans la fabrication des arbres.
Calcul de charge et de couple
Le calcul de la charge et du couple est la première étape de la fabrication des arbres afin de garantir un fonctionnement optimal du système. Il s'agit de déterminer la charge et le couple que l'arbre peut supporter, car plus la charge est élevée, plus le couple requis est important. Ces calculs permettent de déterminer le matériau, le diamètre et les spécifications de conception appropriés.
Conception sur CAO
Il s'agit de l'étape de traitement suivante impliquée dans l'usinage de l'arbre du moteur. Après avoir calculé la charge et le couple qu'un arbre peut supporter, les calculs sont saisis dans un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) pour créer un modèle de conception 3D qui vous permet de visualiser et de concevoir davantage. Ils servent de plans pour l'usinage des arbres de moteur où des modifications précises peuvent être effectuées avant la production à grande échelle.
Usinage réel de l'arbre du moteur
C’est à cette étape que l’usinage de l’arbre est réalisé sur la barre métallique à l’aide de différentes techniques d’usinage telles que le tournage CNC, le fraisage CNC et l’électroérosion. On peut alors obtenir la conception, la forme et le type d’arbre souhaités.
Pour poursuivre ce processus, le logiciel FAO contenant les lignes directrices et la trajectoire d' usinage de l'arbre , créées lors de la conception CAO, est entré dans la machine CNC et utilisé pour obtenir une coupe précise sans gaspillage de matériau.
Finition de surface
La dernière étape est le processus de post-usinage . Il s'agit des finitions finales réalisées sur les arbres usinés afin d'améliorer leur tolérance et leur qualité. Plusieurs procédés de finition de surface, tels que l'anodisation , le microbillage et la phosphatation, garantissent des caractéristiques physiques et mécaniques optimales pour les arbres.
Différentes techniques d'usinage CNC dans l'usinage d'arbres de moteurs
Pour une efficacité accrue et un fonctionnement optimal d'un arbre usiné, il est important de connaître la technique la plus appropriée pour la fabrication de tout type d'arbre moteur. Voici quelques-unes des techniques d'usinage CNC utilisées pour la fabrication des moteurs à arbre :
Tournage CNC
Le tournage CNC permet de donner une forme cylindrique à un arbre moteur. On y parvient en plaçant l'arbre moteur sur un tour qui tourne autour d'un outil de coupe, enlevant ainsi la matière superflue pour obtenir la forme et le diamètre souhaités. Cette technique convient à la fabrication d'arbres coniques et cylindriques.
Fraisage CNC
Le fraisage CNC appliqué à l'usinage d'arbres moteurs consiste à déplacer un outil de coupe le long de plusieurs axes de l'arbre afin de créer des formes ou des rainures. Le fraisage CNC est utilisé pour réaliser des caractéristiques complexes telles que des rainures de clavette, des cannelures et des fentes. Il est particulièrement adapté à la fabrication d'arbres moteurs clavetés.
Perçage CNC
Cette technique est peu utilisée dans de nombreux secteurs. Cependant, si l'arbre de votre moteur nécessite des trous, le perçage CNC est la solution idéale. Le perçage CNC consiste à utiliser une perceuse automatisée pour percer des trous dans l'arbre, permettant ainsi la fixation d'éléments ou le passage de câbles.
Rectification CNC
La rectification CNC est réalisée lorsqu'une meule rotative frotte contre la surface de l'arbre du moteur pour le lisser. Lorsque la meule frotte contre l'arbre, elle élimine les pièces indésirables, garantissant ainsi l'obtention de la taille précise requise
Usinage par décharge électrique
L'usinage par électroérosion (EDM) est une technique d'usinage qui utilise une machine ED pour décharger des étincelles électriques afin de couper avec précision les matériaux de l'arbre du moteur. L'EDM est plus précis mais n'est pas sans risques comme l'électrocution. Par conséquent, ils sont généralement utilisés lorsque les techniques d'usinage CNC ne sont pas efficaces.
Types de matériaux utilisés dans l'usinage des arbres de moteur
Le type de matériau utilisé pour vos arbres usinés influencera grandement le rendement de la machine. Dans cette section, nous aborderons les différents matériaux et leurs propriétés, qui vous guideront dans votre choix.
Aluminium
L'alliage d'aluminium est un métal largement utilisé dans l'usinage des arbres de moteurs en raison de ses propriétés remarquables. Léger et très résistant à la corrosion, il est idéal pour des secteurs comme la robotique, où le poids est un facteur crucial. Il existe de nombreux types d' arbres en aluminium , notamment les arbres télescopiques, les arbres extrudés, et bien d'autres.
Acier au carbone
Les aciers au carbone sont très faciles à usiner, ce qui en fait un matériau de choix pour l'usinage des arbres de moteurs. Ils sont classés selon leur teneur en carbone : faible, moyenne et élevée. L'acier au carbone de nuance 1045 en est un exemple.
Acier Inoxydable
Il est indéniable que les aciers constituent d'excellents matériaux pour les arbres de moteurs. Les aciers inoxydables de nuance 304 et 316 sont reconnus pour leur robustesse et leur haute résistance à la corrosion et à l'usure. En termes de rapport coût-efficacité, la nuance 304 représente une option idéale.
Acier allié
Les aciers alliés sont des aciers connus pour leur robustesse. Les arbres de moteur utilisés pour des tâches lourdes telles que les vilebrequins, les arbres de transmission et les arbres de turbine doivent être durs, résistants, résistants à l'usure et durables. Par conséquent, leurs matériaux sont de préférence des aciers alliés.
Laiton
Le laiton est un alliage de zinc et de cuivre. Ses propriétés, notamment sa résistance à la corrosion et son usinabilité, en font un matériau de choix pour les arbres de moteurs utilisés dans les machines légères.
Titane
Le titane est un métal léger et très résistant. Son excellent rapport résistance/poids en fait un matériau de choix pour ce procédé. Il est particulièrement utile dans des secteurs comme l'aérospatiale qui privilégient ces propriétés.
Alliages de nickel
Ces alliages métalliques offrent une résistance exceptionnelle à la chaleur et à la corrosion. Ils sont très demandés par les industries en raison de leur résistance aux températures élevées. L'Inconel est un type d'alliage de nickel utilisé pour l'usinage des arbres de moteur.
Facteurs à prendre en compte lors de l'usinage CNC de l'arbre du moteur
Coût des matériaux
Il a été souligné que le type de matériau avec lequel votre manche est créé déterminera les résultats obtenus. Ici, le coût des matériaux déterminera également les matériaux à utiliser. Il est essentiel de sélectionner un matériau économique qui répond aux exigences de propriété spécifiques.
Pourquoi est-ce important ? Cela permet de réduire les coûts globaux, ce qui augmente la productivité opérationnelle. Cependant, ne choisissez pas des métaux aux propriétés médiocres en raison du coût, cela conduira à l'échec. Les métaux comme l'acier au carbone sont nettement moins chers que les métaux de haute qualité comme le titane.
Processus d'usinage
Il existe plusieurs procédés d'usinage parmi lesquels choisir, comme le tournage CNC, le fraisage CNC ou l'usinage par électroérosion (EDM). Le procédé EDM, bien qu'efficace, est également plus coûteux que les procédés standard. Après avoir évoqué précédemment les différentes techniques d'usinage et leur utilisation dans cet article, il devrait être plus facile de prendre votre décision.
Coût des outils
Lorsqu'on évalue le coût des outils, notamment des machines de découpe CNC , il est essentiel d'adopter une vision à long terme. Même les meilleurs outils peuvent présenter des défauts et nécessitent un remplacement à terme. Par conséquent, l'achat d'outils coûteux aujourd'hui augmente le coût total de votre parc d'outils.
Coût du travail
Le coût de la main-d'œuvre dans le processus d'usinage est un autre élément clé à prendre en compte. L'usinage ou les post-traitements plus avancés et plus complexes requis par l'arbre du moteur entraîneront une augmentation des coûts
Traitement thermique
Le traitement thermique implique plusieurs processus tels que le recuit, le durcissement, la trempe et le relâchement des contraintes. Il s'agit d'un élément majeur de l'usinage de l'arbre du moteur, qui se traduit par une résistance accrue, une meilleure résistance à l'usure et une meilleure dureté de l'arbre.
Contrôle Qualité
La gestion de l'arbre de votre moteur détermine sa longévité. Cela implique un investissement en temps supplémentaire dans l'inspection de la dureté, de la rugosité, de la précision des dimensions et même des traitements de surface de l'arbre, ce qui peut également affecter le coût global.
Procédés de finition de surface dans l'usinage des arbres de moteur
Les processus de finition de surface sont également appelés processus de post-usinage car ils sont effectués après la création de la machine. Certains des processus de finition de surface sont les suivants :
Anodisation
Il s'agit d'un traitement de finition de surface après usinage, utilisant une solution électrolytique, pour les arbres usinés en aluminium . Ce procédé électrochimique consiste à immerger l'arbre dans une solution parcourue par un courant électrique, ce qui provoque un changement de couleur et une meilleure résistance à l'oxydation.
Electroplating
La galvanoplastie consiste à ajouter une couche d'un autre métal à la surface de l'arbre. Dans ce processus, le composant souhaité est placé dans un bain de solution contenant des ions métalliques dissous. Un courant traverse ensuite la solution, induisant une réaction qui envoie de fines couches d'ions sur le composant. La méthode de finition par galvanoplastie sert de couche décorative et protectrice.
Phosphatation
La phosphatation est un procédé de finition de surface qui consiste à recouvrir la surface de l'arbre avec du phosphate pour créer une couche dure. Ce revêtement de phosphate améliore la résistance à la corrosion de l'arbre, l'embellit et permet de réaliser de futures peintures.
Passiver
La passivation est le traitement chimique de l'arbre du moteur pour éliminer les ions libres de sa surface, les rendant ainsi moins réactifs à l'air ou à l'eau. Ce procédé est principalement utilisé pour l'acier inoxydable et est réalisé en utilisant un acide pour nettoyer la surface de l'arbre du moteur.
Nitruration
La nitruration est un procédé de durcissement superficiel impliquant un traitement thermique de l'arbre par diffusion d'azote dans sa surface. Ce procédé est plus adapté aux applications qui nécessitent des propriétés de résistance à l'usure et de durabilité élevées.
Projection thermique
Lors de la projection thermique, un matériau de revêtement, éventuellement de la poudre, est chauffé jusqu'à l'état fondu. Il est ensuite pulvérisé sur la surface de l'arbre usiné, améliorant ainsi sa résistance, sa résistance à la corrosion et son isolation thermique.
Contrôle qualité dans l’usinage des arbres moteurs
La qualité de l'entretien de vos machines, visant à minimiser les défauts, est essentielle à leur efficacité et à la précision de leurs résultats. Voici quelques conseils de contrôle qualité pour garantir le fonctionnement optimal de l'arbre moteur.
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- Contrôles de qualité périodiques:Il s'agit de la méthode de contrôle qualité la plus sûre pour vos arbres de moteur. Lorsque vous vérifiez votre arbre à intervalles réguliers, vous êtes censé détecter les premiers signes d'un défaut, ce qui vous permet de l'éliminer avant qu'il ne s'aggrave.
- Test des matériaux: Lors du processus d'usinage, il est essentiel de faire correspondre et de créer l'arbre de votre moteur avec des matériaux adaptés à sa tâche. Il est nécessaire de tester les propriétés des matériaux, s'ils sont durs, solides ou résistants à la corrosion et aux températures élevées.
- Précision dimensionnelle: La moindre variation anormale des dimensions de l'arbre moteur peut entraîner une dégradation des performances. Il est donc essentiel de s'assurer que les dimensions de l'arbre sont précises à l'aide d'outils tels que des micromètres.
D’autres conseils de contrôle qualité incluent l’inspection de la finition de surface, la vérification des mesures, les inspections des rayures ou de l’usure et la documentation pour vous aider à suivre vos progrès.
Conclusion
L'usinage des arbres moteurs est un procédé souvent négligé, mais son importance est capitale. Les arbres moteurs jouent un rôle essentiel, bien que souvent invisible, dans l'efficacité des machines de nombreux secteurs industriels. Chez HM, nous proposons des arbres moteurs de la plus haute qualité et un contrôle qualité rigoureux . Contactez-nous dès aujourd'hui pour obtenir un devis pour l'usinage de vos arbres moteurs.