Le arbre d'engrenageest la pièce de support et de rotation la plus importante des engins de chantier, qui permet le mouvement de rotation deengrenageset d'autres composants, et peut transmettre couple et puissance sur une longue distance. Il présente l'avantage d'un rendement de transmission élevé, d'une longue durée de vie et d'une structure compacte. Largement utilisé, il est devenu un élément essentiel de la transmission des engins de chantier. Actuellement, le développement rapide de l'économie nationale et l'expansion des infrastructures engendrent une nouvelle demande en engins de chantier. Le choix du matériau de l'arbre d'engrenage, le traitement thermique, l'installation et le réglage du dispositif d'usinage, les paramètres de taillage et l'avance sont autant de facteurs déterminants pour la qualité d'usinage et la durée de vie de l'arbre. Cet article présente une étude spécifique de la technologie d'usinage des arbres d'engrenage dans les engins de chantier, basée sur notre propre expérience, et propose des améliorations, offrant ainsi un appui technique précieux pour l'amélioration de cette technologie.

Analyse de la technologie de traitement deArbre de transmissiondans le secteur des engins de chantier

Pour faciliter la recherche, cet article se concentre sur l'arbre d'engrenage d'entrée classique des engins de chantier, c'est-à-dire les arbres étagés typiques, composés de cannelures, de surfaces circonférentielles, de surfaces arquées, d'épaulements, de gorges, de gorges annulaires, d'engrenages et d'autres éléments géométriques. La précision requise pour les arbres d'engrenage est généralement élevée et leur usinage complexe. Il est donc essentiel de sélectionner et d'analyser avec soin certaines étapes clés du processus d'usinage, telles que les matériaux, les cannelures externes en développante, les repères, le profilage des dents et le traitement thermique. Afin de garantir la qualité et le coût d'usinage de l'arbre d'engrenage, les différentes étapes clés de son usinage sont analysées ci-dessous.

Sélection des matériauxarbre d'engrenage

Les arbres d'engrenage des machines de transmission sont généralement fabriqués en acier 45 (acier au carbone de haute qualité), en acier allié 40Cr, 20CrMnTi, etc. En général, ils répondent aux exigences de résistance du matériau, présentent une bonne résistance à l'usure et leur prix est approprié.

Technologie d'usinage grossier de arbre d'engrenage

En raison des exigences élevées en matière de résistance des arbres d'engrenage, l'usinage direct d'acier rond est gourmand en matériaux et en main-d'œuvre. C'est pourquoi on utilise généralement des ébauches forgées. Le forgeage libre est possible pour les arbres d'engrenage de grandes dimensions. Le forgeage en matrice est également utilisé ; pour certaines petites roues dentées, une ébauche monobloc avec l'arbre peut être réalisée. Lors de la fabrication des ébauches, si l'ébauche est forgée libre, son traitement doit être conforme à la norme GB/T15826 ; si l'ébauche est forgée en matrice, les tolérances d'usinage doivent être conformes à la norme GB/T12362. Les ébauches forgées doivent être exemptes de défauts de forgeage tels que des irrégularités de grain, des fissures et des craquelures, et doivent être contrôlées conformément aux normes nationales d'évaluation du forgeage en vigueur.

Traitement thermique préliminaire et ébauche par tournage des ébauches

Les ébauches comportant de nombreux arbres d'engrenage sont principalement constituées d'acier de construction au carbone et d'acier allié de haute qualité. Afin d'accroître la dureté du matériau et de faciliter son usinage, un traitement thermique de normalisation est appliqué : normalisation à 960 °C, suivie d'un refroidissement à l'air. La dureté reste comprise entre HB170 et HB207. Ce traitement permet également d'affiner le grain de forgeage, d'homogénéiser la structure cristalline et d'éliminer les contraintes de forgeage, préparant ainsi le terrain pour les traitements thermiques ultérieurs.

L'ébauche a pour principal objectif d'usiner la surface de la pièce brute. La séquence d'usinage de la surface principale dépend du choix du repère de positionnement. Les caractéristiques des pièces de l'arbre d'engrenage et les exigences de précision de chaque surface sont influencées par ce repère. Généralement, l'axe de l'arbre d'engrenage sert de repère de positionnement, ce qui permet d'uniformiser ce repère et de le faire coïncider avec le repère de conception. En production, le cercle extérieur sert de repère d'ébauche, tandis que les alésages supérieurs aux extrémités de l'arbre d'engrenage servent de repère de précision. L'erreur est ainsi maîtrisée de l'ordre de 1/3 à 1/5 de l'erreur dimensionnelle.

Après le traitement thermique préparatoire, l'ébauche est tournée ou fraisée sur les deux faces d'extrémité (alignées selon la ligne), puis les trous centraux aux deux extrémités sont marqués et percés, puis le cercle extérieur peut être ébauché.

Technologie d'usinage du cercle extérieur de finition

Le procédé de tournage de précision est le suivant : le cercle extérieur est usiné avec précision à partir des alésages supérieurs situés aux deux extrémités de l'arbre d'engrenage. En production, les arbres d'engrenage sont fabriqués par lots. Afin d'améliorer l'efficacité et la qualité d'usinage, on utilise généralement le tournage CNC, ce qui permet de contrôler la qualité de chaque pièce grâce au programme et de garantir l'efficacité du traitement par lots.

Les pièces finies peuvent être trempées et revenues en fonction de leur environnement de travail et de leurs exigences techniques. Ce traitement peut servir de base à une trempe et une nitruration superficielles ultérieures, et réduire les déformations de surface. Si la conception ne requiert pas de trempe ni de revenu, la pièce peut être directement usinée par taillage.

Technologie d'usinage des dents et cannelures d'arbres d'engrenage

Dans les systèmes de transmission des engins de chantier, les engrenages et les cannelures sont des composants essentiels à la transmission de la puissance et du couple, et exigent une grande précision. Les engrenages sont généralement de classe 7 à 9. Pour les engrenages de classe 9, les fraises à tailler par génération et les fraises à profiler conviennent, mais la précision d'usinage des fraises à tailler par génération est nettement supérieure, tout comme leur rendement. Les engrenages de classe 8 peuvent être taillés par génération ou rectifiés, puis usinés par denture en treillis. Pour les engrenages de haute précision de classe 7, différentes techniques d'usinage doivent être utilisées selon la taille du lot. Pour les petites séries ou les pièces unitaires, on peut procéder par taillage (rainurage), suivi d'un traitement de surface par induction haute fréquence et trempe, puis par rectification pour atteindre la précision requise. Pour les grandes séries, on procède d'abord au taillage par génération, puis à la rectification, suivie d'un traitement de surface par induction haute fréquence et trempe, puis par rodage. Les engrenages nécessitant une trempe doivent être usinés à un niveau supérieur à celui de la précision d'usinage requise par les plans.

Les cannelures des arbres d'engrenage se divisent généralement en deux catégories : les cannelures rectangulaires et les cannelures en développante. Pour les cannelures exigeant une grande précision, on utilise des dents roulées ou rectifiées. Actuellement, les cannelures en développante, avec un angle de pression de 30°, sont les plus répandues dans le secteur des engins de chantier. Cependant, la fabrication de cannelures d'arbres d'engrenage de grande taille est complexe et nécessite une fraiseuse spéciale ; pour les petites séries, on peut utiliser un plateau d'indexage usiné par un technicien spécialisé sur une fraiseuse.

Discussion sur la carburation de surface des dents ou les principales technologies de traitement de trempe de surface

La surface de l'arbre d'engrenage et celle du diamètre critique nécessitent généralement un traitement de surface, notamment la cémentation et la trempe superficielle. Ces traitements visent à conférer à la surface de l'arbre une dureté et une résistance à l'usure accrues, ainsi qu'une meilleure ténacité et plasticité. Les cannelures, les gorges, etc., ne requièrent généralement pas de traitement de surface et nécessitent un usinage ultérieur. Il est donc conseillé d'appliquer une peinture avant la cémentation ou la trempe superficielle. Après traitement de surface, un léger tapotement suffit pour éliminer les impuretés. Lors de la trempe, il convient de contrôler la température, la vitesse de refroidissement et le fluide de refroidissement. Après trempe, il est important de vérifier l'absence de déformation. Si la déformation est importante, il est nécessaire de détendre la pièce avant de la remettre en forme.

Analyse du meulage du trou central et d'autres procédés importants de finition de surface

Après le traitement de surface de l'arbre d'engrenage, il est nécessaire de rectifier les alésages supérieurs aux deux extrémités et d'utiliser la surface rectifiée comme référence de précision pour rectifier les autres surfaces extérieures importantes et les faces d'extrémité. De même, en utilisant les alésages supérieurs aux deux extrémités comme référence de précision, il convient de finir l'usinage des surfaces importantes proches de la gorge jusqu'à ce qu'elles répondent aux exigences du dessin.

Analyse du processus de finition de la surface dentaire

La finition de la surface de la dent prend également comme référence les trous supérieurs situés aux deux extrémités, et rectifie la surface de la dent et d'autres pièces jusqu'à ce que les exigences de précision soient finalement satisfaites.

En général, le processus de fabrication des arbres d'engrenages des engins de chantier comprend les étapes suivantes : découpage, forgeage, normalisation, ébauche, tournage de finition, taillage d'ébauche, taillage de finition, fraisage, ébavurage des cannelures, trempe ou cémentation de surface, rectification du trou central, rectification de la surface extérieure importante et de la face d'extrémité. Les produits de rectification de la surface extérieure importante près de la gorge de tournage sont inspectés et stockés.

Après un résumé des pratiques courantes, le processus et les exigences de fabrication actuels des arbres d'engrenage sont présentés ci-dessus. Cependant, avec le développement de l'industrie moderne, de nouveaux procédés et de nouvelles technologies émergent et sont constamment mis en œuvre, tandis que les procédés existants sont continuellement améliorés. Les technologies de fabrication évoluent également sans cesse.

en conclusion

La technologie d'usinage des arbres d'engrenage influence fortement leur qualité. La préparation de chaque arbre d'engrenage est étroitement liée à sa position dans le produit, à sa fonction et à l'emplacement des pièces qui lui sont associées. Par conséquent, afin de garantir la qualité d'usinage des arbres d'engrenage, il est nécessaire de développer une technologie d'usinage optimale. S'appuyant sur l'expérience de production, cet article analyse en détail la technologie d'usinage des arbres d'engrenage. À travers une discussion approfondie du choix des matériaux, du traitement de surface, du traitement thermique et des techniques d'usinage, il synthétise les pratiques de production permettant d'assurer la qualité d'usinage des arbres d'engrenage. La technologie d'usinage optimale, alliant efficacité et performance, constitue un soutien technique important pour l'usinage des arbres d'engrenage et une référence précieuse pour l'usinage d'autres produits similaires.