Processus d'usinage des engrenages, paramètres de coupe et exigences en matière d'outils si l'engrenage est trop dur pour être tourné et que l'efficacité de l'usinage doit être améliorée

L'engrenage est le principal élément de transmission de base dans l'industrie automobile. Chaque véhicule possède généralement 18 à 30 dents. La qualité de l'engrenage influence directement le bruit, la stabilité et la durée de vie du véhicule. Les machines-outils d'usinage d'engrenages constituent un système complexe et un équipement clé de l'industrie automobile. Les grandes puissances automobiles mondiales, telles que les États-Unis, l'Allemagne et le Japon, sont également des fabricants de machines-outils d'usinage d'engrenages. Selon les statistiques, plus de 80 % des engrenages automobiles chinois sont usinés par des équipements nationaux. Parallèlement, l'industrie automobile consomme plus de 60 % des machines-outils d'usinage d'engrenages, et restera le principal consommateur de machines-outils.

Technologie de traitement des engrenages

1. moulage et fabrication d'ébauches

Le forgeage à chaud est encore un procédé de moulage d'ébauche largement utilisé pour les pièces d'engrenages automobiles. Ces dernières années, la technologie du laminage à coins croisés a été largement promue pour l'usinage d'arbres. Cette technologie est particulièrement adaptée à la fabrication de billettes pour les arbres de portes complexes. Elle offre non seulement une grande précision, de faibles surépaisseurs d'usinage ultérieures, mais aussi une grande efficacité de production.

2. normalisation

Ce procédé vise à obtenir une dureté adaptée au taillage ultérieur des engrenages et à préparer la microstructure au traitement thermique final, afin de réduire efficacement la déformation due au traitement thermique. L'acier pour engrenages utilisé est généralement du 20CrMnTi. En raison de l'influence considérable du personnel, des équipements et de l'environnement, la vitesse et l'uniformité du refroidissement de la pièce sont difficiles à contrôler, ce qui entraîne une forte dispersion de la dureté et une structure métallographique irrégulière, affectant directement la coupe du métal et le traitement thermique final, entraînant des déformations thermiques importantes et irrégulières et une qualité de pièce incontrôlable. C'est pourquoi le procédé de normalisation isotherme a été adopté. La pratique a prouvé que la normalisation isotherme permet de pallier efficacement les inconvénients de la normalisation classique, tout en garantissant une qualité de produit stable et fiable.

3. tourner

Afin de répondre aux exigences de positionnement de l'usinage d'engrenages de haute précision, les ébauches d'engrenages sont toutes usinées sur des tours à commande numérique (CNC), bridées mécaniquement sans réaffûtage de l'outil de tournage. L'usinage du diamètre du trou, de la face d'extrémité et du diamètre extérieur est réalisé de manière synchrone par serrage unique, ce qui garantit non seulement la verticalité du trou intérieur et de la face d'extrémité, mais aussi une faible dispersion dimensionnelle des ébauches d'engrenages. La précision des ébauches d'engrenages est ainsi améliorée et la qualité d'usinage des engrenages ultérieurs est garantie. De plus, la haute efficacité de l'usinage sur tour à commande numérique réduit considérablement le nombre d'équipements et est économique.

4. Taillage et façonnage d'engrenages

Les machines à tailler les engrenages par fraise-mère et les tailleuses d'engrenages classiques sont encore largement utilisées pour l'usinage des engrenages. Malgré leur facilité de réglage et d'entretien, leur rendement est faible. Pour une production de grande capacité, plusieurs machines doivent être produites simultanément. Grâce au développement des technologies de revêtement, il est très pratique de recouvrir les fraises-mères et les pistons après rectification. La durée de vie des outils revêtus peut être considérablement améliorée, généralement de plus de 90 %, ce qui réduit efficacement le nombre de changements d'outils et le temps de rectification, offrant ainsi des avantages considérables.

5. rasage

La technologie de rabotage des engrenages radiaux est largement utilisée dans la production d'engrenages automobiles en série en raison de son rendement élevé et de sa facilité de mise en œuvre des modifications du profil et de l'orientation des dents. Depuis l'acquisition en 1995 d'une machine de rabotage des engrenages radiaux spécialisée auprès d'une entreprise italienne pour sa transformation technique, l'entreprise a acquis une maîtrise de cette technologie et la qualité de l'usinage est stable et fiable.

6. traitement thermique

Les engrenages automobiles nécessitent une cémentation et une trempe pour garantir leurs bonnes propriétés mécaniques. Un équipement de traitement thermique stable et fiable est essentiel pour les produits qui ne sont plus soumis à la rectification des engrenages après traitement thermique. L'entreprise a introduit la ligne de production de cémentation et de trempe en continu de German Lloyd's, qui a obtenu des résultats satisfaisants en matière de traitement thermique.

7. broyage

Il est principalement utilisé pour finir le trou intérieur de l'engrenage traité thermiquement, la face d'extrémité, le diamètre extérieur de l'arbre et d'autres pièces pour améliorer la précision dimensionnelle et réduire la tolérance géométrique.

Le traitement des engrenages adopte un dispositif de cercle primitif pour le positionnement et le serrage, ce qui peut garantir efficacement la précision d'usinage de la dent et la référence d'installation, et obtenir une qualité de produit satisfaisante.

8. finition

Il s'agit de vérifier et de nettoyer les bosses et bavures sur les engrenages de la transmission et de l'essieu moteur avant le montage, afin d'éliminer les bruits et les bruits anormaux qu'ils génèrent après le montage. Écoutez le bruit lors de l'engagement d'une paire ou observez les écarts d'engagement sur un testeur complet. Les pièces du carter de transmission produites par le fabricant comprennent le carter d'embrayage, le carter de transmission et le carter de différentiel. Le carter d'embrayage et le carter de transmission sont des pièces porteuses, généralement fabriquées en alliage d'aluminium moulé sous pression par moulage sous pression spécial. Leur forme est irrégulière et complexe. Le processus général comprend le fraisage de la surface de jointure, l'usinage des trous et des trous de connexion, l'ébauche des trous de palier, l'alésage fin des trous de palier et les trous de goupille de positionnement, le nettoyage, le test et la détection des fuites.

Paramètres et exigences des outils de coupe d'engrenages

Les engrenages subissent de fortes déformations après cémentation et trempe. En particulier pour les grands engrenages, la déformation dimensionnelle du cercle extérieur et du trou intérieur cémentés et trempés est généralement importante. Cependant, aucun outil n'était adapté au tournage de ce cercle extérieur. L'outil bn-h20 développé par « Valin superhard » pour le tournage intermittent intensif de l'acier trempé a corrigé la déformation du cercle extérieur, du trou intérieur et de la face d'extrémité des engrenages cémentés et trempés, et a permis de trouver un outil de coupe intermittent adapté. Il a réalisé une percée mondiale dans le domaine de la coupe intermittente avec des outils extra-durs.

Déformation des engrenages par cémentation et trempe : La déformation des engrenages par cémentation et trempe est principalement due à l'action combinée des contraintes résiduelles générées lors de l'usinage, des contraintes thermiques et structurelles générées lors du traitement thermique, ainsi qu'à la déformation due au poids propre de la pièce. En particulier pour les grandes couronnes et les engrenages, la déformation après cémentation et trempe augmente également en raison de leur module élevé, de leur couche cémentée profonde, de leur temps de cémentation long et de leur poids propre. Loi de déformation d'un arbre de grande engrenage : le diamètre extérieur du cercle d'addition présente une nette tendance à la contraction, mais dans le sens de la largeur des dents de l'arbre, le milieu se rétrécit et les deux extrémités se dilatent légèrement. Loi de déformation d'une couronne : après cémentation et trempe, le diamètre extérieur d'une grande couronne gonfle. Lorsque la largeur des dents est différente, la direction de la largeur des dents est conique ou en forme de tambour.

Tournage des engrenages après cémentation et trempe : la déformation de la couronne dentée par cémentation et trempe peut être contrôlée et réduite dans une certaine mesure, mais elle ne peut pas être complètement évitée. Pour la correction de la déformation après cémentation et trempe, voici un bref exposé sur la faisabilité des outils de tournage et de coupe après cémentation et trempe.

Tournage du cercle extérieur, du trou intérieur et de la face d'extrémité après cémentation et trempe : le tournage est le moyen le plus simple de corriger la déformation du cercle extérieur et du trou intérieur d'une couronne cémentée et trempée. Auparavant, aucun outil, y compris les outils extra-durs étrangers, ne permettait de résoudre le problème de la coupe intermittente du cercle extérieur de la couronne trempée. Valin superhard a été invité à mener des recherches et développements sur les outils. « La coupe intermittente de l'acier trempé a toujours été un problème complexe, sans parler de l'acier trempé d'environ HRC60, dont la déformation est importante. Lors du tournage de l'acier trempé à grande vitesse, si la pièce présente une coupe intermittente, l'outil terminera l'usinage avec plus de 100 chocs par minute, ce qui représente un défi majeur pour la résistance aux chocs de l'outil. » C'est ce qu'affirment les experts de l'Association chinoise des couteaux. Après un an de tests répétés, Valin superhard a lancé une marque d'outil de coupe extra-dur pour le tournage de l'acier trempé à forte discontinuité. L'expérience de tournage est réalisée sur le cercle extérieur de l'engrenage après cémentation et trempe.

Expérience de tournage d'engrenages cylindriques après cémentation et trempe

Le grand engrenage (couronne) était fortement déformé après cémentation et trempe. La déformation du cercle extérieur de la couronne atteignait 2 mm, et la dureté après trempe était de HRC60-65. À cette époque, le client avait du mal à trouver une rectifieuse de grand diamètre, la surépaisseur d'usinage était importante et l'efficacité de la rectification était insuffisante. Finalement, l'engrenage cémenté et trempé a été usiné.

Vitesse linéaire de coupe : 50–70 m/min, profondeur de coupe : 1,5–2 mm, distance de coupe : 0,15-0,2 mm/tour (ajustée en fonction des exigences de rugosité)

Lors du tournage d'un cercle excentré trempé, l'usinage est réalisé en une seule fois. L'outil en céramique importé d'origine ne peut être usiné que plusieurs fois pour réduire la déformation. De plus, l'affaissement des bords est important et le coût d'utilisation de l'outil est très élevé.

Résultats des tests : il est plus résistant aux chocs que l'outil en céramique de nitrure de silicium importé d'origine, et sa durée de vie est six fois supérieure à celle de l'outil en céramique de nitrure de silicium lorsque la profondeur de coupe est triplée ! L'efficacité de coupe est triplée (elle était auparavant trois fois supérieure, mais elle est désormais une fois supérieure). La rugosité de surface de la pièce répond également aux exigences de l'utilisateur. Le plus important est que la forme de défaillance finale de l'outil n'est pas une arête cassée, mais une usure normale de la face arrière. Cette expérience de tournage intermittent avec engrenage trempé a brisé le mythe selon lequel les outils ultra-durs de l'industrie ne peuvent pas être utilisés pour le tournage intermittent résistant de l'acier trempé ! Elle a fait grand bruit dans les milieux universitaires des outils coupants !

Finition de surface du trou intérieur de l'engrenage après trempe

Prenons l'exemple de l'usinage intermittent d'un trou intérieur d'engrenage avec rainure de lubrification : la durée de vie de l'outil d'essai dépasse 8 000 mètres et la finition est inférieure à Ra0,8 ; avec l'outil extra-dur à arête polie, la finition de tournage en acier trempé peut atteindre environ Ra0,4. La durée de vie de l'outil est ainsi excellente.

Usinage de la face d'extrémité de l'engrenage après cémentation et trempe

En tant qu'application typique du « tournage au lieu de la rectification », la lame en nitrure de bore cubique est largement utilisée dans la production de tournage dur des faces d'extrémité d'engrenages après chauffage. Comparé à la rectification, le tournage dur améliore considérablement l'efficacité du travail.

Pour les engrenages cémentés et trempés, les exigences en matière de fraises sont très élevées. Tout d'abord, la coupe intermittente requiert une dureté, une résistance aux chocs, une ténacité, une résistance à l'usure et une rugosité de surface élevées, entre autres propriétés.

aperçu:

Pour le tournage après cémentation et trempe, ainsi que pour le tournage des faces d'extrémité, les outils composites soudés en nitrure de bore cubique sont devenus populaires. Cependant, pour la déformation dimensionnelle du cercle extérieur et du trou intérieur des grandes couronnes dentées cémentées et trempées, il est toujours difficile de compenser une déformation importante. Le tournage intermittent de l'acier trempé avec l'outil Valin en nitrure de bore cubique superdur BN-H20 représente une avancée majeure dans l'industrie de l'outillage. Il favorise la promotion du procédé « tournage au lieu de rectification » dans l'industrie des engrenages et apporte également une solution au problème des outils de tournage cylindriques pour engrenages trempés, source de nombreuses interrogations. Il est également crucial de raccourcir le cycle de fabrication des couronnes dentées et de réduire les coûts de production ; les fraises de la série BN-H20 sont reconnues comme la référence mondiale en matière de tournage intermittent robuste en acier trempé.