Fondamentaux de la fabrication d’engrenages

Les engrenages remplissent les boîtiers des transmissions automobiles et sont largement utilisés dans les applications aérospatiales, mais ces outils simples sont d’une complexité trompeuse à fabriquer. Nous avons pensé qu’il serait bon d’examiner le processus pour nous rappeler exactement quels sont les problèmes importants dans la fabrication d’engrenages, nous avons donc demandé à Adam Gimpert, président de Helios Gear Products.

Helios fournit aux fabricants d’engrenages des machines-outils, des outils d’ingénierie et des surfaces consommables pour ces outils. Ils vendent, entretiennent et reconstruisent des équipements de fabrication d’engrenages et fabriquent même leur propre affûteuse d’outils pour engrenages pour leurs clients.

Un autre service fourni par l’entreprise est l’éducation. Normalement, Helios proposera des séances d’information d’une journée sur des sujets tels que « Principes de base de la fabrication d’engrenages à axes parallèles », mais pendant une pandémie, de telles conférences ne sont pas pratiques. Néanmoins, Helios fournira un ingénieur pour parler à distance aux clients qui ont besoin que leurs employés soient mis au courant de certains aspects de la fabrication d’équipements.

Avec ces références, Helios semble être la source parfaite pour notre introduction à la fabrication d’engrenages.

Taillage

Le processus principal utilisé pour transformer des tranches vierges de billette d’acier en engrenages engrenant qui peuvent transférer en douceur et efficacement la puissance entre les arbres parallèles est appelé « taillage ».

Selon un explicatif d’Helios, « le taillage est un processus de coupe à génération discontinue qui produit des formes de dent autour d’un cylindre. En termes plus simples, le taillage utilise une table de cuisson pour couper les dents externes des engrenages et des formes similaires en engrenant des rangées rotatives d’arêtes de coupe à travers une ébauche. Le plus souvent, le taillage produit des engrenages à développante et des cannelures, mais il peut également être utilisé pour produire des dentelures, des pignons et des formes de dents personnalisées.

Comme sur un tour, un outil de coupe en rotation enlève de la matière à l’ébauche. Cependant, lorsqu’un tour maintient l’ébauche à l’arrêt, dans une machine à tailler, l’ébauche tourne en synchronisation avec l’outil de coupe pour créer les dents de l’engrenage. « L’outil doit tourner à une vitesse parfaite pour générer le nombre correct de dents », explique Gimpert.

Le taillage est un processus machine attrayant car il est flexible. Les machines à tailler peuvent produire des engrenages avec différents nombres de dents à partir de la même table de cuisson.

Les engrenages peuvent également être « recoupés », s’ils ont été légèrement déformés par le processus de traitement thermique et ont besoin d’une correction de leurs profils de dents d’engrenage. Alors que le re-taillage nécessite l’enlèvement de très peu de matière parce que les dents ont déjà été coupées, ce matériau a été durci, donc un outil de coupe spécialisé en carbure est nécessaire pour ce processus. Un inconvénient important du processus de fabrication du taillage est qu’il n’est pas adapté à la coupe des dents d’engrenage internes, uniquement des dents externes.

Ski de puissance

Produits d’équipement Helios Le président d’Helios Gear Products, Adam Gimpert.

Le Power Skiving est un processus de fabrication d’engrenages relativement nouveau qui a été rendu possible par les progrès de la conception des machines-outils, de la CNC et de la technologie des outils de coupe, explique Gimpert. C’est similaire au façonnage (décrit ci-dessous), mais il est entre 2 et 10 fois plus rapide que le façonnage, a-t-il déclaré. Une caractéristique clé est que le power skiving peut réduire les engrenages internes, contrairement au taillage, et peut le faire plus rapidement que le façonnage.

Le coût de la machine-outil nécessaire pour effectuer le biseautage est similaire à celui d’une machine à tailler, mais les outils de coupe utilisés sont plus coûteux et la préparation du travail nécessite davantage de travail d’ingénierie. Les outils de coupe sont également très spécifiques aux pièces, donc le changement de matériau d’engrenage nécessite un changement d’outil de coupe, selon Gimpert.

Fraisage à vis sans fin

Le fraisage à vis sans fin est un processus de coupe qui utilise un outil semblable à une scie circulaire pour produire un filetage hélicoïdal appelé « vis sans fin ». Les broches de coupe modernes à grande vitesse de 10 000 tr/min font du fraisage à vis sans fin un processus efficace et productif. Ces moulins nécessitent une machine-outil rigide pour des vers de haute qualité. Ils peuvent nécessiter un équipement spécial pour permettre à la tête de coupe de pivoter presque parallèlement à l’axe de travail.

Façonner

Le façonnage est un processus de coupe générant qui utilise un outil de coupe à mouvement alternatif appelé «outil de coupe à façonner» pour produire une pièce. Les shapers sont très flexibles, avec la possibilité de couper des engrenages internes et externes. Le processus nécessite un petit jeu, il peut donc parfois être utilisé lorsque le taillage ne peut pas.

Il est lent par rapport au taillage car le mouvement de coupe alternatif ne coupe que la moitié du temps. Ce mouvement alternatif nécessite également une structure rigide massive pour fournir un amortissement cinématique aux machines modernes à grande vitesse.

Chanfrein-Ebavurage

Les processus de fabrication de coupe peuvent laisser des bavures sur les engrenages résultants, ce qui peut causer des dommages et du bruit pour les engrenages engrenés. Ces bavures peuvent être nettoyées manuellement à l’aide de brosses ou de meules à tronçonner. Pour accélérer le processus d’ébavurage, les ateliers peuvent effectuer un ébavurage par chanfrein avec des machines-outils. Le libère les travailleurs pour faire d’autres choses pendant que la machine automatisée lisse les engrenages.

Les machines-outils peuvent également être utilisées pour l’ébavurage de chanfrein. En utilisant une machine, le travail manuel peut être récupéré pour d’autres utilisations, le processus d’ébavurage lui-même sera plus fiable et cohérent, et l’automatisation peut être mise en œuvre pour une productivité améliorée.

Génération de broyage

Une autre façon de finir les engrenages prédécoupés est de générer du meulage. Cela utilise une meule à vis sans fin engrenant avec un engrenage. Lorsque les deux tournent en synchronicité, la roue de quadrillage enlève continuellement de la matière pour créer une forme finie. La rectification génératrice est une méthode hautement productive pour la finition des engrenages qui nécessite une rectifieuse d’engrenages dédiée.

Rectification de forme

Le meulage de forme, également appelé meulage de profil ou meulage à indice unique, utilise un outil abrasif pour meuler un espace de dent ou un flanc de dent à la fois. Cela peut être fait avec des passes consécutives ou en une seule passe à l’aide d’un outil qui est la forme conjuguée de l’espace dentaire. Le meulage de forme peut être très flexible et généralement moins coûteux que le meulage générant. La rectification de formes nécessite une rectifieuse d’engrenages dédiée.