Qu’est-ce que l’usinage des engrenages ?
L’usinage des engrenages consiste à fabriquer des engrenages. Il fait partie de l’ingénierie mécanique. Il s’agit de prendre des matières premières et de les façonner en engrenages d’une taille et d’une tolérance spécifiques. Les termes « usinage d’engrenages » et « fabrication d’engrenages » sont souvent utilisés de manière interchangeable. La différence réside dans le fait que la fabrication d’engrenages englobe tout, du début à la fin, tandis que l’usinage d’engrenages se concentre uniquement sur la coupe, la mise en forme et la finition.
Les engrenages sont des dispositifs mécaniques de transfert de puissance. Ils transmettent et augmentent les forces entre des arbres en rotation et peuvent modifier la vitesse et le couple des arbres. Ils sont importants pour faire bouger les choses en douceur. Des simples outils à main aux robots industriels complexes, les engrenages sont omniprésents. Ils doivent être taillés et disposés correctement pour bien fonctionner. C’est pourquoi on trouve des engrenages dans presque tous les dispositifs mécaniques.
La qualité du taillage des engrenages détermine la durée de fonctionnement des systèmes mécaniques. Les engrenages mal taillés peuvent être bruyants, vibrer beaucoup et s’user rapidement. C’est pourquoi la fabrication de bons engrenages demande beaucoup de soin et d’habileté. Les engrenages doivent avoir le bon jeu pour s’emboîter et fonctionner en douceur. C’est pourquoi la qualité est si importante lors du taillage des engrenages.
Processus d’usinage des engrenages
Processus de coupe
Gear Hobbing
L’une des méthodes de fabrication des engrenages s’appelle le taillage des engrenages. Elle utilise un outil appelé fraise-mère qui tourne et comporte des dents. Ce procédé permet de fabriquer toutes sortes d’engrenages, et il est utile pour fabriquer un grand nombre d’engrenages identiques. La machine qui effectue cette opération veille à ce que la fraise-mère et l’engrenage tournent dans la bonne direction afin d’obtenir un engrenage parfait. Cette méthode est rapide et permet de fabriquer de bons engrenages, mais elle ne fonctionne pas aussi bien pour les engrenages qui tournent à l’intérieur d’autres engrenages ou pour les engrenages qui ont des formes fantaisistes.
Formation de l’habillement
Le façonnage d’engrenages utilise une fraise qui se déplace d’avant en arrière pour fabriquer des engrenages. Il permet de fabriquer des engrenages qui s’insèrent dans d’autres engrenages et des engrenages dont la forme n’est pas ronde. Il permet également de fabriquer des engrenages différents les uns des autres. La fraise se déplace d’avant en arrière et forme chaque dent de l’engrenage. Cette méthode permet de fabriquer des engrenages de toutes sortes de formes, mais elle est plus lente que le taillage.
Article de rasage
L’arasage des engrenages est un moyen de rendre les engrenages lisses après qu’ils ont été fabriqués à l’aide d’une fraise-mère ou d’une façonneuse. Il s’agit d’une fraise qui enlève un peu de métal des engrenages et les rend lisses et parfaits. Cela rend les engrenages silencieux lorsqu’ils tournent. Cette méthode de fabrication des engrenages est rapide et facile, mais il faut veiller à ce que les outils soient parfaitement adaptés.
Rectification d’engrenages
La rectification des engrenages est un moyen de rendre les engrenages très précis. Il s’agit d’utiliser une meule à grains qui enlève de très petites quantités de métal des engrenages. Cela rend les engrenages très lisses. Cette méthode de fabrication des engrenages est lente et coûte cher, mais elle permet d’obtenir de bons engrenages. Les gens utilisent cette méthode de fabrication des engrenages lorsqu’ils veulent que les engrenages soient très lisses et ronds.
Processus de formation
Forgeage d’engins
**Le forgeage d’engrenages** est le processus de mise en forme du métal par l’application de forces de compression. C’est une bonne technique pour fabriquer de grandes quantités d’engrenages qui doivent être solides et durables. Le forgeage produit des engrenages qui ont de bonnes propriétés mécaniques, mais les engrenages ont généralement besoin d’un usinage supplémentaire pour que les dimensions finales soient correctes.
Extrusion de matériel
**L’extrusion d’engrenages** consiste à pousser du métal chauffé à travers une matrice pour créer le profil souhaité. C’est un moyen rapide de fabriquer des engrenages, mais il est principalement utilisé pour les engrenages de petite taille. Elle convient mieux aux engrenages de forme simple et nécessite un usinage supplémentaire pour la finition de la surface et la précision des dimensions.
Laminage à froid de matériel
**Le laminage à froid des engrenages** consiste à presser les dents des engrenages entre des matrices trempées pour les façonner. C’est un moyen très efficace de créer des engrenages qui ont une bonne finition de surface et qui sont solides. Ce procédé est efficace en termes de volume, d’utilisation des matériaux et de propriétés mécaniques. C’est un bon procédé pour la production de masse d’engrenages.
Processus d’usinage spéciaux
Electrical Discharge Machining (EDM)
L’électroérosion est le processus qui consiste à utiliser des étincelles électriques pour enlever de la matière. Elle permet de réaliser des formes très complexes et convient parfaitement aux matériaux durs difficiles à découper de manière normale. L’électroérosion est idéale lorsque la forme ou le matériau est difficile à travailler à l’aide des techniques traditionnelles de découpage par engrenage.
Usinage laser
L’usinage au laser consiste à utiliser un faisceau lumineux très puissant pour couper, graver ou façonner des objets. L’usinage au laser permet de fabriquer de petits engrenages détaillés. Il est également utilisé pour modifier la surface des engrenages afin d’en améliorer le fonctionnement. Si vous avez besoin d’un objet d’une taille très précise et comportant de nombreux petits détails, vous pouvez utiliser l’usinage au laser.
Processus supplémentaires
Traitement thermique
**Le traitement thermique** est un élément important de la fabrication des engrenages. Il s’effectue en plusieurs étapes, telles que la trempe, le revenu et le recuit. Le traitement thermique permet d’améliorer les propriétés physiques des engrenages, telles que la dureté, la solidité et la résistance à l’usure. Le traitement thermique est important parce qu’il rend les engrenages suffisamment solides pour supporter toutes les contraintes qu’ils subissent pendant leur utilisation et leur permet de durer longtemps.
Traitement de surface
Le traitement de surface consiste à apporter des modifications à la surface de l’engrenage pour l’aider à résister à l’usure, à la corrosion et à réduire les frottements. Par exemple, le traitement de surface peut consister en un placage, un revêtement ou différents types de durcissement de la surface. Le type de traitement de surface choisi dépend de l’utilisation de l’engrenage et de ce avec quoi l’engrenage sera en contact.
Types d’engrenages
Engrenages droits
Le type d’engrenage le plus simple, dont les dents sont parallèles à l’axe de rotation. Les engrenages droits conviennent à de nombreuses applications en raison de leur simplicité et de leur faible coût, mais ils peuvent être bruyants à grande vitesse.
Engrenages hélicoïdaux
Engrenages dont les dents forment un angle avec l’axe de rotation. Les engrenages hélicoïdaux offrent un fonctionnement plus souple et plus silencieux que les engrenages droits. Ils peuvent transmettre la puissance entre des arbres parallèles ou non parallèles, mais ils génèrent une poussée axiale qui nécessite l’utilisation de paliers de butée.
Engrenages à chevrons
Type d’engrenage hélicoïdal dont les dents angulaires opposées annulent la poussée axiale générée par les engrenages hélicoïdaux standard. Les engrenages à chevrons offrent un fonctionnement plus doux et des capacités de charge plus élevées, ce qui les rend adaptés aux applications lourdes.
Engrenages coniques
Engrenages dont les dents sont formées sur une surface conique. Ils sont utilisés pour transmettre le mouvement entre des arbres qui se croisent. Les engrenages coniques sont souvent utilisés lorsqu’un changement de direction est nécessaire.
Engrenages à vis sans fin
Engrenages composés d’une vis sans fin et d’une roue à vis sans fin. Ils sont souvent utilisés pour des rapports de réduction élevés. On trouve des engrenages à vis sans fin dans les treuils et les mécanismes de direction. Ils sont parfaits lorsque vous avez besoin d’une réduction importante de la vitesse.
Racks
Engrenages dont les dents se trouvent sur une surface plane et qui fonctionnent en conjonction avec des pignons, ou de petits engrenages, pour traduire un mouvement rotatif en mouvement linéaire. Les crémaillères sont couramment utilisées dans les systèmes de direction et les processus industriels automatisés.
Sélection des matériaux pour l’usinage des engrenages
Pour choisir le matériau d’un engrenage, il faut tenir compte de la solidité, de la dureté, de la résistance à l’usure, de l’emplacement de l’engrenage et du budget. L’engrenage doit supporter une charge ? Utilisez un matériau résistant. Les engrenages fonctionnent en permanence ? Utilisez un matériau qui résiste à l’usure. Des engrenages plus grands ? Pensez à l’environnement. Des engrenages dans une boîte de vitesses, non exposés ? Autant de choix. Besoin d’un engrenage pour fonctionner dans le désert ? Peu de choix.
Acier
Les engrenages sont généralement fabriqués en **acier**. L’acier est solide et durable. Il existe différents types d’acier, comme l’acier au carbone ou l’acier allié, qui sont utilisés en fonction des exigences que vous avez pour vos engrenages. Certains aciers sont plus performants et durent plus longtemps que d’autres.
Aluminium
**L’aluminium** est léger et ne rouille pas, il est donc idéal pour les engrenages peu lourds. L’aluminium n’est pas aussi résistant que l’acier, mais vous pouvez utiliser des alliages d’aluminium pour les engrenages dans les applications où vous n’avez pas besoin d’une grande résistance. Il est particulièrement utile dans les applications aérospatiales et automobiles.
Plastique
Les engrenages en **plastique** ne pèsent pratiquement rien, ne coûtent pratiquement rien et peuvent être utilisés très silencieusement. On trouve souvent des engrenages en plastique dans l’électronique grand public, les jouets et les objets qui ne sont pas soumis à une forte pression. Les différents types de plastique, comme le nylon, le POM et le polycarbonate, ont des propriétés différentes qui les rendent plus adaptés à différents usages.
Autres matériaux
Il existe d’autres matériaux, comme le laiton, le bronze et certains composites, que l’on utilise pour fabriquer des engrenages destinés à des situations spécifiques. Ces matériaux ont des propriétés particulières, comme l’absence de corrosion, la résistance aux températures élevées ou l’auto-lubrification.
Applications de l’usinage des engrenages
Industrie automobile
L’industrie automobile dépend fortement de l’usinage des **engrenages**. Les engrenages sont utilisés dans les transmissions, les différentiels et les systèmes de direction. C’est grâce aux engrenages que les véhicules fonctionnent efficacement et sans à-coups. L’industrie automobile exigeant des engrenages plus légers, plus efficaces et plus résistants, l’industrie de l’usinage des engrenages a été poussée à innover.
Industrie aérospatiale
Dans l’industrie aérospatiale, **l’usinage des engrenages** est un processus essentiel pour la fabrication de composants utilisés dans les moteurs d’avion, les trains d’atterrissage et les systèmes de contrôle. L’industrie aérospatiale est considérée comme l’industrie manufacturière la plus précise et la plus fiable au monde. Les formes et les tolérances requises pour les applications aérospatiales exigent le plus haut niveau de précision d’usinage.
Secteur de l’énergie
Dans le secteur de l’énergie, les engrenages sont utilisés dans tous les domaines, des turbines éoliennes aux équipements de forage pétrolier et gazier, en passant par les centrales électriques. Ces engrenages doivent supporter des charges élevées et fonctionner dans des conditions extrêmes. Les engrenages sont extrêmement importants pour le fonctionnement et la maintenance des équipements de production d’énergie.
Robotique
Les robots ont besoin d’engrenages légers, précis et fiables pour se déplacer et fonctionner comme il se doit. L’amélioration constante de la robotique s’accompagnera d’un besoin d’engrenages nouveaux et améliorés.
Électronique grand public
Les appareils photo, les imprimantes, les équipements audio, etc. utilisent tous des engrenages. Ces engrenages sont généralement plus petits et moins robustes que les engrenages industriels, mais ils doivent tout de même être fabriqués avec précision. Ils doivent être compacts, durables et fiables.
Dispositifs médicaux
Les instruments chirurgicaux, les forets dentaires, les équipements d’imagerie, etc. utilisent tous des engrenages. Les engrenages médicaux doivent être fiables et précis. Ils doivent souvent répondre à des exigences réglementaires strictes et fonctionner avec une grande précision.
Coût de l’usinage des engrenages sur mesure
De nombreux facteurs influencent le prix de l’usinage des engrenages. Les principaux sont le coût des matériaux, la complexité des engrenages, les tolérances serrées et le volume d’engrenages que vous allez produire. Par conséquent, ces décisions, ainsi que d’autres que vous devrez prendre, seront basées sur le temps, les ressources et l’expertise que vous souhaitez consacrer à la création d’engrenages de qualité.
Il y a beaucoup de choses que vous pouvez faire pour rendre l’usinage de vos engrenages moins coûteux. Vous pouvez concevoir de meilleurs engrenages. Vous pouvez choisir les processus d’usinage adaptés à votre application. Vous pouvez rendre votre processus de fabrication plus efficace. Vous pouvez planifier à l’avance et examiner vos méthodes de travail pour réduire les déchets et économiser de l’argent.
Problèmes et défauts courants dans l’usinage des engrenages
Problèmes que vous pouvez rencontrer
L’usinage des engrenages peut poser plusieurs problèmes. Il peut s’agir de l’impossibilité de respecter des tolérances serrées, d’un fini de surface rugueux ou d’un engrenage bruyant en fonctionnement. Il est essentiel de comprendre ces problèmes pour obtenir les meilleures performances des engrenages que vous fabriquez.
Qu’est-ce qui cause les défauts ?
Les défauts des engrenages peuvent provenir d’un certain nombre de sources différentes. Une machine mal réglée, un processus d’usinage incorrect, un matériau inadapté ou un manque d’entretien peuvent tous contribuer à la qualité et aux performances des engrenages.
Pour résoudre et éviter les problèmes liés aux engrenages, il faut prêter attention aux détails à chaque étape du processus. L’entretien adéquat de vos machines, le choix des bons matériaux et le respect des bonnes pratiques d’usinage sont autant d’éléments essentiels pour éviter les problèmes et fabriquer de bons engrenages.
Conseils de conception pour l’usinage des engrenages
Principes de base de la conception des engrenages
Les engrenages doivent être conçus pour supporter le poids, transférer le couple, influencer la vitesse du train d’engrenages et utiliser des matériaux appropriés. Sans une connaissance fondamentale de ces notions, vos conceptions ne fonctionneront pas, vos engrenages ne survivront pas et vous serez malheureux.
Optimiser l’efficacité de l’usinage
L’optimisation de la conception des engrenages pour l’efficacité de l’usinage Maker implique l’application de méthodes visant à faciliter la construction et l’assemblage des engrenages. Les engrenages peuvent être basiques, faciles à construire, standardisés et fabriqués à partir de matériaux faciles à trouver, à couper et à usiner. Ces petites astuces permettent d’accélérer la mise en place et de simplifier la vie.
Précision et tolérances
La conception d’engrenages pour l’usinage Maker exige précision et tolérances. Les tolérances permettent de s’écarter du composant nominal (idéal). Si votre objet imprimé a besoin d’un trou de 2 mm, vous seriez satisfait d’un trou de 2,02 ou 2,03 mm. Vous accepteriez donc un trou un peu plus grand. Vous seriez mécontent si cette partie avait un trou de 2,2 mm. Le trou est trop grand. Hors tolérance.
Contrôle de la qualité dans l’usinage des engrenages
Lors de l’usinage d’engrenages, **il est important d’avoir un bon contrôle de la qualité**. Cela permet de s’assurer que les engrenages fabriqués sont précis, fiables et performants. Pour pouvoir fabriquer de bons engrenages, vous devez disposer d’un bon programme de contrôle de la qualité.
Il existe plusieurs façons de vérifier la qualité. Vous pouvez mesurer les dimensions, vérifier l’état de surface et tester le contact entre les dents de l’engrenage. Chacune de ces méthodes est importante pour s’assurer que vos engrenages sont précis et qu’ils feront ce qu’ils sont censés faire.
Pour que votre **usinage soit bon**, il faut beaucoup planifier, contrôler vos processus et maintenir votre équipement en bon état. Si vous faites tout cela correctement, vous obtiendrez de bons résultats au fil du temps.
Conclusion
Le contrôle de la qualité est essentiel lors de la construction d’engrenages. Un excellent contrôle de la qualité est nécessaire pour créer d’excellents engrenages.
La qualité peut être vérifiée de plusieurs façons. Les dimensions, l’état de surface et les tests de contact entre les dents de l’engrenage sont possibles. Toutes ces stratégies sont essentielles pour garantir le bon fonctionnement de vos engrenages.
Le maintien de vos engrenages en excellent état nécessite une planification, une gestion des processus et un entretien de l’équipement. Vous obtiendrez d’excellents résultats de manière constante si vous faites toutes ces choses parfaitement.
