1. Choisir les bons matériaux et les préparer : c'est la première étape pour garantir la qualité des pièces automobiles. Les matériaux doivent être solides, bien conduire la chaleur et bien couper. L'alliage d'aluminium (comme l'A356-T6) est un bon choix pour les blocs-cylindres de moteur car il est léger et conduit bien la chaleur, mais il peut facilement s'écailler pendant le traitement. La fonte (comme le HT250) est un bon choix pour les carters car elle absorbe bien les chocs, mais elle peut durcir lors de la coupe. différentes procédures de prétraitement doivent être utilisées pour les matériaux ayant des propriétés variables :
Alliage d'aluminium : le traitement thermique T6 (solution solide + vieillissement artificiel) élimine les contraintes internes et réduit le risque de flexion du matériau lorsque vous le coupez.
Fonte : un recuit de graphitisation a été utilisé pour améliorer la structure de la perlite et réduire le risque d'écaillage lors de la coupe.
Acier à haute-résistance : cet acier a été fabriqué par trempe et revenu (trempe plus revenu à haute-température), ce qui a facilité son travail.
Une certaine entreprise qui fabrique des pièces automobiles a amélioré les paramètres du processus de traitement thermique T6 (température de la solution 535 degrés ± 5 degrés, température de vieillissement 175 degrés ± 5 degrés, temps de maintien 8 heures) tout en travaillant sur des culasses en alliage d'aluminium. Cela a rendu la dureté du matériau plus uniforme de 30 % et a réduit la formation de copeaux à moins de 5 % lors de la coupe.
2. Optimisation du système d’outils : contrôle précis du processus de coupe
La rugosité de la surface est directement affectée par les caractéristiques géométriques des outils de coupe et le processus de revêtement. Par exemple, lors de l'usinage du col d'un vilebrequin, vous avez besoin d'outils de coupe PCBN (Polycristallin Cubic Boron Nitride) d'une dureté de HV3500-4500. Ces outils peuvent tourner au lieu de meuler et obtenir une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 0,4 µm. Les domaines d’amélioration les plus importants sont :
Conception des angles avant et arrière : lors du traitement de l'alliage d'aluminium, un grand angle avant de 15 degrés à 20 degrés est utilisé pour réduire la force de coupe. Lors du traitement de la fonte, un petit angle avant de 5 degrés à 8 degrés est utilisé pour renforcer la pointe de l'outil.
Traitement des bords : la technologie de microtexturation au laser est utilisée pour créer des micro-puces sur le bord de la lame. Cela crée une couche d'huile lubrifiante et réduit le coefficient de frottement. Après avoir utilisé cette approche, une entreprise a doublé la durée de vie de ses outils et a maintenu la rugosité de surface à Ra0,8 μm.
Le revêtement TiAlN conserve sa dureté et sa résistance à l'oxydation à des températures élevées de 800 degrés, ce qui le rend idéal pour la coupe à grande vitesse-. Le revêtement AlCrN réduit le coefficient de frottement, ce qui le rend moins susceptible de coller.
Pour fabriquer les engrenages d'une boîte de vitesses, des fraises à rouler en alliage dur revêtues de TiAlN-sont utilisées avec une vitesse de coupe de 400 m/min. Cela confère aux dents d'engrenage une rugosité de surface de Ra0,2 μm, qui correspond au niveau de précision ISO 5.
3. Contrôle dynamique des paramètres du processus : s'adapter à la façon dont les matériaux changent de forme
Les paramètres de découpe doivent être modifiés en-temps réel en fonction des qualités du matériau. Par exemple, perçage de précision de trous dans des cylindres en alliage d'aluminium :
La vitesse de coupe doit être comprise entre 800 et 1200 m/min. S'il est trop rapide, les copeaux peuvent s'accumuler, et s'il est trop lent, l'écrouissage peut s'aggraver.
Avance : utilisez une petite avance de 0,05 à 0,1 mm/r pour éviter que la force de coupe ne change trop.
Profondeur de coupe : Maintenez l'étape d'usinage de précision entre 0,1 et 0,3 mm pour éviter de couper la conductivité thermique, qui pourrait provoquer une déformation thermique.
Un constructeur de moteurs a inclus une technologie de coupe adaptative pour surveiller les indications de force de coupe en temps réel lors du fraisage de l'alésage du cylindre. La vitesse d'avance est automatiquement modifiée lorsque la valeur de la force change de plus de 5 %. Cela réduit l'erreur de cylindricité de l'alésage du cylindre de 0,03 mm à 0,01 mm.
4. Environnement de traitement et systèmes auxiliaires : se débarrasser des interférences extérieures
Atelier à température constante : la température est maintenue à ± 1 degré pour empêcher les machines-outils de changer de forme à cause de la chaleur. Une entreprise spécifique a construit un atelier avec une température constante qui a réduit l'allongement thermique des broches de machines-outils de 0,02 mm/h à 0,005 mm/h.
Un dispositif qui absorbe les chocs : des coussinets d'isolation en caoutchouc sont intégrés à la base de la machine-outil pour réduire la quantité de vibrations. Les données de test démontrent que la valeur Ra pour la rugosité de surface s'améliore de 40 % après une isolation sismique.
Gestion des fluides de coupe : grâce à la technologie de microlubrification (MQL), l'injection de précision s'effectue à un débit de 0,1 à 0,5 ml/h. Cela refroidit et lubrifie en même temps. Cette méthode réduit la rugosité de surface Ra de 1,6 μm à 0,8 μm lors de la coupe de pièces d'arbre.
5. Travailler ensemble sur plusieurs processus et post-traitements pour obtenir une excellente boucle fermée
Inspection inter-processus : après l'usinage grossier, ajoutez un lien de mesure en ligne. Utilisez un scanner laser pour trouver les dimensions essentielles et rattrapez immédiatement les différences qui dépassent la limite. Cette méthode a permis d'augmenter le taux de qualification des jeux d'assemblage pour une ligne de production de carters de boîte de vitesses donnée de 85 % à 98 %.
Ébavurage et polissage : L'abrasif est déplacé par un champ magnétique pour polir la surface incurvée sans laisser de coins morts. Cette méthode réduit la rugosité de surface Ra du canal d'écoulement de 3,2 μm à 1,6 μm pendant le traitement du collecteur d'admission, et réduit également la résistance au flux d'air de 15 %.
Modification de surface : La technologie de revêtement laser est utilisée pour appliquer des revêtements en acier inoxydable d'une dureté de HRC50 ou supérieure sur des éléments qui doivent être très résistants à la corrosion, notamment les disques de frein. Le cycle de test au brouillard salin est également étendu à 1 000 heures.
