Dans les systèmes de transmission mécanique, le battement radial (exigence ≤0,05 mm) et le battement axial (≤0,04 mm) des engrenages dont le diamètre primitif est compris entre Φ300 et 500 mm déterminent directement l'efficacité de la transmission et la durée de vie du matériel. Un fabricant d'engrenages lourds usinant des pièces en matériau 40CrNiMoA selon des méthodes traditionnelles nécessite trois opérations : « ébauche sur tour horizontal → fraisage de la face sur une fraiseuse verticale → taillage du profil de denture sur une crémaillèreuse ». Plusieurs montages entraînent un battement radial excédant la tolérance de 0,08 à 0,12 mm, un bruit de transmission supérieur à 90 dB (valeur acceptable ≤85 dB), et un cycle de traitement unitaire pouvant atteindre 10 heures. De plus, après trempe, le matériau 40CrNiMoA présente une dureté de 280 à 320 HB, ce qui provoque une forte résistance à l'usinage ; les outils en acier rapide ne permettent d'usiner que 2 à 3 pièces par arête, et le coût des outils par engrenage dépasse 1500 yuans.
Scénarios d'utilisation client
Pour surmonter ce dilemme, l'entreprise a introduit le tour vertical CNC Kunming Machine Tool TK6513 du groupe Shenyang Machinery afin de mettre en place un système exclusif de fabrication d'engrenages basé sur « l'usinage rigide lourd + le tournage de précision en serrage unique ». L'équipement adopte un bâti monobloc en fonte grise (d'une épaisseur de paroi de 120 mm), ayant subi un double traitement de relaxation des contraintes par « vieillissement naturel de 18 mois + vieillissement vibratoire de 96 heures ». Associé à une structure de poutre transversale en portique et à un coulisseau de type caisson, la répartition de rigidité est optimisée par analyse par éléments finis. La raideur radiale à l'usinage atteint 40 kN/mm, permettant de supporter de manière stable une force radiale de 25 kN lors de l'usinage de 40CrNiMoA ; équipé du système CNC Siemens 828D Advanced et d'une commande entièrement en boucle fermée avec règle de mesure à grille (résolution de 0,05 μm), il atteint une précision de positionnement de ± 0,008 mm et une précision de répétition de positionnement de ± 0,005 mm, répondant précisément à la tolérance de battement radial de la couronne dentée de ± 0,03 mm. Pour les matériaux alliés à haute résistance, l'équipement est doté d'une broche haute puissance de 18,5 kW (vitesse maximale de 1000 tr/min) et d'un système de refroidissement à émulsion haute pression (pression de refroidissement de 1,2 MPa, débit de 35 L/min), combiné à des outils en nitrure de bore cubique CBN (dureté HV3000), permettant de supprimer efficacement l'usure de l'outil et la formation de copeaux.
Fixation par pincement d'engrenage
En matière d'innovation technologique, l'équipement a réalisé une double percée en « intégration des procédés + précontrôle de précision » dans l'usinage des engrenages : en intégrant un mandrin hydraulique à quatre mors de Φ 650 mm, un tourelle électrique à 8 postes (temps de changement d'outil de 2,0 secondes) et un groupe de perçage radial, il permet d'effectuer en une seule opération le tournage de précision de la circonférence extérieure de l'engrenage (tolérance IT6), le fraisage de la face terminale (planéité ≤ 0,02 mm), le alésage de l'alésage intérieur (cylindricité ≤ 0,01 mm) et l'usinage des trous de positionnement (précision de positionnement ≤ 0,1 mm). Face à la difficulté de contrôle précis de la bague d'engrenage, nous adoptons de manière innovante la « méthode d'usinage à référence unifiée » : en utilisant l'alésage intérieur de la pièce brute comme référence de positionnement, les données en temps réel de la face terminale et du diamètre extérieur sont collectées via un système de mesure en machine (précision de mesure ± 0,0015 mm), et la déformation causée par le poids de la pièce est automatiquement compensée (précision de compensation 0,003 mm), ce qui permet de maintenir le battement radial de la bague d'engrenage stable à ≤ 0,04 mm. Pour différents engrenages à module (module 8-20 mm), l'équipement est équipé de 30 jeux de modèles de paramètres de procédé, réduisant ainsi le temps de changement de 3 heures traditionnelles à 30 minutes.
Les résultats de mise en œuvre sont entièrement conformes aux normes applicables aux engrenages de machines lourdes : le cycle de traitement d'une pièce a été réduit de 10 heures à 6 heures, et la capacité de production journalière est passée de 8 pièces à 14 pièces ; L'ovalité radiale de la couronne dentée est ≤ 0,04 mm, l'ovalité de la face terminale est ≤ 0,03 mm, et la rugosité de surface atteint Ra0,8 μm, satisfaisant pleinement aux exigences de la norme GB/T 10095.1-2021 "Système d'exactitude des engrenages cylindriques — Partie 1 : Définitions et valeurs admissibles des écarts de surface dentaire du même côté" et à la norme ISO 1328-1 ; Le bruit de transmission est passé de 90 dB à 82 dB, et l'efficacité d'engrènement des engrenages a augmenté de 8 % ; La durée de vie des outils a été prolongée de 200 % (jusqu'à 6 à 8 pièces/outil) grâce à l'optimisation de l'appariement des matériaux et du refroidissement, et le coût unitaire des outils par engrenage a été réduit à 500 yuans ; Le module de surveillance intelligente installé sur l'équipement permet de collecter en temps réel la charge de la broche (précision ± 1 %) et la température de coupe (résolution 0,1 °C), combiné à un algorithme de prédiction de l'usure des outils, ce qui a permis d'augmenter le taux d'utilisation global de l'équipement de 75 % à 93 %, et de réduire les arrêts annuels de 520 heures.
Le TK6513 nous a permis de passer d'un « usinage conforme » à une « fabrication de précision » des engrenages. Le directeur technique de l'entreprise a déclaré : « Nos engrenages ont été appliqués avec succès à des équipements lourds tels que les machines minières et les équipements métallurgiques. Ils ont non seulement obtenu la certification fournisseur de Liebherr en Allemagne, mais répondent également aux exigences strictes de fonctionnement continu pendant 15 000 heures sans panne, ce qui nous a assuré une compétitivité clé sur le marché des engrenages. » Ce cas confirme que les tours verticaux CNC sont devenus un équipement essentiel dans le domaine de la fabrication d'engrenages pour surmonter les goulots d'étranglement en termes de précision et d'efficacité grâce à l'intégration approfondie de la « structure rigide lourde + commande fermée de précision + innovation d'intégration des processus ».
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