Alésages carrés brochés : pourquoi les arbres carrés se coincent-ils ?

Un alésage carré percé semble être l'élément le plus simple sur un moyeu d'entraînement, jusqu'au moment où l'arbre ne rentre pas. Le travail 260616007 est arrivé en novembre 2023 d'un fabricant de composants d'entraînement de soupapes dont le fournisseur précédent avait expédié des moyeux anodisés noirs qui étaient assemblés à la main avec un maillet lors d'un passage et assemblés par gravité le suivant : le carré mesuré correctement à l'embouchure de l'alésage et erroné à l'extrémité, et sur une partie des pièces, les méplats étaient sortis. tourné, de sorte qu'un arbre carré parfaitement ajusté s'est mal aligné contre le motif de trous de la bride et l'assemblage a été synchronisé dans la mauvaise position.

Les moyeux sur les photographies sont les pièces de production de la commande qui a suivi : un moyeu à double bride AL6061-T6, tourné et fini en un seul tour de fraisage, avec un alésage carré percé à travers le corps, six trous dans chaque bride, une rainure de retenue à l'extrémité, un trou transversal radial, une finition anodisée noire et une marque laser sur le corps entre les brides. Un alésage carré abordé est la caractéristique qui décide si la pièce fonctionne, et c'est la seule caractéristique qui ne peut pas être corrigée après sa découpe.

Que doit faire ce hub ?

Quatre travaux, et l'alésage carré est celui qui porte l'entraînement.

L'alésage carré prend l'arbre et transmet le couple. Un alésage rond avec une clé ferait le même travail, mais un carré permet d'indexer l'arbre sur le moyeu dans quatre positions et ne nécessite aucune clé, aucune rainure de clavette et aucun dispositif de verrouillage séparé.

Les deux brides localisent l'ensemble. Les deux modèles de brides sont indexés à espacement égal et les six trous sur chaque bride doivent s'aligner avec le modèle de boulon correspondant, ce qui signifie que les deux modèles doivent être percés à partir d'une seule référence plutôt qu'à partir de deux configurations distinctes.

La rainure de retenue et le trou transversal radial maintiennent l'ensemble ensemble. La rainure reçoit la bague de retenue qui empêche le moyeu de glisser le long de l'arbre, et le trou transversal reçoit la goupille qui verrouille l'arbre axialement.

Le film anodisé et le marquage laser constituent la finition et l'identité de la pièce. Les deux sont appliqués en dernier, ce qui signifie qu’ils doivent tous deux contourner les tolérances déjà définies par les opérations précédentes.

Pourquoi un alésage carré est-il plus dur qu'un alésage rond ?

Un alésage rond est jugé à un endroit, un alésage carré doit être jugé sur sa profondeur

Un alésage rond est mesuré avec une jauge à goupille ou une jauge d'alésage à une profondeur, et s'il est en taille à cet endroit, il est presque toujours en taille dans le reste de l'alésage, car un alésoir ou une barre d'alésage coupe un cylindre cohérent.

Un alésage carré est coupé par une broche : une longue barre de dents coupantes étagées qui est poussée ou tirée une fois à travers un trou pilote, chaque dent faisant un petit pas plus profond que celle qui la précède. La largeur des méplats est donc décidée progressivement, dent par dent, sur toute la profondeur de l'alésage. Si la charge de coupe change tout au long de la course ou si l'outil s'use pendant le travail, l'alésage est légèrement différent au niveau de la face d'entrée et à la face de sortie. La pièce passe un contrôle à l'embouchure et échoue à l'extrémité, ce qui est exactement le symptôme qui a rendu ce travail difficile à citer.

C'est pourquoi l'inspection sur cette commande mesure la largeur des méplats à trois profondeurs dans l'alésage plutôt qu'au niveau de la face uniquement. Un carré uniforme au niveau de la face et différent de 0,02 mm à la sortie passera quand même un contrôle facial et bloquera toujours un axe.

La broche décide également du pointage, et le pointage ne peut pas être corrigé ultérieurement.

La position angulaire des méplats par rapport au motif de trous de la bride est définie par la broche. Quelle que soit la synchronisation à laquelle la broche entre, c'est ce que possède la pièce finie, car aucune opération ultérieure ne peut faire tourner un alésage carré à l'intérieur de la pièce.

Sur un moyeu comme celui-ci, la conséquence est spécifique : un arbre carré peut s'adapter parfaitement à l'alésage tout en présentant ses propres méplats au mauvais angle par rapport au motif de la bride, de sorte que l'ensemble se boulonne mais se trouve dans la mauvaise position de rotation. Si le dessin n'indique pas la tolérance de pointage, l'atelier doit deviner si la broche est guidée à partir d'un trou de bride ou d'un plat usiné, et c'est cette supposition qui produit un lot dimensionnellement parfait et fonctionnellement incorrect.

Le correctif est procédural plutôt que coûteux. Le trou pilote est percé et la broche est entrée à partir de la même référence à partir de laquelle les modèles de bride ont été percés, avec une bague de guidage qui empêche la broche de tourner lorsqu'elle démarre. Le pointage est ensuite vérifié par rapport à un trou de bride sur une jauge, non estimé à l'œil nu.

Un carré abordé a toujours un rayon de coin

Aucune broche ne peut couper un coin interne mathématiquement pointu, car les dents coupantes ont un rayon de coin fini. Les coins d'un carré abordé portent donc un rayon et l'arbre du carré correspondant doit être soulagé pour correspondre. Lorsque ce n'est pas le cas, l'arbre entre en contact avec les méplats et roule sur les rayons des coins au lieu de s'asseoir, ce qui ressemble à une interférence même si la largeur des méplats est correcte.

Le dessin doit indiquer quel rayon de coin est autorisé dans l'alésage et quel dégagement est prévu sur l'arbre. Laisser les deux à l'hypothèse est la façon dont une pièce qui mesure en tolérance est rejetée lors de l'assemblage.

Comment le hub a-t-il été réalisé, étape par étape ?

Étape 1 - Tournez le profilé, les marches et la rainure de retenue en une seule opération

Le profil extérieur, les deux faces de bride, l'arbre étagé et la rainure de retenue sont tournés en une seule configuration avec la pièce maintenue sur l'axe principal. Une configuration maintient les deux brides concentriques l'une par rapport à l'autre et à l'axe de l'alésage, ce dont dépend l'appel de concentricité de la bride de 0,02 mm sur ce dessin.

Étape 2 - Fraiser les modèles de trous de bride dans le même serrage

Les six trous de chaque bride sont fraisés dans le même serrage que le tournage, indexés à partir d'une référence, de sorte que les deux modèles partagent un axe et une référence angulaire. Le perçage des deux brides dans des configurations séparées produit un moyeu dont les trous s'alignent chacun avec le dessin et non les uns avec les autres.

Étape 3 - Percez le trou pilote à la taille attendue par la broche

Le trou pilote est percé au diamètre pour lequel la broche est conçue pour suivre. En le coupant de manière surdimensionnée, chaque dent prend une coupe plus légère que prévu, ce qui permet à la broche de se déplacer au lieu de couper, et l'alésage résultant est plus large à la sortie qu'à l'entrée. Le couper sous-dimensionné surcharge les dents et favorise une forte bavure au niveau de la face de sortie.

Etape 4 - Brocher l'équerre, guidé à partir du repère bride

La broche est introduite via un guide qui maintient sa position angulaire, la pièce étant orientée de manière à ce que les méplats s'adaptent au motif de bride tel que dessiné. C'est l'étape qui fixe définitivement le chronométrage de la pièce, c'est donc l'étape où l'opérateur vérifie la configuration plutôt que la pièce finie.

Étape 5 - Ébavurez le bord de sortie et maintenez le rayon du coin

Le brochage pousse une bavure devant la dernière dent et la bavure s'accumule sur la face de sortie. Le bord de sortie est ébavuré sans casser le chanfrein demandé par le dessin, et les rayons des coins de l'alésage sont vérifiés par rapport au rayon auquel l'arbre d'accouplement est soulagé.

Étape 6 - Anodisation noire pour obtenir un film uniforme

Le moyeu est anodisé noir. Le film se développe à partir de la surface de l'aluminium ainsi qu'à l'intérieur de celle-ci, de sorte que l'alésage et les trous de bride se resserrent légèrement, et la ligne d'anodisation indique quelles dimensions sont importantes pour l'ajustement et lesquelles sont protégées. Une pièce qui s'ajuste avant l'anodisation et qui ne s'ajuste pas après l'anodisation a généralement mal tourné ici plutôt que sur la machine.

Étape 7 - Marquage laser à partir de la même donnée

La marque d'identification est appliquée sur le corps entre les brides, référencée à la même donnée qui définit les motifs d'équerre et de bride, de sorte que la marque atterrit au même endroit par rapport aux méplats de chaque pièce. Sur une surface anodisée noire, c'est le contraste de la marque qui la rend lisible, la marque est donc vérifiée sur la pièce finie plutôt que sur un échantillon avant anodisation.

Étape 8 - Inspectez le carré sur toute sa profondeur et le pointage contre un trou de bride

L'inspection finale couvre la largeur des méplats à trois profondeurs, l'alignement des méplats par rapport au modèle de trou de la bride, la concentricité de la bride, la position de la rainure, le film et la marque. Vérifier le carré uniquement sur la face est la seule habitude d'inspection qui permet à un mauvais lot de quitter l'atelier.

Que mesure le tirage de 1 600 pièces ?

Seize cents moyeux ont été expédiés en 22 jours, et le client n'a signalé aucun montage manuel lors de l'assemblage ni aucune erreur de chronométrage sur la ligne.

Le défaut que nous avons trouvé lors de notre propre essai

L'essai de cinquante pièces a réussi au banc d'inspection et a échoué au niveau de la jauge, et la cause était notre trou pilote.

Chaque pièce d'essai est mesurée à l'intérieur de la bande de largeur sur plats au niveau de la face d'entrée. Lorsque nous avons mesuré les mêmes pièces au niveau de la face de sortie, la largeur était de 0,02 mm, avec une forte bavure sur le bord de sortie. Nous avions percé le trou pilote 0,04 mm au-dessus de la taille pour laquelle la broche était conçue, en partant du principe qu'un trou pilote légèrement plus grand allégerait la charge de coupe et prolongerait la durée de vie de la broche. L'inverse s'est produit : avec moins de matière à enlever, les dents coupaient légèrement, la broche était libre de se déplacer dans l'alésage au lieu d'être guidée par la coupe, et les dernières dents ouvraient l'alésage à la sortie.

Trois changements sont entrés en production. Le diamètre du trou pilote a été épinglé selon les exigences de la broche et vérifié sur la première partie de chaque lot. Une bague de guidage a été ajoutée pour que la broche démarre dans une position angulaire fixe. Et la largeur des méplats a été mesurée à trois profondeurs toutes les 100 pièces, ce qui correspond au contrôle qui aurait permis de détecter la dérive sur les pièces d'essai en une seule mesure.

Entre l'essai et le cycle de production, la conicité à travers l'alésage a disparu et la bavure de sortie n'est plus un problème d'ébavurage.

Trois façons de découper un carré interne, comparées

La règle pratique : le brochage gagne en termes de coût unitaire une fois la forme répétée, le fraisage gagne lorsque la géométrie est encore en train de changer et l'électroérosion gagne lorsque le rayon du coin ou le matériau exclut les deux autres. Sur cette partie, le carré se répète sur chaque pièce, donc la broche s'est rentabilisée dès la première commande.

FAQ

Pourquoi un alésage carré brocheté est-il serré à une extrémité et lâche à l'autre ?

Parce qu’une broche coupe progressivement, dent par dent, dans la profondeur de l’alésage. Si la charge de coupe varie le long de la course, ou si l'outil s'use pendant le travail, ou si le trou pilote n'a pas la taille pour laquelle la broche est conçue, les méplats finissent par avoir une différence de quelques centièmes de millimètre entre la face d'entrée et la face de sortie. Une vérification à l'embouchure de l'alésage ne le montrera pas, c'est pourquoi la largeur des méplats doit être mesurée à plusieurs profondeurs.

Un alésage carré peut-il être fraisé au lieu d'être percé ?

Oui, et pour les prototypes, c'est généralement le cas. Un petit couteau forme les coins et un plus grand dégage les méplats. Cela fonctionne bien lorsque le carré est grand, la quantité est faible ou la géométrie est encore en train de changer, mais le rayon du coin est limité par la plus petite fraise que vous pouvez utiliser, et le coût unitaire reste élevé car chaque pièce suit l'ensemble du parcours de l'outil.

Quel est le rayon d'angle d'un carré abordé ?

Il est défini par le rayon d'angle des dents de la broche et ne peut pas être nul, car un tranchant avec un coin interne pointu échouerait immédiatement. Le dessin doit indiquer le rayon que l'alésage peut porter, et l'arbre carré correspondant doit être soulagé pour correspondre à celui-ci. Lorsque l'arbre reste tranchant, il entre en contact avec les rayons des coins au lieu des méplats et donne l'impression d'un ajustement serré même lorsque la largeur des méplats est correcte.

Comment vérifier la synchronisation d'un alésage carré par rapport aux trous de bride ?

Avec une jauge qui fait référence à un trou de bride et lit la position angulaire des méplats, plutôt qu'à l'œil nu ou en installant un arbre. Cela doit être fait sur chaque pièce, car le chronométrage est fixé par l'entrée de la broche et aucune opération ultérieure ne peut faire tourner l'alésage. Sur cette commande, le contrôle s'effectue sur 100 pour cent des pièces, ainsi que sur l'indice de bride et la concentricité de la bride.

Que mettre sur son dessin ?

Six lignes règlent presque tous les arguments concernant un alésage carré abordé :

1. Donnez la largeur sur les plats avec une tolérance et dites qu'elle s'applique sur toute la profondeur de l'alésage plutôt qu'à la face d'entrée.
2. Donnez le pointage des méplats à un trou de bride nommé, avec une tolérance, et nommez la référence à partir de laquelle il est mesuré.
3. Indiquez le rayon d'angle que l'alésage peut porter et indiquez le relief sur l'arbre d'accouplement.
4. Indiquez la relation de l'alésage avec l'axe de la bride en tant qu'appel de concentricité ou de faux-rond.
5. Indiquez quelles surfaces sont protégées pendant l'anodisation et quel effet le film peut avoir sur l'alésage et les trous des brides.
6. Indiquez où va la marque laser par rapport aux plats, de sorte que la marque et le carré soient définis à partir de la même donnée.

Un moyeu est une pile de caractéristiques qui font toutes référence à un axe et à une position angulaire, et l'alésage carré est la caractéristique qui verrouille la position angulaire en place. Spécifiez correctement le carré et le reste de la pièce est un travail de tournage et de fraisage ordinaire : des brides concentriques, des trous alignés et une marque qui atterrit au même endroit sur chaque pièce.

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