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Stream Finishing - l'alternative verte aux procédés accélérés par voie chimique

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Processus à cmparson : traitement des roues dentées hautement chargées pour les aérospaces

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Il existe de nombreuses méthodes et procédés de post-traitement des composants métalliques fabriqués industriellement, avec des avantages et des inconvénients qui varient selon la taille, la géométrie, le matériau et les exigences de finition. Nous examinons quatre procédés bien établis sur le marché pour la finition des roues dentées et les évaluons en termes de santé et de sécurité, d'impact environnemental et de rentabilité

UNE ROUE DENTÉE - DE NOMBREUX DÉFIS DE TRAITEMENT

De nombreuses roues dentées en acier hautement chargées sont produites pour l'industrie aérospatiale. Elles doivent être rectifiées avec un degré de précision extrêmement élevé et trempées à des niveaux supérieurs à 60 HRC. La surface d'une roue dentée est solide et résistante. Pour qu'elle puisse fonctionner ultérieurement de manière sûre et fiable, la structure de la surface doit être irréprochable et extrêmement isotrope, ce qui signifie qu'elle doit être très uniforme dans toutes les directions. Outre une rugosité inférieure à Ra 0,1 µm, la surface de la développante ne doit pas être ondulée ni présenter de rainures de rectification. En outre, les bords des côtés et de la tête de la dent doivent être uniformément arrondis.

TOUTES LES MÉTHODES DE TRAITEMENT NE FONT PAS L'AFFAIRE

Maintenant que nous connaissons les critères, nous devons identifier le processus qui arrive en tête là où cela compte vraiment.

L'une des options est le lissage et l'arrondissage manuel ou mécanique robotisé. Dans ce cas, la qualité du traitement tout au long du cycle de vie de l'outil n'est pas constante, car l'usure progressive de la meule ou de la brosse entraîne une finition de surface de plus en plus imprécise au fil du temps. Les deux méthodes produisent des résultats très inégaux lors de l'usinage de géométries internes, car les outils ne peuvent s'adapter aux différents composants que dans une mesure très limitée et sont difficiles, voire impossibles, à positionner dans les endroits exigus. Les composants présentant des tolérances très étroites mettent à nu les limites de ces méthodes, qui ne peuvent les traiter efficacement

La technologie actuelle privilégie souvent les vibrateurs à auge pour le traitement. L'utilisation de certains liquides de traitement acides peut contribuer à réduire les temps de traitement. Les types de liquides utilisés comprennent des mélanges contenant des sels de phosphate, de l'acide phosphorique, de l'acide oxalique, de l'oxalate de sodium, du sulfate, du bicarbonate de sodium, du chromate, du chromate de sodium, de l'acide chromique et de l'acide sulfurique. La plupart de ces substances sont dangereuses et les employés doivent porter un équipement de protection spécial lorsqu'ils les manipulent. Le chromate (de sodium) et l'acide chromique ont été classés comme des substances extrêmement préoccupantes par le règlement REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) car ils sont cancérigènes, mutagènes et, dans le cas du chromate de sodium, toxiques pour la reproduction. Avec l'acide sulfurique, l'acide oxalique et l'acide phosphorique, ils sont également sensibilisants pour la peau et, dans certains cas, toxiques. C'est pourquoi le Système général harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques (SGH) a répertorié les propriétés suivantes pour la plupart de ces substances :

- Toxicité aiguë

- Dangereux pour l'environnement aquatique

- Divers autres dangers pour la santé

- Irritant pour la peau, corrosif pour le métal et peut provoquer des lésions oculaires graves

Bien que ce procédé puisse répondre à toutes les exigences de finition, le liquide de traitement ne peut généralement être utilisé qu'une seule fois et doit être remplacé une fois le traitement terminé. Cela entraîne une augmentation des coûts d'achat, de neutralisation et d'élimination, ce qui signifie que le procédé est loin d'être rentable. Comme nous l'avons déjà vu, l'utilisation de ces substances dangereuses s'accompagne également de risques pour la santé, la sécurité et l'environnement

Les procédés d'électropolissage à sec sont une autre option disponible sur le marché pour polir les pièces métalliques en une seule opération. Ils utilisent des granulés d'électrolyte pour atteindre et traiter même les géométries intérieures. Cependant, tous les granulés ne sont pas adaptés à la forme de la pièce, et l'électrolyte peut se coincer dans la pièce

L'un des principaux inconvénients de cette méthode d'électropolissage est qu'elle ne peut pas éliminer les ondulations causées par le processus de formation de la rectification, car son niveau d'abrasion est tout simplement trop faible. La durée moyenne du processus varie de 30 minutes à plusieurs heures. De plus, de par la nature du processus, seules les zones exposées peuvent être correctement finies. Les granulés d'électrolyte doivent également être éliminés comme des déchets dangereux lorsqu'ils ont atteint la fin de leur durée de vie donnée, et l'achat de nouveaux granulés pour les remplacer est une charge financière supplémentaire.

FINITION EN FLUX

UNE ALTERNATIVE VERTE

Une chose est sûre : les résultats du Stream Finishing sont comparables à ceux de la finition de masse accélérée chimiquement. Mais la différence essentielle est que le Stream Finishing est un procédé purement mécanique qui n'utilise pas d'acides ou de granulés électrolytes, ce qui rend le post-traitement beaucoup plus rentable.

COMMENT LE STREAM FINISHING OBTIENT-IL D'AUSSI BONS RÉSULTATS ?

Dans le procédé de Stream Finishing, qui a été développé en interne par OTEC, les composants sont serrés dans un support et immergés dans un récipient rotatif rempli d'un abrasif ou d'un produit de polissage. La pièce elle-même tourne également, et le mouvement relatif entre le composant et le milieu produit une finition uniforme sans nécessiter de travail manuel. Ce procédé permet d'obtenir des surfaces très précises avec une rugosité aussi faible que Ra 0,01 µm sur des géométries complexes

Les énormes forces d'usinage utilisées dans le Stream Finishing peuvent enlever de la matière plus rapidement et plus précisément que tout autre type de traitement de surface. Les médias fins utilisés peuvent pénétrer dans les géométries internes et les traiter sans difficulté

ENGRENAGE

ROUES DENTÉES RÉSISTANTES À L'USURE AVEC L'AIMABLE AUTORISATION DE STREAM FINISHING

Un film lubrifiant peut contribuer à réduire l'usure et la friction entre les roues dentées. Au cours de la finition au jet, des vallées de lubrification microscopiques sont produites à la surface de la pièce. Ces vallées sont très bénéfiques car elles peuvent retenir le lubrifiant. Si la surface est trop lisse et plate, le film lubrifiant entre les dents qui s'emboîtent peut se rompre, entraînant le grippage et la défaillance complète de la boîte de vitesses

La finition en continu améliore la qualité globale de la surface des roues dentées en nivelant la surface et en éliminant les pics de rugosité et en usinant les rainures pour produire une surface isotrope et une rugosité convenue en fonction des exigences du client. Il utilise une énergie de friction élevée pour préparer les roues dentées à être utilisées lors de leur rodage ultérieur. En plus de réduire le frottement et l'usure, le processus produit également une couche de cisaillement en modifiant la structure de la surface et en créant une contrainte résiduelle de compression, ce qui est très efficace pour conditionner la roue dentée en vue de son utilisation.

LA FINITION EN CONTINU RÉDUIT LE TAUX DE REJET

Notre procédé Stream Finishing se targue d'une variation extrêmement faible du processus, de l'ordre de 1 µm seulement, soit cinq à dix fois moins que les procédés accélérés chimiquement

C'est une bonne nouvelle pour le processus de production car cela signifie qu'il y a une plus grande marge de manœuvre pour utiliser la plage de tolérance dans le processus de formage en amont de la rectification. Le fait de devoir rejeter des pièces en raison d'une variation élevée au cours du processus de finition appartient désormais au passé. Lorsque les roues dentées doivent être rectifiées avec un degré de précision extrêmement élevé, la réduction du taux de rejet peut permettre d'économiser des dizaines de milliers de dollars par rejet.

EXEMPLE D'APPLICATION POUR UNE ROUE DENTÉE FORTEMENT CHARGÉE

Condition initiale

- Roue dentée en acier trempé, 60+ HRC, rectifiée avec un degré de précision extrêmement élevé

- Rugosité initiale : Ra de 0,19-0,21 µm

- Durée du processus : 20-35 mins

Résultat du traitement

- Surface extrêmement isotrope

- Rugosité finale : Ra 0,042-0,084 µm

- Suppression des stries et des rainures

- Arrondi uniforme des bords

- Très faible variation du processus

- Des vallées de lubrification microscopiques sont produites sur la surface

LES AVANTAGES DE LA FINITION PAR FLUX D'OTEC

- Ébavurage, arrondissement des bords et lissage rapides et efficaces en une seule étape

- Très faible variation du processus (1 µm) par rapport aux autres méthodes (~5-10 µm)

- Fiabilité du processus exceptionnellement élevée obtenue en mélangeant des corps de meulage neufs et réutilisés

- Surface extrêmement isotrope

- Pas de pics de rugosité (Rpk < 0,1 μm) : moins d'usure, pas de rodage nécessaire, durée de vie de l'huile plus longue

- Faible risque de micropitting

- Processus rentable adapté à la recirculation

- Pas d'élimination coûteuse des abrasifs

- Pas de manipulation de produits chimiques dangereux

- Temps de traitement très courts - quatre fois plus rapides que les procédés accélérés chimiquement

Le procédé Stream Finishing convient à une grande variété de composants, y compris ceux présentant des géométries complexes, un poids allant jusqu'à 200 kg et un diamètre allant jusqu'à 650 mm, tels que les disques de turbine, les aubes de turbine, les aubages, les servovalves et les roues dentées pour l'industrie aérospatiale

DÉFINISSEZ VOTRE PROCESSUS AVEC L'AIDE DES EXPERTS D'OTEC PRÄZISIONSFINISH

Notre équipe de spécialistes du centre de finition OTEC est prête à vous aider à définir votre processus - quelles que soient la géométrie, la structure de surface ou les exigences de finition. Travaillez avec nous pour identifier exactement le processus qui convient à votre composant. Prenez rendez-vous dès aujourd'hui pour découvrir un traitement de surface parfait et adapté à votre composant

Pour en savoir plus sur le traitement personnalisé : https://www.otec.de/en/service/sample-processing/

À PROPOS D'OTEC PRÄZISIONSFINISH GMBH

OTEC GmbH Präzisionsfinish fournit une technologie de précision pour obtenir des surfaces parfaites. Les machines OTEC sont utilisées pour le lissage, le polissage, l'arrondi de précision des bords et l'ébavurage sur une variété de pièces, dans le but d'améliorer la qualité de surface. OTEC est présent dans le monde entier et s'appuie sur des partenaires internationaux. L'expertise technique complète d'OTEC, leader du marché, dans le développement de l'interaction parfaite entre la machine et l'abrasif, profite à un large éventail d'industries, notamment l'alimentation, l'outillage, les dispositifs médicaux, la bijouterie, l'automobile et l'aérospatiale.

VOTRE CONTACT CHEZ OTEC PRÄZISIONSFINISH

OTEC Präzisionsfinish GmbH | Heinrich-Hertz-Straße 24 | 75334 Straubenhardt-Conweiler

Tel. + 49 (0) 70 82 - 49 11 20 | Fax + 49 (0) 70 82 - 49 11 29 | Tél

Adrian Kofler | a.kofler@otec.de | https://www.otec.de