Méthodes efficaces pour prévenir la déformation des composants de tuyaux à paroi mince lors de la fabrication

 

Dans la production réelle, il est courant de rencontrer le traitement de raccords de tuyauterie à paroi mince de différentes formes et tailles, sujets à la déformation pendant le traitement. Il est crucial d’explorer des méthodes pour prévenir la déformation, en garantissant que les pièces répondent aux exigences dimensionnelles et de stabilité. Les composants à parois minces présentent un défi dans les processus de tournage et de fraisage, principalement en raison de leur faible rigidité et résistance. Pendant le traitement, ils sont très sensibles à la déformation, ce qui augmente les erreurs de forme et dimensionnelles, ce qui rend difficile la garantie d'une qualité constante des pièces.

 

 

I Principaux facteurs affectant la précision des pièces de tuyaux à paroi mince

 

1. Susceptibilité à la déformation due à la force

Les pièces à parois minces sont très sujettes à la déformation sous l'effet des forces de serrage, ce qui affecte à la fois leur précision dimensionnelle et leur forme. Par exemple, lorsque vous utilisez un mandrin à trois mors pour serrer le diamètre extérieur tout en traitant le diamètre intérieur, le diamètre extérieur peut légèrement se déformer en une forme triangulaire en raison de la force de serrage. Bien qu'un trou cylindrique soit produit, lors du relâchement du mandrin, le diamètre extérieur reprend sa forme cylindrique, tandis que le trou intérieur prend la forme d'un arc ou d'un triangle.

 

2. Déformation induite par la chaleur

La chaleur de coupe peut provoquer une déformation thermique de la pièce, rendant difficile le contrôle de ses dimensions. Les composants métalliques à parois minces, en particulier ceux présentant des coefficients de dilatation linéaire élevés, sont particulièrement sensibles à la déformation thermique induite par la chaleur de découpe, ce qui a un impact significatif sur leur précision dimensionnelle.

 

3. Déformation induite par les vibrations

Sous l’effet des forces de coupe, les composants radiaux peuvent faire plier la pièce. Si la surface extérieure de la pièce présente des caractéristiques telles que des rainures ou des encoches, l'outil de coupe peut subir des forces inégales, entraînant des vibrations. Cette vibration peut avoir un impact négatif sur la précision dimensionnelle, la forme et le positionnement de la pièce, ainsi que sur la rugosité de sa surface.

 

 

II Méthodes pour réduire et prévenir la déformation des pièces à paroi mince

 

1. Utilisation de dispositifs de serrage axiaux

Lors du tournage et du fraisage de pièces à parois minces, il est conseillé d'utiliser un serrage axial plutôt qu'un serrage radial. La méthode de serrage axial, qui utilise un manchon de serrage axial (manchon fileté), garantit que les forces de serrage sont réparties le long de l'axe de la pièce. La rigidité axiale de la pièce étant plus élevée, cette méthode réduit le risque de déformation.

 

2. Augmentation de la zone de contact de serrage

L'utilisation de manchons fendus ou de mâchoires souples spécialement conçues augmente la surface de contact, ce qui permet de répartir uniformément la force de serrage sur la pièce à usiner. Cela réduit le risque de déformation localisée lors du serrage.

 

3. Optimisation de la géométrie et des paramètres de coupe des outils de coupe

Pour minimiser les forces de coupe et la chaleur, il est essentiel de sélectionner soigneusement la géométrie des outils de coupe et les paramètres de coupe. Des forces de coupe et une chaleur moindres réduiront le risque de déformation.

 

4. Application adéquate des liquides de coupe

La coupe génère de la chaleur, qui est principalement concentrée dans les copeaux et l'outil de coupe. Les liquides de coupe jouent un rôle crucial dans le refroidissement, la lubrification, l'élimination des copeaux et la prévention de la rouille. En appliquant correctement les fluides de coupe, la température de coupe peut être réduite, empêchant ainsi la déformation thermique de la pièce.

 

5. Ajout de nervures de processus

Certaines pièces à paroi mince comportent des nervures de traitement spécialement conçues au niveau des points de serrage pour améliorer la rigidité. La force de serrage est appliquée sur ces nervures, réduisant ainsi la déformation. Après l'usinage, les nervures de processus peuvent être retirées.

 

 

Étude de cas III : Application de la force axiale pour le tournage et le fraisage de pièces à parois minces

 

1. Analyse de la difficulté des pièces à parois minces

Le matériau de choix est l'aluminium dur 2A12T4 et un matériau brut cylindrique creux est utilisé. La cavité interne nécessite un fraisage sur quatre côtés et la paroi extérieure comporte quatre grands trous (Φ26 mm), ainsi que des trous de vis et des trous filetés liés à l'assemblage. Le diamètre extérieur maximum est de 180 mm ±0,05 mm et l'épaisseur de paroi minimale est de 3 mm. La déformation de la rondeur ne doit pas dépasser 0,15 mm. En plus des défis de déformation inhérents aux pièces à paroi mince, cette pièce nécessite également le traitement de quatre côtés internes et de trous sur le diamètre extérieur, ce qui entraîne des épaisseurs de paroi inégales et asymétriques qui augmentent la déformation. Un positionnement précis est nécessaire pour garantir la précision des caractéristiques internes et externes.

 

▲ à paroi mince parties

 

2. Itinéraire du processus de pré-amélioration

1). Tournez le diamètre intérieur, tournez grossièrement le diamètre extérieur à l'aide d'un mandrin à trois mors et laissez une marge de 1 mm des deux côtés pour les diamètres intérieur et extérieur.

2). Utilisez un centre d'usinage pour fraiser grossièrement la cavité interne avec une tolérance de 1 mm de chaque côté, et alignez les faces internes pour fraiser grossièrement quatre grands trous de Φ26 avec une tolérance de 2 mm.

3). Traitement anti-stress.

4). Sur le tour, effectuez un fraisage d'ébauche secondaire de la marche intérieure avec une surépaisseur de 0,5 mm de chaque côté et du diamètre extérieur avec une surépaisseur de 0,5 mm.

5). Utilisez le centre d'usinage pour fraiser l'ébauche secondaire de la cavité interne avec une tolérance de 0,5 mm.

6). Traitement anti-stress.

7). Sur le tour, aplatissez les deux faces d'extrémité à la dimension, effectuez un tournage semi-fini du diamètre intérieur et terminez le tournage à la dimension finale.

8). Utilisez le centre d'usinage pour finir de fraiser la cavité interne à la bonne dimension.

9). Sur le tour, terminez de tourner le diamètre extérieur à la bonne taille.

10). Finissez de fraiser tous les trous et caractéristiques extérieurs sur le centre d'usinage.

 

3. Problèmes liés au processus de pré-amélioration

1). Le dispositif utilisé pour le fraisage d'ébauche et de finition de la cavité interne était un dispositif à manchon fendu serré avec un mandrin à trois mors. Cette configuration provoque une force radiale sur la pièce, entraînant une déformation due à la faible rigidité des composants à paroi mince. La pièce, lors de l'usinage, a tendance à se déformer en une forme triangulaire. La force de serrage était ajustée pendant le fraisage grossier pour relâcher la contrainte, mais cela rendait la pièce instable, entraînant un mouvement ou une inclinaison pendant l'usinage. Le parcours d'outil a dû être ralenti, prolongeant ainsi les cycles de production.

 

2). Pour le tournage interne, des mâchoires souples spécialisées en laiton ont été utilisées pour serrer le diamètre extérieur afin de tourner le diamètre intérieur, mais une déformation se produisait toujours lors du serrage et du relâchement de la pièce, en raison de la tendance de la pièce à absorber la chaleur de coupe et à libérer les contraintes internes. Les diamètres interne et externe se déplaceraient une fois la pièce retirée, ce qui rendrait difficile le contrôle de la déformation.

 

3). Pour la finition des trous et rainures extérieurs, un support à deux points a été utilisé, avec une force de serrage fournie par des boulons. Cependant, la paroi mince et la faible rigidité provoquaient des vibrations, notamment lors du perçage, affectant la précision.

 

4. Analyse du flux de processus post-amélioration

1) Utilisez un mandrin à trois mors sur le tour pour serrer à l'envers le diamètre intérieur, effectuez un tournage grossier sur le diamètre extérieur, puis resserrez le diamètre extérieur pour tourner grossièrement le diamètre intérieur.

2) Utilisez un centre d'usinage pour fraiser grossièrement le carré de la cavité interne et fraiser quatre grands trous avec une marge de 1 mm de chaque côté.

3) Effectuez un traitement anti-stress.

4) Utilisez le tour pour aplatir les deux faces d'extrémité, laissez une marge de 0,5 mm sur le diamètre extérieur et semi-finissez le diamètre intérieur.

5) Effectuez un traitement anti-stress.

6). Utilisez le tour pour finir les deux faces d'extrémité et le diamètre intérieur jusqu'à la taille finale.

7) Utilisez le centre d'usinage pour fraiser avec précision la forme de la cavité interne.

8) Sur le tour, terminez de tourner le diamètre extérieur pour répondre aux exigences de rondeur et de dimension.

9) Utilisez le centre d’usinage pour fraiser avec précision toutes les caractéristiques externes.

 

5. Principales méthodes de traitement et résultats obtenus après amélioration

 

1) Fraisage grossier de la cavité interne

Le processus de fraisage grossier de la cavité interne ne diffère pas de la méthode de pré-amélioration. Un dispositif à manchon fendu est utilisé pour serrer le diamètre extérieur, tandis qu'un mandrin à trois mors maintient le dispositif pour fraiser les éléments carrés internes. Pour le fraisage grossier des trous externes, une grande mâchoire souple spéciale est utilisée pour serrer l'extrémité droite du diamètre extérieur de la pièce, en l'alignant avec la forme carrée interne à gauche. Lors du fraisage de précision de la cavité interne, la conception de montage suivante (Figure 2 et Figure 3) est utilisée :

 

▲ fraisage de précision du luminaire

 

▲ fraisage de précision

 

Remarque:

1. Bouchon en spirale– Le capuchon en spirale s'enfile dans la partie bleu clair à l'extrémité supérieure du luminaire, fixant et comprimant la partie supérieure de la pièce. Le diamètre du trou traversant du capuchon en spirale est 2 mm plus grand que le diamètre interne de la pièce, avec une épaisseur de paroi de la pièce de 3 mm, créant une surface de contact de compression de 2 mm de large. Cette conception n'interfère pas avec la capacité de l'outil de coupe à façonner la cavité interne de la pièce.

 

2. Anneau de support supérieur– La paroi bleue extérieure de l'anneau de support s'aligne avec la section bleue supérieure du luminaire, tandis que la paroi intérieure s'adapte au diamètre extérieur de la pièce. Cela empêche tout mouvement dans toutes les directions (gauche, droite, avant, arrière) de l'extrémité supérieure de la pièce et garantit un positionnement précis, garantissant que le centre de rotation de la pièce reste cohérent avec chaque configuration.

 

3. Pièce– La pièce à usiner.

 

4. Corps du luminaire(Figure 3) – L'extrémité intérieure inférieure du corps du luminaire comporte une rainure circulaire étagée de 15 mm de profondeur qui s'adapte au diamètre extérieur inférieur de la pièce. La section centrale violette est constituée d'un matériau en caoutchouc noir qui s'adapte à l'espace entre le support et la paroi extérieure de la pièce pour éviter les vibrations et les vibrations pendant l'usinage.

 

5. Petit bloc d'arrêt– Cette partie est l’élément clé du luminaire. Il s'engage dans les trous de rainure externes du corps du luminaire, la partie saillante touchant la paroi interne du cercle Φ26 de la pièce. Cela bloque la pièce et limite sa rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Le bloc d'arrêt joue également un rôle crucial dans l'alignement. Étant donné que l'outil tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, la pièce à usiner est soumise à une force dans le sens des aiguilles d'une montre, que le bloc d'arrêt neutralise. Le trou de vis et le trou fileté du corps du luminaire fixent fermement le bloc d'arrêt, empêchant ainsi les vibrations ou les déplacements pendant le traitement. L'interaction entre le petit bloc d'arrêt et la paroi interne du cercle Φ26 de la pièce est illustrée à la figure 4.

 

▲ interaction

 

Effet obtenu :

 

Ce dispositif ne nécessite qu'une force de serrage axiale minimale de la part du capuchon en spirale pour restreindre complètement les six degrés de liberté de la pièce. Cela garantit que la pièce à usiner n'est pas déformée par les forces radiales. De plus, le petit bloc d'arrêt lui-même facilite le positionnement et l'alignement, jouant un rôle essentiel en empêchant la pièce de tourner. La pièce à usiner est solidement positionnée dans le luminaire, avec un anneau de support en place pour la stabilité, un matériau en caoutchouc au milieu pour l'amortissement des vibrations et une rainure circulaire étagée de 15 mm de profondeur en bas pour le positionnement. La rigidité du système est améliorée, ce qui permet des paramètres de coupe nettement plus élevés, améliorant ainsi l'efficacité globale de la production. Avant l'amélioration, ce processus nécessitait 30 minutes ; après l'amélioration, le temps de traitement a été réduit à 15 minutes. De plus, ce dispositif peut également être utilisé lors du tournage de précision de la cavité interne, réduisant ainsi les coûts de production globaux.

 

2) Tournage grossier et final de la cavité intérieure

Le montage conçu pour le tournage d'ébauche et de finition de la cavité interne suit le même principe que le fraisage de précision de la cavité interne. Cependant, le petit bloc d'arrêt ne sert qu'à limiter la rotation de la pièce, comme le montre la figure 5.

 

▲ Tournage d'ébauche et de finition de la cavité intérieure

 

La pièce à usiner est serrée axialement par le capuchon en spirale, empêchant ainsi la déformation due aux forces de serrage. Lors du tournage du trou intérieur, la pièce reste presque entièrement libre, garantissant ainsi que le trou usiné répond aux spécifications techniques requises. Avant cette amélioration, pour réduire la force de serrage radiale et éviter la déformation, la force de serrage devait être minimisée, ce qui réduisait également les paramètres de coupe. Après l'amélioration, il n'y a plus lieu de s'inquiéter de la déformation du serrage, ce qui permet des paramètres de coupe plus élevés et une efficacité de production accrue. Le temps de traitement est passé de 35 minutes à 25 minutes.

 

3) Fraisage de précision des trous dans les murs externes

 

▲ Fraisage de précision

 

Le montage pour le fraisage de précision des trous dans les murs extérieurs est illustré à la figure 6. La conception du luminaire se concentre sur le corps principal du luminaire à l'extrême droite :

 

Conception du luminaire : le corps du luminaire est fixé et aligné sur la table rotative à quatre axes. Les trous de base et les fentes d'entrée pré-usinés empêchent l'interférence de l'outil pendant l'usinage. La section violet clair du luminaire s'aligne avec le trou interne de droite de la pièce, tandis que le côté gauche s'adapte à la forme carrée interne de la pièce, assurant l'alignement et empêchant la rotation. Après avoir installé les capuchons supérieur et spiralé, le dispositif positionne la pièce en toute sécurité, éliminant ainsi le besoin de repositionnement. Le dispositif permet un jeu d'environ 0,03 mm entre le dispositif et la pièce à usiner pour tenir compte d'une légère déformation de la pièce et garantir un retrait facile.

 

Effet : Pendant l'usinage, la pièce reste stable et il n'y a aucune vibration indésirable, ce qui permet des paramètres de coupe plus élevés et une précision améliorée. Par rapport au montage précédent, cette conception réduit considérablement le temps de configuration, améliorant ainsi la rigidité du système et garantissant que la pièce reste stable pendant le traitement. En conséquence, le temps total d'usinage a été réduit de 55 minutes à 35 minutes.