Comment les arbres de roue affectent les performances de la meuleuse

Les opérations de rectification de précision couvrent toutes les applications qui nécessitent des dimensions avec des tolérances serrées et des exigences d'état de surface à faible Ra, y compris la rectification externe cylindrique (OD), la rectification interne (ID), la rectification de surface et la rectification à avance lente. Les meules pour ces opérations sont généralement des meules conventionnelles en oxyde d'aluminium ou en céramique de différentes formes et tailles, mais des meules superabrasives en diamant et en cBN peuvent également être utilisées, en fonction de l'application.

Une plume de meulage ou un arbre de meule peut également être nécessaire dans ces applications, en tant qu'extension de la broche. Les arbres de roue permettent une plus grande flexibilité dans la configuration de la machine, augmentant souvent la capacité des roues à atteindre différentes caractéristiques de la pièce à usiner. Ils sont hautement personnalisables et présentent des tolérances serrées, de sorte que les arbres de roue bien conçus doivent être rigides et bien équilibrés. Les arbres sont l'un des composants les plus fondamentaux dans la configuration des rectifieuses de précision et, lorsqu'ils sont conçus correctement, ils peuvent s'avérer être une solution rentable pour améliorer les performances de rectification de précision.

Bien que la plupart des ingénieurs comprennent leur importance, rares sont ceux qui sont conscients de l'impact qu'un arbre de roue peut avoir sur l'optimisation du processus de meulage. Lorsqu'ils tentent de corriger un processus de meulage erroné ou cherchent simplement à améliorer les résultats, la plupart des ingénieurs réévaluent les vitesses, le débit, les meules et les matériaux. Dans de nombreuses applications récentes, l'arbre de roue est une source de vibrations souvent négligée qui pourrait contribuer à une mauvaise qualité de la pièce à usiner. Cet article illustre comment les arbres de roue peuvent affecter les performances d'une meuleuse de précision et quelles mesures peuvent être prises pour apporter des améliorations.

Dans les applications de rectification de précision, la rigidité de la machine est essentielle pour des performances et des résultats optimaux. Une rigidité insuffisante peut entraîner des marques de broutage sur la surface des matériaux à meuler. Une machine plus rigide permet des vitesses d'avance plus élevées, ce qui entraîne des temps de cycle réduits et une stabilité améliorée dans la zone de broyage. Cela peut entraîner une augmentation de la durée de vie, de la précision et de la productivité des roues.

Il existe deux types de rigidité pour un composant de machine. La rigidité statique est calculée en N/mm et décrit la rigidité du composant sous des charges quasi statiques. La rigidité dynamique, également calculée en N/mm, relie la rigidité aux effets de l'amortissement et de la masse, et est généralement minime à la fréquence naturelle ou au mode de vibration le plus faible. Ce résultat représente généralement ¼ à ½ de la rigidité statique.

Les principaux composants qui déterminent la rigidité du système de meulage sont la machine, la pièce, le montage et la meule. Mais la rigidité du système dépend de son composant le plus faible, et comme dans certains processus de rectification, l'arbre de la roue doit être plus long pour atteindre les caractéristiques de la pièce, il a tendance à être le maillon le plus faible. Il existe trois principaux facteurs de performance de l'arbre de roue : le matériau, le diamètre et la longueur.

Les arbres de roue ont tendance à être fabriqués à partir de l'un des trois matériaux suivants, selon l'application :

Souvent, les arbres de roue longs sont associés à la rectification intérieure, mais certains processus de rectification extérieure et à alimentation lente ont commencé à utiliser des arbres allongés pour résoudre les problèmes de jeu. Le meulage ID nécessite généralement le rapport longueur/diamètre le plus long. En fonction des jeux des pièces, l'utilisation de meules superabrasives de plus petit diamètre permet l'utilisation d'arbres de plus grand diamètre. Et comme les taux d'usure et la durée de vie des meules superabrasives ont tendance à dépasser ceux des abrasifs conventionnels, la durée de vie globale de la meule par pièce peut rester similaire. Si l'application du liquide de refroidissement limite la longueur optimisée de l'arbre et/ou le diamètre extérieur, une distribution de liquide de refroidissement via la broche ou le montage de pièces peut s'avérer utile.

Les opérateurs et ingénieurs de fabrication expérimentés savent que plus l'arbre est court, meilleure est la mouture, mais ils pourraient être surpris d'apprendre à quel point il est meilleur. Alors que l'on pourrait penser qu'un arbre de 50 mm de long est deux fois plus rigide qu'un arbre de 100 mm, en réalité, la rigidité de l'arbre de roue change de façon exponentielle avec la longueur ou le diamètre extérieur. Augmenter le diamètre extérieur de l'arbre de 10 pour cent augmentera la rigidité statique de 46 pour cent et réduire la longueur de 10 pour cent augmentera la rigidité statique de 37 pour cent. Un arbre en acier avec un arbre de 25 mm de diamètre et 100 mm de long a une rigidité statique de 12 000 N/mm, un arbre de 50 mm de long = 96 000 N/mm, ce qui signifie que l'arbre le plus court est huit fois plus rigide.