Points clés de l'usinage de filetage d'écrou de haute précision

Les filetages d'écrous de haute précision sont des composants essentiels largement utilisés dans l'aérospatiale, la fabrication automobile, l'instrumentation de précision et d'autres domaines, où leur précision dimensionnelle, la qualité de leur surface et leurs propriétés mécaniques déterminent directement la fiabilité, la stabilité et la durée de vie des équipements assemblés. Contrairement à l'usinage de filetage ordinaire, le traitement de filetage de haute précision nécessite un contrôle strict de chaque maillon, de la sélection des matériaux et du prétraitement au réglage des paramètres de processus, à la sélection des outils et à l'inspection qualité. Cet article développe les points clés de l’usinage de filetage d’écrous de haute précision afin de fournir des références théoriques et pratiques pour la production industrielle.

1. Sélection rationnelle des matériaux et traitement préalable

La sélection des matières premières est la base pour garantir la précision d’usinage et les performances des filetages d’écrous de haute précision. Les matériaux destinés aux écrous de haute précision doivent avoir d'excellentes propriétés mécaniques, une bonne usinabilité et une composition chimique stable pour éviter les défauts tels que les pores internes, les inclusions ou la dureté inégale qui peuvent affecter la formation du filetage. Les matériaux courants comprennent les aciers alliés à haute résistance (par exemple, 40Cr, 35CrMo), les aciers inoxydables (par exemple, 304, 316) et les métaux non ferreux (par exemple, alliages de cuivre, alliages d'aluminium) pour des environnements de travail spéciaux. Pour les écrous utilisés dans des conditions extrêmes (haute température, haute pression, corrosion), les alliages résistants à la chaleur ou à la corrosion sont privilégiés pour garantir la durabilité du filetage.

Le traitement préalable des matériaux est tout aussi important pour éliminer les contraintes internes et améliorer l'usinabilité. Les principales étapes de pré-traitement comprennent : premièrement, un traitement de recuit ou de normalisation pour affiner la structure des grains, réduire la dureté du matériau et éviter la déformation lors de l'usinage du filetage ; deuxièmement, le tournage grossier pour éliminer l'excès de matériau, garantir que la taille du flan est proche du produit fini et réduire la charge de traitement de l'usinage ultérieur du filetage ; troisièmement, le nettoyage de la surface pour éliminer les taches d'huile, la rouille et les couches d'oxyde sur la surface brute, ce qui évite l'usure des outils et assure la stabilité du processus d'usinage.

2. Sélection des processus et équipements d'usinage appropriés

Le choix du processus d'usinage affecte directement la précision et l'efficacité des filetages d'écrous de haute précision. Les processus d'usinage courants pour les filetages de haute précision comprennent le tournage, le fraisage, le taraudage et le meulage, et le processus approprié doit être sélectionné en fonction des spécifications du filetage, des exigences de précision et du lot de production.

Pour les filetages internes de haute précision en petits lots, le tournage CNC ou le fraisage de filetage est préférable. Le tournage CNC présente les avantages d'une précision de positionnement élevée et d'une qualité de traitement stable, et peut obtenir un contrôle précis du pas de filetage, de l'angle d'attaque et du profil grâce à la programmation. Le fraisage de filetage utilise une fraise à filetage pour former des filetages par interpolation en spirale, ce qui convient au traitement de filetages à grand pas et de haute précision et présente une bonne adaptabilité à différents types de filetage. Pour les écrous produits en série, le taraudage (notamment le taraudage CNC) est efficace, mais il est nécessaire de garantir la coaxialité du taraud et de la pièce pour éviter toute déviation du filetage.

La rectification est un processus essentiel pour les filetages d’ultra haute précision (degré de précision supérieur à 6H). Le meulage de filetage utilise une meule pour meuler la surface du filetage, ce qui peut améliorer considérablement la précision dimensionnelle, la rugosité de la surface et la résistance à l'usure du filetage. Cependant, le meulage nécessite un contrôle strict des paramètres de meulage pour éviter les déformations thermiques et les brûlures de surface causées par une température de meulage excessive.

De plus, les performances des équipements d’usinage sont une condition préalable pour garantir un traitement de filetage de haute précision. Des machines-outils CNC avec une précision de positionnement élevée (erreur de positionnement ≤ 0,005 mm) et une bonne stabilité doivent être sélectionnées, et un calibrage et une maintenance réguliers de l'équipement doivent être effectués pour éviter les erreurs causées par l'usure de l'équipement, la déformation du rail de guidage ou le faux-rond de la broche.

3. Optimisation de la sélection des outils et des paramètres d'usinage

Les performances de l'outil et le réglage des paramètres sont des facteurs clés affectant la précision de l'usinage des filetages et la qualité de la surface. Pour l'usinage de filetage de haute précision, les outils doivent avoir une dureté, une résistance à l'usure et une ténacité élevées pour garantir des performances de coupe stables pendant le traitement à long terme.

Pour le tournage des filetages, il est préférable d'utiliser des outils en carbure ou en nitrure de bore cubique (CBN), qui ont une dureté et une résistance à l'usure plus élevées que les outils en acier rapide et conviennent à la coupe à grande vitesse. Pour le fraisage de filetage, des fraises à filetage indexables ou des fraises à filetage en carbure monobloc sont couramment utilisées, et le profil de la dent de la fraise doit être cohérent avec le profil du filetage pour garantir la précision de la section transversale du filetage. Pour le taraudage, les tarauds cannelés en spirale ou les tarauds cannelés droits sont sélectionnés en fonction du matériau de la pièce à usiner ; les tarauds à cannelures hélicoïdales ont de meilleures performances d'élimination des copeaux et conviennent au traitement de matériaux ductiles, tandis que les tarauds à cannelures droites conviennent au traitement de matériaux cassants.

L'optimisation des paramètres d'usinage comprend principalement la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe. Une vitesse de coupe excessivement élevée entraînera une usure accrue de l'outil, une déformation thermique de la pièce et une précision de filetage réduite ; une vitesse de coupe excessivement faible réduira l'efficacité du traitement et affectera la qualité de la surface. La vitesse d'avance doit être cohérente avec le pas du filetage pour éviter les erreurs de pas ; la profondeur de coupe doit être réglée par couches pour réduire la force de coupe, éviter la casse de l'outil et assurer la stabilité de la formation du filetage. De plus, un fluide de coupe approprié doit être sélectionné en fonction du matériau de la pièce et du type d'outil pour jouer les rôles de refroidissement, de lubrification et d'élimination des copeaux, réduire la friction de coupe et la déformation thermique et améliorer la qualité de surface du filetage.

4. Contrôle strict de la précision d'usinage et de la qualité de la surface

L’exigence fondamentale de l’usinage de filetage d’écrous de haute précision est de garantir la précision dimensionnelle et la qualité de la surface. La précision dimensionnelle comprend principalement la précision du pas de filetage, la précision du pas, la précision des diamètres majeurs et mineurs et la précision du profil. Pendant le traitement, une surveillance en temps réel de ces indicateurs doit être effectuée pour éviter les erreurs causées par l'usure de l'outil, la déformation de la pièce ou l'écart des paramètres.

L'erreur de pas et l'erreur de pas sont les principaux facteurs affectant les performances d'ajustement du filetage. Ils peuvent être contrôlés en calibrant le système d'alimentation de la machine-outil, en optimisant les paramètres de coupe et en utilisant des outils de haute précision. Le diamètre majeur et le diamètre mineur du filetage doivent être contrôlés dans la plage de tolérance autorisée pour garantir le jeu d'ajustement entre l'écrou et le boulon. La précision du profil du filetage (par exemple, filetage triangulaire, filetage trapézoïdal) doit être conforme aux exigences de conception pour éviter la concentration de contraintes et améliorer la capacité de charge du filetage.

Les exigences en matière de qualité de surface pour les filetages de haute précision sont généralement élevées (rugosité de surface Ra ≤ 0,8 μm). Pour améliorer la qualité de la surface, il est nécessaire d'éviter les défauts de surface tels que les bavures, les rayures et les brûlures lors du traitement. Les bavures peuvent être éliminées par des processus d'ébavurage (par exemple, ébavurage manuel, ébavurage par ultrasons) après l'usinage du filetage ; les rayures peuvent être évitées en optimisant les parcours d'outils et en améliorant la propreté de l'environnement d'usinage ; les brûlures peuvent être évitées en contrôlant la température de meulage et en sélectionnant le fluide de coupe approprié.

5. Post-traitement complet et inspection de la qualité

Le post-traitement est un maillon important pour améliorer les performances et la fiabilité des filetages d'écrous de haute précision. Les étapes de post-traitement courantes comprennent le traitement thermique et le traitement de surface. Le traitement thermique (par exemple, trempe et revenu, nitruration) peut améliorer la dureté, la ténacité et la résistance à l'usure du filetage, mais il est nécessaire de contrôler les paramètres du traitement thermique pour éviter la déformation du filetage. Le traitement de surface (par exemple, galvanisation, chromage, phosphatation) peut améliorer la résistance à la corrosion du filetage et prolonger sa durée de vie, et l'épaisseur du revêtement de surface doit être contrôlée pour éviter d'affecter la précision de l'ajustement du filetage.

Le contrôle qualité est la garantie finale pour un usinage de filetage de haute précision. Une inspection complète des fils traités doit être effectuée à l’aide d’équipements et de méthodes de test professionnels. Par exemple, des jauges de filetage (jauges à tampon, jauges annulaires) sont utilisées pour détecter rapidement la précision d'ajustement des filetages ; un microscope à outils ou un projecteur optique est utilisé pour détecter la précision du profil, l'erreur de pas et l'erreur d'avance des filetages ; un appareil de mesure de la rugosité de surface est utilisé pour mesurer la rugosité de surface des filetages. Pour les filetages de très haute précision, des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) peuvent être utilisées pour une détection de précision tridimensionnelle afin de garantir que tous les indicateurs répondent aux exigences de conception.

6.Conclusion

L'usinage de filetage d'écrous de haute précision est un projet systématique qui implique plusieurs liens tels que la sélection des matériaux, le prétraitement, la sélection des processus, l'optimisation des outils, le contrôle de précision et l'inspection qualité. Chaque maillon a un impact direct sur la qualité finale de l’usinage et les performances du filetage. Dans la production industrielle, il est nécessaire de formuler des plans de traitement scientifiques et raisonnables en fonction des exigences spécifiques du produit, de contrôler strictement chaque lien de traitement et d'optimiser en permanence la technologie et les paramètres de traitement pour améliorer la précision et l'efficacité du traitement des filetages d'écrous de haute précision et répondre aux besoins d'application de divers équipements haut de gamme.