Une analyse du processus a été réalisée sur la structure excentrique irrégulière du coude d'équilibrage en forme de Z-, ainsi que sur les difficultés d'usinage en raison de sa grande taille, de sa haute précision et de son incapacité à être serré. Un schéma d'usinage standardisé a été proposé. Un montage de tour spécial a été conçu, adapté à l'usinage de plusieurs modèles et de grands lots de produits, résolvant les problèmes de difficulté d'usinage élevée, de qualité instable et de faible efficacité d'usinage du coude d'équilibrage en forme de Z-.
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Introduction
Le coude d'équilibrage est l'élément central du système de suspension des véhicules spéciaux à chenilles. Il fonctionne en conjonction avec des éléments élastiques tels que l'arbre de torsion et l'amortisseur pour fournir un support élastique à la carrosserie du véhicule et à la roue [1]. Le coude d'équilibrage peut transférer une grande quantité d'énergie d'impact générée par le mouvement de haut en bas de la roue vers l'arbre de torsion, amortir et absorber l'énergie de vibration, réduire la force d'impact sur la carrosserie du véhicule, améliorer le confort des passagers, réduire les dommages aux composants et assurer la stabilité et la maniabilité du véhicule lors de la conduite sur des routes accidentées [2]. L'ensemble coude d'équilibrage général comprend un arbre cannelé, un coude d'équilibrage et un arbre de roue. Le coude d'équilibre en forme de Z- est un coude d'équilibre intégré qui combine les trois composants. Le coude d'équilibrage intégré présente les caractéristiques d'une maniabilité élevée, d'une fiabilité élevée et d'un poids léger, et est largement utilisé dans les véhicules spéciaux modernes [3]. 02
Analyse de la structure et des défis d'usinage du coude d'équilibre en forme de Z-
La structure du coude d'équilibrage en forme de Z-, comme le montre la figure 1, est une structure excentrique de forme irrégulière. Il est de grande taille et lourd, nécessitant un taux d'enlèvement de matière élevé, une précision dimensionnelle et de positionnement élevée, ainsi qu'un long cycle d'usinage avec de nombreux processus. Il implique divers équipements et métiers, notamment des aléseuses horizontales, des tours CNC, des centres d'usinage, des machines à brocher et des machines d'électroérosion à fil. Lors de la production précédente, de nombreux problèmes ont été exposés à chaque étape du processus, tels que des dimensions hors tolérance du cercle extérieur de l'arbre, un désalignement entre le trou cannelé et le cercle extérieur, un non-parallélisme entre les axes du grand arbre (arbre cannelé) et du petit arbre (arbre de la roue de charge), une rugosité de surface inférieure aux normes, un temps de cycle de processus déséquilibré et une faible efficacité d'usinage, affectant sérieusement la qualité du produit et le calendrier de livraison.
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Schéma de processus
Processus d'usinage du coude d'équilibrage en forme de Z : alésage d'ébauche de la face d'extrémité et du trou intérieur → tournage grossier du grand arbre → tournage grossier du petit arbre → finition de l'alésage de la face d'extrémité et du trou intérieur → finition du tournage du grand arbre → finition du tournage du petit arbre → fraisage de la forme extérieure et perçage → brochage (cannelure EDM à fil). L'ébauche du produit est une pièce forgéee. Lors de l'ébauche et de la finition des grands et petits arbres, un tour spécial avec contrepoids est nécessaire. Ce dispositif équilibre la force centrifuge générée lors de la rotation de la pièce, réduisant ainsi les vibrations et augmentant la vitesse de broche, améliorant ainsi efficacement la précision d'usinage du produit et la vitesse de coupe.
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Processus d'usinage
(1) Alésage grossier des faces d'extrémité et des trous intérieurs : une aléseuse horizontale CNC est utilisée. Une marge de 2 mm est laissée de chaque côté pour les faces d'extrémité et les trous intérieurs. La fonction principale de ce processus est d'éliminer rapidement une grande quantité de matériau et de créer des trous centraux pour les diamètres extérieurs bruts-usinés des grands et petits arbres. L'aléseuse horizontale CNC dispose d'une table de travail rotative à 360 degrés, permettant un usinage universel dans le plan XOY en une seule configuration. Il peut usiner quatre faces d'extrémité et trous intérieurs à la fois, garantissant que les trous centraux du processus aux deux extrémités des grands et petits arbres sont coaxiaux et que les lignes centrales des grands et petits arbres sont parallèles. L'alésage grossier des faces d'extrémité et des trous intérieurs est illustré à la figure 2, où la ligne continue épaisse représente la surface usinée.
Figure 2. Alésage grossier de la face d'extrémité et du trou intérieur
(2) Tournage grossier du grand arbre : L'usinage est effectué sur un tour CNC, avec une surépaisseur de 1,5 mm de chaque côté du diamètre extérieur. La fonction principale de ce processus est d'éliminer rapidement une grande quantité de matière et de créer une référence de processus pour l'alésage de finition de la face d'extrémité et du trou intérieur. Étant donné que le centre de gravité du coude d'équilibrage en forme de Z- se déplace du centre de rotation pendant le tournage, un dispositif de tour spécial avec contrepoids est nécessaire pour équilibrer la force centrifuge, réduire les vibrations et augmenter la vitesse de broche. Le tournage grossier du grand arbre est illustré à la figure 3.
Figure 3. Tournage grossier du grand arbre
(3) Tournage grossier du petit arbre : L'usinage est effectué sur un tour CNC, avec une tolérance de 1,5 mm de chaque côté du diamètre extérieur et de la face d'extrémité. La fonction principale de ce processus est d’éliminer rapidement une grande quantité de matière et de libérer les contraintes d’usinage. Le tournage grossier du petit arbre est illustré à la figure 4. Après le tournage grossier, les grands et petits arbres ont des diamètres extérieurs réguliers. La pince en forme d'AV- est utilisée pour une finition plus stable lors de l'alésage de finition.
Figure 4. Tournage grossier du petit arbre
(4) Finition de l'alésage de la face d'extrémité et du trou intérieur : ceci est effectué à l'aide d'une aléseuse horizontale CNC, avec le tournage grossier du diamètre extérieur du grand arbre comme référence de processus et référence de serrage. La fonction principale de ce processus est d'usiner les quatre faces d'extrémité et le trou intérieur du produit à la taille finie, garantissant ainsi la précision dimensionnelle et la rugosité de la surface, tout en créant également un chanfrein pour le tournage de finition des diamètres extérieurs des grands et petits arbres. L'alésage de finition de la face d'extrémité et du trou intérieur est illustré à la figure 5, où la ligne continue épaisse représente la surface usinée au cours de ce processus.
Figure 5. Terminer l'alésage de la face d'extrémité et du trou intérieur
(5) Finition du tournage du grand arbre : ceci est effectué à l'aide d'un tour CNC, usinant le diamètre extérieur à la taille finie, garantissant ainsi la précision dimensionnelle, la précision géométrique et la rugosité de la surface. Ce processus utilise le chanfrein créé lors de l'alésage de finition du trou intérieur comme référence de serrage, garantissant la coaxialité du diamètre extérieur et du trou intérieur du grand arbre. Le tournage final du grand arbre est illustré à la figure 6.
Figure 6. Tournage de précision de l'arbre principal
(6) Tournage de précision du petit arbre : à l'aide d'un tour CNC, le diamètre extérieur est usiné à la taille finie, garantissant ainsi la précision dimensionnelle, la précision géométrique et la rugosité de la surface. Ce processus utilise le chanfrein réalisé lors de l'alésage de précision du trou intérieur comme référence de serrage et de positionnement, assurant la coaxialité du diamètre extérieur du petit arbre et du trou intérieur, ainsi que le parallélisme des lignes centrales du petit arbre et de l'arbre principal. Le tournage de précision du petit arbre est illustré à la figure 7.
Figure 7. Tournage de précision du petit arbre
(7) Fraisage de la forme extérieure et perçage : à l'aide d'un centre d'usinage vertical, la forme extérieure du produit est usinée dans la position souhaitée et des trous pour chevilles sont percés. Le fraisage de la forme extérieure et le perçage sont illustrés sur la figure 8, où les lignes pleines épaisses représentent les surfaces usinées au cours de ce processus.
Figure 8. Fraisage de la forme extérieure et perçage
(8) Brochage de la cannelure (spline EDM à fil) : Lorsque le lot de produits est important, ce processus est généralement effectué à l'aide d'une machine à brocher avec un outil de brochage, garantissant l'efficacité de la production et la cohérence des dimensions des trous de cannelure. Lorsqu'une broche n'est pas disponible et que la taille du lot est petite, ce processus peut être effectué à l'aide d'une machine d'électroérosion à fil. Le diamètre extérieur de l'arbre principal sert de référence de serrage et de positionnement, assurant la coaxialité du trou cannelé avec le diamètre extérieur de l'arbre principal. La spline abordée (spline EDM à fil-) est illustrée à la figure 9, où la ligne continue épaisse représente la surface usinée au cours de ce processus.
Figure 9 : Spline brochetée (spline EDM à fil-)
À ce stade, le produit coude d'équilibrage en forme de Z - a terminé tous les processus d'usinage. Les processus ultérieurs incluent la détection des défauts et le traitement de surface.
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Fixation de tour dédiée
Le dispositif de tour dédié comprend des composants tels qu'une bride, un châssis, un corps de support, un centre, un contrepoids et des boulons de fixation [4, 5].
La bride sert de composant de connexion entre le tour et le luminaire. Une bride standard est généralement utilisée. Une extrémité se connecte à la broche du tour CNC via un trou conique, et l'autre extrémité se connecte au châssis via un bossage de positionnement, garantissant que le centre de rotation du dispositif de tour est aligné avec la broche du tour.
Le châssis, servant de base au montage du tour, présente une rainure circulaire allongée. Un corps de support et deux contrepoids y sont fixés, et cette répartition de la masse en trois-points assure une rotation plus fluide de la pièce pendant l'usinage, réduisant ainsi les vibrations et améliorant la précision cylindrique externe et la qualité de surface du produit.
Le corps de support, soudé au châssis, présente également une rainure circulaire allongée dont les dimensions correspondent à celles de la rainure du châssis. Cette rainure a deux objectifs : réduire le poids total du dispositif de tour et empêcher les interférences entre l'axe de non-usinage -du coude d'équilibrage en forme de Z- et le dispositif de tour. Plusieurs jeux de boulons de fixation sont situés aux deux extrémités de la rainure pour fixer l'axe de non--usinage du coude d'équilibrage en forme de Z-. La conception de la rainure circulaire allongée permet l'usinage de coudes d'équilibrage en forme de Z-de différentes tailles et modèles à l'aide de ce support de tour, obtenant ainsi une fonctionnalité polyvalente-.
Le centre et la butée de positionnement du corps support sont emboîtés et soudés au corps support. Pendant l'usinage, le centre et le centre de la contre-pointe du tour soutiennent respectivement les deux extrémités de l'axe d'usinage du coude d'équilibrage en forme de Z-, obtenant ainsi une configuration de serrage à double-centre. Pour garantir que la surface du cône de positionnement du centre est coaxiale à la broche du tour, la surface du cône de positionnement du centre doit être usinée avec précision-sur un tour après que le montage du tour soit soudé ensemble. Le contrepoids se compose de plusieurs plaques de contrepoids en forme d'éventail-. Le nombre de plaques de contrepoids peut être ajusté pour équilibrer la force centrifuge générée lors de l'usinage de différents modèles de coudes d'équilibrage en forme de Z-. Les deux contrepoids sont répartis uniformément à 120 degrés par rapport au centre de gravité du support, assurant ainsi mieux l'équilibre dynamique lors de l'usinage du produit.
Pour permettre l'usinage de coudes d'équilibrage en forme de Z-de différentes tailles, plusieurs jeux de boulons de fixation sont installés des deux côtés de la longue rainure ovale du corps de support. Les positions de serrage des boulons de fixation sont illustrées à la figure 10. La ligne médiane de chaque jeu de boulons de fixation est supérieure à la distance H entre le centre du cercle extérieur de l'axe non -usiné du coude d'équilibrage en forme de Z-. Cette méthode de serrage garantit que la force de serrage des boulons de fixation sur le coude d'équilibrage en forme de Z- est opposée à la force centrifuge, réduisant ainsi efficacement la force centrifuge générée lorsque la pièce tourne. Les états de serrage pour l'usinage de petits arbres et de grands arbres sont représentés respectivement sur les figures 11 et 12.
Figure 10. Schéma de principe de la position de serrage des boulons de fixation
Figure 11. État de serrage lors de l'usinage du petit arbre
Figure 12. État de serrage lors de l'usinage du grand arbre
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Vérification des résultats d'usinage
Actuellement, ce processus d'usinage de coude d'équilibrage en forme de Z et ce dispositif de tour dédié sont appliqués à la chaîne de production depuis plus d'un an. Plusieurs modèles et grands lots de produits de coudes d'équilibrage en forme de Z- sont usinés à l'aide de ce processus, ce qui entraîne une qualité de produit stable et fiable et une efficacité d'usinage considérablement améliorée. Cela vérifie pleinement la faisabilité et l’efficacité du processus et du montage de tour dédié. Une photographie de certaines étapes d'usinage du coude d'équilibrage en forme de Z- est présentée à la figure 13.
a) Alésage grossier de la face d'extrémité et du trou intérieur
b) Tournage grossier de l'arbre principal
c) Terminer l'alésage de la face d'extrémité et du trou intérieur
Figure 13 : Photos réelles du processus d'usinage du coude d'équilibrage en forme de Z-
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Conclusion
Le processus d'usinage et le montage de tour spécial pour le coude d'équilibrage en forme de Z- proposés dans cet article sont applicables à l'usinage de divers modèles de produits de coude d'équilibrage en forme de Z-, quel que soit le matériau du produit ou le type d'ébauche. Il fournit un processus complet et une approche de serrage pour ce type de produit, résolvant les problèmes de difficulté d'usinage élevée, d'incapacité de serrage, de qualité de produit instable et de faible efficacité d'usinage causés par la structure excentrique irrégulière, la grande taille, le poids élevé et les exigences de haute précision du coude d'équilibrage en forme de Z-. La vérification sur le terrain montre que ce processus d'usinage peut garantir que les produits coudés d'équilibrage en forme de Z- répondent aux exigences de précision de conception, réduisent les difficultés d'usinage et améliorent la cohérence de la qualité du produit et l'efficacité de l'usinage.
