Un seul outil, un seul montage
Lorsque le fournisseur précédent s'est retiré, le client n'avait qu'une seule option : trouver un partenaire qui ne se contenterait pas de copier ce qui existait déjà, mais qui repenserait l'application. Pour EMCO Gears, une entreprise familiale profondément ancrée dans les domaines de la précision, du sport automobile et de la haute technologie, c’était précisément ce qui la motivait. En collaboration avec son partenaire outilleur HORN USA, une approche de fabrication moderne a été développée pour un jeu d’engrenages coniques exigeant, présentant une géométrie inhabituelle. La conception, l’outillage, l’usinage cinq axes et la métrologie sont parfaitement intégrés – et démontrent comment les engrenages peuvent être fabriqués de manière efficace, reproductible et avec une technologie à l’épreuve du temps.
EMCO Gears est une entreprise familiale qui dispose de deux sites : un site dédié à l'ingénierie et à la fabrication à Elk Grove Village, dans l'Illinois, et un second site à Indianapolis, dans l'Illinois, qui assure les services liés à la course automobile et les ventes. EMCO est au service des secteurs du sport automobile, de la défense, de l’aérospatiale et de l’industrie, avec un objectif commun : la fourniture de pièces de haute technicité pour lesquelles le choix des matériaux, le traitement thermique et la stratégie de fabrication sont aussi importants que les spécifications de conception. Pour cette application, EMCO a été sollicitée pour fabriquer un jeu d’engrenages coniques pour un client dont l’ancien fournisseur avait cessé de produire ces pièces. EMCO a accepté à une condition : le jeu d’engrenages devait être fabriqué selon une approche moderne.
Un jeu d'engrenages coniques à 60 degrés
Le jeu d'engrenages est utilisé dans un ensemble de prise de force (PTO). Généralement, les applications à engrenages coniques présentent une transmission de puissance à 90 degrés, mais ce projet nécessitait une conception à 60 degrés. Cette différence a une incidence sur la géométrie des engrenages, le rapport de contact et le processus de fabrication requis pour atteindre ces objectifs.
Les modifications du profil, de la position ou de la stabilité des éléments du jeu d'engrenages se traduisent rapidement par du bruit, de la chaleur, de l'usure ou une défaillance prématurée. La marge d'erreur étant très faible, la répétabilité est essentielle.
L’engrenage est fabriqué en SAE 9310/14NiCrMo 13-4 (1.6657), un alliage d’acier à haute teneur en nickel et en chrome offrant une bonne résistance mécanique et une bonne trempabilité. Après la cémentation, l’engrenage présente une surface trempée tandis que le cœur reste tenace. Cela permet d’allier une résistance superficielle et une ténacité sous-jacente adaptées aux cycles de service exigeants.
Au-delà des limites des procédés traditionnels de fabrication d'engrenages coniques
Une fois le diamètre de la fraise choisi, le développement peut souvent être limité par cet outil spécifique. EMCO s’était fixé un objectif différent. L’équipe souhaitait disposer de la liberté de concevoir la forme de denture requise, puis de la réaliser sur une machine à cinq axes à l’aide d’un outil capable d’usiner les deux faces du profil de denture en un seul passage. La solution retenue repose sur un outil de fraisage pour engrenages coniques spécialement développé pour la stratégie à cinq axes d’EMCO. « Auparavant », explique M. Wolfe, « il fallait utiliser quatre outils spéciaux. Nous pouvons désormais réaliser le profil de dent avec un seul outil spécial. » La mise en œuvre a été rapide, car HORN connaissait déjà l’interface de broche d’EMCO sur la machine à cinq axes DMG. Pour les plaquettes amovibles, HORN est parti d’une forme de profil éprouvée et l’a modifiée afin d’obtenir l’arête de coupe requise.
Le flux de travail chez EMCO combine conception, production et mesure. L’équipe fraise les engrenages, vérifie la topographie sur une machine à mesurer tridimensionnelle Zeiss et met à jour le programme si nécessaire. L’avantage réside dans le fait que des ajustements dimensionnels des dents peuvent être effectués sans changer d’outils.
De 8 heures à 15 minutes
Avant l'introduction de la fraise HORN, les engrenages hélicoïdaux étaient fabriqués à l'aide de petites fraises et de paramètres de coupe prudents, l'usinage d'un seul engrenage nécessitant environ 8 heures de temps-machine. Grâce à ce nouveau procédé, le fraisage des dents ne prend désormais qu’environ 15 minutes, suivies des contrôles métrologiques et des mises à jour de programme éventuellement nécessaires. M. Wolfe souligne que la mise en œuvre dépend de paramètres de départ réalistes. Il décrit les données de coupe recommandées par HORN comme pratiques et précises, ce qui favorise une production stable.
Système de brochage à rainure en fonctionnement
Outre l'usinage d'engrenages coniques, EMCO s'est concentrée sur le brochage de rainures. Afin de garantir un flux de production continu, EMCO a intégré le brochage au tour à l'aide du système HORN N117. M. Wolfe décrit ce nouveau processus : « Au lieu d'attendre qu'un lot soit terminé, les pièces passent du tournage aux opérations suivantes avec un flux plus régulier. Une plaquette sur mesure est utilisée. Nous souhaitions des rayons d’angle spécifiques pour une plus grande résistance et HORN a adapté le profil de l’arête de coupe en conséquence. »
M. Wolfe et Bruce Williams, responsable du développement produit chez EMCO, décrivent tous deux la collaboration avec HORN comme axée sur les solutions et réactive. M. Wolfe souligne la rapidité de la communication entre le commercial et le support technique, ce qui a permis de clarifier rapidement les détails de la conception de l’outil. Williams explique que, bien qu’EMCO puisse définir la manière dont une pièce doit être usinée, l’avantage réside dans le fait de disposer d’un partenaire outilleur capable de traduire une exigence particulière en une solution opérationnelle et livrable dans les délais. Il en résulte un avantage concurrentiel évident, permettant à EMCO de commercialiser plus rapidement le produit fini.
Résultat positif
En associant l'usinage à cinq axes, la mesure topographique basée sur la technologie Zeiss, la métrologie de surface et la gamme de produits HORN, EMCO dispose désormais d'un procédé de fabrication d'engrenages coniques plus rapide à mettre au point, plus simple à utiliser et mieux adapté aux exigences réelles de la production. Pour EMCO, cela se traduit par un meilleur engrènement, un fonctionnement plus silencieux, une durée de vie prolongée et une fabrication simplifiée, tout en respectant les objectifs de coûts sur un marché en constante évolution.