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Au niveau de la précision de la transmission mécanique, les engrenages jouent un rôle essentiel grâce à leurs minuscules composants. Tels des notes dans un mouvement mécanique de précision, chaque rotation, chaque mouvement transmet avec précision puissance et mouvement. Cependant, derrière cette action mécanique apparemment simple se cache une connaissance approfondie et une sélection précise de la science des matériaux. Aujourd'hui, l'équipe LS vous fera découvrir le vaste monde de la science des matériaux, des matériaux métalliques traditionnels aux matériaux composites de pointe, et vous dévoilera le mystère des matériaux d'usinage d'engrenages, un par un.

Qu'est-ce que l'usinage d'engrenages ?

L'usinage d'engrenages consiste à utiliser des matières premières (généralement des métaux, tels que l'acier, la fonte, les alliages d'aluminium, etc.) par le biais d'une série de processus d'usinage mécanique, tels que alliages d'aluminium, etc. href="https://www.lsrpf.com/laser-cutting">découpe, meulage, laminage, etc., pour produire avec précision des engrenages conformes aux exigences de conception. L'engrenage est un élément important du système de transmission mécanique. Il transmet le couple et le mouvement de rotation par l'engrènement entre les dents et réalise la conversion et la transmission de l'énergie mécanique.

Quels matériaux sont utilisés dans l'usinage des engrenages ?

Il existe une variété de matériaux pouvant être utilisés pour produire des engrenages présentant ces propriétés clés. Vous trouverez ci-dessous un aperçu de chaque matériau et de ses avantages uniques.

Fonte

La fonte est un métal idéal pour la fabrication d'engrenages de précision en raison de son excellente résistance à l'usure. Elle peut supporter une usure répétée et continue sans dommage. Un autre avantage majeur de ce matériau est qu'il permet de produire facilement des engrenages aux formes complexes et aux structures fines par moulage. Bien que les engrenages en fonte puissent produire des bruits relativement forts pendant le fonctionnement et présenter une rugosité de surface élevée, cela n'affecte pas leur application dans des domaines spécifiques. Ils sont généralement utilisés dans des applications moins axées sur le bon fonctionnement et davantage sur la durabilité et la rentabilité, telles que les machines lourdes, les équipements miniers, etc.

Acier

Les engrenages en alliage d'acier sont privilégiés pour leur grande résistance, grâce au traitement thermique qu'ils subissent généralement, qui améliore considérablement la ténacité et la dureté de l'engrenage, en particulier au niveau des dents. Les engrenages en alliage d'acier peuvent supporter des charges et des couples importants, ce qui les rend largement utilisés dans divers systèmes de transmission. Parmi eux, l'acier au carbone est devenu le matériau privilégié pour la production de composants d'engrenages tels que les engrenages hélicoïdaux, les engrenages droits, les engrenages coniques, les engrenages à vis sans fin et les crémaillères, en raison de ses bonnes propriétés mécaniques et de ses propriétés de traitement. Ces composants d'engrenage sont largement utilisés dans l'automobile, la mécanique, l'aérospatiale et d'autres secteurs, assurant une transmission de puissance stable et fiable pour divers systèmes de transmission.

Laiton

Le laiton est un alliage decuivre et de zinc. Les fabricants peuvent utiliser différents alliages de laiton pour varier la quantité de zinc dans le métal. Le laiton à faible teneur en zinc est plus ductile que les autres matériaux, et sa base en cuivre le rend antimicrobien et facile à usiner. Les engrenages en laiton sont souvent utilisés dans les engrenages droits ou les crémaillères pour les applications à faible charge.

Bronze

Outre le laiton, d'autres alliages de cuivre incluent le bronze d'aluminium et le bronze phosphoreux. Ces engrenages non magnétiques sont particulièrement adaptés aux environnements corrosifs.

Le bronze d'aluminium combine le cuivre, l'aluminium, le nickel, le fer et le manganèse. Cet alliage présente une excellente résistance à l'usure et à la corrosion, ce qui le rend utilisable dans des environnements hautement corrosifs tels que l'eau salée, l'oxydation et l'exposition aux acides organiques. De plus, ils sont capables de résister aux environnements à forte charge, ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans les engrenages à vis sans fin et hélicoïdaux.

Le bronze phosphoreux contient une combinaison de cuivre, d'étain et de phosphore. L'étain augmente la solidité et la résistance à la corrosion de l'alliage, tandis que le phosphore augmente sa rigidité et sa résistance à l'usure. Par conséquent, les engrenages en bronze phosphoreux sont parfaits pour les environnements à frottement élevé, en particulier les engrenages à vis sans fin, car le matériau résiste à la fois au frottement généré par la roue et à la dégradation causée par la lubrification.

Alliages d'aluminium

Les engrenages à axes en alliages d'aluminium bénéficient d'un traitement de surface protecteur appelé passivation pour prévenir la corrosion et l'oxydation. Les alliages d'aluminium les plus couramment utilisés pour la fabrication d'engrenages sont le 2024, le 6061 et le 7075. Quelle que soit leur nuance, tous les engrenages en aluminium sont particulièrement adaptés aux applications à basses et moyennes températures, car ils commencent à se dégrader vers 200 °C.

Métaux en poudre

Le métal en poudre est l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans le traitement des engrenages, offrant des avantages tels qu'une résistance élevée, une bonne résistance à l'usure et une forte plasticité. Les poudres métalliques courantes comprennent la poudre de fer, la poudre d'acier, la poudre d'acier inoxydable, la poudre d'alliage, etc. La métallurgie des poudres permet de transformer le métal en engrenages aux formes et propriétés spécifiques, comme les engrenages obtenus par métallurgie des poudres. Ce procédé présente les avantages d'une grande efficacité de production, d'un taux d'utilisation élevé des matériaux et d'un faible coût, ce qui le rend largement utilisé dans l'usinage des engrenages.

Thermoplastiques

Les thermoplastiques sont également l'un des matériaux couramment utilisés dans l'usinage des engrenages, avec des avantages tels que la légèreté, le faible bruit et l'absence de lubrification. Les matériaux thermoplastiques courants comprennent le polyoxyméthylène (POM), le nylon, le poly(p-phénylène téréphtalamide) (PPA), le polymère à cristaux liquides (LCP), etc. Les thermoplastiques peuvent être transformés en engrenages par des procédés de moulage tels que le moulage par injection et l'extrusion. Ces procédés présentent les avantages d'une grande efficacité de production, d'un faible coût et d'une production automatisée facile à réaliser. Parallèlement, les thermoplastiques sont également recyclables et dégradables, répondant ainsi aux exigences de protection de l'environnement.

L'application de différents matériaux dans l'usinage des engrenages

En tant que composant clé du système de transmission, le choix du matériau affecte directement les performances, la fiabilité et la durée de vie du système. Voici quelques exemples d'utilisation de différents matériaux dans l'usinage des engrenages :

1. Industrie aérospatiale

Dans l'industrie aérospatiale, l'allègement est l'un des objectifs importants de la conception des transmissions. Par conséquent, des matériaux légers et très résistants, tels que le titane et les composites en fibre de carbone, sont largement utilisés dans la fabrication d'engrenages. Le titane présente une excellente résistance à la corrosion et des propriétés à haute température, et est capable de supporter de lourdes charges et un fonctionnement à grande vitesse dans des environnements extrêmes. Les composites en fibre de carbone, quant à eux, réduisent considérablement la masse de la transmission et améliorent les performances globales grâce à leur résistance spécifique et leur rigidité extrêmement élevées. L'utilisation de ces matériaux permet aux équipements aérospatiaux d'optimiser leur consommation d'énergie tout en maintenant des performances élevées.

2. Machines industrielles

Dans le domaine des machines industrielles, le choix des matériaux pour les engrenages est principalement axé sur la haute résistance, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion. La fonte est souvent utilisée pour la fabrication d'engrenages dans les systèmes de transmission à forte charge en raison de ses bonnes performances de moulage et de sa résistance à l'usure. Ces engrenages doivent supporter des charges d'impact importantes et l'usure, et la fonte peut offrir une bonne résistance à la fatigue et à l'usure. De plus, l'acier inoxydable est également largement utilisé dans les systèmes de transmission qui doivent résister à l'influence des environnements corrosifs en raison de son excellente résistance à la corrosion.

3. Industrie automobile

Dans l'industrie automobile, le choix des engrenages est très critique, car il est directement lié à l'efficacité de la transmission, à la consommation de carburant et à la fiabilité du véhicule. En raison de sa grande résistance, de sa bonne résistance à l'usure et de sa ténacité, l'acier allié est souvent utilisé dans la fabrication d'engrenages ordinaires et d'engrenages d'arbres de transmission pour les systèmes de transmission automobile. Ces engrenages doivent supporter des couples et des vitesses élevés, tout en offrant une bonne résistance à la fatigue. De plus, avec le développement de la tendance à l'allègement, des matériaux métalliques légers tels que les alliages d'aluminium sont progressivement utilisés dans la fabrication d'engrenages automobiles afin de réduire le poids et la consommation de carburant de l'ensemble du véhicule.

4. Électronique grand public

Dans l'électronique grand public, les systèmes de transmission par engrenages des petits moteurs et des appareils électroménagers nécessitent une taille compacte, un faible poids et un faible bruit. Par conséquent, les engrenages en plastique sont largement utilisés dans ces appareils en raison de leur légèreté, de leur faible coût, de leur facilité de mise en œuvre et de leur autolubrification. Français Les engrenages en plastique répondent non seulement aux besoins de miniaturisation et de légèreté, mais réduisent également le bruit et les vibrations grâce à une conception et une optimisation spéciales, et améliorent les performances globales de l'équipement.

Quels sont les principes de sélection desmatériaux d'usinage des engrenages ?

Lors de la sélection des matériaux pour les engrenages, nous devons suivre les principes fondamentaux suivants pour garantir le meilleur équilibre entre les performances de l'engrenage, le coût, l'efficacité de la production et la protection de l'environnement :

·Pour répondre aux exigences d'utilisation :Cela nécessite que nous sélectionnions soigneusement les matériaux en fonction des conditions de travail spécifiques de l'engrenage, telles que la vitesse de l'engrenage, la taille de la charge et l'environnement de travail (tel que la température, l'humidité, les gaz corrosifs, etc.). Par exemple, pour les engrenages fonctionnant à grande vitesse, nous devons choisir des matériaux avec une excellente résistance à la fatigue et à l'usure ; dans le cas de charges lourdes ou de charges de choc, la résistance et la ténacité du matériau deviennent les principales considérations.

·Économique et raisonnable :Dans le but de garantir que les performances de l'engrenage répondent aux exigences d'utilisation, nous devons essayer de réduire le coût de fabrication pour améliorer la compétitivité du produit sur le marché. Cela comprend le choix de matériaux abordables et faciles à trouver, ainsi que l'optimisation de la quantité de matériaux utilisés pour éviter les déchets inutiles.

·Facilité de traitement :Le choix de matériaux faciles à traiter et à former peut non seulement améliorer l'efficacité de la production, mais également réduire davantage les coûts. Par exemple, certains matériaux peuvent avoir de bonnes propriétés de coupe, ce qui rend l'usinage des engrenages plus fluide et réduit l'usure des outils et le temps d'usinage.

·Durabilité :Lors du choix du matériau de traitement des engrenages, nous devons pleinement prendre en compte la protection de l'environnement et la durabilité du matériau. Cela signifie que nous devons privilégier les matériaux ayant un faible impact environnemental, tels que ceux qui sont recyclables, dégradables ou qui consomment moins d'énergie lors du processus de production. Cela contribue non seulement à réduire la pollution de l'environnement, mais favorise également le développement écologique et la responsabilité sociale des entreprises.

FAQ

1. Quels sont les matériaux utilisés dans lesengrenages ?

Les matériaux courants pour les engrenages comprennent l'acier, la fonte, les métaux non ferreux (tels que les alliages de cuivre, les alliages d'aluminium, etc.) et les matériaux non métalliques (tels que les plastiques, le nylon, les résines, etc.). Le matériau spécifique à sélectionner dépend de facteurs tels que les conditions de travail, les exigences de performance et le coût de l'engrenage.

2. Quels matériaux sont utilisés pour fabriquer les arbres ?

Les matériaux couramment utilisés pour les arbres comprennent l'acier, la fonte, les alliages d'aluminium et les matériaux non métalliques. Acier : haute résistance, dureté élevée, forte résistance à l'usure, adapté à la transmission par arbre dans des conditions de travail difficiles telles que charges lourdes, vitesse élevée, températures élevées, etc. Les aciers courants comprennent l'acier 45#, l'acier 40Cr, etc. Fonte : faible coût, bonne résistance à l'usure, bonne résistance aux chocs, mais faible résistance, adapté à la transmission par arbre dans des conditions telles que faibles vitesses, faibles charges et basses températures. Les fontes courantes comprennent la fonte grise, la fonte ductile, etc. Alliage d'aluminium : léger, haute résistance, forte résistance à la corrosion, adapté à la transmission par arbre nécessitant un poids léger dans des conditions telles que vitesses élevées, faibles charges et basses températures. Français Les alliages d'aluminium courants comprennent le 6061-T6, le 7075-T6, etc. Les matériaux non métalliques : tels que les matériaux composites en fibre de carbone, la céramique, etc., présentent les avantages d'être légers, d'avoir une dureté élevée, d'être très résistants à la corrosion et de bien résister aux vibrations, mais leur coût est élevé et ils sont facilement affectés par la dilatation thermique. Ils conviennent à la transmission par arbre avec des exigences spécifiques de haute performance.

3. Quels sont les matériaux de la crémaillère et de l'engrenage ??

Le choix des matériaux de la crémaillère et de l'engrenage est généralement similaire à celui des engrenages et dépend également de facteurs tels que les conditions de travail, les exigences de performance et le coût. Français Les matériaux couramment utilisés comprennent l'acier, la fonte, les métaux non ferreux et les matériaux non métalliques.

4. Quels sont les 4 composants d'une crémaillère et d'un engrenage ??

Les crémaillères et les engrenages sont généralement composés des quatre parties principales suivantes : 1. Surface de la dent : la partie clé de la crémaillère et de l'engrenage, dont la forme des dents et l'engrènement déterminent l'efficacité et la douceur de la transmission. 2. Jante : la partie du diamètre extérieur de la crémaillère et de l'engrenage, généralement utilisée pour améliorer la rigidité et la capacité de charge de l'engrenage. ③ Moyeu : Pour l'engrenage, le moyeu est la pièce principale de l'engrenage, généralement composée du corps du moyeu et du siège du roulement. ④ Autres pièces auxiliaires : telles que les roulements, les arbres, les joints, etc., ces pièces sont également cruciales pour la transmission des crémaillères et des engrenages. Les roulements sont des composants importants qui soutiennent l'arbre de l'engrenage et réduisent l'influence des forces axiales et radiales sur l'engrenage ; l'arbre est la pièce qui relie le moyeu de l'engrenage et le dispositif de transmission, transmet la puissance et supporte les forces axiales et radiales ; Les joints servent à empêcher les fuites de lubrifiant et la pénétration d'impuretés dans le système de transmission par engrenages.

Résumé

Les matériaux courants pour les engrenages comprennent l'acier, la fonte, les métaux non ferreux (tels que les alliages de cuivre, les alliages d'aluminium, etc.) et les matériaux non métalliques (tels que les plastiques, le nylon, les résines, etc.). Le matériau spécifique à sélectionner dépend de facteurs tels que les conditions de travail, les exigences de performance et le coût de l'engrenage. Le matériau de traitement de l'engrenage doit être sélectionné en fonction des conditions d'utilisation spécifiques et des exigences de performance. L'acier est l'un des matériaux les plus couramment utilisés en raison de ses bonnes performances globales ; les matériaux non métalliques tels que les plastiques et les matériaux composites présentent des avantages uniques dans certaines situations spécifiques ; Les alliages spéciaux sont adaptés aux exigences d'utilisation dans des conditions extrêmes. Une sélection judicieuse des matériaux garantit de bonnes performances de transmission et une bonne durée de vie de l'engrenage.

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Équipe LS

Cet article a été rédigé par plusieurs contributeurs de Longsheng. Longsheng est une ressource de premier plan dans le secteur manufacturier, avecl'usinage CNC,la fabrication de tôles,Impression 3D, moulage par injection, emboutissage de métal, et plus encore.