Nuances PcBN et fraises à cinq dents pour joints homocinétiques

Les joints homocinétiques transmettent le couple de la boîte de vitesses aux roues à vitesse de rotation constante, même lorsque l'arbre de transmission est incliné lors du braquage ou du débattement de la suspension. Leurs pistes de billes trempées doivent être usinées en grande série avec des tolérances de forme et d'état de surface serrées. MAPAL a développé de nouveaux matériaux de coupe en nitrure de bore cubique polycristallin (PcBN) ainsi qu'une fraise à cinq dents afin d'augmenter la durée de vie des outils et de réduire le temps d'usinage lors de l'usinage dur de ces composants de transmission automobile.

Exigences de l'usinage dur des joints homocinétiques
Selon le type de véhicule, différentes conceptions de joints sont utilisées côté roue et côté boîte de vitesses. Les principaux composants sont la bague extérieure (bol), la bague intérieure (noix) et la cage à billes. Les billes se déplacent dans des pistes de forme spécifique entre les bagues intérieure et extérieure et sont guidées par la cage de manière à maintenir un mouvement de rotation constant sous un angle de brisure. Les pistes de billes des deux bagues sont fraisées à l'état trempé, avec des exigences très élevées en matière de forme et d'état de surface. La géométrie de la fraise est donc déterminante, et MAPAL adapte précisément ses fraises pour pistes de billes aux tolérances des composants. La durée de vie, les performances et la qualité de surface dépendent également du matériau de coupe et de la préparation de l'arête.

Nuances PcBN dédiées aux bagues extérieure et intérieure
Les deux bagues sont fabriquées dans des matériaux différents : aciers de traitement thermique pour la bague extérieure et généralement aciers de cémentation pour la bague intérieure. Si les constructeurs automobiles suivent leurs propres approches en matière de forme du joint et de guidage des billes, ces matériaux sont largement standardisés. Les composants se distinguant par leur comportement à l'usinage et par les mécanismes d'usure agissant sur l'outil, MAPAL utilise des substrats PcBN différents pour chacun :

• FU240, nuance PcBN non revêtue destinée au fraisage dur des pistes de billes de la bague extérieure.
• FU290, nuance PcBN non revêtue destinée au fraisage dur des pistes de billes de la bague intérieure.

Le développement visait le meilleur équilibre entre une résistance élevée à l'abrasion et à la diffusion et une ductilité suffisante. Les paramètres ajustés comprenaient la teneur en CBN, la taille des grains et la composition du liant.

Durée de vie et conditions de coupe en fraisage des pistes de billes
Lors des premiers essais, FU240 et FU290 ont augmenté la durée de vie de plus de 30 % par rapport aux matériaux de coupe utilisés jusqu'alors, à des vitesses de coupe d'environ 180 m/min et une avance par dent de 0,07 à 0,10 mm.

Une conception à cinq dents qui réduit le temps d'usinage
MAPAL introduit également une conception à cinq dents pour ses fraises pour pistes de billes. Jusqu'à présent, les fraises à quatre dents constituaient l'état de l'art. La dent supplémentaire réduit le temps d'usinage d'environ 20 % par rapport à une fraise à quatre dents. Elle raccourcit aussi le temps d'engagement de chaque arête par piste, ce qui a un effet positif supplémentaire sur la durée de vie. Les gains de durée de vie des nouvelles nuances ont été mesurés sans tenir compte de cet effet. Avec des volumes de production annuels d'environ 15 millions de composants, ces deux effets combinés offrent un potentiel important de réduction des coûts unitaires.

Nouvelles nuances PcBN pour le tournage dur des joints de transmission
De nouveaux matériaux de coupe PcBN sont également introduits pour le tournage dur, d'abord pour les joints de transmission :

• FP240 pour la coupe continue, par exemple sur la tige de la bague extérieure.
• FP260, nuance plus tenace pour la coupe interrompue, par exemple sur la bague intérieure et la cage.

Les deux nuances sont revêtues PVD et atteignent une durée de vie supérieure d'environ 40 % à celle des matériaux de coupe conventionnels. MAPAL introduit progressivement les nouvelles fraises pour pistes de billes et les plaquettes de tournage PcBN.

Contexte supplémentaire :
Cette section présente des spécifications techniques et des comparaisons concurrentielles qui ne figurent pas dans l'annonce de produit originale.

Le nitrure de bore cubique est le matériau technique le plus dur après le diamant, mais contrairement à ce dernier, il reste chimiquement stable au contact du fer à des températures de coupe élevées. C'est pourquoi le PcBN est le matériau de coupe de référence pour l'usinage des matériaux ferreux trempés, généralement au-delà d'environ 45 HRC, où le tournage et le fraisage durs peuvent remplacer ou raccourcir les opérations de rectification. Les nuances PcBN sont généralement classées selon leur teneur en CBN et leur type de liant. Les nuances à faible teneur en CBN et liant céramique offrent une meilleure stabilité chimique et thermique en coupe continue, tandis que les nuances à forte teneur en CBN apportent une plus grande ténacité en coupe interrompue. La distinction entre nuances pour coupe continue et nuances plus tenaces pour coupe interrompue dans la gamme de tournage de MAPAL est cohérente avec ce principe établi. Les joints homocinétiques à billes, fondés sur le principe introduit par Alfred Rzeppa dans les années 1920, restent la conception prédominante sur les véhicules à traction avant et à transmission intégrale, ce qui explique les volumes élevés de cette application.

Édité par Natania Lyngdoh, rédaction Induportals, avec l'assistance de l'IA.

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