Les matériaux alternatifs pour les composants clés des machines de taillage d'engrenages CNC doivent être optimisés et améliorés tout en garantissant une rigidité, une stabilité thermique et une résistance à l'usure élevées. Certaines ont des alternatives matures, tandis que d’autres en sont encore au stade exploratoire.
1. Lit et composants structurels : Fonte → Marbre artificiel/Matériaux composites
Matériaux traditionnels : fonte à haute -fonte (par exemple, HT300), offrant un bon amortissement des vibrations et des avantages en termes de coûts.
Alternatives :
Marbre artificiel (béton de résine époxy) : offre une stabilité thermique et un taux d'amortissement plus élevés, réduisant considérablement l'impact des changements de température sur la précision de l'usinage. Il est largement utilisé dans les modèles-haut de gamme tels que Gleason.
Matériaux composites renforcés de fibre de carbone : légers et dotés d'une excellente résistance aux vibrations, mais coût élevé et traitement difficile. Actuellement, il est principalement utilisé dans des équipements expérimentaux ou d'ultra-précision et n'a pas encore été largement adopté.
2. Système de broche : acier allié → assemblage de roulements en acier à très haute résistance/céramique
Matériaux traditionnels : aciers alliés tels que 20CrMnTi et 38CrMoAlA, avec une dureté de surface améliorée par cémentation ou nitruration.
Alternatives :
Acier micro-allié à haute résistance- : affine la taille des grains en ajoutant des éléments tels que le vanadium et le niobium, améliorant ainsi la résistance à la fatigue et la stabilité dimensionnelle.
Roulements à éléments roulants en céramique (par exemple, Si₃N₄) : par rapport à tous les roulements en acier-, ils ont une densité plus faible, une capacité de vitesse plus élevée et une meilleure résistance à la température, adaptés aux broches à grande vitesse-, prolongeant la durée de vie et réduisant la déformation thermique.
Technologie de roulement hydrostatique : utilise un film d'huile ou un film d'air pour obtenir une rotation sans contact, éliminant complètement la friction et l'usure, représentant l'orientation future des broches d'ultra-haute précision.
3. Système de rail de guidage : Rails de guidage en acier trempé → Rails de guidage hydrostatiques / Fonte nitrurée
Matériaux traditionnels : rails de guidage en acier trempé GCr15 ou rails de guidage linéaires roulants.
Solutions alternatives :
Rail de guidage hydrostatique composite à pression constante et à débit constant-de type fermé : supporte la charge à travers un film d'huile hydraulique, obtenant une usure nulle et un contrôle de mouvement de haute-précision, particulièrement adapté aux grandes machines à tailler les engrenages-à usage intensif.
Rail de guidage à durcissement par ultra-audiofréquence : augmente la dureté de surface du rail de guidage à plus de 58 HRC, améliorant considérablement la résistance à l'usure ; appliqué avec succès dans les machines à tailler les engrenages CNC à grande vitesse-importées.
Rail de guidage en fonte nitrurée : après traitement de nitruration de surface, la dureté peut atteindre 600 ~ 700 HV, avec une meilleure résistance à l'usure que la trempe conventionnelle et moins de déformation.
4. Fraises-mères et composants de coupe : Acier rapide-à haute vitesse → Outils en carbure/revêtus
Matériaux traditionnels : acier rapide-de métallurgie des poudres de type M2, M35.
Solutions alternatives :
Fraises-mères en carbure : à base de WC-Co, adaptées à l'usinage à sec à grande vitesse-. Gleason Chemicals aux États-Unis a mis en place des fraises-mères en carbure pour la coupe à sec des engrenages coniques sur les machines-outils Phoenix, améliorant ainsi l'efficacité de 50 %. Outils de coupe avec revêtement AlCrN/TiAlN : améliorent la résistance aux températures élevées et à l'oxydation, réduisent le coefficient de friction, prolongent la durée de vie de l'outil et prennent en charge un « usinage vert » sans liquide de refroidissement.
Outils de coupe en CBN (nitrure de bore cubique) : adaptés à la finition d'engrenages en acier trempé, avec une excellente résistance à l'usure, mais relativement fragiles, principalement utilisés dans des conditions de travail spécifiques.