Fraisage à façonner vs CNC pour les cannelures internes dans les boîtes de vitesses : Complexité & Coûts d'outillage

Introduction

Lors de la conception ou de la réparation de boîtes de vitesses, l'un des défis récurrents est l'usinage des cannelures internes. Deux des procédés les plus courants — le dépôt et Façonnage CNC — suscitent souvent des débats parmi les ingénieurs quant à la meilleure méthode. La vérité est qu'il n'existe pas de solution universelle. Le choix dépend de la géométrie de la pièce, du volume de production et du coût à long terme de l'outillage.

Avec plus d'une décennie d'expérience dans la production de composants de boîtes de vitesses, notre équipe a utilisé à la fois des machines à aléser et des fraiseuses CNC sur des projets automobiles, aérospatiaux et de matériel lourd. Dans cet article, nous expliquerons les différences en donnant des exemples pratiques, afin que vous puissiez évaluer quelle méthode correspond à vos besoins spécifiques en matière de cannelures.

Qu'est-ce qu'un alésage ?

L'alésage utilise un outil long et à multiples dents qui coupe progressivement le profil de la cannelure lorsqu'il traverse l'alésage.

• Idéal pour : Séries de moyenne à grande quantité où la géométrie des cannelures est standardisée.

• Temps de cycle : Souvent inférieur à 20 secondes par pièce une fois le paramétrage terminé.

• Finition de surface : Excellent, avec des valeurs Ra d'environ 0,8 à 1,2 µm.

• Limitations : Coût élevé initial des outils (de 8 000 à 20 000 dollars par alésoir), flexibilité limitée lorsque la géométrie change.

Cas pratique : Dans un projet de boîte de vitesse automobile de 5 000 pièces, le passage du façonnage au broyage a réduit le temps de cycle de 78 % et fait baisser le coût par pièce de près de 4,20 $. Toutefois, lorsque le client a ultérieurement demandé une modification non standard, un nouveau broach a été nécessaire, ajoutant six semaines et 12 000 $ au projet.

Qu'est-ce que le façonnage CNC ?

Le façonnage CNC (parfois appelé rainurage) utilise un outil monopoint qui se déplace de manière réciproque à l'intérieur de l'alésage, coupant une dent de cannelure à la fois.

• Idéal pour : Production de faible à moyenne quantité, prototypes ou géométries de cannelures personnalisées.

• Temps de cycle : Plus lent, variant de 3 à 7 minutes selon le nombre de cannelures.

• Flexibilité : Le coût de l'outillage est faible (généralement entre 200 et 500 $ pour un outil de forme), et les modifications de conception nécessitent uniquement des ajustements dans le logiciel CAM.

• Limitations : Temps de usinage plus long et usure accrue de l'outil pour les matériaux trempés.

Avis sur le terrain : Pour un réducteur d'engrenages aéronautique avec un plateau intérieur complexe de 27 dents, le broyage n'était même pas possible en raison de problèmes d'encombrement de l'outil. Le façonnage CNC a permis d'obtenir la pièce avec des tolérances acceptables en 4,8 minutes par pièce — restant ainsi compétitif pour une série de 300 pièces.

Complexité et Coûts d'outillage Comparés

Quel procédé choisir ?

La décision dépend souvent d'un équilibre entre volume et flexibilité :

• Si vous préparez des dizaines de milliers de boîtes de vitesses avec géométrie de cannelure standard → Le dépôt meilleur rapport coût/pièce.

• Si vous êtes en phase de développement de prototype, en petite série ou que vous travaillez avec des cannelures non standard → Façonnage CNC offre la réactivité dont vous avez besoin.

• Pour séries moyennes (500 à 2 000 pièces) , de nombreux ateliers adoptent une approche hybride : ils réalisent d'abord les prototypes par usinage, puis investissent dans une fraiseuse-cannelure uniquement lorsque la géométrie est figée.

Recommandations pratiques à l'intention des ingénieurs et acheteurs

1. Calculez le volume total des pièces sur toute la durée de vie avant de vous engager dans la fabrication d'outils de cheminement.

2. Vérifiez la géométrie des pièces et l'espace disponible pour l'outil — toutes les cannelures internes ne sont pas réalisables par cheminement.

3. Évaluer les futures modifications de conception —une simple modification d’un filet peut rendre une fraise coûteuse obsolète.

4. Envisager la sous-traitance : Certains ateliers de mécanique conservent une bibliothèque d'outils standard pour répartir les coûts sur plusieurs clients.

Le fraisage et le chariotage CNC sont tous deux des méthodes éprouvées pour produire des cannelures internes dans les boîtes de vitesses, mais leur pertinence dépend de vos priorités. Le fraisage s'illustre dans les productions en grand volume et répétitives, tandis que le chariotage CNC offre une flexibilité inégalée pour des projets complexes ou en faible quantité. En pesant soigneusement la complexité et les coûts d'outillage, les ingénieurs et les équipes d'achats peuvent éviter des dépenses inutiles et garantir la fiabilité des boîtes de vitesses.