Le traitement de surface affectera-t-il les tolérances des pièces ?

1. Le lien entre les différents types de traitements de surface et leurs effets sur la tolérance
Il existe quatre principaux types de procédés de traitement de surface : la modification de surface, l'alliage de surface, le revêtement de conversion de surface et le revêtement de surface. L'ampleur de l'impact des différents processus sur les tolérances varie considérablement.
Technologie pour changer la surface
Par exemple, le sablage rend la surface plus rugueuse en la frappant avec des particules de sable à grande vitesse-, mais cela peut réduire la pièce de 0,01 à 0,03 mm. Le roulement durcit la surface en modifiant sa forme, ce qui peut augmenter le diamètre des pièces de l'arbre de 0,005 à 0,015 mm. Le renforcement par transformation de phase laser n'a presque aucun effet sur la taille car sa zone affectée par la chaleur est si petite.
Technologie d'alliage de surface
La cémentation et la nitruration forment des couches d'alliage par diffusion. La nitruration liquide rendra la tige plus large de 0,01 mm et l'ouverture plus étroite de 0,01 mm, vous devez donc laisser un espace de 0,01 mm sur un côté pendant le traitement. La nitruration ionique, en revanche, peut maintenir le changement de taille à ± 0,002 mm sans utiliser de phase liquide.
Technologie de revêtement de conversion de surface
Le traitement de phosphatation crée un film de phosphate sur la surface de l'acier qui a généralement une épaisseur de 2 à 10 μm et a un léger effet sur les tolérances. En revanche, l'anodisation (comme l'anodisation dure des alliages d'aluminium) crée un film d'oxyde de 30 à 50 μm d'épaisseur, ce qui agrandit les pièces dans une direction. Pour compenser cela, il faut utiliser la stratégie « différence inférieure plus petite ».
Technologie pour recouvrir les surfaces
L'épaisseur de la couche de galvanoplastie a un effet direct sur la tolérance. Par exemple, si la longueur de la vis est inférieure ou égale à cinq fois le diamètre, l’épaisseur maximale du revêtement doit être maintenue à 8 µm. Si ce n'est pas le cas, une inspection non-de la jauge d'arrêt standard est nécessaire. L'épaisseur de la couche galvanisée à chaud-est de 30 à 80 μm, ce qui modifiera considérablement le diamètre primitif des fixations. Pour vous assurer qu'ils s'ajustent, les dimensions de pré-placage doivent être modifiées.
2. Le petit mécanisme de changement de tolérance et les données de l'industrie
Il existe trois principaux processus physiques et chimiques qui affectent les tolérances lorsque vous traitez la surface :
Changement de volume et de phase du matériau
Lorsque l'acier est noirci, il génère une couche d'oxyde de Fe∝₄ qui fait augmenter le volume de 1,3 fois, ce qui provoque des saillies en surface. Lorsque l'alliage d'aluminium est anodisé pour former Al ₂ O ∝, le volume rétrécit d'environ 15 %, ce qui peut provoquer des microfissures.
Anisotropie dans le dépôt de revêtements
Pendant le processus de galvanoplastie, une densité de courant inégale peut entraîner des épaisseurs de revêtement différentes. Par exemple, le revêtement galvanique des filetages internes est normalement 30 à 50 % plus fin que la surface extérieure. Pour s'assurer de son ajustement, la norme "maintien de la zone de tolérance du filetage interne 6H" est nécessaire.
Libération des contraintes résiduelles lors du traitement mécanique
Le traitement par sablage exerce une force de compression sur la surface, ce qui fait fluer les pièces lorsqu'elles sont réutilisées. Selon des expériences, les composants de l'arbre en acier sablé 45# peuvent augmenter leur diamètre de 0,008 mm après avoir été maintenus à 100 degrés pendant 24 heures.
Données de l'industrie :
Une entreprise aéronautique spécifique affirme que le taux de variation de taille des pièces en acier inoxydable 316L non compensées après polissage électrique est de 12 %. En laissant une marge de 0,02 mm, le taux de qualification est passé à 98 %.
Le secteur automobile a des règles strictes concernant le degré de tolérance des boulons galvanisés. Pour les boulons M12, l'épaisseur du revêtement doit être maintenue entre 8 et 2 μm, sinon le coefficient de couple changera de plus de 15 %.
3. Problèmes courants et leurs solutions dans l'industrie
Dans le domaine de l'aérospatiale
Lors de la fabrication des injecteurs de carburant pour les moteurs LEAP, GE Aviation utilise la méthode SLM (Selective Laser Melting) et le traitement HIP (Hot Isostatic Pressure). En optimisant la stratégie de numérisation (balayage en spirale) et l'épaisseur de la couche (30 μm), la rugosité de la surface est maintenue dans les limites de Ra12 μm. Le traitement HIP élimine les pores (de 0,8 % à 0,02 %), ce qui multiplie par trois la durée de vie en fatigue et répond aux exigences strictes de tolérance des normes aéronautiques.
Domaine des dispositifs médicaux
Johnson&Johnson Medical a créé un processus composite appelé « recuit sous vide + polissage chimique » pour les implants d'articulation de la hanche imprimés en 3D-. Ce processus élimine les contraintes résiduelles grâce au recuit sous vide, puis utilise une solution de polissage à base d'acide citrique - pour lisser la surface de Ra50 μm à Ra0,8 μm tout en la gardant biocompatible. Cette méthode confère à l’implant une durée de vie en fatigue de plus de 20 ans, ce qui est supérieur à ce qui est nécessaire en clinique.
Le domaine de la fabrication automobile
Volkswagen fabrique des blocs-cylindres de moteur en utilisant une méthode appelée « phosphatation + électrophorèse ». La rugosité de la paroi interne du cylindre est passée de Ra3,2 μm à Ra0,4 μm en modifiant l'épaisseur du film de phosphatation (2 à 3 μm) et du film de revêtement électrophorétique (20 à 25 μm). Cela a également réduit le coefficient de friction de 30 % et augmenté l'économie de carburant de 2 %.
4. Nouvelles technologies et stratégies pour contrôler la tolérance
Conception de la compensation inversée
En créant une base de données des changements de taille des processus de traitement de surface, des tolérances sont réservées lors de la phase de modélisation CAO. Par exemple, une entreprise a produit un « module de pré-compensation de tolérance » pour la technologie de galvanoplastie. Ce module peut modifier automatiquement la taille du modèle en fonction de l'épaisseur du revêtement, ce qui augmente le taux de première réussite à 95 %.
Détection et contrôle en boucle fermée-sur Internet
Grâce à la technologie de numérisation 3D, vous pouvez voir les changements de taille en temps réel après le traitement de surface. La technologie de « jumeau numérique » de Siemens, par exemple, peut effectuer une vérification virtuelle de l'assemblage de pièces galvanisées, ce qui réduit de 70 % le risque d'écart de tolérance.
Nouvelle méthode de traitement des surfaces
L'oxydation électrolytique au plasma (PEO) forme un film céramique à la surface de l'alliage d'aluminium. L'épaisseur du film peut être contrôlée entre 5 et 200 µm, et la précision des dimensions est de ± 1 µm. Il a été utilisé dans les parties structurelles des engins spatiaux.
Technologie de pulvérisation à froid : cette méthode utilise des impacts à grande vitesse de particules solides pour déposer des revêtements. La zone affectée thermiquement est inférieure à 50 μm, ce qui la rend idéale pour la fixation et le renforcement de pièces précises.