Taillage d'engrenages (taillage à la fraise-mère, mortaisage)

Des fraises-mères ou des outils pignons génèrent les dents d'engrenages

Le taillage d'engrenages donne ses dents à une ébauche ronde. Dans les deux méthodes principales, l'outil et l'ébauche tournent ensemble comme s'ils étaient déjà des engrenages en prise, donc chaque dent sort avec le même profil courbe précis. Les engrenages d'une boîte de vitesses de voiture, d'une perceuse sans fil ou d'une éolienne sont faits ainsi.

Photo : Kolossos, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Taillage d'engrenages · taillage à la fraise-mère et mortaisage, vues de côté, 5 étapesLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous : les étapes 1–3 sont le taillage à la fraise-mère (à gauche), les étapes 4–5 le mortaisage d'engrenages (à droite).

Comment ça marche

Monter l'ébauche. Une ébauche d'engrenage (un disque déjà tourné à la cote, avec un trou central) est bridée sur la broche porte-pièce rotative de la machine.
Taillage à la fraise-mère : faire tourner fraise et ébauche en cadence. La fraise-mère (un outil en forme de vis sans fin, avec de nombreuses dents coupantes) tourne pendant que l'ébauche tourne selon un rapport fixe, comme une vis sans fin qui entraîne sa roue.
Avancer sur la face. La fraise-mère se déplace lentement le long de l'axe de l'ébauche. Chaque creux de dent est taillé un peu à chaque tour, donc toutes les dents se forment ensemble.
Mortaisage d'engrenages : course vers le haut et vers le bas. Pour les engrenages que la fraise-mère ne peut pas atteindre, un outil en forme d'engrenage monte et descend comme un rabot, coupant à chaque course descendante.
Rouler lentement en prise. Entre les courses, l'outil et l'ébauche tournent tous deux un peu, comme en prise, jusqu'à ce que toutes les dents soient formées. Le mortaisage peut tailler des engrenages intérieurs et des dents juste à côté d'un épaulement (un ressaut de la pièce).

Après la taille, les engrenages pour voitures et machines sont généralement traités thermiquement (trempés), et les plus précis sont ensuite rectifiés ou rodés.

Chiffres clés

Matériaux: Aciers (la plupart des engrenages), fonte, bronze, laiton, aluminium, plastiques
Pièces typiques: Engrenages droits et hélicoïdaux (dents droites ou inclinées), pignons de chaîne, arbres cannelés, roues à vis
Taille de pièce: Des engrenages d'horlogerie de quelques millimètres à des engrenages d'éoliennes et de mines de plusieurs mètres
Précision: Typiquement AGMA 8–10 ou classe ISO 7–9 après taillage à la fraise-mère, soit environ 0,01–0,03 mm d'erreurs de denture ; la rectification atteint environ ISO 4–5
État de surface: Typiquement Ra 1,6–3,2 µm (Ra = rugosité moyenne ; 1 µm est un millième de millimètre) sur les flancs de dents
Taille de série adaptée: Des engrenages uniques à des millions ; une fraise-mère taille n'importe quel nombre de dents de même module
Coût d'outillage et de machine: Les fraises-mères et les outils pignons coûtent de centaines à milliers de dollars ; les machines à engrenages CNC coûtent des centaines de milliers
Vitesse: De quelques secondes à environ une minute par petit engrenage de voiture ; de nombreuses heures pour un engrenage de plusieurs mètres

Atouts et limites

Atouts

Formes de dents précises et régulières sur chaque dent
Une fraise-mère sert pour de nombreuses tailles d'engrenages de même module
Le taillage à la fraise-mère est rapide et continu, idéal pour le volume
Le mortaisage atteint les engrenages intérieurs et les engrenages en grappe

Limites

Machines dédiées et coûteuses
Le taillage à la fraise-mère ne peut pas tailler d'engrenages intérieurs ni de dents contre un épaulement
Le mortaisage est plus lent, car la moitié de chaque course ne coupe rien
Les engrenages trempés demandent encore une rectification pour la plus haute précision

Où on l'utilise

AutomobileEngrenages de boîtes de vitesses, de différentiels, de démarreurs et de pompes
ÉnergieBoîtes de vitesses d'éoliennes, grandes transmissions industrielles
MachinesRéducteurs, convoyeurs, entraînements de machines-outils
Biens de consommationOutils électroportatifs, robots de cuisine, pignons de vélos et de motos
AéronautiqueTransmissions d'hélicoptères, boîtes d'accessoires de moteurs

Comment le reconnaître

Des dents identiques aux flancs courbes (en développante), le profil qui permet aux engrenages de rouler ensemble en douceur.
De fines marques qui traversent chaque face de dent, dans la direction où la fraise-mère s'est déplacée.
Un engrenage intérieur ou un engrenage placé juste contre un épaulement indique le mortaisage plutôt que le taillage à la fraise-mère.

À comparer avec

Brochage5.4copie un engrenage intérieur ou un cannelage complet en une seule passe, mais demande un outil coûteux pour chaque taille.Fraisage5.2une fraise de forme peut tailler les dents d'engrenage un creux à la fois ; plus lent et moins précis, utilisé pour les réparations uniques.Rectification5.7finit les dents d'engrenages trempées avec une précision plus élevée après le taillage à la fraise-mère.

À regarder

ProdMach · Une comparaison pour débutants du taillage à la fraise-mère et du mortaisage

Evolvent Design · Gros plans d'un engrenage droit taillé à la fraise-mère dans un atelier

Gleason Corporation · Taillage à la fraise-mère en production sur une machine moderne, avec chanfreinage

Liebherr · Une très grande machine de taillage d'engrenages au travail

Voir de vraies photos

Wikipédia : Taillage d'engrenages — vue d'ensemble du taillage à la fraise-mère, du mortaisage, du brochage, du fraisage et des méthodes de finition
Wikipédia : Taillage à la fraise-mère — photo d'une fraise-mère et d'une machine de taillage
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Les dents d'engrenages sont générées : l'outil roule avec l'ébauche comme un engrenage conjugué.
Le taillage à la fraise-mère est continu et rapide ; le mortaisage va et vient et atteint les engrenages intérieurs.
La plupart des engrenages précis sont taillés tendres, trempés, puis rectifiés.