Une finition avec des avantages multiples

Bases du processus

Le galetage consiste à lisser sans enlèvement de copeaux et à compacter des surfaces métalliques par des éléments de laminage. Pour comprendre le déroulement du processus de finition et pouvoir profiter de tous ses avantages, il est utile d'avoir des connaissances de base sur les critères requis, les conséquences et les possibilités. Domaines importants :

Qualité de la pièce de travail
Qualité de la pièce de travail
Toute surface produite avec des méthodes de coupe affiche une structure typique créée par la géométrie et l'avance de l'arête de coupe. Cette forme de la surface est cruciale pour le résultat du processus de galetage.
 
 
Surfaces créées par des arêtes de coupe géométriquement définies comme le tournage :

  • profil périodique constant
  • rugosité constante
  • pics de profil marqués

Processus de tournage

 

 

Les résultats constituent des conditions très stables pour un processus de galetage.

 

Surface typique créée par des

arêtes de coupe définies


 

 

Surface créée par des arêtes de coupe non définies géométriquement comme le meulage :

  • profil irrégulier
  • faible rugosité avec "saignées simples"
  • formation de plateau

Processus de meulage

 

 

Les résultats se traduisent par des forces de laminage plus élevées et par une usure pendant le laminage.

Surface typique créée par des

arêtes de coupe non définies géométriquement

 

 

 

Mesure de surface

La surface est généralement mesurée avec un profilomètre. Un stylus diamant (p. ex. avec un rayon de 0,2 μm) est déplacé verticalement en étant en contact avec la pièce de travail. Il est ensuite déplacé latéralement à travers la surface sur une distance de mesure définie. Le profil de la surface est donc enregistré. En réalité, chaque surface dévie plus ou moins de la surface idéale (sans déviation de dimension, de forme et d'aspect). Les différents types de déviation de forme peuvent s'afficher séparément (p. ex. dans des tableaux).

 

 

 

Paramètres de rugosité de surface

Paramètres de rugosité de surface Baublies
  • Poids total P :
    La hauteur totale du type de profil respectif correspond à la hauteur maximale se trouvant entre le pic le plus élevé et le creux le plus bas. Il décrit l'ondulation des surfaces.
  • Rugosité maximale profondeur Rmax :
    La rugosité maximale désigne la profondeur simple la plus large au sein de la longueur d'évaluation. Elle est fonction de critères individuels et peut donc fortement varier.
  • Hauteur maximale moyenne du profil Rz :
    Valeur moyenne de cinq valeurs Rz tirées de cinq longueurs d'échantillonnage. Cette valeur dépend moins des critères individuels et caractérise donc mieux la "vraie" rugosité.
  • Écart moyen arithmétique du profil évalué Ra :
    Ra désigne la rugosité moyenne arithmétique tirée des résultats de toutes les valeurs de profil. Ra ne fait pas la différence entre les pics et les creux et donne relativement peu d'informations.
  • Hauteur maximale du pic de profil Rp, profondeur maximale du creux de profil Rv :
    Le quotient de Rp et Rv montre si les pics et les creux prévalent dans le profil.
  • Ratio de matériau du profil Rmr :
    Rmr indique le ratio supposé de la longueur maximale dans le matériau par rapport à la longueur d'évaluation (en %). La comparaison est effectuée entre la hauteur de section spécifiée (c) et la longueur d'évaluation totale (lm). La courbe du ratio de matériau affiche le ratio de matériau en fonction de la hauteur de section.
Propriétés du matériau

Résistance en N/mm2 ou MPa

La résistance désigne la capacité du matériau à résister à la force appliquée.
La résistance du matériau métallique est principalement déterminée par le réseau cristallin et par sa structure (erreurs de structure cristalline). Les conditions de tension influencent aussi la résistance du matériau.



La force de traction est détectée par un essai de traction. Pendant cet essai, l'échantillon de matériau est exposé à une force d'étirement de plus en plus forte ; les déformations élastiques et plastiques associées sont alors enregistrées dans le diagramme de tension-effort.

 

Propriétés du matériau Baublies - dureté
Schema of a hardness measurement

Dureté

La dureté désigne la capacité d'un matériau à résister aux enfoncements, c'est-à-dire aux compressions exercées dans la surface d'un matériau et causées par les impacts.

Il existe différentes méthodes de test (Rockwell, Vickers, Brinell) permettant de déterminer le niveau de dureté.

La dureté de surface augmentée engendrée par le galetage correspond à un résultat positif de cette technologie.

 

 

 

Durcissement de la couche de surface

Différentes méthodes de durcissement de la couche de surface peuvent s'appliquer pour que les composants montés dans des applications d'ordre technique soient durables et résistants. Exemples :

  • processus thermiques (durcissement)
  • méthodes thermochimiques (nitruration ou nitrocarburation)
  • méthodes mécaniques (galetage)

 

 

L'écrouissage utilisant des méthodes mécaniques s'appuie sur les mécanismes suivants :

  • l'écrouissage à froid par augmentation de la densité de dislocation elle-même causée par la formation de nouvelles dislocations pendant la déformation plastique du matériau.
  • la génération de contraintes résiduelles dans la couche de surface. des contraintes de compression internes induites par l'étirement de la surface compensé par le matériau sous-jacent.
  • la transformation induite mécaniquement de la micro-structure.
  • la réduction de l'effet d'entaille grâce à l'amélioration de la finition de la surface.

 

 

Étapes dans la déformation élastique et plastique

Le graphique montre le comportement d'extension typique des matériaux ductiles durant l'essai de traction lorsqu'une barre d'essai est soumise à une force de traction augmentant progressivement.

 

Point 0-1 L'extension de la barre est proportionnelle à l'augmentation de la tension. Par exemple, la longueur augmente de 10 % quand la tension augmente de 10 %.
Point 1 La barre atteint la limite de proportionnalité. Au-delà de ce point, la longueur commence à augmenter à un taux légèrement plus élevé que la tension.
Point 2 La limite élastique est atteinte. Au-delà de ce point, la barre ne revient plus à sa longueur d'origine. Dans de nombreux matériaux, la limite élastique est presque immédiatement atteinte après la limite de proportionnalité.
Point 3 La barre atteint son point de rendement. Une fois que ce point est atteint, elle continue d'augmenter en longueur, même sans augmentation supplémentaire de tension.
Point 4 Ce point désigne la résistance à la traction maximale (RTM) du matériau. Au-delà de ce point, une ceinture (une section plus étroite) apparaît à un point le long de la longueur de la barre, signalant qu'elle est sur le point de se fracturer.
Point 5 Cet endroit est le point de fracture où la barre se casse en deux.

 

 

Contrainte sur le matériau

La différence entre la contrainte statique et la contrainte dynamique doit être prise en compte.

 

Charge statique
La charge statique désigne une force constante exercée sur un matériau par tension, pression ou torsion.
Les propriétés du matériau et le cas de charge permettent de prédire la capacité de charge du matériau, de la déformation plastique à la fracture (diagramme contrainte-déformation).

 

Fmax = résistance x section transversale

 

 

Contrainte dynamique

La contrainte dynamique désigne une force récurrente exercée sur un matériau par tension, pression ou torsion.

En cas de contrainte dynamique, la limite de charge est beaucoup plus faible par rapport à la contrainte statique. La performance du matériau est définie par ce type de contrainte ; elle s'affiche via une courbe S-N. Cette courbe montre la contrainte pouvant être tolérée selon le nombre de cycles de charge jusqu'à la fracture. Selon le nombre de cycles de charge, nous faisons la différence entre résistance statique, temporaire et permanente. La zone de fracture se trouve souvent au point de changement des diamètres car à cet endroit, un pic de tension s'exerce dans le matériau. Les zones de forte rugosité de surface provoquent aussi des fractures causées par l'effet d'entaille.

 

Objectif du galetage

Le galetage permet de fabriquer une surface de qualité maximale de façon économique, simple et avec fiabilité, et d'augmenter la résistance et la dureté de la pièce de travail.

 

 

Material flow during roller burnishing

Qu'est-ce que le galetage ?

  • Le galetage est une méthode qui ne consiste pas à couper mais qui lisse et écrouit des surfaces métalliques avec des éléments de formage.
  • Pendant le galetage, les éléments de formage sont chargés avec une force dirigée verticalement vers la surface (force de galetage). Le profil de rugosité est alors déformé de manière plastique et nivelé.
  • Le galetage change la situation de contrainte dans la couche de surface du matériau.
  • Le galetage est une méthode de micro-finition.

 

Movements of workpiece and roller during roller burnishing

Galetage pour lissage

La force du galetage exerce une pression de surface (contrainte hertzienne) dans la zone de contact des éléments de brunissage. La limite du flux du matériau est atteinte dans la zone de contact ; le profil de la surface est alors déformé sur le plan plastique et nivelé. Le volume du matériau se trouvant sur les zones élevées des pics de profil est refoulé dans les creux de profil qui s'égalisent.
La rugosité de la surface est donc fortement réduite. La différence de dimension qui en résulte entre la pièce de travail pré-travaillée et la pièce de travail galetée dépend de la rugosité initiale. La force de laminage est maintenue au niveau le plus faible possible. Obtenir une surface de qualité est l'objectif principal du processus ; c'est moins le cas de l'écrouissage.

 

Avantages

  • Surfaces ressemblant à un miroir avec une rugosité inférieure à 1 μm
  • Ratio de matériau élevé du profil créant des propriétés d'usure optimisées
  • Risque réduit de formation de fissures causée par des micro-entailles
  • Meilleure résistance à la corrosion

 

Hardening of various materials by roller burnishing

Écrouissage par laminage profond

Pendant le laminage profond, la cinématique est la même que celle du galetage. L'objectif est d'écrouir le matériau. La pression de laminage est plus élevée dans ce cas. Les effets suivants se produisent alors :

 

  • Écrouissage causé par des mouvements de dislocation au sein de la structure en cristal du matériau.
  • Occurrence d'un état de contrainte dans la couche de surface. Cet événement est causé par l'interaction de l'étirement de la surface plastique qui est compensée par la déformation élastique de la couche périphérique. Cet état de contrainte se produit généralement à une profondeur allant jusqu'à 0,8 mm.
  • Transformation micro-structurelle induite mécaniquement.
  • Amélioration de la qualité de la surface et effet d'entaille réduit.
Increase of dynamic resiliance through roller burnishing

Le niveau d'écrouissage dépend des paramètres suivants :

  • Pression et vitesse de laminage
  • Géométrie du rouleau et de la pièce de travail
  • Propriétés du matériau
  • Nombre de révolutions dans une certaine section
Increase of dynamic resiliance through roller burnishing

Propriétés des surfaces galetées

Les surfaces galetées sont caractérisées par les propriétés suivantes :

 

  • valeurs de rugosité très faibles, jusqu'à Rz <1μm, résultats dans une formation de fissures et un corrosion réduites.
  • ratio de matériau du profil très élevé causé par la formation de plateau.
  • pics de profil réduits.
  • Profil "arrondi", avec abrasion plus faible par rapport à une surface au sol.
  • Résilience dynamique accrue causée par un écrouissage important.
  • Dureté de la surface accrue, réduction de l'usure abrasive.

 

Quels matériaux peuvent-être galetés ?

  • N'importe quel métal déformable plastiquement peut être galeté.
  • Les outils de galetage standards équipés de rouleaux en acier peuvent être utilisés avec une dureté allant jusqu'à 45 HRC.
  • Avec l'utilisation d'outils de brunissage diamant, la dureté du matériau peut excéder 60 HRC.
  • La capacité de laminage est définie par la capacité du matériau à être déformé plastiquement. L'élongation de la rupture, qui doit être supérieure à 5 %, est une indication. Une élongation de la rupture plus élevée améliore la capacité de laminage.

 

Quels sont les résultats ?

En raison de la variété des matériaux, seuls des nombres indicatifs sont indiqués

 

<p><strong>Rugosité moyenne Rz</strong></p> <table> <tbody> <tr> <td>Conditions de traitement</td> <td>Acier (1.4104)</td> <td>Fonte (GG40)</td> <td>Acier env. 60 HRC</td> </tr> <tr> <td>Optimale</td> <td>0,5 - 1</td> <td>1,5 - 2,5</td> <td>0,5 - 1</td> </tr> <tr> <td>Normale</td> <td>0,8 - 1,5</td> <td>2,5 - 4</td> <td>0,8 - 1,5</td> </tr> <tr> <td>Difficile</td> <td>1,5 - 3</td> <td>4 - 6</td> <td>1,5 - 3</td> </tr> </tbody> </table>
  • Usinage dur supérieur à 60 HRC :
    La surface doit être retraitée dans une plage de Rz 2-5 μm lorsque des matériaux ayant une dureté supérieure à 60 HRC sont usinés. La finition de surface qu'il est possible d'atteindre est alors d'environ Rz 1 μm.
  • Ratio de matériau
    Le galetage augmente le ratio du matériau. Les valeurs doivent atteindre plus de 70 % avec une hauteur C de 0,2-0,4 μm.
  • Résilience dynamique
    La résistance à la vibration peut être généralement augmentée de 20-60 %. Dans certaines conditions, il est possible d'atteindre 100 %.
  • Dureté de la surface
    L'augmentation de la dureté dans un matériau en acier peut être supérieure à 20 HV et atteindre 50 HV.

 

Quelles géométries peuvent-être galetées ?

Le galetage peut être utilisé sur les surfaces externes et internes de presque toutes les pièces de travail symétriques rotationnellement.
Nous proposons une gamme complète d'outils destinés aux trous et aux arbres de galetage.
Avec notre expérience de plus de 40 ans, nous pouvons fournir aussi des solutions sur-mesure adaptées à presque toutes les autres géométries.



Le développement de la technologie du brunissage diamant nous permet de travailler dans de nouvelles zones comme le brunissage de surfaces sans forme (p. ex. dans la réalisation de moule).

 

Quelques exemples de formes brunissables

Types d'outils de galetage

Les outils de galetage sont divisés en différents types car les besoins sont différents :

  • outils à rouleaux multiples et machines
  • outils à rouleau simple
  • outils de brunissage diamant
  • outils de formage

 

 

Outils à rouleaux multiples

Les outils à rouleaux multiples constituent le modèle classique des outils de galetage. Ils sont proposés dans une vaste gamme de formes standards et spéciales.
Ces outils servent normalement à travailler des trous cylindriques, des arbres, des cônes et des surfaces planes.
L'avantage des rouleaux multiples travaillant simultanément est un usinage rapide et économique sans force croisée exercée sur l'axe de rotation.
Ces outils sont utilisés sur tous les types de machines reconnus.

Cinématique des outils à rouleaux multiples

La pièce de travail, l'outil ou les deux éléments sont en rotation pendant le galetage. Pendant le galetage, le déplacement du laminage est similaire à la cinématique d'un engrenage planétaire. Le cône (1) est solidement connecté au montage de l'outil (4). La cage à bille (3) portant les rouleaux (2) peut être librement en rotation. Le cône supporte les rouleaux et fournit la pression requise pour former la surface. La position axiale du cône définit le diamètre de l'outil et la pression de laminage.

Outils de galetage simple

  • Seulement un rouleau fonctionne ici.
  • Les outils à rouleau simple sont proposés en différents modèles : variable, modulaire et systèmes minces.
  • Les outils à rouleau simple sont utilisés pour traiter différents diamètres.
  • Les outils à rouleau simple sont montés sur ressort pour compenser les tolérances de pré-travail.
  • Ils peuvent être intégrés avec des rouleaux de conception standards ou spécifiques selon les besoins de traitement.
  • Les outils à rouleau simple conviennent au traitement de parties cylindriques et des profils comme les rayons, les cônes et cavités.
  • Les outils à rouleau simple se prêtent parfaitement à l'écrouissage.

 

 

Smoothing and strain hardening of internal contour with a diamond burnishing tool

Outils de brunissage diamant

  • Ici, le traitement par brunissage n'est pas réalisé par un rouleau en rotation, mais par un diamant sphérique fixé. Le diamant glisse au-dessus de la surface et forme un profil comparable au laminage à bille réalisé au-dessus de la surface.
  • Ce processus de lissage et d'écrouissage est similaire au traitement effectué avec des outils de laminage conventionnels.
  • Les possibilités en matière de modèle et les excellentes propriétés
    du diamant augmentent fortement le nombre d'applications de galetage.
  • De nombreux contours peuvent être maintenant traités grâce à la zone de contact en forme de point et la finesse du diamant. Par exemple, les parties à paroi fine peuvent être lissées avec le diamant.
  • La très grande dureté du diamant permet d'usiner les matériaux avec une dureté supérieure à 60 HRC.
  • Les outils contiennent exclusivement des composants mécaniques ; ils peuvent donc être utilisés sur presque toutes les machines-outils. Aucun équipement onéreux supplémentaire comme les outils actionnés ou les pompes hydrauliques n'est requis.
  • Le modèle de forme mince peut être utilisé dans des outils de petite taille comme les tours de type suisse.
  • En fonction de la pièce de travail, la forme du diamant peut être adaptée aux cônes et aux pyramides à partir de rayons variables.
  • Il est possible d'associer l'outil de brunissage diamant à des outils de coupe.

 

 

Outils de formage

  • Les outils de formage ont une fonction spéciale dans la gamme de produits Baublies. La conception des outils est liée aux outils de galetage.
  • Le processus de formage ne consiste pas principalement à améliorer la rugosité de la surface, mais à transformer de façon spécifique la géométrie de la pièce de travail.
  • Les outils de formage sont normalement utilisés sur des machines-outils (CNC) standards ou sur des machines spéciales intégrées à des chaînes d'assemblage.
Utilisation d'outils de galetage

Critères liés à la machine

Les outils de galetage se prêtent à presque toutes les machines-outils classiques comme...

  • les tours, conventionnels et CNC
  • les centres d'usinage
  • les lignes de transferts
  • les machines de transfert rotatif
  • les machines à percer
  • les fraiseuses, etc...

 

Les outils de galetage sont utilisés dans presque tous les secteurs de la métallurgie (industrie automobile, composants hydrauliques et pneumatiques, secteur aéronautique et médical, construction de machines, joaillerie, etc...).

 

 

Montages et possibilités de serrage

Le montage d'un outil standard destiné aux outils de galetage multiple est :

  • cylindrique selon DIN 1835
  • un cône Morse selon DIN 228

 

Tous les systèmes de serrage classiques sont disponibles comme :
VDI - DIN 69880,
SK - DIN 69871, DIN 2080
HSK - DIN 69893

Des systèmes spécifiques produits par d'autres fabricants sont aussi proposés : Capto®, MVS®, KM®, ABS®

 

 

Refroidissement/Lubrification

La lubrification avec une petite quantité d'huile convient au galetage exercé dans un processus manuel (p. ex. avec une machine à percer)
.
Un refroidissement continu avec émulsion ou une huile de coupe est très utile quand la vitesse ou la pression de brunissage est élevée ; il permet en effet d'augmenter la durée de vie de l'outil.

 

Le liquide de refroidissement/fluide de lubrification sert aussi à retirer la poussière de la surface et doit être le plus propre possible afin d'éviter que les particules de poussière soient poussées dans la surface. (filtration du liquide de refroidissement recommandée)

 

Les outils de brunissage diamant doivent être utilisés avec un liquide de refroidissement car la chaleur frictionnelle du glissage du diamant sur la surface peut endommager rapidement le diamant.

Avantages pour le client

Un usinage complet

Aucune machine spéciale n'est requise car l'usinage complet est réalisé avec une seule machine. La manipulation des pièces de travail lors de la production est simplifiée, ce qui réduit les frais de transport, de stockage et de configuration de la machine.

 

 

Un traitement fiable

Le processus de galetage est extrêmement fiable, rapide et facile à réaliser. Il peut facilement s'intégrer à un processus de fabrication classique.

 

 

Une qualité améliorée

Par rapport aux processus de mise en copeaux, la qualité, la résistance et la dureté de la surface, ainsi que la résistance à l'usure sont fortement améliorées.

 

 

Respect de l'environnement

Aucun matériau n'est rejeté lors du processus de galetage. Aucun déchet n'a donc besoin d'être jeté.

 

 

Économique

Le galetage est économiquement rentable car il offre des temps de cycle courts et des résultats (qualité de produit élevée). Le résultat est un bon rapport qualité-prix, la fabrication bénéficiant d'un amortissement rapide.