7 research outputs found

    Consideration of residual stress and geometry during heat treatment to decrease shaft bending

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    In automotive industry, heat treatment of components is implicitly related to distortion. This phenomenon is particularly obvious in the case of gearbox parts because of their typical geometry and precise requirements. Even if distortion can be anticipated to an extent by experience, it remains complex to comprehend. Scientific literature and industrial experience show that the whole manufacturing process chain has an influence on final heat treatment distortions. This paper presents an approach to estimate the influence of some factors on the distortion, based on the idea of a distortion potential taking into account not only geometry but also the manufacturing process history. Then the idea is developed through experiments on an industrial manufacturing process to understand the impact of residual stress due to machining on shaft bending and teeth distortion during heat treatment. Instead of being measured, residual stress is being neutralized. By comparing lots between each other, connections between gear teeth geometry and manufacturing steps before heat treatment are obtained. As a consequence, geometrical nonconformities roots can be determined more easily thanks to this diagnosis tool, and corrective actions can be applied. Secondly, the influence of product geometry on bending is experimentally considered. Moreover, metallurgical observations enable to explain the influence of workpieces geometry on shaft bending. Thanks to the obtained results, process and product recommendations to decrease shafts bending are proposed

    Experimental identification of the process influences on gear distortion during heat treatment

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    Le traitement thermique est utilisé dans l'industrie automobile afin d'améliorer les propriétés mécaniques des pièces fabriquées. Ainsi appliqué après usinage, il augmente la dureté en surface des pièces mais a pour effet secondaire de conduire à des déformations géométriques. Dans le cas des dentures de boîtes de vitesses où les précisions géométriques exigées sont fortes, de telles déformations peuvent conduire à des non-conformités des pièces après traitement thermique. La littérature scientifique et les retours d'expérience industriels montrent que les paramètres du traitement thermique influent sur ces déformations, mais pas seulement. En effet, l'ensemble de la gamme de fabrication en amont du traitement thermique joue un rôle dans l’apparition des défauts. L'objectif des travaux engagés sur une ligne de fabrication industrielle Renault vise à déterminer expérimentalement l'influence de chaque étape de fabrication en amont du traitement thermique sur les déformations des dentures. Pour cela, une méthode est proposée sur les principes de neutralisation des contraintes résiduelles et de comparaison entre différents lots expérimentaux ayant une histoire mécanique différente. Les résultats permettent ainsi de relier chaque type de déformation sur les paramètres géométriques de la denture à une ou plusieurs étapes de fabrication en particulier. En conséquence, lorsqu'une dérive sur le procédé de fabrication est détectée sur un critère denture spécifique, la méthode ainsi développée permet de diagnostiquer l'origine d'un tel défaut au sein de la gamme de fabrication en amont. De cette façon, les actions curatives peuvent être mises en place plus rapidement et plus efficacement

    Analyse tribo-énergétique du procédé de toilage des portées cylindriques en acier traité et en fonte à graphite sphéroïdal

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    Known in its principle in the early 1930s, the belt grinding process especially came out industrially at the American car manufacturer's Chrysler. He was the first to develop an abrasive belt set-up allowing a mechanised operation for a process of manufacturing merely used for off-hand grinding. The superfinishing by coated belts won then a broad audience under the impulsion of the works of German Karl Weick in 1950. The objective of this PhD thesis was to specify the action of belt grinding in respect to the involvement of the working variables as well as the main characteristics of physical mechanisms which are activated in the superfinishing of metals. In summarised open literature, we showed the insufficiency of scientific works on the grinding by coated belts which bring back the knowledge of this abrasive technology to a bushel of empirical facts showing the critical involvement of a certain number of working variables of the process. To better understand the physical mechanisms which govern the machining by abrasive film, we introduced a tribo-energetic approach which match respectively the in situ physical measurements during the belt grinding experiments and the post-test analyses of the workpiece and the coated belt. Taking then methodically the knowledge of design of belt grinding technologies, we developed an original test bench based on a grinding test with abrasive belt where all limit parameters are given by the industrial conditions (plant test). The activated physical mechanisms in the belt grinding of the machined material and at the level of the coated belt / workpiece interface were then discussed. Also the roles of the working process variables examined with a scale effect were specified. Although the grinding with abrasive belts operates by micro-shaving of roughness and by loading of micro-chips; the structure of the coated film, characterized by a high power of accommodation (micro-chip build-up), seems to slow down or even transform this action of cutting into a phenomenon of rubbing and ploughing. Moreover, ductility and micro-structural homogeneity of the machined material seems to control, between other phenomena, the thickness of workhardened subsurface layer and the endurance of the belt finished surface. We also presented original results which show, by a multiscale approach of surface topography, the scale effect of roughness on the roles of working variables of the process. This one almost determines the process stability when grinding by abrasive belts and better allows specifying the tribological quality of surface in terms of functional needs.Connu dans son principe depuis les années 30, le procédé de toilage a surtout débouché industriellement chez le constructeur automobile américain Chrysler. Il était le premier à mettre au point des appareils permettant un usinage mécanisé pour un processus de fabrication jusque là manuel. L'usinage de superfinition par toilage a conquis ensuite une large audience sous l'impulsion des travaux de l'allemand Karl Wiek en 1950. L'objectif de ce travail était de préciser l'action de toilage en liaison avec l'intervention des variables process ainsi que les caractéristiques principales des processus physiques mis en jeu dans la superfinition des métaux. Dans la synthèse bibliographique, nous avons montré les insuffisances des travaux scientifiques sur l'usinage par toilage qui ramènent la connaissance du procédé à un boisseau de faits empiriques montrant l'intervention critique d'un certain nombre de variables du process. Afin de mieux cerner les mécanismes physiques qui régissent l'usinage par film abrasif, nous avons introduit une approche tribo-énergétique utilisant le couplage des mesures physiques in situ et des expertises de retour d'essais de toilage. Reprenant alors méthodiquement les connaissances de conception des technologies de toilage, nous avons développé un banc d'essai original basé sur un test de toilage où tous les paramètres limites sont donnés par les conditions de service (essai de service). Les mécanismes physiques entrant en jeu dans le toilage du matériau usiné et au niveau de l'interface toile/pièce ont été ainsi discutés. Aussi les interventions des variables process examinées avec effet d'échelle ont été précisées. Bien que le toilage agit par écrêtement de rugosité et par formation de micro-copeaux, la structure du film abrasif, caractérisée par un pouvoir de logement élevé, semble freiner voire transformer cette action de coupe en phénomène de frottement et de labourage. Par ailleurs, la ductilité et l'homogénéité microstructurale du matériau usiné semble conditionner, entre autres phénomènes, l'épaisseur de la couche écrouie et l'endurance de la surface toilée. Nous avons présenté aussi des résultats originaux qui montrent, par une approche multi-échelles de la topographie de surface, l'effet d'échelle de rugosité sur l'intervention des variables process. Celui-ci conditionne fortement la stabilité du process de toilage et permet de mieux préciser la qualité tribologique de surface en terme du besoin fonctionnel

    Analyse tribo-énergétique du procédé de toilage des portées cylindriques en acier traité et en fonte à graphite sphéroïdal

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    Connu dans son principe depuis les années 30, le procédé de toilage a surtout débouché industriellement chez le constructeur automobile américain Chrysler. Il était le premier à mettre au point des appareils permettant un usinage mécanisé pour un processus de fabrication jusque là manuel. L'usinage de superfinition par toilage a conquis ensuite une large audience sous l'impulsion des travaux de l'allemand Karl Wiek en 1950. L'objectif de ce travail était de préciser l'action de toilage en liaison avec l'intervention des variables process ainsi que les caractéristiques principales des processus physiques mis en jeu dans la superfinition des métaux. Dans la synthèse bibliographique, nous avons montré les insuffisances des travaux scientifiques sur l'usinage par toilage qui ramènent la connaissance du procédé à un boisseau de faits empiriques montrant l'intervention critique d'un certain nombre de variables du process. Afin de mieux cerner les mécanismes physiques qui régissent l'usinage par film abrasif, nous avons introduit une approche tribo-énergétique utilisant le couplage des mesures physiques in situ et des expertises de retour d'essais de toilage. Reprenant alors méthodiquement les connaissances de conception des technologies de toilage, nous avons développé un banc d'essai original basé sur un test de toilage où tous les paramètres limites sont donnés par les conditions de service (essai de service). Les mécanismes physiques entrant en jeu dans le toilage du matériau usiné et au niveau de l'interface toile/pièce ont été ainsi discutés. Aussi les interventions des variables process examinées avec effet d'échelle ont été précisées. Bien que le toilage agit par écrêtement de rugosité et par formation de micro-copeaux, la structure du film abrasif, caractérisée par un pouvoir de logement élevé, semble freiner voire transformer cette action de coupe en phénomène de frottement et de labourage. Par ailleurs, la ductilité et l'homogénéité microstructurale du matériau usiné semble conditionner, entre autres phénomènes, l'épaisseur de la couche écrouie et l'endurance de la surface toilée. Nous avons présenté aussi des résultats originaux qui montrent, par une approche multi-échelles de la topographie de surface, l'effet d'échelle de rugosité sur l'intervention des variables process. Celui-ci conditionne fortement la stabilité du process de toilage et permet de mieux préciser la qualité tribologique de surface en terme du besoin fonctionnel.Known in its principle in the early 1930s, the belt grinding process especially came out industrially at the American car manufacturer's Chrysler. He was the first to develop an abrasive belt set-up allowing a mechanised operation for a process of manufacturing merely used for off-hand grinding. The superfinishing by coated belts won then a broad audience under the impulsion of the works of German Karl Weick in 1950. The objective of this PhD thesis was to specify the action of belt grinding in respect to the involvement of the working variables as well as the main characteristics of physical mechanisms which are activated in the superfinishing of metals. In summarised open literature, we showed the insufficiency of scientific works on the grinding by coated belts which bring back the knowledge of this abrasive technology to a bushel of empirical facts showing the critical involvement of a certain number of working variables of the process. To better understand the physical mechanisms which govern the machining by abrasive film, we introduced a tribo-energetic approach which match respectively the in situ physical measurements during the belt grinding experiments and the post-test analyses of the workpiece and the coated belt. Taking then methodically the knowledge of design of belt grinding technologies, we developed an original test bench based on a grinding test with abrasive belt where all limit parameters are given by the industrial conditions (plant test). The activated physical mechanisms in the belt grinding of the machined material and at the level of the coated belt / workpiece interface were then discussed. Also the roles of the working process variables examined with a scale effect were specified. Although the grinding with abrasive belts operates by micro-shaving of roughness and by loading of micro-chips; the structure of the coated film, characterized by a high power of accommodation (micro-chip build-up), seems to slow down or even transform this action of cutting into a phenomenon of rubbing and ploughing. Moreover, ductility and micro-structural homogeneity of the machined material seems to control, between other phenomena, the thickness of workhardened subsurface layer and the endurance of the belt finished surface. We also presented original results which show, by a multiscale approach of surface topography, the scale effect of roughness on the roles of working variables of the process. This one almost determines the process stability when grinding by abrasive belts and better allows specifying the tribological quality of surface in terms of functional needs.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

    Procédé de superfinition par toilage : analyse énergétique des variables "process" – temps de cycle et fréquence d'oscillation

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    Les succès des applications de superfinition par toilage ont été longtemps attribués à l'art d'appliquer des combinaisons variées de conditions et de séquences, pour un dispositif de toilage particulier, sans aucune méthode apparente établie. Du point de vue laïque ceci pourrait sembler vrai. Toutefois il y a des mécanismes physiques bien définis qui sont essentiellement de nature fondamentale. Une description énergétique du procédé de toilage est introduite. La variable d'énergie dissipée est considérée pour étudier l'effet du temps de toilage et observer l'influence supposée d'"alignement" (oscillation axiale de la bande abrasive). Deux régimes de toilage sont identifiés et ainsi discutés

    Analyse tribo-énergétique du procédé de toilage : intervention des variables "process" – fréquence d'oscillation et temps de cycle sur les caractéristiques d'état de surface et de forme

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    Le temps de cycle et la fréquence d'oscillation sont des variables "process" majeurs en technologies avancées de superfinition par toilage. Cet article examine leur rôle en liaison avec les mécanismes physiques activés (coupe, labourage ou glissement). On introduit ainsi une description énergétique du procédé de toilage. Celle-ci exploite la variable d'énergie dissipée pour étudier l'effet du temps de toilage et observer l'influence supposée d'alignement (oscillation axiale de la toile abrasive). Deux régimes de toilage sont identifiés et ainsi discutés
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