Dégrossissage et nettoyage de l’arbre à cames : 66 secondes pour deux pièces à 3 mg

Aperçu

Un arbre à cames est un long arbre élancé portant une série de profils lobés usinés avec une tolérance mesurée en centièmes de millimètre. Après perçage, il constitue également une pièce dotée de trous d’huile qui croisent les tours et d’ébavures situées précisément là où l’huile doit circuler.

Son ébavurage constitue donc un problème différent de l’ébavurage d’un bloc ou d’un carter. L’ébavure est petite, mais la surface adjacente est le profil fini : une brosse ou un outil coupant qui retire l’ébavure tout en touchant le lobe produit une pièce défectueuse. Son nettoyage pose aussi un défi particulier, car les trous d’huile sont étroits et l’arbre ne peut pas être inondé depuis l’extérieur.

La cellule décrite ici effectue les deux opérations dans un même bâti en 66 secondes pour deux pièces, tout en maintenant chaque pièce à 3 mg ou moins. Big Bird Industrial (anciennement Shimada Big Bird Industrial) conçoit des systèmes de nettoyage et d’ébavurage pour les composants de groupe motopropulseur automobile depuis 2001, et cette configuration suit les lignes de production dédiées aux arbres à cames plutôt qu’une disposition de laboratoire.

1. Ce qui distingue un arbre à cames

Deux caractéristiques différencient un arbre à cames des autres pièces destinées à l’ébavurage : il est élancé, et sa surface fonctionnelle est difficile d’accès sans contact physique.

Une pièce élancée qui fléchit

Un arbre à cames supporté à ses deux extrémités fléchit sous son propre poids ainsi que sous toute force de serrage appliquée. Cela a de l’importance, car l’ébavurage exige un contact, or ce contact sur un arbre élancé modifie la géométrie obtenue par meulage. Le soutenir en plus de deux points et appliquer les outils avec une force contrôlée — et non uniquement par commande de position — permet de préserver le profil.

Le profil constitue la référence

Sur un bloc, la surface adjacente à l’accumulation de matière est généralement une face de moulage standard, dotée d’une tolérance large. Sur un arbre à cames, la surface adjacente à l’accumulation de matière est la came elle-même, et c’est précisément cette came qui justifie l’existence de la pièce. Chaque méthode de débavurage doit être évaluée selon sa capacité à retirer la matière située au niveau du bord sans modifier la surface adjacente.

2. Emplacement exact des accumulations de matière

Les accumulations de matière sur les arbres à cames se concentrent à un petit nombre d’endroits, et chacun d’eux exige un traitement spécifique.

Intersections des trous d’huile

Chaque trou d’huile percé débouche soit dans un palier, soit sur le flanc d’une came, et le bord de sortie porte une accumulation de matière à l’intérieur du trou. Cette accumulation de matière est la plus dommageable sur la pièce, car elle se détache dans le flux d’huile et atteint une surface de palier. Elle est aussi la plus difficile d’accès, car elle se trouve à l’intérieur d’un trou dont le diamètre peut ne mesurer que quelques millimètres.

Bords des cames et rainures de clavette

Les bords latéraux d’un lobe usiné présentent une petite bavure résultant du meulage, tandis qu’une rainure de clavette ou un centrage de pignon présente une bavure plus importante issue du fraisage. La petite bavure peut être éliminée à l’aide d’une brosse ; la bavure plus importante nécessite un outil, lequel doit s’approcher du bord selon une direction qui n’entre pas en contact avec le flanc.

3. Débavurage sans contact avec le profil

La méthode doit enlever du matériau sur un bord tout en laissant intacte la surface adjacente ; sur un arbre à cames, ces deux surfaces sont distantes de quelques millimètres.

Contrôle de la force plutôt que contrôle de la position

Un robot piloté en position poussera la brosse contre la portée avec une force déterminée par l’erreur de position. Un robot doté d’un contrôle de la force suit le bord avec une force de contact définie, ce qui maintient la brosse sur la bavure quel que soit l’emplacement réel de la surface usinée. Sur une pièce élancée, cette différence sépare un arbre à cames correctement débavuré d’un arbre à cames mis au rebut.

Débavurage humide dans la même cellule

Effectuer le débavurage à l’intérieur de la cellule de nettoyage, sous bain liquide, permet de capturer les fragments dans le liquide plutôt que de les libérer dans l’air. Cela revêt une importance encore plus grande sur un arbre à cames que sur un bloc, car les fragments sont très fins et les trous d’huile se trouvent à proximité immédiate de la zone de travail de la brosse.

4. Nettoyage des trous d’huile

Un trou d’huile de came est petit, souvent incliné et débouche sur une surface qui doit rester propre. Pulvériser l’arbre depuis l’extérieur le mouille sans toutefois rincer les trous.

Rincage par le trou

L’approche efficace consiste à injecter un liquide dans le trou afin qu’il en ressorte par la sortie, emportant avec lui le fragment de bavure. Cela nécessite une buse étanche à l’entrée du trou ou une lance qui y pénètre, ainsi qu’une pression suffisamment élevée pour déplacer un fragment contre la paroi d’un orifice étroit.

Pourquoi l’ordre est déterminant

Rincer avant l’ébavurage constitue un travail inutile, car l’ébavurage génère justement les fragments. Rincer après l’ébavurage mais avant le rinçage final laisse les fragments dans le trou d’huile jusqu’à ce que le rinçage les dilue. La séquence efficace est donc : ébavurer, rincer, rincer à nouveau, sécher ; le rinçage intermédiaire devant utiliser un liquide filtré séparément afin de ne pas réintroduire les débris provenant de la pièce précédente.

5. Le cycle en deux temps de 66 secondes

La cellule exécute deux arbres à cames par cycle en 66 secondes, maintenant la pièce à ou sous 3 mg. Le fait de traiter deux pièces par cycle n’est pas dû au hasard de la taille de la machine : cela équilibre le temps de débourrage et le temps de nettoyage, afin qu’aucune des deux étapes n’attende l’autre.

Pourquoi l’appariement fonctionne sur une pièce élancée

Un arbre à cames occupe peu de volume par rapport à sa longueur, donc une chambre dimensionnée pour un seul arbre est majoritairement vide. Charger deux arbres, supportés à leurs extrémités et séparés, permet d’utiliser ce volume sans augmenter la taille de la chambre, ce qui améliore le débit par unité d’enveloppe plutôt que par unité d’énergie.

Ce qui détermine les 66 secondes

Le cycle est défini par le mouvement de débourrage, et non par le lavage. Une brosse suivant plusieurs lobes et plusieurs sorties de trous d’huile sur deux arbres constitue un programme long, tandis que les étapes de lavage sont plus courtes que celle de débourrage. Cette répartition explique pourquoi une cellule pour arbres à cames diffère d’une cellule pour carter, où le lavage domine.

6. Vérification

La vérification d’un arbre à cames comporte deux aspects souvent confondus : l’existence de bavures et la propreté. Une pièce peut être exempte de bavures tout en échouant au contrôle de la limite de masse, car des fragments issus du débavurage restent encore présents dans le trou d’huile. Une pièce peut satisfaire à la limite de masse tout en conservant une bavure susceptible de se détacher ultérieurement.

La vérification pratique consiste en un contrôle visuel, sous grossissement, des arêtes spécifiées, combiné à une mesure de l’intérieur du trou d’huile qui confirme le passage sans obstacle (« flush »). Vérifier uniquement l’extérieur de l’arbre ne teste que la surface que le client ne verra jamais. Sur un arbre à cames, ces deux contrôles sont également effectués à des moments différents : le contrôle des arêtes peut être réalisé sur la première pièce d’un lot, tandis que le contrôle « flush » porte sur des échantillons prélevés au milieu et à la fin du lot, car une brosse qui s’use progressivement au cours du lot modifie ce qui parvient aux trous.

Questions fréquemment posées

Les arbres à cames peuvent-ils être débavurés sur la même machine que les blocs ?

Rarement dans le même cycle. Une cellule de bloc utilise une pression élevée et un débit important sur une pièce massive, tandis qu’un arbre à cames nécessite des outils à commande de force sur une pièce élancée. Ils peuvent partager un bâtiment et une philosophie de filtration, mais pas une même chambre.

Comment le lobe est-il protégé contre la brosse ?

En contrôlant la force de contact plutôt que la position, et en choisissant une brosse dont la raideur est suffisamment faible pour ne pas marquer une surface rectifiée à cette force. Ces deux paramètres sont choisis conjointement.

3 mg est-il réaliste pour une pièce aussi longue ?

C’est réaliste lorsque les trous d’huile sont rincés plutôt que pulvérisés, et lorsque le circuit de rinçage est maintenu séparé. La plupart des défaillances sur les arbres à cames proviennent des trous, et non de la surface extérieure.

Qu’est-ce qui limite le temps de cycle ?

Le programme de déburrage. Suivre plusieurs lobes et plusieurs sorties de trous avec un outil contrôlé prend plus de temps que le lavage de la même pièce, ce qui est l’inverse d’une ligne de boîtiers.

Conclusion

Un arbre à cames est ébavuré contre une surface finie plutôt que contre une surface brute, et c’est cela qui contraint la méthode. Les trois décisions qui permettent à une cellule combinée de fonctionner sont : l’utilisation d’un outillage à commande de force, le fonctionnement en milieu humide et le rinçage de chaque orifice d’huile.

La spécification doit désigner les bords à ébavurer, les orifices d’huile à rincer, la limite de propreté et l’unité de cycle. Une cellule pour arbres à cames citée à deux pièces par cycle en 66 secondes n’est comparable qu’avec cette seconde valeur précisée. Il en va de même pour une cellule citée à trois milligrammes, car la zone à laquelle s’applique cette valeur est aussi importante que la valeur elle-même. Une mesure effectuée sur l’extérieur de l’arbre décrit une pièce différente de celle obtenue à l’intérieur des orifices d’huile.