Machine de déburrage et de nettoyage d’arbres à cames : traitement intégré en 66 secondes pour 2 pièces, avec une propreté inférieure à 3 mg

Aperçu

Les arbres à cames présentent deux zones critiques où des bavures d’usinage peuvent subsister : les bords des trous d’huile et les profils des lobes. Ces zones nécessitent des approches de déburrage différentes. En tant que composants fonctionnant en mouvement cyclique fréquent, les arbres à cames exigent également une élimination efficace des résidus d’usinage et des contaminants présents sur leurs surfaces ainsi que dans leurs passages internes d’huile.

La machine flexible robotisée de déburrage et de nettoyage pour arbres à cames intègre le déburrage, le nettoyage à haute pression et le séchage en un seul processus automatisé. Le système est conçu pour traiter deux pièces en 66 secondes en configuration A, ou en 78 secondes en configurations B, C, D et E. La propreté globale spécifiée est inférieure à 3 mg, avec une taille maximale de particule de 300 μm et un état final entièrement sec.

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1. Où apparaissent les bavures sur un arbre à cames ?

Un arbre à cames commande le calage des soupapes grâce aux contacts répétés entre ses cames et les tiges-poussoirs ou galets correspondants. La précision du profil et l’état de surface de chaque came influencent directement son comportement au contact ainsi que la précision du fonctionnement des soupapes.

Les arbres à cames comportent également des canaux internes d’huile qui acheminent le lubrifiant vers les paliers et autres zones critiques. Des bavures ou des résidus de usinage non fixés présents dans ces canaux peuvent contaminer le système de lubrification s’ils ne sont pas éliminés efficacement.

Deux emplacements typiques de bavures nécessitent une attention particulière.

1.1 Bavures le long des bords des cames

L’usinage et le meulage peuvent laisser de petites arêtes relevées ou des bavures autour des limites des cames. Celles-ci peuvent modifier les conditions locales de contact et constituer une source de contamination métallique libre.

Le déburrage doit éliminer le matériau indésirable tout en conservant le profil requis de la came et la qualité de surface souhaitée.

1.2 Bavures aux bords des orifices d’huile

Le perçage peut laisser des bavures métalliques autour des ouvertures des trous d’huile. Si ces bavures se détachent pendant les opérations ultérieures ou le fonctionnement du moteur, les particules résultantes peuvent pénétrer dans le circuit de lubrification et affecter potentiellement les portées, les paliers et d’autres composants.

Le débavurage des trous d’huile est donc important non seulement pour la qualité des arêtes, mais aussi pour maîtriser la contamination résiduelle au sein du système de lubrification.

Comme les arêtes des cames et les ouvertures des trous d’huile diffèrent par leur géométrie et leur accessibilité, une solution efficace doit adapter la méthode de débavurage à chaque emplacement.

2. Procédure intégrée : débavurage, nettoyage et séchage

La machine flexible de débavurage et de nettoyage de vilebrequins équipée d’un robot combine plusieurs opérations au sein d’un même système d’équipement. L’intégration de ces procédures réduit la manipulation intermédiaire et contribue à limiter les risques de chocs supplémentaires ou de recontamination entre les postes.

La séquence typique du procédé est la suivante :

Chargement par robot à portique → Débavurage → Nettoyage à haute pression → Séchage → Déchargement

Le processus intégré comprend trois étapes principales.

Étape 1 : Ébavurage

• Ébavurage des trous d’huile

• Ébavurage des bords des cames

Étape 2 : Nettoyage

• Nettoyage par injection à haute pression des passages d’huile

• Nettoyage global du composant

• Nettoyage à haute pression des surfaces externes

Étape 3 : Séchage

• Soufflage d’air

• Séchage sous vide

L’ordre est important. L’ébavurage peut générer des fragments métalliques qui doivent être éliminés avant la fin de l’étape finale de nettoyage. Si ces fragments restent sur la pièce ou pénètrent dans les passages internes, le résultat final de propreté risque d’être compromis.

Associer l’ébavurage et le nettoyage dans un seul système automatisé permet d’établir une séquence maîtrisée, allant de l’élimination des bavures à l’élimination finale des contaminants et au séchage.

3. Pourquoi le nettoyage par insertion à haute pression est-il important pour les passages d’huile ?

Les passages d’huile de l’arbre à cames peuvent être étroits, profonds et difficiles d’accès. Un nettoyage par pulvérisation externe classique risque de ne pas fournir une action nettoyante suffisante dans les parties les plus profondes d’un passage interne.

Le nettoyage par insertion à haute pression pallie cette limitation en introduisant une buse fine dans le passage d’huile et en orientant le fluide de nettoyage le long du trajet interne. Le jet de fluide aide à détacher les contaminants et à évacuer les débris d’usinage hors du passage.

Cette opération revêt une importance particulière après l’ébavurage, car des fragments métalliques peuvent subsister autour des ouvertures des trous d’huile ou à l’intérieur des passages connexes.

Le nettoyage général et le lavage haute pression externe éliminent les contaminations des surfaces accessibles, mais ils peuvent ne pas assurer une couverture suffisante des passages internes profonds pris isolément. Le nettoyage par insertion joue donc un rôle clé pour obtenir des résultats de propreté stables lorsque les passages internes d’huile sont inclus dans les exigences d’acceptation.

La configuration finale de la buse et les paramètres de nettoyage doivent être sélectionnés en fonction du diamètre, de la profondeur, de la géométrie des orifices d’huile ainsi que du niveau de propreté requis.

4. Spécifications techniques principales

Les spécifications suivantes sont fondées sur la configuration de la machine flexible robotisée de débourrage et de nettoyage d’arbres à cames décrite dans la fiche produit publiée.

Une solution similaire, robotisée, flexible pour l’ébavurage et le nettoyage à haute pression a été livrée en 2020 pour des applications sur des arbres à cames destinés aux voitures particulières. Le temps de cycle propre à chaque modèle ainsi que les critères d’acceptation doivent être confirmés en fonction de la configuration réelle du projet.

Remarque concernant le temps de cycle : Les valeurs indiquées ci-dessus correspondent à deux pièces, et non à une pièce individuelle. La performance réelle de la ligne dépend de la configuration de la machine, de l’agencement des supports, de la séquence de chargement et de déchargement, ainsi que des exigences procédurales propres au projet.

5. Compréhension des exigences relatives à la propreté et à la taille des particules

Les limites spécifiées en matière de propreté et de taille des particules portent sur deux aspects distincts de la contamination résiduelle.

5.1 Propreté globale inférieure à 3 mg

La propreté globale désigne la masse totale de contaminants résiduels collectés et mesurés conformément à la méthode d’essai de propreté convenue.

Une limite inférieure à 3 mg constitue une exigence exigeante pour un composant doté de passages internes à l’huile et de surfaces fonctionnelles en contact. Son respect dépend des performances de l’ensemble du procédé, et non pas uniquement de l’étape finale de lavage.

Le procédé intégré associe :

• L’ébavurage afin d’éliminer les saillies métalliques indésirables

• Le nettoyage par insertion dans les passages à l’huile afin de traiter la contamination interne

• Le nettoyage haute pression global et externe afin d’éliminer les résidus accessibles

• Le soufflage à l’air et le séchage sous vide afin de maîtriser l’humidité résiduelle

La performance des filtres, l’état du fluide de nettoyage, la propreté des outillages ainsi que les pratiques de maintenance influencent également la reproductibilité. Ces facteurs doivent être maîtrisés tout au long de la production.

5.2 Taille maximale des particules inférieure à 300 μm

L'exigence relative à la taille des particules limite les dimensions des particules résiduelles récupérées lors des essais de propreté.

Pour les arbres à cames, le contrôle des particules de plus grande taille est particulièrement important là où des contaminants pourraient pénétrer dans le système de lubrification. Toutefois, la taille maximale autorisée des particules et la masse totale de contamination résiduelle constituent des critères d’acceptation distincts. Le respect de l’un n’implique pas automatiquement la conformité à l’autre.

La méthode d’inspection et de vérification de la propreté doit définir, avant l’acceptation de l’équipement, les emplacements d’échantillonnage, la procédure d’extraction, la méthode de mesure des particules et les limites d’acceptation.

5.3 Entièrement sec après nettoyage

L’eau résiduelle peut poser des problèmes de stockage et de corrosion, selon le matériau de la pièce, l’état de sa surface, la durée de stockage et les exigences des opérations ultérieures.

Le soufflage à l’air élimine l’eau accessible, tandis que le séchage sous vide permet d’évacuer l’humidité des zones plus difficiles à sécher. Leur rôle respectif doit être optimisé afin de satisfaire la spécification finale de séchage convenue, sans allonger inutilement le cycle.

La condition de séchage requise doit être vérifiée à l’aide d’une méthode d’inspection convenue, et non uniquement sur la base de l’apparence visuelle.

6. Comment sélectionner une machine de déburrage et de nettoyage d’arbres à cames

6.1 Confirmer la gamme de produits et la configuration de la machine

Les configurations A et B/C/D/E présentent des temps de cycle déclarés différents. Avant de choisir une machine, fournissez la liste complète des modèles d’arbres à cames, le volume de production attendu et la fréquence des changements de série.

Ces informations permettent de déterminer la configuration d’équipement appropriée, les outillages requis et l’agencement de la production.

6.2 Examiner la géométrie des canaux d’huile

Le diamètre, la profondeur, l’orientation et la géométrie interne des orifices d’huile déterminent l’accessibilité et les exigences de déplacement des buses d’insertion pour le nettoyage.

Les dessins ou les pièces représentatives doivent être examinés afin de déterminer si la buse peut atteindre les zones requises et éliminer efficacement les contaminants.

6.3 Identifier tous les emplacements nécessitant un ébavurage

Les bords des trous d’huile et les limites des cames sont des emplacements courants nécessitant un ébavurage, mais les exigences réelles dépendent de la conception de la pièce et de la séquence d’usinage.

Toutes les autres zones susceptibles de présenter des bavures doivent être identifiées lors de l’évaluation technique, afin que les procédés d’ébavurage et de nettoyage puissent être conçus pour l’ensemble de la pièce.

6.4 Définir les critères d’acceptation relatifs à la propreté et à la taille des particules

Préciser la masse totale résiduelle de contamination requise, la taille maximale des particules, les emplacements d’échantillonnage et la méthode d’essai.

Des critères d’acceptation clairs permettent de déterminer les étapes de nettoyage nécessaires, l’agencement du système de filtration et la procédure de validation.

6.5 Prendre en compte les opérations en aval et la protection contre la corrosion

Si l’arbre à cames passe ensuite au revêtement, à l’assemblage, à la protection contre la rouille ou au stockage après le nettoyage, ces exigences doivent être prises en compte lors de la planification des équipements.

Le procédé final doit garantir l’état de surface, le degré de séchage et le contrôle des contaminations requis pour l’étape suivante de fabrication.

Big Bird Industrial propose des configurations de machines pour le débourrage et le nettoyage des arbres à cames dans la gamme de modèles A à E. La sélection finale doit reposer sur la famille réelle de pièces à usiner, la géométrie des passages d’huile, le temps de cycle de production (takt) et les exigences de propreté.

Questions fréquemment posées

Q1. Pourquoi un arbre à cames nécessite-t-il à la fois le débourrage et le nettoyage ?

Le débourrage et le nettoyage résolvent des problèmes distincts.

Le débourrage élimine les saillies métalliques indésirables situées aux bords des trous d’huile et aux limites des lobes de came. Le nettoyage élimine les copeaux libres, l’huile et les débris générés pendant l’usinage et le débourrage.

Les opérations doivent être effectuées dans l’ordre correct : le débourrage doit être suivi d’un nettoyage efficace afin que les fragments générés lors de l’élimination des bavures ne restent pas sur la pièce finie.

Q2. Pourquoi utilise-t-on le nettoyage par insertion pour les canaux d’huile des arbres à cames ?

Les canaux d’huile peuvent être trop étroits ou trop profonds pour qu’un nettoyage externe par pulvérisation conventionnel assure une action nettoyante adéquate sur toute la longueur du parcours interne.

Le nettoyage par insertion introduit une buse dans le canal et dirige le fluide de nettoyage vers les surfaces internes. Cela permet de détacher et d’évacuer les résidus qui, autrement, pourraient demeurer dans des zones inaccessibles.

La conception de la buse et les paramètres de nettoyage doivent être adaptés à la géométrie réelle du canal ainsi qu’aux exigences d’acceptation.

Q3. Quelle est la durée du cycle complet ?

La durée de cycle indiquée est de 66 secondes pour deux pièces en configuration A, et de 78 secondes pour deux pièces en configurations B, C, D et E.

Ces chiffres sont basés sur une unité de traitement en deux parties. Ils ne doivent pas être confondus avec le temps de cycle en une seule partie. La capacité de production finale dépend de la configuration retenue, des opérations de chargement et de déchargement, des outillages ainsi que des conditions de procédé spécifiques au projet.

Q4. Comment atteindre un niveau de propreté inférieur à 3 mg ?

L’objectif dépend du procédé intégré d’ébavurage, de nettoyage et de séchage.

Le nettoyage des passages d’huile vise les contaminations internes, tandis que le nettoyage haute pression global et externe couvre les surfaces accessibles. Le soufflage d’air et le séchage sous vide éliminent l’humidité résiduelle. La filtration, la gestion des fluides et l’entretien des équipements contribuent à assurer la stabilité du procédé dans le temps.

Le résultat doit être vérifié à l’aide de la méthode d’extraction et de mesure de propreté convenue, appliquée à des pièces représentatives issues de la production.

Q5. Une seule machine peut-elle traiter différents modèles d’arbres à cames ?

Un système robotique flexible peut être configuré pour plusieurs modèles de pièces, sous réserve de la plage mécanique de la machine, des outillages, de l’accessibilité de la buse et des capacités de commande.

La gamme de modèles requise, la fréquence des changements de modèle et le volume de production doivent être examinés lors de la planification du projet. Une évaluation modèle par modèle permet de déterminer si une seule configuration est adaptée ou si des configurations d’outillages ou d’équipements différentes sont nécessaires.

Conclusion

La fabrication d’arbres à cames exige un contrôle efficace des bavures et des contaminations résiduelles, tant aux bords des trous d’huile qu’aux limites des lobes de came. L’intégration du débarrassage, du nettoyage à haute pression, du nettoyage des passages internes d’huile et du séchage au sein d’un seul système automatisé permet de réduire les manipulations intermédiaires et d’assurer une qualité plus constante des composants.

La machine robotique flexible de débourrage et de nettoyage pour arbres à cames offre un temps de cycle annoncé de 66 secondes pour deux pièces en configuration A et de 78 secondes pour deux pièces en configurations B/C/D/E, avec une propreté globale inférieure à 3 mg et une taille maximale de particule inférieure à 300 μm.

Big Bird Industrial, anciennement Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., fournit des solutions industrielles de nettoyage et de traitement pour la fabrication automobile. Pour les projets d’arbres à cames, le choix de l’équipement doit reposer sur la géométrie de la pièce, les emplacements à débourrer, les exigences relatives aux passages d’huile, la capacité de production et les critères de propreté validés.