Jauges de finition de surface personnalisées pour les endroits difficiles d'accès

Écrit par Alexandre Dufour, directeur des solutions d'ingénierie chez Mahr Inc.

Il y a environ 30 ans, les jauges de finition de surface portables - certaines suffisamment petites pour tenir dans une poche de chemise - ont apporté un nouveau niveau de contrôle des pièces à l'atelier de fabrication. L'inspection de la finition de surface hors du laboratoire et sur le sol était importante pour plusieurs raisons. Au cours des 50 années précédentes, les tolérances dimensionnelles des pièces avaient diminué. En conséquence, la finition de surface et les irrégularités de forme grugeaient une part toujours croissante de la tolérance dimensionnelle globale, une tendance qui se poursuit aujourd'hui. Il était également devenu clair que la finition de surface jouait un rôle très important dans les performances de la pièce. Les caractéristiques uniques d'une surface pouvaient déterminer si la peinture restait en place, si la lubrification tenait ou fuyait, ou combien de « bruit » était produit lorsque les surfaces se déplaçaient les unes contre les autres.

Avec un positionnement et une fixation appropriés, les petites jauges de finition de surface portables peuvent mesurer facilement les paramètres de finition de surface, généralement en appuyant sur un seul bouton. Comme les outils à main dimensionnels, les jauges de finition de surface portables à usage général fournissent des résultats faciles à utiliser et fiables pour de nombreuses applications. Placez simplement la jauge de poche sur la pièce afin que ses coussinets de repos intégrés la placent en place, appuyez sur un bouton et vos résultats s'affichent, prêts à être comparés aux exigences.

Mais ce n'est pas toujours aussi facile. Les paramètres de finition de surface peuvent être appliqués à pratiquement n'importe quelle surface d'une pièce, depuis l'intérieur d'un petit alésage, sur un plat court ou autour d'un trou, jusqu'à un diamètre extérieur entre deux parois, ou même sur ces parois. Souvent, une jauge de finition de surface portable standard ne fonctionnera tout simplement pas :soit l'unité d'entraînement est trop grande, soit le bras de la sonde est trop court, soit des obstructions sur la pièce elle-même interfèrent avec le placement de la jauge.

Rallonges de bras de sonde

Une solution possible est l'utilisation d'extensions de bras de palpage, même si celles-ci ont aussi leurs limites. L'ajout d'extensions augmente le poids du bras de la sonde. Avec les sondes dérapées, un poids supplémentaire peut endommager les surfaces des pièces, en particulier avec des matériaux plus tendres comme l'aluminium. De plus, un poids supplémentaire peut remplacer la force du ressort du patin lorsque la jauge est utilisée dans des positions autres qu'horizontales. Cela peut entraîner la perte de contact de la sonde avec la surface pendant la mesure, provoquant des résultats de mesure erronés et des erreurs « hors plage de mesure ». Avec les palpeurs sans patins, le poids supplémentaire du bras de palpeur peut provoquer des vibrations, ce qui affecte également les résultats de mesure.

En général, les extensions de la sonde ne doivent pas dépasser 100 mm afin que la force de glissement ne dépasse pas 0,6 N. De plus, la plage angulaire de l'instrument doit être maintenue dans une enveloppe de 135°, en commençant à 45° de l'horizontale jusqu'à une position dans lequel l'ensemble de l'unité d'entraînement est orienté vers le bas vers la terre.

Solutions techniques

Lorsque les appareils standard ne peuvent pas fournir les résultats escomptés, une meilleure solution consiste à concevoir sur mesure ou à concevoir une jauge adaptée à l'application spécifique. Cela est particulièrement vrai dans les cas où il y a un volume élevé de pièces et une exigence de mesures rapides et fiables - souvent par des machinistes semi-qualifiés en mesure dimensionnelle et de finition de surface - pour garantir la qualité des pièces et éliminer le coût élevé des rappels de pièces. Les jauges dédiées ou conçues sur mesure sont plus rapides, plus faciles à utiliser et produisent des résultats avec de meilleures performances et GR&R. Avec une jauge dédiée, pratiquement n'importe quel opérateur peut facilement inspecter les pièces usinées et prendre des décisions quant à leur qualité. Ils peuvent même collecter les résultats pour l'analyse et le contrôle des processus.

Pour obtenir des résultats fiables et reproductibles, toute jauge de finition de surface doit faire deux choses :1) elle doit positionner avec précision le stylet en diamant à l'extrémité du bras de la sonde pour mesurer la surface spécifiée, et 2) elle doit protéger la zone sensible le bras du palpeur et le stylet contre les dommages pendant les opérations de mesure. Répondre à ces exigences pour les surfaces difficiles d'accès a abouti à la création de toute une famille de jauges dédiées, conçues pour mettre une analyse de finition de surface rapide et fiable entre les mains des machinistes au point de fabrication, souvent pendant que la pièce est encore fixé dans la machine-outil.

Alésages de cylindre

Les alésages de cylindre nécessitent des finitions spécifiques pour équilibrer la rétention d'huile et un mouvement axial fluide. Ils ont été parmi les premières applications à disposer de jauges dédiées conçues pour mesurer la finition de surface. Les alésages sont de différentes tailles et peuvent être relativement profonds, certains jusqu'à huit pouces. Les impressions peuvent indiquer des profondeurs et des emplacements spécifiques pour les contrôles, et avec jusqu'à 12 cylindres dans certains blocs et quatre dans la grande majorité des applications à volume élevé, il y a beaucoup d'alésages à mesurer. Ainsi, les jauges doivent être hautement portables et faciles à aligner et à régler pour l'opérateur. La conception doit également protéger la sonde sensible afin qu'elle ne soit pas endommagée lors de l'apport de la jauge à la pièce.

La jauge d'alésage de finition de surface portable dédiée ressemble beaucoup à une jauge à trois alésages extensible. Le tri-alésage a une certaine quantité d'ajustement de taille, mais peut être réglé sur une taille spécifique. Cela lui permet de se "verrouiller" en place et aide à fournir des lectures très reproductibles sans influence de l'opérateur. Le dispositif indicateur est également protégé par un mécanisme de transfert afin qu'aucune force de positionnement ne lui soit appliquée lorsque la jauge est placée sur la pièce.

La jauge d'alésage du cylindre d'état de surface emprunte les mêmes principes. Pour lui donner une possibilité de réglage pour se verrouiller dans différentes tailles, des plaques interchangeables sont utilisées pour obtenir la bonne plage de mesure pour le diamètre. Le réglage de la jauge avec le bon jeu de blocs permet une entrée facile dans l'alésage du cylindre, et une fois en place, un cylindre pneumatique à commande manuelle étend les blocs de dimensionnement afin qu'ils verrouillent la jauge en position.

Mais le cylindre de la jauge a une autre fonction encore plus critique. Lorsqu'il est comprimé sans application d'air, il maintient la sonde de finition de surface sensible en position rétractée. Cela signifie que lors de l'insertion, la sonde est protégée à l'intérieur du corps de la jauge. Une fois que l'opérateur est satisfait de l'emplacement de la jauge, il applique l'air, verrouille la jauge en position et la sonde s'étend afin qu'il puisse effectuer le test de surface. Une fois terminé, l'air est libéré, la sonde se rétracte et la jauge devient libre, permettant un retrait facile par l'utilisateur.

Petits alésages obstrués

Les mesures de finition de surface sur les guides de soupape de culasse sont particulièrement difficiles à réaliser en raison de leur petite taille (6 mm) et de leur emplacement dans la culasse. Les mesures les plus fiables sont effectuées du « côté ressort » de la culasse car celles-ci sont les plus accessibles. Cependant, les tours d'arbre à cames présentent un problème car elles font saillie dans la zone où le système d'entraînement de jauge doit être situé pour la mesure. Avoir un petit système d'entraînement est la meilleure solution technique puisque le système d'entraînement peut être placé entre les tours d'arbre à cames. Il est possible d'utiliser une jauge conçue qui élimine ces problèmes, puisque l'unité d'entraînement peut être placée à proximité de l'emplacement de mesure sans avoir besoin d'extensions et de configuration excessives de la sonde de mesure. L'opérateur monte simplement la jauge sur le diamètre extérieur du guide de soupape et l'unité s'adapte à la zone à mesurer.

Comme la jauge à cylindre, cette version de finition de surface rétracte la sonde jusqu'à ce qu'un mécanisme de transfert mécanique libère la sonde lorsque le bouchon est dans sa position de mesure finale.

Trous borgnes profonds

Il est généralement facile d'effectuer des mesures de finition de surface sur les alésages dans un environnement d'atelier. C'est-à-dire, bien sûr, si l'alésage est accessible et la profondeur de mesure est réduite au minimum. Cependant, les alésages d'arbre à cames et de vilebrequin du bloc moteur sont souvent des trous borgnes profonds (jusqu'à 500 mm pour la plupart des moteurs) et leur diamètre est si petit qu'une unité d'entraînement de finition de surface typique ne rentrera pas à l'intérieur pour un emplacement approprié pour la mesure.

En règle générale, l'unité d'entraînement de finition de surface doit être maintenue à l'extérieur de l'alésage et une longue extension de sonde de mesure doit être utilisée pour atteindre les alésages de la came centrale et du vilebrequin. Cependant, la solution idéale pour effectuer de telles mesures est d'amener le système d'entraînement de mesure directement sur la surface à mesurer.

Une jauge dédiée peut positionner l'unité d'entraînement et la sonde de mesure directement sur la surface à mesurer sans avoir besoin de longues extensions de mesure. L'unité d'entraînement elle-même est de petit diamètre et peut être placée dans l'alésage directement au-dessus de l'emplacement de mesure.

Surfaces obstruées

Les surfaces planes sont également faciles à mesurer pour la finition de surface et l'ondulation sur le sol de l'atelier tant que la surface est suffisamment grande pour le placement de l'appareil de mesure et qu'il n'y a pas d'obstacles bloquant sa direction de mesure. Souvent, cependant, les obstacles et la superficie minimale du terrain interdisent l'utilisation d'appareils portables traditionnels.

Certaines surfaces ont non seulement une petite surface de terrain, mais ont également des obstructions sur la coulée qui interdisent l'utilisation d'un système d'ondulation de finition de surface traditionnel. Normalement, cette surface devrait être mesurée avec un système d'entraînement éloigné de la pièce et une longue rallonge de sonde de mesure devrait être utilisée pour atteindre la surface.

Une jauge peut effectuer des mesures de finition de surface sans patins dans l'atelier tout en gardant l'unité d'entraînement sans patins et la sonde de mesure proches l'une de l'autre et sans rallonges de sonde. Le système utilise un gabarit pour positionner l'unité d'entraînement sans patins et est légèrement surélevé pour dégager toute obstruction.

Surfaces du journal

La finition de surface est très critique sur un vilebrequin. Tournant à des milliers de tr/min, et avec des surfaces de roulement et de manivelle et leurs faces d'extrémité en contact métal sur métal, il existe un énorme potentiel d'usure. La finition de surface aide à déterminer la durée de vie de ces produits.

Un concept similaire à une jauge à pression est utilisé lors de la mesure de la finition de surface sur les tourillons de manivelle. La jauge de finition de surface doit être réglable pour différentes tailles, doit se verrouiller en place et protéger la sonde.

À commande pneumatique, une jauge de finition de tourillon dédiée permet aux utilisateurs de régler les mâchoires de verrouillage à la taille approximative. Avec l'actionnement manuel de l'air, la jauge se verrouille en position et libère la sonde pour entrer en contact avec la pièce. Comme avec toutes ces jauges, la sonde n'entre pas en contact à moins que la jauge ne soit complètement verrouillée en place. La principale différence avec cette jauge est qu'elle dispose d'une opération de palpage transversal afin que le palpeur se déplace horizontalement le long de la couronne de la pièce.

Tout aussi importantes que les tourillons de roulement et de manivelle sont les faces de poussée contre lesquelles ils roulent. Un autre concept de jauge à pression est utilisé pour positionner la sonde de finition de surface ici, et avec les mêmes idées à l'esprit :facile à utiliser, aucune influence de l'opérateur et positionnement de la sonde protégé.

Précédemment présenté dans Quality Magazine.