Jauges de Finition de Surface Portables pour Zones 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 assez petites pour tenir dans une poche de chemise — ont apporté un nouveau niveau de contrôle de pièce sur le terrain de fabrication. Apporter l'inspection de finition de surface hors du laboratoire et sur le terrain était important pour deux raisons. Pendant les 50 années précédentes, les tolérances dimensionnelles des pièces avaient rétréci. En conséquence, la finition de surface et les irrégularités de forme mangeaient une portion sans cesse croissante de la tolérance dimensionnelle globale, une tendance qui continue aujourd'hui. Il était aussi devenu clair que la finition de surface jouait un rôle très important dans la performance de la pièce. Les caractéristiques uniques d'une surface pouvaient déterminer si la peinture restait en place, la lubrification tenait ou fuyait, ou combien de « bruit » était produit quand les surfaces se déplaçaient l'une contre l'autre.

Avec un positionnement et un montage appropriés, les petites jauges de finition de surface portables peuvent mesurer les paramètres de finition de surface facilement, généralement d'une simple pression sur un 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 de manière à ce que ses patins de repos intégrés la positionnent, appuyez sur un bouton, et vos résultats apparaissent, 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 sur une pièce, de l'intérieur d'un petit alésage, sur un épaulement court, ou autour d'un trou, 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, le bras de sonde est trop court, ou 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 de rallonges de bras de sonde, bien que celles-ci aient aussi leurs limites. L'ajout de rallonges augmente le poids du bras de sonde. Avec des sondes à patin, le poids supplémentaire peut causer le marquage des surfaces de pièce, surtout avec des matériaux plus tendres comme l'aluminium. De plus, le poids additionnel peut outrepasser la force du ressort du patin quand la jauge est utilisée dans des positions autres qu'horizontale. Cela peut causer la perte de contact de la sonde avec la surface pendant la mesure, causant des résultats de mesure erronés et des erreurs « hors plage de mesure ». Avec des sondes sans patin, le poids supplémentaire du bras de sonde peut causer des vibrations, ce qui affecte aussi les résultats de mesure.

En général, les rallonges de sonde ne devraient pas dépasser 100 mm pour que la force du patin ne dépasse pas 0,6 N. Aussi, la plage angulaire de l'instrument devrait être maintenue dans une enveloppe de 135°, en partant de 45° de l'horizontale à une position où l'assemblage d'unité d'entraînement fait face vers le bas vers la terre.

Solutions d'Ingénierie

Quand les dispositifs standard ne peuvent pas fournir les résultats attendus, une meilleure solution est de concevoir sur mesure, ou d'ingénier une jauge pour convenir à l'application spécifique. C'est particulièrement vrai dans les cas où il y a un grand volume de pièces et une exigence pour des mesures rapides et fiables — souvent par des machinistes semi-qualifiés en mesure dimensionnelle et de finition de surface — pour assurer 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 une meilleure performance et R&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 de processus.

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

Alésages de Cylindre

Les alésages de cylindre ont besoin de finitions spécifiques pour équilibrer la rétention d'huile et le mouvement axial lisse. Ils étaient parmi les premières applications à avoir un jaugeage dédié conçu pour mesurer la finition de surface. Les alésages viennent en diverses tailles et peuvent être relativement profonds, certains jusqu'à huit pouces. Les plans peuvent exiger des profondeurs et emplacements spécifiques pour les vérifications, et avec jusqu'à 12 cylindres dans certains blocs et quatre dans une vaste majorité d'applications à haut volume, il y a beaucoup d'alésages à mesurer. Ainsi, les jauges doivent être hautement portables et faciles pour l'opérateur à aligner et régler à la profondeur. La conception doit aussi protéger la sonde sensible pour qu'elle ne soit pas endommagée en apportant la jauge à la pièce.

La jauge portable dédiée de finition de surface d'alésage de cylindre est très semblable à une jauge tri-alésage expansible. Le tri-alésage a une certaine quantité d'ajustement de taille, mais peut être réglé à une taille spécifique. Cela lui permet de « verrouiller » en place et aide à fournir des lectures très répétables sans influence de l'opérateur. Le dispositif indicateur est aussi protégé par un mécanisme de transfert donc il n'y a pas de forces de positionnement appliquées quand la jauge est placée sur la pièce.

La jauge de finition de surface d'alésage de cylindre emprunte les mêmes principes. Pour lui donner l'ajustabilité pour verrouiller dans diverses tailles, des plaques interchangeables sont utilisées pour atteindre la bonne plage de mesure pour le diamètre. Régler la jauge avec le bon jeu de blocs permet une entrée facile dans l'alésage de cylindre, et une fois en place, un cylindre à air contrôlé manuellement étend les blocs de dimensionnement donc ils verrouillent la jauge en position.

Mais le cylindre de la jauge a une autre fonction encore plus critique. Quand comprimé sans air appliqué, il maintient la sonde de finition de surface sensible en position rétractée. Cela signifie que pendant l'insertion, la sonde est protégée à l'intérieur du corps de la jauge. Une fois que l'opérateur est satisfait de la position de la jauge, il applique l'air, verrouille la jauge en position et la sonde s'étend pour qu'il puisse faire le test de surface. Quand c'est fait, l'air est relâché, 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 effectuer 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 ce sont les plus accessibles. Cependant, les tours de came présentent un problème car ils protrudent dans la zone où le système d'entraînement de la jauge doit être situé pour la mesure. Avoir un petit système d'entraînement est la meilleure solution technique car le système d'entraînement peut être placé entre les tours de came. Il est possible d'utiliser une jauge conçue qui élimine ces problèmes, puisque l'unité d'entraînement peut être placée près de l'emplacement de mesure sans avoir besoin de rallonges de sonde excessives et de configuration. L'opérateur monte simplement la jauge sur le diamètre extérieur du guide de soupape et l'unité s'adapte dans la zone à mesurer.

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

Trous Aveugles Profonds

Les alésages sont généralement faciles à effectuer pour les mesures de finition de surface dans un environnement de terrain d'usine. C'est, bien sûr, si l'alésage est accessible et la profondeur de mesure est maintenue au minimum. Les alésages d'arbre à cames et de vilebrequin de bloc moteur, cependant, sont souvent des trous aveugles profonds (jusqu'à 500 mm pour la plupart des moteurs), et sont si petits en diamètre qu'une unité d'entraînement de finition de surface typique ne rentrera pas à l'intérieur pour un positionnement approprié pour la mesure.

Typiquement, l'unité d'entraînement de finition de surface doit être maintenue externe à l'alésage et une longue rallonge de sonde de mesure utilisée pour atteindre les alésages de came et vilebrequin centraux. Cependant, la solution idéale pour effectuer de telles mesures est d'amener le système d'entraînement de mesure directement à la surface à mesurer.

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

Surfaces Obstruées

Les surfaces planes sont aussi faciles à mesurer pour la finition de surface et l'ondulation sur le terrain d'usine tant que la surface est assez grande pour le placement du dispositif de mesure et qu'il n'y a pas d'obstructions bloquant sa direction de mesure. Souvent, cependant, les obstructions et la zone d'épaulement minimale interdisent l'utilisation de dispositifs portables traditionnels.

Certaines surfaces n'ont pas seulement une petite zone d'épaulement mais ont aussi des obstructions sur la fonderie qui interdisent l'utilisation d'un système traditionnel de finition de surface et ondulation. Normalement, cette surface devrait être mesurée avec un système d'entraînement maintenu hors et loin 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 patin sur le terrain d'usine tout en gardant l'unité d'entraînement sans patin et la sonde de mesure proches ensemble et sans rallonges de sonde. Le système utilise un gabarit de montage pour positionner l'unité d'entraînement sans patin et est légèrement surélevé pour dégager toute obstruction.

Surfaces de Paliers

La finition de surface est très critique sur un vilebrequin. Tournant à des milliers de tr/min, et avec les surfaces de palier et de vilebrequin et leurs faces de butée en contact métal-métal, il y a un potentiel tremendeux d'usure. La finition de surface aide à déterminer la durée de vie de ces produits.

Un concept similaire à une jauge à claquet est utilisé quand on mesure la finition de surface sur les paliers de vilebrequin. La jauge de finition de surface doit être ajustable pour diverses tailles, doit verrouiller en place, et protéger la sonde.

Actionnée par air, une jauge de finition de palier dédiée permet aux utilisateurs de régler les mâchoires de verrouillage à la taille approximative. Avec l'actionnement manuel d'air, la jauge se verrouille elle-même en position et libère la sonde pour contacter la pièce. Comme avec toutes ces jauges, la sonde ne fait pas contact à moins que la jauge ne soit pleinement verrouillée en place. La différence clé avec cette jauge est qu'elle a une opération de sonde traversante pour que la sonde se déplace horizontalement le long de la couronne de la pièce.

Tout aussi importants que les paliers de vilebrequin et de palier sont les faces de butée contre lesquelles ils roulent. Un autre concept de jauge à claquet est utilisé pour positionner la sonde de finition de surface ici, et avec les mêmes pensées en tête : facile à utiliser, pas d'influence opérateur, et positionnement de sonde protégé.

Précédemment publié dans Quality Magazine.