Comment déterminer s'il y a un problème de bavardage dans un processus de broyage ?

Will Smith – Director of Software, Adcole LLC

Qu'est-ce que le bavardage et ses sources ?

Le bavardage est un motif répétitif de petits pics ou "ondulations" qui se produit à intervalles réguliers et peut apparaître sur la surface finie d'une pièce usinée. Bavardage n'est pas une erreur de forme (rondeur et lobing), et le bavardage n'est pas une erreur de forme (rondeur et lobing). finition de la surface (rugosité) ; il se situe plutôt entre ces deux régimes. Dans les composants critiques, tels qu'un arbre rotatif dans un moteur, le broutage peut causer des problèmes dans l'assemblage final qui pourraient entraîner une défaillance prématurée de la pièce et endommager d'autres composants. Cet article examine les raisons du broutage dans les composants d'arbres, les méthodes d'évaluation et les résultats des mesures visant à améliorer la qualité des arbres dans les assemblages à forte demande.

Le broutage, source majeure de bruit, de vibrations et de rudesse (NVH) dans les moteurs, peut être éliminé grâce à des processus et des équipements de qualité appropriés. Le broutage peut être généré par n'importe quelle opération d'usinage comme le fraisage, le tournage, l'alésage, la rectification, etc. Plus précisément, le broutage est généralement causé par des déséquilibres d'outils, un manque de rigidité de l'outillage ou de la fixation, une rigidité non isotrope de la pièce - un problème particulier avec les vilebrequins, des centres de pièces non ronds, un équipement défectueux ou usé, et d'autres sources de déséquilibre ou de vibration.

Pourquoi l'inspection de la conversation est-elle importante ?

Modern motors and internal combustion engines (ICE) demand tighter tolerances and higher performance, making efficiency and longevity crucial. Rotating shafts with chatter patterns can cause excessive noise and vibration issues within the final assembly of an engine or motor, potentially leading to NVH concerns that could require recalls, which can lead to customer dissatisfaction, reputational damage, and loss of sales. This is particularly true in high RPM requirements such as EV rotor shafts, which can reach 20,000 RPM or more.

Chatter is a feature that has been measured and analyzed by manufacturers for decades, but is also overlooked when designing a new part. Whether for engines or motors, this parameter can be critical to monitor. While production machines are often prioritized in budgets, quality control equipment is equally important. Poor quality can be costly, so engineers and production managers must develop robust quality control systems and ensure they have the right equipment to measure necessary features.

Le broutage se produit souvent à une fréquence spécifique liée à la proportion de la vitesse de rotation de la meule ou de l'outil de coupe et de la vitesse de rotation de la pièce. La "fréquence naturelle" du processus qui en résulte présente une signature cohérente, avec souvent des harmoniques plus élevées dans le tracé du domaine des fréquences. Les paramètres du processus sont ajustés pour contrôler l'amplitude à cette "fréquence naturelle" et/ou déplacer la fréquence à laquelle elle se produit pour répondre aux exigences du produit. L'augmentation de la valeur de l'amplitude à cette fréquence et/ou des pics d'amplitude supplémentaires à d'autres fréquences indiquent souvent un problème lié au processus ou des influences externes. Les influences externes peuvent être des moteurs, des pompes, d'autres équipements (tels que des machines d'emboutissage ou de pressage) ou la circulation de chariots élévateurs à fourche. La sortie du bavardage peut aider à guider les techniciens et les ingénieurs vers la source du problème, ce qui permet de le corriger et de rétablir la qualité du produit.

Comment vérifier la présence de bavardages

Equipement

Quality control machines are optimized to measure a specific set of parameters; for example, a precision tactile machine can often measure chatter, while an optical machine cannot (or not as effectively). Chatter is not something that would be detected by evaluating standard GD&T features like roundness or refinements of roundness data such as sector roundness or lobing. The amplitude can be quite small at sub-micron levels, the chatter may be limited to a single area, and the frequency of the chatter may vary significantly. However, regardless of the amplitude, region, or frequency variations, chatter can still have a discernible impact on the quality, final assembly, and performance of ICE or electric motors.

Un tool for measuring chatter on shafts after a grinding process would be an Adcole tactile shaft metrology gage. These gages, along with proper software that can measure a wide range of GD&T parameters, provide valuable data and analysis to maintain the demanding quality required for rotating shafts. In the camshaft world, analysis of a lobe base circle region where the grinder velocity would be uniform over a constant radius provides a cleaner signal for detecting a chatter issue. The lift region of the lobe where radii rapidly changes could be analyzed separately, providing additional information over the surface that would have been ground with an adjustable velocity.

Méthodes d'évaluation

"Et comme de nombreux problèmes liés aux vibrations se produisent à des fréquences spécifiques, la cause et la localisation des vibrations peuvent être réduites ou identifiées sur la base des variations d'amplitude à certaines fréquences.” (Collins D., 2022) This is why calculating amplitude over a frequency domain is better than simply counting lobes or peaks within the profile error.

Toutes les données de mesure sont entrées directement dans le logiciel de collecte de données, qui enregistre le signal sous forme d'amplitude en fonction du temps (forme d'onde temporelle) ou d'amplitude en fonction de la fréquence (transformée de Fourier rapide, FFT), ou les deux à la fois. Toutes ces données sont analysées par des algorithmes de programmes informatiques, qui sont à leur tour analysés par des ingénieurs ou des analystes des vibrations formés pour déterminer l'état de la machine et identifier les éventuels problèmes imminents tels que le relâchement, le déséquilibre, le désalignement, les problèmes de lubrification, et bien plus encore. L'analyse des vibrations permet de détecter des problèmes tels que le déséquilibre des roues ou les problèmes d'enrobage des roues.

Chatter can also mask itself on a shaft journal by showing up only over a small angular range. This makes it more difficult to measure and detect. Another method is the quadrant analysis option that can be used for journals on any rotating shaft. This allows for the entire 360 degrees of roundness data to be analyzed for chatter, and it breaks the roundness error into four 90-degree regions for chatter analysis. This analysis option provides a tool that can pick up a “chatter burst” on the surface of a journal where during the production process, a region of usually less than 90 degrees exhibits a pattern of undulations. The amplitude of these undulations is frequently too small to affect the roundness or even lobing measurement parameters, but can still cause issues with NVH in the final assembly of the engine. By analyzing the roundness error over 90 degrees, it is possible to measure a higher amplitude of chatter that may exceed the defined tolerance.

L'une des méthodes permettant de détecter les bavures sur une plage angulaire limitée consiste à utiliser la méthode de la "fenêtre glissante". Cette méthode permet de définir la fenêtre angulaire en degrés et l'incrément de degrés de glissement. Cette fenêtre coulissante parcourt les 360 degrés de données d'erreur de circularité ou de profil et détermine l'amplitude maximale et la région angulaire où elle s'est produite. Il est également important que les essais nécessaires permettent le développement d'une tolérance au broutage et d'une gamme de broutage à analyser sur une région angulaire donnée. Cela peut se faire en effectuant une série d'essais sur des arbres "bruyants" connus et en les comparant à la même série d'essais sur des arbres "silencieux" connus.

Sortie des mesures de bavardage

Le broutage peut apparaître de différentes manières sur les surfaces des pièces. Parfois, il peut apparaître sur une grande fenêtre angulaire et avoir une fréquence propre. Ce phénomène peut être observé dans un diagramme d'erreur de circularité ou de profil de l'élément spécifique mesuré. Cependant, le broutage peut également être masqué dans un tracé d'erreur de circularité ou de profil, car ces tracés appliquent souvent un filtre aux données d'erreur qui peut masquer le broutage.

En Figure 2aLe tableau de l'erreur de circularité du tourillon et de l'erreur de profil du lobe de l'arbre à cames, avec les six lobes au bas du tableau, est disponible sur le site. Ces tracés de profil de lobe montrent la région du cercle de base entre 0-90 degrés et 270-360 degrés. L'erreur de la région de levée se situe entre 90 et 270 degrés. Dans cet exemple, vous pouvez voir un schéma clair d'ondulations dans la région du cercle de base. Comme le cercle de base a un rayon constant, il est normalement broyé à une vitesse constante, ce qui n'est pas le cas de la région de sustentation.

Certaines entreprises utilisent un processus de comptage des lobes pour déterminer les problèmes liés au processus de fabrication. Cette méthode est utile pour déterminer les régions angulaires de l'erreur de circularité ou de profil qui présentent une non-conformité, mais elle présente des faiblesses car elle repose sur une définition interne de la manière dont un lobe ou un pic est défini afin de pouvoir être compté. Normalement, cette méthode ne tient pas compte de l'espacement entre les pics, ce qui ne permet pas de déterminer une fréquence d'apparition spécifique.

Conclusion

La mesure du broutage est essentielle pour produire régulièrement des arbres de qualité qui fonctionneront pendant de longues périodes sans générer de bruit ni de vibrations, ce qui peut entraîner une usure plus rapide de la pièce ou une défaillance. Une pièce rotative de précision dont le broutage est mesurable et qui tourne à grande vitesse peut entraîner une panne complète du moteur ou du système. Les outils dotés d'options d'analyse avancées permettant d'examiner le broutage de surface sur des régions définies peuvent détecter un problème de fabrication avant que le produit ne sorte de l'usine. Les fabricants d'arbres doivent prévoir d'investir dans des outils ou des jauges de qualité appropriés pour les réglages en ligne ou en salle d'audit, afin d'analyser les erreurs potentielles de fabrication en dehors des tolérances spécifiées et de prendre les mesures nécessaires pour les corriger.

 

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Collins, D. (2022, October 17). How are fast Fourier transforms used in vibration analysis. Motion Control Tips. https://www.motioncontroltips.com/how-are-fast-fourier-transforms-used-in-vibration-analysis/