Les fonctions du chanfrein de roulement
Le chanfreinage est un terme utilisé en génie mécanique. Pour éliminer les bavures produites lors de l'usinage et faciliter l'assemblage, on réalise généralement des chanfreins aux extrémités des pièces.
En général, le chanfreinage élimine les bavures et améliore l'esthétique. Cependant, les chanfreins spécifiquement indiqués sur les plans sont généralement requis par les procédures d'installation, notamment pour guider le montage des roulements. Certains chanfreins arrondis (ou transitions arrondies) peuvent également réduire la concentration des contraintes et renforcer les pièces de type arbre. De plus, ils facilitent l'assemblage et sont généralement réalisés avant l'usinage final.
En usinage, la fonction la plus basique et universelle du chanfreinage est : éliminer les bavures, améliorer l’aspect et prévenir les dommages causés par les arêtes vives.
Lors de l'usinage, la coupe des métaux produit souvent des bavures et des angles vifs sur les arêtes. Sans chanfreinage, celles-ci peuvent facilement blesser les opérateurs et rayer les surfaces des pièces en contact lors de l'assemblage ou de l'utilisation. C'est pourquoi presque toutes les pièces métalliques subissent au minimum un ébavurage et un chanfreinage de base.
Sur les plans techniques, lorsqu'un chanfrein est explicitement indiqué, cela signifie souvent qu'il remplit une fonction particulière pour le montage, la résistance ou les performances. Parmi les applications typiques, on peut citer : le guidage lors du montage des roulements, la répartition des contraintes dans les pièces d'arbre, les transitions arrondies aux bords des chemins de roulement et les exigences d'ajustement serré avec les joints, les bagues de retenue et autres pièces d'assemblage. Les chanfreins arrondis (transitions arrondies), en particulier, facilitent non seulement le montage, mais améliorent aussi considérablement la répartition des contraintes et renforcent la résistance à la fatigue des pièces.
1. Les pièces en acier à roulement doivent être chanfreinées avant le traitement thermique.
L'acier à roulement subit généralement des traitements thermiques tels que la trempe et le revenu pour obtenir une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure. Lors de l'ébauche, avant traitement thermique, les contraintes internes de la pièce sont importantes et, combinées aux variations rapides de température, une concentration de contraintes se forme facilement au niveau des arêtes vives. Ceci peut entraîner des fissures, des ébréchures et des déformations excessives après traitement thermique. Le chanfreinage réduit efficacement la concentration de contraintes sur les arêtes, stabilisant ainsi la microstructure du matériau lors de la redistribution des contraintes due au traitement thermique. Il diminue ainsi le risque de fissuration, contrôle les déformations liées au traitement thermique et améliore l'homogénéité de la microstructure.
2. Ébavurage et prévention des blessures ou des dommages causés par les arêtes vives
Les roulements nécessitant une manipulation manuelle ou automatisée lors de leur fabrication, de leur manutention, de leur emballage et de leur assemblage, leurs arêtes vives peuvent facilement blesser les opérateurs, rayer l'arbre ou le logement du roulement lors de l'assemblage et provoquer des bosses pendant le transport. Le chanfreinage des arêtes élimine les risques pour la sécurité et protège la surface des pièces.
3. Assurer les fonctions de guidage et de positionnement pendant l'assemblage
Lors du montage de roulements sur des arbres ou dans des logements (boîtes), il est essentiel d'assurer une entrée en douceur dans la surface de positionnement. Les chanfreins agissent comme des rainures de guidage ou des transitions d'entrée. Ils orientent la manœuvre lors du montage par pression ou par martelage, empêchant le blocage des bagues intérieure et extérieure, évitant une répartition inégale de la charge due à une entrée oblique et prévenant l'endommagement des épaulements d'arbre ou d'alésage lors du montage.
4. Les chanfreins aux angles arrondis réduisent la concentration des contraintes et assurent la solidité.
Les bagues intérieure et extérieure des roulements utilisent généralement des angles arrondis (angle R) pour le chanfreinage, plutôt que des biseaux droits. En effet, les congés présentent une meilleure répartition des contraintes en mécanique des structures, permettant une transition en douceur et évitant que les arêtes vives ne deviennent des points d'amorçage de fissures de fatigue. Ceci améliore la durée de vie des roulements dans des environnements à haute vitesse et à fort impact. Les roulements à grande vitesse, en particulier, subissent une force centrifuge importante en fonctionnement ; les points de concentration de contraintes en leur sein peuvent facilement entraîner une défaillance. Par conséquent, les congés de chanfrein sont essentiels à la durée de vie des roulements.
5. Les dimensions du chanfrein doivent être supérieures à celles du chanfrein de l'épaulement de l'arbre – une exigence d'ajustement critique lors de l'assemblage.
Lors de l'assemblage, le chanfrein de la bague intérieure du roulement doit être plus large que le chanfrein de l'épaulement de l'arbre, et le chanfrein de la bague extérieure doit être plus large que le chanfrein de l'épaulement du logement du roulement. Si la dimension du chanfrein du roulement est trop faible, le roulement ne s'ajustera pas correctement contre la surface de positionnement, ce qui entraînera une concentration de contraintes lors de l'assemblage. Il en résultera des marques de pression ou des fissures, un déséquilibre de l'assemblage affectant les pièces suivantes, une instabilité due à un montage incorrect du roulement, ainsi que des rayures ou une déformation de l'épaulement de l'arbre ou du logement. Par conséquent, le rapport entre la dimension du chanfrein du roulement et celle du chanfrein de l'épaulement des composants en contact est un indicateur clé pour la réussite de l'assemblage du roulement.