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Mesure et prédiction des distorsions des engrenages traités par induction

Pascal, Johan (2012). Mesure et prédiction des distorsions des engrenages traités par induction. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La présente étude porte sur la mesure des distorsions engendrées par le procédé de durcissement par induction appliqué à des engrenages. Le traitement superficiel des engrenages par induction a pour but de durcir la surface de la denture, tout en gardant une certaine ductilité à coeur. Cela améliore la résistance au contact tout en garantissant une tenue en fatigue. Mais ce traitement thermique induit des modifications géométriques, ou distorsions, et les processus de fabrication de pièces de précision doivent alors inclure une étape de rectification.

Afin de quantifier ces distorsions, une méthode de mesure sur une machine à mesurer tridimensionnelle a été mise en place. Dans un premier temps, l’étude porte sur des engrenages en acier AISI4340 de géométrie simple : denture droite, flanc en développante de cercle. Les résultats obtenus montrent que les distorsions sont homogènes sur le périmètre de la roue, et que, pour une recette d’induction donnée, elles sont répétables dans une plage de ± 2 μm pour les flancs et les rayons extérieurs de la denture, et jusqu’à ±5 μm pour les surfaces latérales. La comparaison entre quatre recettes d’induction différentes a aussi permis d’étudier leur influence sur les distorsions. Ces dernières sont de l’ordre de quelques micromètres, jusqu'à 25 μm au maximum. Pour ce type de roue, les distorsions peuvent être anticipées et ne justifient pas à elles seules une phase de rectification. La seconde partie des travaux a porté sur une géométrie de roue plus complexe, en acier AISI4340, avec une denture droite associée à un plateau, le tout relié par une section mince au reste de la pièce. Elle a montré que la géométrie générale d’une pièce traitée par induction peut avoir une forte influence sur les distorsions induites qui peuvent atteindre plusieurs centaines de microns. Les distorsions ne sont donc pas uniquement dues aux transformations métallurgiques de la pièce. L’étude de l’effet de différents paramètres d’induction et du matériau sur ces distorsions a permis de déterminer certaines tendances dans le but de les minimiser. Cependant, il n’est pas possible de donner de recette type, offrant les distorsions les plus faibles, à cause notamment des interactions entre les différents paramètres étudiés et de la réaction différente de chaque zone géométrique de la roue.

Titre traduit

Measure and preduction of distorsions on inducted gear

Résumé traduit

The present study concerns the measurement of distortions on induction hardened gear. Induction heat treating of gear is used in the industry to allow the surface hardening of the gear teeth while its core stays ductile. This treatment increases the contact strength and insures a good fatigue behavior. But this heat treatment induces geometrical modifications which imposes a final step of machining.

To quantify these distortions, measuring method on a coordinate measurement machine has been developed. First, the study focuses on AISI4340 steel gear with a simple geometry: right teeth geometry, involutes flanks. Results show homogeneous distortions around the gear, and for a giving induction recipe, they are repeatable within ±2μm for flanks and external radius, until ±5μm for lateral surfaces. The comparison between the four recipes has permitted to study their influence on distortions. The scale of distortions obtained extends from few micrometers to a maximum of 25 μm. Thus, the distortions can be anticipated and do not justify alone the necessity of final machining step, at least for this kind of geometry. The second part of the work concerns different gear geometry, more complex, in AISI4340 steel too. It is composed of a right teeth associated to a plate, linked to the rest of the part by a thin section. The results show that the global geometry of the part which was heat treated by induction can have a major influence on distortions level which can increase up to several hundred micrometers. Distortions are not only due to metallurgical transformations of the part. The study of the effect of different induction and material parameters has permitted to determine some tendencies to reduce distortions. But it is difficult to find one induction recipe to obtain minimal distortions because of the interactions between the different parameters studied and the reactions of each geometrical area of the part.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [175]-178.
Mots-clés libres: Engrenages. Métaux - Traitement thermique. distorsion, mesure, induction
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bocher, Philippe
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 01 févr. 2013 21:02
Dernière modification: 07 mars 2017 20:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1116

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