Pourquoi le grattage est essentiel pour les performances des machines-outils de précision

Lorsqu’on observe les techniciens racler à la main chez un fabricant de machines-outils, on peut se demander : « Cette technique peut-elle réellement valoriser les surfaces produites par les machines ? La compétence humaine est-elle supérieure à celle des machines ?

Si l’accent est uniquement mis sur l’esthétique, la réponse est « non ». Le grattage n’améliore pas l’attrait visuel, mais il existe des raisons impérieuses de continuer à l’utiliser. L’élément humain est un facteur clé : même si les machines-outils sont conçues pour créer d’autres outils, elles ne peuvent pas produire un produit qui dépasse la précision de l’original. Pour obtenir une machine plus précise que son prédécesseur, nous devons établir une nouvelle référence, ce qui nécessite une intervention humaine, en particulier un grattage manuel.

Le grattage n’est pas un processus aléatoire ou non structuré ; il s'agit plutôt d'une méthode de réplication précise qui reflète fidèlement la pièce originale, qui sert de plan de référence standard, également fabriquée à la main.

Malgré son caractère exigeant, le grattage est une pratique habile (semblable à une forme d’art). Former un maître grattoir peut être plus difficile que former un maître sculpteur sur bois. Les ressources traitant de ce sujet sont rares, notamment en ce qui concerne la justification du grattage, ce qui peut contribuer à sa perception en tant que forme d'art.

Par où commencer

Si un fabricant choisit d'utiliser une meuleuse pour l'enlèvement de matière au lieu du grattage, les rails de guidage de la meuleuse « principale » doivent présenter une plus grande précision que ceux de la nouvelle meuleuse.

Alors, qu’est-ce qui sous-tend la précision de la machine initiale ?

Cette précision peut provenir d’une machine plus avancée, dépendre d’une méthode alternative capable de produire une surface véritablement plane, ou être dérivée d’une surface plane existante et bien conçue.

Pour illustrer le processus de génération de surface, nous pouvons considérer trois méthodes de dessin de cercles (bien que les cercles soient techniquement des lignes, ils servent à clarifier le concept). Un artisan qualifié peut créer un cercle parfait à l’aide d’une boussole standard. A l’inverse, s’il trace un trou rond sur un gabarit en plastique avec un crayon, il reproduira toutes les imperfections de ce trou. S'il tente de tracer le cercle à main levée, la précision qui en résultera sera limitée par son propre niveau de compétence.

En théorie, une surface parfaitement plane peut être obtenue en rodant alternativement trois surfaces. À titre d’illustration, considérons trois roches possédant chacune une surface relativement plate. En frottant ces surfaces ensemble dans un ordre aléatoire, vous les aplatirez progressivement. Cependant, l’utilisation de seulement deux roches entraînera une paire d’accouplements concave et convexe. En pratique, le rodage implique une séquence d'appariement spécifique, que l'expert en rodage utilise généralement pour créer le gabarit standard souhaité, tel qu'une règle droite ou une plaque plate.

Pendant le processus de rodage, l'expert applique d'abord un révélateur de couleur sur le gabarit standard, puis le fait glisser sur la surface de la pièce pour identifier les zones qui nécessitent un grattage. Cette action est répétée, rapprochant progressivement la surface de la pièce de celle du gabarit standard, pour finalement obtenir une réplication parfaite.

Avant le grattage, les pièces moulées sont généralement fraisées à quelques millièmes au-dessus de la taille finale, soumises à un traitement thermique pour soulager les contraintes résiduelles, puis renvoyées pour un meulage de finition. Bien que le grattage soit un processus long et exigeant en main-d'œuvre, il peut constituer une alternative rentable aux méthodes qui nécessitent des machines de haute précision. Si le grattage n'est pas utilisé, la pièce à usiner doit être finie à l'aide d'une machine très précise et coûteuse.

Outre les coûts d'équipement importants associés à la finition finale, un autre facteur critique doit être pris en compte : la nécessité d'un serrage par gravité lors de l'usinage de pièces, en particulier de pièces moulées de grande taille. Lors d'un usinage avec des tolérances de quelques millièmes, la force de serrage peut conduire à une déformation de la pièce, mettant en péril sa précision une fois la force relâchée. De plus, la chaleur générée pendant le processus d’usinage peut contribuer davantage à cette distorsion.

C’est là que le scraping offre des avantages distincts. Contrairement à l’usinage traditionnel, le grattage n’implique aucune force de serrage et la chaleur produite est minime. Les grandes pièces sont soutenues en trois points, garantissant qu'elles restent stables et exemptes de déformations dues à leur propre poids.

Lorsque la piste de raclage d'une machine-outil est usée, elle peut être restaurée par un nouveau raclage, un avantage significatif par rapport aux alternatives consistant à mettre la machine au rebut ou à la renvoyer à l'usine pour démontage et retraitement.

Le grattage peut être effectué par le personnel de maintenance de l'usine, mais il est également possible de faire appel à des spécialistes locaux pour cette tâche.

Dans certaines situations, le grattage manuel et électrique peut être utilisé pour obtenir la précision géométrique souhaitée. Par exemple, si un ensemble de rails de table et de selle a été raclé et répond aux spécifications requises, mais que la table s'avère mal alignée avec la broche, la correction de ce désalignement peut demander beaucoup de travail. La compétence requise pour retirer la quantité appropriée de matériau aux endroits corrects à l'aide d'un seul grattoir, tout en conservant la planéité et en corrigeant le désalignement, est considérable.

Bien que le grattage ne soit pas destiné à corriger des désalignements importants, un grattoir compétent peut réaliser ce type d’ajustement en un temps étonnamment court. Cette approche exige un haut niveau de compétence mais est souvent plus rentable que l'usinage de nombreuses pièces selon des tolérances rigoureuses ou la mise en œuvre de conceptions complexes pour atténuer le désalignement.

Lubrification améliorée

L'expérience a démontré que les rails raclés améliorent la qualité de la lubrification, réduisant ainsi la friction, même si les raisons sous-jacentes restent débattues. Une théorie répandue suggère que les points bas grattés, plus précisément les puits créés, servent de réservoirs de lubrification, permettant au pétrole de s'accumuler dans les nombreuses petites poches formées par les points hauts environnants.

Une autre perspective postule que ces poches irrégulières facilitent le maintien d’un film d’huile cohérent, permettant aux pièces mobiles de glisser en douceur, ce qui constitue l’objectif principal de la lubrification. Ce phénomène se produit parce que les irrégularités créent suffisamment d’espace pour que l’huile soit retenue. Idéalement, la lubrification fonctionne mieux lorsqu'un film d'huile continu existe entre deux surfaces parfaitement lisses ; cependant, cela soulève des difficultés pour empêcher le pétrole de s’échapper ou nécessiter un réapprovisionnement rapide. Les surfaces des rails, qu'elles soient grattées ou non, comportent généralement des rainures d'huile pour faciliter la distribution de l'huile.

Cette discussion soulève des questions sur l’importance de la zone de contact. Même si le grattage réduit la zone de contact globale, il favorise une répartition plus uniforme, ce qui est crucial pour une lubrification efficace. Plus les surfaces de contact sont lisses, plus la répartition des contacts est cohérente. Cependant, un principe fondamental en mécanique stipule que « le frottement est indépendant de la surface », ce qui indique que la force nécessaire pour déplacer la table reste constante, que la surface de contact soit de 10 ou 100 pouces carrés. Il est important de noter que l’usure est une considération différente ; une zone de contact plus petite sous la même charge connaîtra une usure accélérée.

En fin de compte, notre objectif devrait être d’obtenir une lubrification optimale plutôt que de simplement ajuster la zone de contact. Si la lubrification est idéale, la surface de la chenille présentera une usure minimale. Par conséquent, si une table rencontre des difficultés de mouvement dues à l’usure, cela est probablement lié à des problèmes de lubrification plutôt qu’à la zone de contact elle-même.

Comment se fait le grattage

Avant d'identifier les points saillants qui nécessitent un grattage, commencez par appliquer un colorant sur un gabarit standard, tel qu'une plaque plate ou un gabarit à jauge droite conçu pour gratter les chenilles en V. Ensuite, frottez le gabarit standard enduit de couleur contre la surface de la piste à gratter ; cela transférera le colorant vers les points hauts de la piste. Par la suite, utilisez un outil de grattage spécialisé pour supprimer les points saillants colorés. Ce processus doit être répété jusqu'à ce que la surface de la piste présente un transfert de couleur uniforme et cohérent.

Un grattoir qualifié doit maîtriser diverses techniques. Ici, je vais décrire deux méthodes importantes.

Tout d'abord, avant le processus de coloration, il est conseillé d'utiliser une lime émoussée pour frotter doucement leProduits CNCSurface, éliminant efficacement les bavures.

Deuxièmement, lors du nettoyage de la surface, utilisez une brosse ou votre main plutôt qu'un chiffon. L'essuyage avec un chiffon peut laisser des fibres fines qui peuvent créer des marques trompeuses lors de la coloration ultérieure du point culminant.

Le grattoir évaluera son travail en comparant le gabarit standard avec la surface de la piste. Le rôle de l'inspecteur est simplement d'informer le grattoir quand cesser son travail, lui permettant ainsi de se concentrer uniquement sur le processus de grattage et d'assumer la responsabilité de la qualité de sa production.

Historiquement, nous maintenions des normes spécifiques concernant le nombre de points hauts par pouce carré et le pourcentage de la surface totale en contact. Cependant, nous avons trouvé qu'il était presque impossible de mesurer avec précision la surface de contact, c'est donc maintenant au grattoir de déterminer le nombre approprié de points par pouce carré. Généralement, l’objectif est d’atteindre une norme de 20 à 30 points par pouce carré.

Dans les pratiques de grattage contemporaines, certaines opérations de nivellement utilisent des grattoirs électriques qui, tout en restant une forme de grattage manuel, peuvent atténuer une partie de la tension physique et rendre le processus moins épuisant. Néanmoins, le retour tactile du grattage manuel reste irremplaçable, notamment lors de tâches d'assemblage délicates.

Modèles de grattage

Il existe une grande variété de modèles disponibles. Parmi les plus courants figurent les motifs en arc, les motifs carrés, les motifs en vagues et les motifs en forme d'éventail. Notamment, les principaux motifs d’arc sont les motifs de la lune et de l’hirondelle.

1. Modèles en forme d'arc et méthodes de grattage

Commencez par utiliser le côté gauche de la lame du grattoir pour gratter, puis continuez à gratter en diagonale de gauche à droite (comme illustré dans la figure A ci-dessous). Simultanément, tournez le poignet gauche pour permettre à la lame de osciller de gauche à droite (comme illustré dans la figure B ci-dessous), facilitant ainsi une transition en douceur dans le mouvement de grattage.

La longueur verticale de chaque marque de couteau doit généralement être d'environ 10 mm. L’ensemble de ce processus de grattage se déroule rapidement, permettant la création de divers motifs en forme d’arc. De plus, vous pouvez gratter en diagonale de droite à gauche en appliquant une pression avec le poignet gauche et en tournant le poignet droit pour faire pivoter la lame de droite à gauche, garantissant ainsi une transition fluide dans l'action de grattage.

Méthode de base de grattage du motif d'arc

Conseils pour gratter les modèles d’arc

Lors du grattage de motifs en arc, il est important de noter que les variations des conditions et des techniques de grattage peuvent affecter de manière significative la forme, la taille et l'angle des motifs résultants. Voici quelques considérations clés :

1. Choisissez le bon grattoir: La largeur, l'épaisseur, le rayon de l'arc de la lame et l'angle du coin de la tête du grattoir influencent tous la forme du motif de l'arc. Le choix d’un grattoir approprié est crucial.

2. Contrôler le mouvement du poignet: Maîtriser l’amplitude de torsion du poignet et la longueur du coup de grattage est essentiel pour obtenir les résultats souhaités.

3. Utiliser l'élasticité de la lame: Généralement, une plus grande amplitude de mouvement du poignet combinée à une course de grattage plus courte produira des angles et des formes plus petits dans les motifs d'arc gratté, comme illustré dans la figure C ci-dessus.

Motif de lune et technique de grattage

Avant de commencer le processus de grattage, utilisez un crayon pour marquer des carrés avec un espacement spécifique sur la surface de la pièce. Lors du grattage, utilisez un grattoir fin à lame en arc de cercle, en positionnant la ligne centrale de la lame à un angle de 45° par rapport à la ligne centrale longitudinale de la pièce. Grattez de l’avant vers l’arrière de la pièce pour obtenir le motif de lune souhaité.

(2) Modèle d'hirondelle et méthode de grattage Le modèle d'hirondelle est illustré dans la figure ci-dessous. Avant de gratter, utilisez un crayon pour dessiner des carrés avec un certain espacement sur la surface de la pièce. Lors du grattage, utilisez un grattoir fin à lame en arc de cercle, avec la ligne centrale du plan de la lame et la ligne centrale longitudinale de la surface de la pièce à un angle de 45°, et grattez de l'avant vers l'arrière de la pièce. Les méthodes de grattage courantes sont présentées dans la figure ci-dessous.

Commencez par gratter un motif en arc avec le premier couteau, puis grattez un deuxième motif en arc légèrement en dessous du premier motif en arc, de sorte qu'un motif semblable à une hirondelle puisse être gratté, comme le montre la figure b ci-dessus.

2. Motif carré et méthode de grattage

Le motif carré est illustré dans la figure ci-dessous. Avant de gratter, utilisez un crayon pour marquer des carrés avec un espacement spécifique sur la surface de la pièce. Lors du grattage, positionnez la ligne centrale de la lame à un angle de 45° par rapport à la ligne centrale longitudinale de la pièce et grattez de l'avant vers l'arrière.

La technique fondamentale de grattage consiste à utiliser un grattoir étroit avec un bord droit ou un bord en arc de grand rayon pour le grattage par poussée à courte portée. Après avoir terminé le premier carré, assurez-vous de maintenir une distance carrée (en laissant essentiellement une grille) avant de gratter le deuxième carré.

3. Modèle de vague et méthode de grattage

Le modèle de vague est illustré dans la figure A ci-dessous. Avant de commencer le processus de grattage, utilisez un crayon pour marquer des carrés avec un espacement spécifique sur la surface de la pièce. Lors du grattage, assurez-vous que la ligne médiane de la lame est parallèle à la ligne médiane longitudinale dupièces d'usinage, et grattez de l'arrière vers l'avant.

La technique fondamentale de grattage consiste à utiliser un grattoir cranté. Sélectionnez une position de chute appropriée pour la lame, généralement à l'intersection des carrés marqués. Une fois la lame tombée, déplacez-vous en diagonale vers la gauche. Une fois que vous avez atteint une longueur désignée (généralement à l'intersection), déplacez-vous en diagonale vers la droite et grattez jusqu'à un point spécifique avant de soulever la lame, comme illustré dans la figure B ci-dessous.

4. Motif en forme d'éventail et méthode de grattage

Le motif en forme d'éventail est illustré dans la figure A ci-dessous. Avant de gratter, utilisez un crayon pour marquer les carrés et les lignes angulaires avec un espacement spécifique sur la surface de la pièce. Pour créer le motif en forme d'éventail, utilisez un grattoir à tête de crochet (comme illustré dans la figure B ci-dessous). L'extrémité droite de la lame doit être affûtée, tandis que l'extrémité gauche doit être légèrement émoussée, afin de garantir que le bord de la lame reste droit. La technique fondamentale de grattage est illustrée dans la figure ci-dessous.

Sélectionnez la position appropriée pour la lame, généralement à l'intersection des lignes marquées. Tenez le grattoir avec votre main gauche à environ 50 mm de la pointe de la lame, en appliquant une légère pression vers le bas vers la gauche. Avec votre main droite, faites tourner la lame dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'extrémité gauche comme point de pivotement. Les angles de rotation typiques sont 90° et 135°. Le motif correct en forme d'éventail est illustré dans la figure C ci-dessus.

Une mauvaise application de la force peut entraîner le grattage simultané des deux extrémités, conduisant au motif représenté sur la figure D ci-dessus. Les motifs créés de cette manière seront trop superficiels, ce qui entraînera une conception incorrecte.

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