Usinage de petits boîtiers en aluminium et magnésium pour vélos électriques

La popularité des vélos électriques augmente rapidement.

E-mobilité Usinage de petits boîtiers en aluminium et magnésium pour vélos électriques

Editeur: Isabell Page

Au fur et à mesure que la popularité des vélos électriques augmente, les chiffres de production de leurs pièces augmentent également. La plupart des carters de moteur sont en fonte d’aluminium et de magnésium. L’un des plus grands défis est l’usinage des boîtiers, mais pas seulement en raison des propriétés des métaux légers.

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La popularité des vélos électriques augmente rapidement.
La popularité des vélos électriques augmente rapidement.

Rien qu’en Allemagne, les fabricants ont produit un million de vélos électriques en 2019. Les carters de moteur, entre autres, posent un défi pendant la phase de production. Après tout, ils doivent être petits et légers et en même temps très précis. La petite taille de l’ensemble du disque est le résultat de l’espace limité disponible sur un vélo électrique. La plupart des moteurs sont installés directement dans ou sur le châssis lui-même de manière aussi discrète que possible. L’ensemble des disques doit être particulièrement léger pour assurer une longue durée de vie de la batterie. Moins il y a de charges à déplacer, moins le moteur doit «fonctionner» et plus la batterie peut durer longtemps sans devoir être chargée. Après tout, les boîtiers doivent être fabriqués avec une grande précision pour garantir que le moteur fonctionne à la fois silencieusement et en douceur. De plus, seul un moteur fabriqué avec précision fonctionne sans à-coups et atteint le plus haut niveau d’efficacité possible.

Les vélos électriques légers en magnésium sont plus faciles à manipuler et offrent une expérience de conduite optimisée.

En raison des exigences mentionnées ci-dessus, la plupart des fabricants de petits moteurs électriques produisent leurs carters de moteur en aluminium moulé sous pression, le plus souvent en magnésium moulé sous pression. Les deux matériaux de la pièce sont de faible poids. Le magnésium a une densité de 1,7 g / cm3 et est donc légèrement plus léger que l’aluminium avec une densité de 2,7 g / cm3. De plus, le magnésium est encore plus facile à couler que l’aluminium. Cela permet des conceptions avec des parois encore plus minces et des structures plus complexes. Qu’ils soient en aluminium ou en magnésium, la plupart des carters de moteur se composent du boîtier réel plus un ou deux couvercles. Ils ont des parois très minces et sont instables, ils sont donc sensibles aux vibrations. Les contours à plusieurs étages à l’intérieur du boîtier offrent de l’espace pour les divers composants fonctionnels des moteurs. Les exigences géométriques et dimensionnelles sont très étroites – des tolérances de forme, de course et de position sont spécifiées.

Le défi du logement motorisé

«Pour l’usinage des boîtiers, les propriétés du matériau et le les parois minces de la pièce posent les plus grands défis», Déclare Leander Bolz, directeur des ventes au centre de compétences Mapal pour les outils PCD. De plus, les boîtiers sont souvent déjà revêtus lors de leur usinage. Ces revêtements ne doivent pas être endommagés lors de l’usinage. «Nos clients de ce secteur produisent des volumes très élevés, il est donc tout aussi important que les outils d’usinage soient très économiques à utiliser», ajoute Bolz.

Au cours des dernières décennies, Mapal a acquis une vaste expérience dans l’usinage de petits carters de moteur en aluminium et en magnésium. «Les petits boîtiers ont toujours été utilisés pour les tronçonneuses, les cyclomoteurs ou les tondeuses à gazon, par exemple, mais avec l’électrification, les exigences de précision ont encore augmenté», explique Leander Bolz. C’est pourquoi Mapal a adapté son programme d’usinage complet de petits boîtiers aux nouvelles conditions. Tout d’abord, les outils en PCD et en carbure monobloc sont les mieux adaptés à l’usinage des deux matériaux de la pièce. Dans certains cas, les experts en outils conçoivent le processus comme un usinage à sec. Les espaces de copeaux polis et les surfaces particulièrement lisses sur les outils les empêchent de se salir. Ils rendent le processus d’usinage sûr, même sans avoir besoin d’un lubrifiant de refroidissement.

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«Lorsqu’il s’agit de concevoir des outils pour l’usinage d’un boîtier en magnésium, nous sommes toujours à la limite de tolérance supérieure dans la première étape», explique Bolz. En effet, les contraintes à l’intérieur de la pièce, les différentes épaisseurs de revêtement ou la ductilité du matériau, qui se contracte après l’usinage en raison de l’introduction de chaleur, provoquent des écarts dans certains diamètres et roulements. «Ce n’est qu’après un perçage test suivi d’un contrôle dimensionnel de la pièce que nous déterminons les diamètres d’outil nécessaires, qui s’appliquent également aux outils suivants».

Combinaison d’outils pour une solution économique

Afin de rendre l’usinage des carters de moteur aussi économique que possible et de réduire au minimum le temps non productif, plusieurs étapes de travail sont combinées pour les différents outils.

Machines-outils PCD roulements et alésages de positionnement

L'outil combiné PCD complexe à plusieurs étages usine les trois alésages de palier et l'alésage de position du siège de palier en une seule fois.
L’outil combiné PCD complexe à plusieurs étages usine les trois alésages de palier et l’alésage de position du siège de palier en une seule fois.

(Source: MAPAL)

Un exemple est l’outil pour l’usinage du siège de palier d’un boîtier en magnésium. «Au cours de ce processus d’usinage, nous avons dû faire face à de fortes vibrations car la pièce présente des parois extrêmement fines, en particulier dans la zone du troisième alésage du roulement», se souvient Leander Bolz. L’outil doit retirer 0,6 à 1 mm de matériau au niveau des alésages préfabriqués. Le client avait des exigences élevées:

  • Profondeur de rugosité moyenne Rz <10 µm

Avec la série F, synonyme de coupure de puissance, il est possible de fraiser verticalement ou de produire horizontalement avec un volume de copeaux élevé.

MAPAL a conçu pour cela un outil de combinaison PCD complexe à plusieurs étapes. «Cela nous a permis d’usiner les trois alésages de roulement et l’alésage de position du siège de roulement en une seule fois – d’une manière qui était fiable et dans les tolérances requises», explique Bolz. L’outil fonctionne avec les valeurs de coupe suivantes:

  • Vitesse d’avance 3200 – 4800 mm / min

Perçage et fraisage combinés dans un seul outil

L'outil combine des processus de fraisage et de perçage.  Pendant que les étapes de perçage usinent l'alésage du roulement et l'alésage de position, une étape de fraisage est utilisée pour produire la fente d'étanchéité.
L’outil combine des processus de fraisage et de perçage. Pendant que les étapes de perçage usinent l’alésage du roulement et l’alésage de position, une étape de fraisage est utilisée pour produire la fente d’étanchéité.

(Source: MAPAL)

Un autre outil combine les processus de fraisage et de perçage. Pendant que les étapes de perçage usinent l’alésage du roulement et l’alésage de position, une étape de fraisage est utilisée pour produire la fente d’étanchéité. «Avec cet outil également, notre tâche principale était d’éviter les vibrations et de réduire la pression de coupe», explique Bolz. Les experts en outils y sont parvenus en coordonnant de manière optimale le nombre de dents et la géométrie de l’étape de fraisage. «Cela nous aide également à éviter les copeaux dans la fente et garantit que le processus de fraisage se déroule de manière fiable», déclare Bolz. L’étape de fraisage de l’outil fonctionne avec les valeurs de coupe suivantes:

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