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Le traitement de surface est une étape essentielle de la fabrication industrielle et mécanique de pièces.
Les objets métalliques brillants et parfaitement lisses que vous voyez sont issus du traitement de surface.
Ce procédé améliore la résilience, la résistance à la corrosion et la résistance à la traction, et élimine les bavures, les défauts et autres imperfections de surface.
Le polissage par tonneau, également appelé finition par tonneau, est l’un des procédés de finition les plus répandus.
Ce procédé convient au traitement de surface en masse de pièces relativement petites. La finition par tonneau fait appel à un tonneau à six ou huit faces, qui tourne à vitesse constante.
Un mélange de pièces métalliques brutes, de médias et de composés se trouve dans ce tonneau. La rotation du tonneau crée une friction, qui frotte les pièces et les médias les uns contre les autres.
1. Éléments importants du polissage par tonneau
Trois éléments essentiels contribuent à la réussite du polissage par tonneau : l’équipement de polissage par tonneau, les médias de polissage et le composé
1.1 Équipement de polissage par tonneau
Les machines de polissage par tonneau se déclinent généralement en différentes conceptions abordables.
L’équipement se répartit en différentes catégories selon la nature de l’organe vibratoire.
Ce guide vous présente le système à tonneau octogonal horizontal et les machines à tonneau polygonal à triple action utilisés aujourd’hui dans les procédés de traitement de surface en masse.
1.2 Médias de polissage
Les procédés de traitement de surface en masse donnent de meilleurs résultats lorsque les pièces ne s’entrechoquent pas.
Ajoutez le matériau à la charge pour lubrifier le procédé.
L’expérience montre qu’un rapport de trois volumes de médias pour un volume de pièces à traiter est généralement optimal pour obtenir de meilleurs résultats.
Bien que la taille et le type de matériau déterminent les médias.
Ils sont généralement choisis de manière à être suffisamment petits pour pénétrer dans les interstices, les trous et les recoins, tout en étant assez grands pour ne pas se coincer.
Lorsqu’on utilise des médias de grande taille.
L’utilisation de médias de grande taille permet d’obtenir une action plus rapide. Avec des médias plus petits, on obtient en revanche une finition plus soignée.
Voici quelques exemples de médias de polissage sélectionnés
- Médias de polissage en porcelaine : les médias de polissage en porcelaine (également appelés médias en oxyde d’aluminium) sont généralement utilisés dans les procédés de finition en masse où l’accent est mis sur l’ébavurage et le rodage. Ils sont plus économiques et ont tendance à durer plus longtemps.
- Médias en acier de tribofinition : les médias en acier sont toujours utilisés lorsqu’il est nécessaire de brunir ou d’aviver les pièces à traiter. Leur action est douce et, lorsqu’ils sont utilisés, ils ne provoquent pas d’usure excessive des pièces.
- Médias de polissage en plastique : ils conviennent parfaitement à la finition de pièces délicates dans un procédé qui n’entraîne pas d’usure excessive des pièces à traiter.
- Médias de polissage en céramique : la régularité de taille et de forme de la pièce à traiter doit être évaluée pour déterminer si les céramiques conviennent. En règle générale, elles sont utilisées lorsqu’il s’agit de pièces de grande taille.
1.3 Composé
L’ajout de composés dans les procédés de finition en masse vise à favoriser les différentes actions afin d’obtenir les meilleurs résultats.
Lorsque des composés sont ajoutés aux procédés de finition en masse, ils permettent d’obtenir des pièces plus fines.
Ils se présentent sous différentes formes, notamment des liquides et des poudres sèches.
2. Comparaison entre le tonneau horizontal octogonal et le tonneau polygonal à triple action
2.1 Machine de polissage par tonneau horizontal octogonal
Le système à tonneau horizontal octogonal et les modèles à tonneau basculant et à tonneau ouvert présentent plusieurs similitudes.
Ces deux machines peuvent tout à fait être classées parmi les systèmes les plus couramment utilisés.
Avec l’unité basculante et à tonneau ouvert, les utilisateurs peuvent suivre correctement leur travail afin d’effectuer les ajouts nécessaires si le besoin s’en fait sentir pour obtenir des résultats variables.
En revanche, les systèmes à tonneau horizontal ne disposent pas de ces caractéristiques. Ils sont plutôt construits avec des portes hermétiquement fermées pendant le fonctionnement.
Comme il n’existe aucun moyen de respiration dans ce système, une pression peut s’y développer.
Ces effets se produisent principalement dans les opérations où des médias acides sont utilisés.
La machine est donc équipée de soupapes de décompression.
Ces soupapes doivent être ouvertes avant de procéder au chargement ou au déchargement.
2.2 Tonneau à triple action
Le tonneau à triple action se distingue du tonneau horizontal. Sur ce modèle, la machine peut tourner à la fois horizontalement et axialement.
Cette double rotation produit une action de coupe intense, plus rapide que celle obtenue avec le tonneau horizontal. Le traitement est donc relativement plus rapide, avec un cycle plus court.
3. Polissage par tonneau humide et polissage par tonneau à sec
Il existe deux grands types de procédés de polissage par tonneau : le tonneau humide et le tonneau à sec. Ces deux méthodes sont économiques, demandent peu de manutention et permettent de finir de nombreuses pièces en même temps.
3.1 Polissage par tonneau humide
Le tonneau humide est le procédé qui fait appel à l’eau comme lubrifiant.
Il met généralement en œuvre des tonneaux horizontaux et obliques en acier, garnis de bois, de caoutchouc, de néoprène, d’uréthane, de PVC ou de vinyle pour un meilleur amortissement.
L’amortissement prolonge la durée de vie des tonneaux en réduisant le contact entre les pièces métalliques et la surface du tonneau.
L’eau évacue souvent les résidus d’usinage, ce qui améliore l’efficacité.
Le niveau d’eau dans le tonneau dépend du résultat de finition recherché.
Par exemple, le brunissage exige de remplir le tonneau d’eau jusqu’au niveau de la charge.
Plus le niveau d’eau augmente, plus la finition est soignée et plus la vitesse d’enlèvement de matière diminue.
Parfois, toutefois, l’emploi de l’eau peut nuire à l’efficacité du procédé, car la tension superficielle fait adhérer les pièces entre elles, en particulier les petites pièces plates en métal.
Le tonneau humide s’utilise pour l’enlèvement de matière excédentaire.
3.2 Polissage par tonneau à sec
Le tonneau à sec consiste à utiliser un matériau sec comme agent lubrifiant ou composé de nettoyage à la place de l’eau.
Cette méthode s’emploie pour toutes les phases, y compris le polissage.
On peut utiliser du sable, des pièces céramiques, des chevilles en bois, ainsi que des grains de rafle de maïs ou de coque de noix.
Autrefois, on utilisait du sable avec des pierres lisses pour les pièces métalliques.
La tendance s’est toutefois récemment tournée vers l’emploi d’un matériau organique tel que les grains de rafle de maïs ou de coque de noix, qui retiennent mieux les saletés et même les huiles.
Pour la finition des pièces en plastique, il faut utiliser des matériaux plus tendres, comme les chevilles en bois.
4. Paramètres contribuant à la réussite du traitement de surface en masse
4.1 Charge du tonneau
Pour obtenir de meilleurs résultats, la hauteur de charge du tonneau ne doit pas être inférieure à 45 % ni supérieure à 60 % de la capacité totale du tonneau.
Avec une hauteur de charge de 50 %, on obtient des résultats de finition optimaux. Entre 40 et 45 %, l’action est plus intense, mais la finition présente davantage de défauts.
4.2 Vitesse
Choisissez les médias de polissage adaptés et les composés complémentaires, puis placez les pièces dans le tonneau.
Ces tonneaux tournent à une vitesse comprise entre 20 et 40 tr/min.
Le traitement se poursuit un certain temps, en fonction du résultat recherché.
Selon la taille et la capacité du tonneau ainsi que les pièces à y placer, et compte tenu des types de pièces à traiter et du planning, la vitesse de rotation est choisie en fonction de l’objectif visé.
Lorsqu’un système à tonneau doit tourner à la vitesse adéquate, il crée la friction nécessaire entre les pièces.
Une vitesse plus élevée permet d’obtenir un résultat plus rapide, mais peut nuire à la finition.
Une vitesse plus lente peut en revanche produire une finition plus soignée, au prix d’un cycle de traitement plus long.
Une norme de vitesse de rotation est utilisée au Japon depuis de nombreuses années. Le calcul s’effectue à l’aide de l’équation suivante :
N=D/K1/2
N = vitesse du tonneau (tr/min), D = diamètre du tonneau (m ou ft), et K = une constante de proportionnalité. La valeur de K varie selon la finition. Lorsque D est exprimé en mètres :
- Finitions brillantes (K = 8)
- Finitions lustrées (K = 15–20)
- Finition moyenne (K = 20–25)
- Finition grossière (K = 25–30)
4.3 Glissement et inclinaison
Lorsque le tonneau tourne, les pièces à traiter entrent en collision entre elles, avec les médias de polissage et le composé. Selon le résultat souhaité, on choisit la vitesse de rotation appropriée. Si la vitesse est trop élevée, le système peut être endommagé ou devenir inefficace. À l’inverse, une vitesse plus lente n’endommage pas les pièces, mais peut allonger le cycle de traitement.
4.4 Utiliser le bon composé de nettoyage
Comme pour tout procédé de finition, le polissage par tonneau exige une utilisation rigoureuse du composé de nettoyage. En règle générale, le rapport entre les médias de polissage et les pièces est de trois pour un en volume. Pour la finition de pièces fragiles ou de grande taille, utilisez davantage de médias afin d’améliorer la protection et la productivité.
L’oxyde d’aluminium convient à l’ébavurage et au rodage des pièces de forme et de taille irrégulières. Les billes et formes de brunissage en acier, en revanche, sont réservées au brunissage et à l’avivage. Les billes de brunissage en acier n’éliminent pas les bavures légères. Vous pouvez toutefois ajouter un composé de finition pour obtenir une finition de haute qualité.
Les médias de polissage en plastique préformés sont probablement les mieux adaptés à la finition de l’aluminium, des pièces moulées sous pression et des pièces délicates. Les médias en céramique conviennent lorsqu’il est nécessaire de préserver la taille et la forme des composants. Ils s’usent cependant plus vite que l’oxyde d’aluminium.
5. Principaux avantages du polissage par tonneau
La plupart des fabricants ont tendance à recourir à la finition par tonneau en raison de ses avantages uniques. La bonne nouvelle, c’est que les méthodes de polissage par tonneau sont de plus en plus perfectionnées. Les avantages ne cesseront donc de croître.
5.1 Une meilleure régularité
Dans le domaine de la finition en masse, la régularité est la clé d’un meilleur résultat.
Toutes les pièces traitées en masse doivent présenter le même niveau de brillance, de douceur, d’aspect et d’autres propriétés mécaniques.
C’est pourquoi les fabricants privilégient le polissage par tonneau. Comparé au polissage manuel, il offre des résultats de finition plus uniformes.
5.2 Un gain de temps
La finition par tonneau est l’un des procédés de finition les plus rapides qui existent. En général, un cycle de polissage par tonneau typique ne demande que six à 24 heures, selon la finition souhaitée, les pièces et les médias de polissage.
Il n’est pas nécessaire de surveiller le procédé en continu. Il suffit de régler les paramètres tels que le volume de chargement et la durée du cycle, puis de laisser le procédé se dérouler. Les manipulations sont réduites au minimum pendant le traitement.
5.3 Une grande adaptabilité
Le troisième grand avantage du polissage par tonneau est son adaptabilité. On peut calibrer une machine de polissage par tonneau selon les spécifications souhaitées.
Qu’il s’agisse d’éliminer les huiles ou de finir des pièces complexes aux zones difficiles d’accès, le polissage par tonneau est la solution adaptée.
On peut également utiliser une variété de médias de polissage et d’additifs pour obtenir le niveau de finition recherché.
C’est pourquoi il est possible de traiter aussi bien de grandes pièces métalliques que de petits éléments fragiles.
5.4 La finition à grande échelle
Le polissage par tonneau est sans doute la meilleure façon de finir une grande quantité de pièces en peu de temps.
Avec peu de manipulations nécessaires, il est possible de traiter plusieurs lots à la fois, comptant des milliers de composants.
Pour les cycles plus longs, on peut faire tourner le système toute la nuit. De plus, il n’y a pas lieu de s’inquiéter de la régularité et de la qualité de la finition.
5.5 Autres avantages
Ce procédé est plus économique que les techniques de finition manuelle. Le polissage par tonneau augmente la ténacité et la résistance des pièces. Le polissage par tonneau apporte une certaine détente des contraintes. Ce procédé permet également de mélanger les pièces forgées et moulées.
6. Conclusion
Ce qui précède constitue la description la plus élémentaire des différents procédés de finition en masse par tonneau. Depuis ses débuts, le polissage par tonneau a intégré de nombreuses autres pratiques et techniques essentielles.
Les fabricants recherchent des procédés de finition économiques, efficaces et réguliers. C’est là que le polissage par tonneau entre en jeu.
Nous espérons que la compréhension de ces différents avantages et des principes de base de la finition par tonneau vous aidera à utiliser ce procédé plus efficacement. N’hésitez pas à nous faire part de vos besoins personnalisés en matière de polissage par tonneau dans les commentaires.
