Usinage d'un vilebrequin V12 ech 1/4

[ZAPJACK]

En prologue, je souhaite remercier les membres de usinages.com et de Blooo.fr qui m’ont prodigués conseils et avis afin de mener à bien cette entreprise. A Georges de m’avoir relu.
Je n’ai aucun antécédent ou expérience professionnelle en usinage et ne côtoie personne dans mon entourage dans cet art. La méthodologie et terminologie utilisées peuvent donc parfois surprendre les professionnels, merci de ne pas m’en tenir rigueur. Toutefois, j’usine par pure passion depuis une vingtaine d’années.

Le présent ouvrage peut inspirer le modéliste pour d’autres travaux.

Le process suivi est basé sur le parc-machines à ma disposition et peut, bien évidement, varier avec d’autres machines plus performantes.

Ce vilebrequin est le premier stade de la construction du moteur Rolls-Royce Merlin V12 à l’échelle.
Vraisemblablement la pièce la plus complexe à usiner.
Données de base : 6 manetons et 7 tourillons. Course 38.1mm. Longueur 266.7mm. Calage 120°
Montage avec deux bielles par tourillon. Montage en fourche.
Matériaux choisis : acier allié type 34Cr Ni Mo 6V (GER, BEL) 42 CD 4 T (FRA)
SAE4140 (USA)
C’est de l’acier de construction au Chrome Molybdène selon DIN 17200/1013 livré à l’état traité .
Il permet la fabrication de barres de torsion fortement sollicitées, axes, engrenages…

Outillage disponible :

Fraiseuse Schaublin type 13 de 1964, digitalisation par DRO Mitutoyo
Table Sinus, tête à fraiser orientable, tête rapide orientable à descente sensitive.
Diviseur Universel & contre-pointe
Tour Myford Super7 accessoires, pinces,
Lubrifications par micro-jet et séquenceur Crouzet
Outillages de coupe et de fraisage à plaquettes interchangeables
Métrologie : Tesa, Mahr, Mitutoyo, etc …

Précautions de base :

Tailler un vilebrequin dans la masse est une opération complexe et dangereuse.
Gardez vos machines propres et exemptes de copeaux ou de tous autres objets pouvant vous déconcentrer pendant les différentes phases d’usinage.
Le Myford Super7 aura été utilisé aux limites de ses possibilités en dimensions et en puissance
Lors de certaines passes, il est important de vérifier l’amplitude du mouvement en faisant tourner la machine à la main. N’hésitez pas à mesurer plusieurs fois la même cote. Attention aux erreurs de parallaxes pendant la lecture au pied à coulisse. Démontez la pièce régulièrement et faire le point après nettoyage. Pensez à ébavurer, car les bavures sont sources d’erreurs. Pensez à votre sécurité, lunettes, stop d’urgence, etc…
Il faut également tenir compte de la nécessité ultérieure de construire des équipements spéciaux tels que : gabarits d’usinage, appareil à rectifier, lunette, outils spéciaux…

 

[yvon29]

Bonsoir

est il nécessaire d'utiliser un acier aussi raide ?
les vilbrequins ne sont ils pas fait de fonderie ? (je peux me tromper...)

Une chose à laquelle il faut bien penser c'est faire un prè-usiné sur lequel il faudrait faire une détente avant finition because taillé dans la masse ...

à moins qu tu ne veuille le réaliser en éléments assemblés (frettage...)

merci de nous tenir au courant de l'avancement

yvon

 

[KY260]

Bonsoir

est il nécessaire d'utiliser un acier aussi raide ?
les vilbrequins ne sont ils pas fait de fonderie ? (je peux me tromper...)

Une chose à laquelle il faut bien penser c'est faire un prè-usiné sur lequel il faudrait faire une détente avant finition because taillé dans la masse ...

à moins qu tu ne veuille le réaliser en éléments assemblés (frettage...)

merci de nous tenir au courant de l'avancement

yvon

les vilos sont coulés en grande serie, en fonte GS, mais pour une belle pièce, il n'existe que 2 solutions:
tailler du 4140 voir du 4340 pour la grosse artillerie
faire forger du XC50 tres pur et le faire nitrurer.

 

[ZAPJACK]

D’emblée il faut isoler les cotes demandant un haut degré de précision et les cotes acceptant des erreurs de tolérances.

Les cotes de précisions :
Entraxes des cylindres
Tracé des 4 axes parallèles virtuels
Calage angulaire entre ces 4 axes (3x120°)

Les cotes secondaires :
Course.
Diamètre des manetons & tourillons. Si elles peuvent varier, elles doivent
toutefois avoir les mêmes cotes entre elles.
Portées et épaisseurs des flasques.
Les cotes secondaires peuvent varier de +/- 0.1mm et n’influenceront pas la bonne marche du moteur.

Remarques importantes :

Toujours travailler en mesure absolue, c.-à-d. lors d’une mesure ne jamais se reporter à la cote précédemment usinée. En pratique, usiner le palier central et ses deux flasques en travaillant au centième. Puis sur base de cette cote (référentiel absolu) additionnez les cotes sur le plan et reportez cette somme sur la pièce. A gauche puis à droite.
Si vous travaillez en cotes “relative“ vous allez reporter et additionner les erreurs si minimes soient -elles.
Dans le cas de ce vilebrequin, 0.05mm d’erreur multiplié par 25 cotes = 1.25mm au bout du compte !
Pensez aux marquages :
Les marquages doivent être effectués de manière continue et après chaque travail. C’est très important afin d’éviter de stupides erreurs lorsque les machines font du bruit et qu’il est très facile de se déconcentrer. Marqueur, Bleu de Méthylène, colson, fraisage, etc …
Mettez une touche de couleur blanche sur toutes parties finies, mesurées et validées
(Ph3,26,33,92)

 

[ZAPJACK]

Pensez aux calibrages :
Les différents process de calibrage doivent être effectués avec la plus grande minutie. Principalement lors de démontage de la pièce, de changement d’outil, etc…
L’utilisation de la DRO donne plus de facilités pour les mises à zéro des axes (X,Y,Z)
Vos référentiels doivent toujours être “absolue“ ceci pour éviter le report ou l’addition d’erreurs.
A chaque modification, la pièce, la machine et l’outil doivent être zérotés
(Ph67,68,84,102,104)

67

68

84

102

104

 

[ZAPJACK]

Pensez au nettoyage :
Nettoyez totalement machines, pièces et outils à chaque changement. Les copeaux sont également une grande source d’erreur et de perte de concentration. De plus un enroulement de copeaux constitue un danger potentiel. (Ph8&72)

Pensez aux procédures :
Il vous appartient d’établir vos propres procédures de travail. Ceux-ci dépendent du niveau de technicité de vos machines, des outils de coupe à votre disposition ainsi que des instruments de Métrologie. Ces procédures doivent être réfléchies puis écrites. Puis bien sûr respectées.

8

72
Prochain feuilleton, on attaque......

 

[j4ck21]

bonjour à tous,
zapjack, je partage tout à fait ta façon de procéder et je vais suivre ton feuilleton avec beaucoup d'attention
merci pour le partage
cordialement
jacky

 

[jcb]

Bonjour .
Merci pour ce partage.
Vivement la suite!
T'es tu deja procuré la liasse de plans du Merlin?
Bonne journée!

 

[ppt]

 

[ZAPJACK]

Photo 1 & 2 Le barreau de départ fait 65x270mm et 7Kg. Réduction à 63.5mm et dressage des faces.
Le barreau doit avoir la même cote d’un bout à l’autre. Précision requise : le centième.
La cote en elle-même est sans importance. Mais si elle est conique, vous n’aurez jamais
un référenciel valable . Ceci influencera le traçage par la suite .
Avant l’usinage, forez le centre avec lunette ou en l’air (mon cas)

Photo 3 : Traçage au trusquin avec comme valeur zéro, le marbre puis additionnez les cotes
Ceci est le traçage pour le dégrossissage, en usinant restez “dans“ les cotes .

1

2

3

 

[j4ck21]

bonjour à tous ,
outil à pastille carbure je suppose ?
cordialement
jacky

 

[ZAPJACK]

outil à pastille carbure je suppose

Pastille, oui mais pas à succer
LZ

 

[ZAPJACK]

Photo 4 : Il s’agit de fraiser un petit méplat de part et d’autre du bloc. Ceci pour avoir une référence
fiable lors du perçage des centres. Pour fraiser de l’autre côté, ne pas démonter la pièce.

Photo 6, 7 & 8 Dégrossissage à 80trm avec un outil à saigner de 2mm de large avec plaquette.
Le travail est effectué en “escalier“ c.-à-d. en usinant de multiples saignées de 4mm de
profondeur sur la largeur requise. Ceci constitue une première étape, ensuite même travail a
nouveau 4mm, etc…Travail long et harassant avec beaucoup de bris d’outil.

4

6

7

8

 

[ZAPJACK]

Photo 11 & 12 Voici le premier dégrossissage, la pièce pèse 4.5Kg déjà 2.5 Kg de copeaux

Photo 14 Pour augmenter la précision et la rigidité du montage, j’ai complètement démonté la table
de la fraiseuse. La pièce est donc directement fixée sur le banc. La pièce doit être
parfaitement d’équerre et le méplat (Ph4) tourné vers le banc et parfaitement
parallèle au banc. Vérifiez avec une règle de 30cm au minimum.

11

12

14

4

 

[j4ck21]

bonjour à tous,
quelque chose m'échappe dans l'opération de pointage des centres,la pèce est bridée et tu n'as plus qu'un déplacement possible puisque tu as enlevé la table !
ne manque t'il pas quelque chose dans l'ordre des opérations?
merci pour les précisions
cordialement
jacky

 

[lion10]

Bonjour


Sur les photos on voit des trous régulièrement répartis sur un cercle.

Sur la 8 du 3 sept à 7h13 les trous sont percés alors que les rainures sont déja faites. A la perceuse je suppose ?

Sur la 33 du 17 mai 2012 on distingue bien ces 3 gros trous et d'autres plus petits.


Question :

A quoi servent les gros trous, ils traversent toute la hauteur du villebrequin, c'est pour fixer les bielles, selon la rainure sur un des 3 trous décalés de 120 degrés par rapport aux autres ?

A quoi servent ces petits trous c'est pour faire du dégrossissage de l'excentrique (tourillon qui portera une bielle) en changeant le centre de l'axe de révolution de la pièce lorsque vous l'avez tournée ? Auquel cas cela fait beaucoup de changement d'axe de révolution ?

Sur la 12 du 14 mai 2012 vous pointez les petits trous sur la fraiseuse les plus gros étant déja percés, n'avez vous pas fait toutes ces opérations de pointage et perçage en même temps pendant que le montage en fraiseuse était fait ? Dit autrement avez vous défait la pièce entre le pointage de ces petits trous et les 3 gros ?

Sur la photo 3 26 du 15 mai 2012 vous semblez faire à la fraiseuse les tourillons et pas au tournage ?

Bref j'ai pas tout compris mais ce n'est pas mon domaine ni même ma passion comme vous.

cdlt lion10

 

[ZAPJACK]

quelque chose m'échappe dans l'opération de pointage des centres,la pièce est bridée et tu n'as plus qu'un déplacement possible puisque tu as enlevé la table ! ne manque t'il pas quelque chose dans l'ordre des opérations?

Bonjour Jacky, Sur Schaublin, Deckel, Mikron et sans doute d'autres fraiseuses, le fait d'enlever la table n'enlève aucune fonctionnalité à la fraiseuse. Les XY & Z restent totalement opérationnelles. La table n'est en fait "que" une pièce rapportée. D'ailleurs il existe même deux tables. Une fixe à 90° et une table "Sinus" qui peut pivoter suivant 3 axes
Cordialement
LeZap

 

[ZAPJACK]

Bonjour Lion10

Bonjour Lion10, beaucoup de questions.
Pour être clair le Process d'usinage commence le 05 septembre avec la Photo 1, et est en ordre logique apd cette date.
Du début au 05 septembre, ce n'est que préambule, mise en garde, sécurité et information d'ordre purement général propre à l'usinage.
Les images sur cette période ne sont que des illustations relative à la propreté, l'excès de copeaux, la métrologie, e.a.
Maintenant, tu a raison, les gros trous correspondent aux centres des différents tourillons et les petits trous servent à fixer l'engrennage de queue de vilebrequin.
Attention toutefois, les gros trous ainsi que les petits fraisages sont présent des deux côtés de la pièce et sont parfaitement symétriques des deux côtés. Les petits trous ne sont présent que d'un côté.
Note: le positionnement de l'ensemble des trous à été réalisée avec la DRO + la tête rapide/sensitive de la fraiseuse.
En espérant avoir répondu à tes questions
Cordialement
LeZap

 

[j4ck21]

merci zap je comprends mieux
cordialement
jacky

 

[ZAPJACK]

Photo 13 Les centres sont percés avec un forêt à centrer. Les 4 grands correspondent aux axes
des tourillons et manetons. Les petits sont les futures fixations. Par facilité, il est possible
de programmer la DRO et avoir les positions de perçages suivant X & Y.
Dès la première face achevée, il faut retourner la pièce et refaire les 4 centres.
Attention, bien repositionner le méplat, c’est très important !!!

Photo 17 Le clamage doit être robuste et fort serré.

13

17

 

[lion10]

Bonjour

Merci ZAPJACK c'est plus clair. Et félicitation pour votre persévérance dans l'ouvrage !

Juste une précison, je me suis trompé dans le n° d'une photo c'est la 26 avec la fraiseuse.

Justement concernant cet usinage à la fraiseuse, le but est il bien de dégrossir les tourillons en faisant non un cylindre préalable mais un carré . Je dis carré car le futur villebrequin est serré dans les machoires de l'étau donc vous n'utlisez pas de diviseur ou plutôt plateau tournant vertical pour tourner la pièce en même temps que vous la fraiser.

Ce dégrossissage à la fraiseuse est plus rapide car la fraise prend toute la largeur de la rainure et votre tour n'est peut être pas assez puissant pour être aussi rapide avec un outil genre à tronçonner ou de forme sur toute la largeur de la rainure ou une partie disons donc la moitie de sa largeur. Car je ne sais pas la largeur de la rainure mais certainement pas assez large pour faire autrement en chariotage.

Vous dites par ailleurs "Travail long et harassant avec beaucoup de bris d’outil" à cause d'incidents divers ou c'est tout simplement normal compte tenu du travail réalisé ?

cdlt lion10

 

[ZAPJACK]

le but est il bien de dégrossir les tourillons en faisant non un cylindre préalable mais un carré.
"Travail long et harassant avec beaucoup de bris d’outil"

La première remarque est correcte, j'y arrive dans les prochains feuilletons.
La seconde remarque concernant le bris est effectivement dû au fait que le Myford Super7 n'est pas concu pour ce genre de contraintes.
Le transversal n'est pas muni d'un automatique. Et l'outil plaquette ne travaille pas dans des conditions idéales point de vue vitesse de coupe (80trm est beaucoup trop peu) et la charge sur l'outil n'est pas constante (avance en manuel)
Nul doute qu'avec un tour plus rigide et plus puissant, j'aurai cassé moins d'outil.
Toutefois je cite en préambule les limites du Myford. Et, ce n'est en aucun cas une critique envers mon brave Myford qui s'est comporté de façon absolument remarquable dans des travaux largement au dessus de ses capacités
LeZap

 

[ZAPJACK]

Photo 26, 29, 30 & 32 A présent, sur la fraiseuse, il faut dégrossir les manetons par fraisage
Fraise 3 tailles alternées de 10x100mm. 58trm et 17mm/min d’avance
Le but est d’obtenir six manetons plus ou moins carrés !!! bien visible sur (Ph32)

Photo 33 Marquage des manetons appairés des cylindres pour éviter une stupide erreur.

26

29

30

32

33

 

[ZAPJACK]

Photo 35 & 36 A présent il faut installer le vilebrequin entre pointes sur le diviseur universel
Les centres utilisés sont bien évidement ceux des tourillons de bielles.
La fraiseuse doit être adaptée avec la tête à fraiser et fraise en bout de 10mm
Maintenant il faut rendre rond les carrés préalablement dégrossis .
Puis déplacer latéralement la fraise afin d’adapter à la dimension requise, nous sommes
toujours en phase de dégrossissage .
Le travail est combiné entre la rotation de la fraise et la rotation manuelle de
la broche du diviseur universel jusqu'à 0.5mm de la cote définitive .

Remarque 1 : Le porte pince universel à tendance à laisser remonter la fraise à l’intérieur, faussant
toutes vos mesures. Pour éviter ce phénomène, utilisez des portes-pinces à diamètre
unique.

Remarque 2 : Cette méthode de fraisage (combinaison de la fraise en bout et de la rotation manuelle
du diviseur) donne une forme de tonnelet aux manetons. Le fait de désaxer la fraise
de 5mm atténue ce phénomène mais il faut en tenir compte.

35

36

 

[ZAPJACK]

Photos 37 : Ceci correspond à la fin des travaux de dégrossissage. Remarquez les tourillons en forme
de tonnelet ainsi que le premier tourillon dégrossi en “carré“


Photo 38 : Montage “entre pointes “ au tour. Le centre utilisé est celui des tourillons 3-4.
C’est la mise à la bonne épaisseur des flasques, attention de travailler en mesure absolue
C.-à-d. vous référer à une cote centrale, par exemple le palier central et ses deux flasques.
Dans cette configuration, les tourillons peuvent être mis au bon diamètre (+0.2mm)
Attention au balourd, il y a environ 40mm de déport ! Régime 200trm.
Vous pouvez, soit travailler avec des outils gauche et droite, soit retourner la pièce en
alternance. Poids 2925gr.

37

38

 

[ZAPJACK]

T'es tu deja procuré la liasse de plans du Merlin?

Maintenant, oui !!
LeZap

 

[42sky]

Bonjour Zapjack
splendide
ou as tu trouvé les plans?
merci

Jean Louis

 

[ZAPJACK]

ou as tu trouvé les plans?

http://www.fighter-plane-blueprints-plans.co.uk/
Entre autre ici
LZ

 

[42sky]

merci

 

[ZAPJACK]

Photo 57 : A présent il faut rectifier les tourillons(6) et les manetons(7). Si vous n’avez pas de
Rectifieuse de disponible, vous pouvez en construire une et l’adapter sur le tour. Celui-ci
était une ancienne scie circulaire fixée à l’envers sous une table. Il à suffit de modifier la
broche et adapter des flasques de serrage pour la meule.
3000trm pour la meule et 200trm pour le tour, les deux doivent tourner en opposition
La meule doit être “dressée“ avec un diamant et elle doit être parfaitement perpendiculaire
à l’axe de la broche du tour. Enlevez 0.05mm à la fois jusqu'à la cote définitive.
Pensez à protéger le tour des retombées d’abrasifs .

Photo 66 & 60 : autre vue et état de finition.

57

66

60