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Le choix du matériel pour acteurs de machines-outils affecte directement ses propriétés mécaniques, telles que la résistance, l'amortissement des vibrations et la stabilité thermique. La fonte grise est couramment utilisée en raison de ses excellentes caractéristiques d'amortissement et de sa rentabilité, tandis que le fer ductile offre une résistance accrue et une résistance à l'impact. La distribution de l'épaisseur du matériau dans la coulée doit être optimisée pour équilibrer le poids et l'intégrité structurelle. Une épaisseur excessive dans certaines zones peut entraîner un refroidissement inégal pendant la coulée, augmentant le risque de contraintes résiduelles, tandis que l'épaisseur insuffisante peut entraîner une déformation sous charge.
L'incorporation de côtes et de goussets dans la conception de coulée améliore considérablement la rigidité en augmentant le moment d'inertie sans augmenter considérablement le poids. Le placement approprié des côtes empêche une déviation excessive sous des charges lourdes et distribue plus uniformément les contraintes dans toute la structure. Le renforcement dans les zones critiques, comme autour des points de montage et des sections porteuses de charge, réduit les concentrations de contraintes localisées et prolonge la durée de vie du composant. L'espacement, l'orientation et l'épaisseur des côtes doivent être soigneusement conçues pour fournir un support optimal tout en minimisant les défauts de coulée tels que le retrait ou la porosité.
La masse d'une coulée de machine-outil contribue à sa capacité à absorber et à dissiper les vibrations générées lors des opérations d'usinage. Une coulée bien conçue garantit que la masse est distribuée d'une manière qui maximise l'efficacité de l'amortissement tout en empêchant le poids inutile qui pourrait augmenter les coûts des matériaux et la complexité de gestion. L'utilisation de fonte, en particulier des grades avec une teneur élevée en graphite, améliore encore les propriétés d'amortissement, réduisant les bavardages et améliorant la précision d'usinage.
La géométrie globale de la coulée joue un rôle crucial dans la détermination de sa capacité de charge et de sa capacité à résister à la déformation. Les transitions lisses entre les sections, l'utilisation de filets dans les coins et l'évitement des arêtes vives aident à réduire les concentrations de stress qui pourraient entraîner une défaillance prématurée. L'analyse par éléments finis (FEA) est souvent utilisée pendant la phase de conception pour simuler la distribution des contraintes dans diverses conditions de chargement, permettant une optimisation de la géométrie pour assurer des performances de charge uniforme. Une forme bien conçue améliore non seulement la résistance mécanique, mais facilite également les processus de fabrication et d'usinage plus efficaces.
Les moulages de machines-outils doivent être conçus avec des points de montage correctement situés et renforcés pour assurer une installation stable et une distribution de charge optimale. Les surfaces de montage doivent être machées de précision pour obtenir un alignement précis, réduisant le risque de désalignement qui pourrait entraîner une répartition inégale du stress. Les sections renforcées autour des connexions boulonnées et des points d'interface aident à prévenir la déformation ou le relâchement au fil du temps. La conception devrait également expliquer la facilité d'installation, permettant une fixation sécurisée tout en maintenant l'intégrité de la structure globale.
Certaines moulages avancés de machines-outils intègrent des sections creux ou des structures en nid d'abeille pour atteindre un équilibre entre la réduction du poids et la résistance structurelle. Ces conceptions permettent des économies de matériaux sans compromettre la rigidité, améliorant les performances dynamiques en réduisant l'inertie tout en maintenant une résistance élevée à la déformation. Les structures creuses doivent être soigneusement conçues pour empêcher les défauts internes, tels que les gaz piégés ou la porosité, ce qui pourrait affaiblir la coulée globale. Cette approche est particulièrement bénéfique dans les applications où la réduction du poids améliore l'efficacité opérationnelle et la réactivité de la machine.
Les fluctuations de la température peuvent provoquer l'expansion et la contraction des moulages de machines-outils, conduisant à des changements dimensionnels qui affectent la précision de l'usinage. La conception doit incorporer des formes symétriques et une distribution de matériaux équilibrée pour minimiser la distorsion thermique. Des traitements thermiques de stress-relief peuvent être appliqués après le casting pour réduire les stress internes qui pourraient entraîner une déformation au fil du temps. La sélection de matériaux avec des coefficients d'expansion thermique faibles, ainsi que des considérations de conception telles que les canaux de refroidissement ou les joints d'expansion, aident à maintenir la stabilité à long terme dans des conditions thermiques variables.
