Arbre à manivelle.
Le vilebrequin est l'élément le plus important d'un moteur. Il reçoit la force de la bielle et la convertit en couple grâce au vilebrequin, entraînant ainsi le fonctionnement des autres accessoires du moteur. Le vilebrequin est soumis à la force centrifuge due à la rotation des masses, à l'inertie périodique des gaz et à l'inertie de translation, ce qui lui permet de supporter des contraintes de flexion et de torsion. Par conséquent, le vilebrequin doit présenter une résistance et une rigidité suffisantes, et la surface de ses tourillons doit être résistante à l'usure, uniforme et équilibrée.
Afin de réduire la masse du vilebrequin et la force centrifuge générée lors de sa rotation, le tourillon est souvent creux. Chaque surface du tourillon est percée d'un orifice permettant l'introduction ou l'évacuation d'huile pour sa lubrification. Pour limiter la concentration des contraintes, la liaison entre le col de bielle, le maneton et le bras de manivelle est assurée par un arc de transition.
Le rôle du contrepoids de vilebrequin est d'équilibrer la force centrifuge et son moment, et parfois la force d'inertie et son moment. Lorsque ces forces et moments sont équilibrés, le contrepoids permet également de réduire la charge sur le palier principal. Le nombre, la taille et l'emplacement du contrepoids doivent être déterminés en fonction du nombre de cylindres du moteur, de leur disposition et de la forme du vilebrequin. Le contrepoids est généralement moulé ou forgé d'une seule pièce avec le vilebrequin ; sur les moteurs diesel de forte puissance, il est fabriqué séparément puis boulonné.
Fonte
L'obtention d'une fonte pure à haute température et à faible teneur en soufre est essentielle à la production de fonte ductile de haute qualité. Les équipements de production nationaux reposent principalement sur des cubilots, et la fonte n'est pas préalablement désulfurée. Il en résulte une fonte de faible pureté et un coke de qualité médiocre. La fonte est fondue dans un cubilot, désulfurée hors du four, puis chauffée et ajustée dans un four à induction. En Chine, la composition de la fonte est généralement analysée par spectrométrie d'absorption atomique sous vide.
moulage
Le procédé de moulage par impact d'air est nettement supérieur au moulage en sable et permet d'obtenir des vilebrequins de haute précision. Le moule en sable ainsi produit ne présente aucune déformation de rebond, un atout particulièrement important pour les vilebrequins à plusieurs manetons. Certains fabricants de vilebrequins chinois, originaires d'Allemagne, d'Italie, d'Espagne et d'autres pays, ont adopté le moulage par impact d'air, mais seuls quelques-uns l'ont intégré à leur chaîne de production.
Coulée électroslag
La technologie de refusion sous laitier électroconducteur est appliquée à la production de vilebrequins, permettant ainsi d'obtenir des performances comparables entre les vilebrequins coulés et les vilebrequins forgés. Elle présente l'avantage d'un cycle de développement rapide, d'un taux d'utilisation du métal élevé, d'un équipement simple et de performances produit supérieures.
technologie de forgeage
La ligne de production automatisée de vilebrequins forgés, équipée d'une presse à forger à chaud et d'un marteau hydraulique électrique, représente l'avenir de cette technologie. Ces lignes intègrent généralement des technologies de pointe telles que la découpe de précision, le laminage (roulage en biseau), le chauffage par induction moyenne fréquence et la finition par presse hydraulique. Elles sont également dotées de machines auxiliaires (manipulateurs, convoyeurs et dispositifs de changement de moules) ramenées à la table tournante, formant ainsi un système de production flexible (FMS). Le FMS assure le changement automatique de la pièce et de la matrice, l'ajustement automatique des paramètres et une surveillance continue pendant le processus de fabrication. Il affiche et enregistre des données telles que l'épaisseur de forgeage et la pression maximale, et les compare à des valeurs de référence afin d'optimiser la déformation et d'obtenir des produits de qualité. L'ensemble du système est supervisé par une salle de contrôle centrale, permettant un fonctionnement sans opérateur. Le vilebrequin forgé selon cette méthode présente une structure interne en fibre de verre optimale, ce qui accroît sa résistance à la fatigue de plus de 20 %.
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