Fabrication d'engrenages pour grues : Guide des types, du choix des matériaux et de l'optimisation des coûts

La fabrication des engrenages de grue joue un rôle majeur dans la fiabilité du système de transmission de la grue. Les grues, engins effectuant des opérations à haut risque et sous charges lourdes, soumettent leurs engrenages de transmission à des chocs importants et à des contraintes alternées lors du levage et du déplacement de la charge.

Si les engrenages se cassent, non seulement l'équipement sera immobilisé, mais il peut également y avoir des accidents de sécurité et des retards de projet, ce qui entraînera des pertes économiques supérieures à la seule valeur des performances des engrenages .

Les chiffres révèlent que plus de 60 % des pannes de réducteurs de grues sont dues à des défaillances d'engrenages, dont 90 % sont causées par un mauvais choix de matériaux ou un traitement thermique insuffisant. Un usinage d'engrenages de haute précision est la meilleure solution pour éliminer ces problèmes à la source .

Aperçu des réponses clés

Principales conclusions :

• Le matériau définit la charge, la capacité de charge :

Pour les engrenages de grues robustes, les configurations typiques sont le 42CrMo4 avec une dureté trempée de 280-320 HB et le 20CrMnTi avec une dureté de surface de 58-62 HRC après cémentation.

• Le traitement thermique fait la différence entre la vie et la mort :

Maintenir l'épaisseur de la couche cémentée à 2-4 mm et avoir une zone de transition douce dans la couche durcie peut augmenter la durée de vie en fatigue des engrenages de plus de 30 % .

• La précision détermine le bruit et l'usure :

La rectification des engrenages permet d'augmenter la précision des engrenages de DIN8 à DIN5-6, ce qui permet d'améliorer les zones de contact à plus de 80 % de la longueur de la dent.

• Acheter auprès de fournisseurs locaux n'est pas la meilleure solution :

Lors de votre recherche d'« usinage d'engrenages près de chez moi », assurez-vous d'évaluer au préalable les compétences techniques du fournisseur. La chaîne d'approvisionnement chinoise présente des avantages considérables en termes de coûts et de qualité à cet égard.

Pourquoi faire confiance aux services de fabrication d'engrenages de précision pour grues de JS Precision ?

JS Precision est spécialisée dans la recherche, le développement et la fabrication d'engrenages robustes pour le secteur des grues et bénéficie de plus de 15 ans d'expérience dans ce domaine. Notre équipe principale est composée d'experts en technologies d'usinage d'engrenages de pointe.

Nos normes de production sont rigoureusement conformes aux spécifications de conception des réducteurs de pont roulant ISO 6336-1:2019 . Nous avons également mis en œuvre un contrôle numérique tout au long du processus, de la sélection des matériaux à l'inspection des produits finis.

Côté machines, nous disposons de grandes machines à tailler les engrenages CNC de diamètres ≤ 2000 mm, de rectifieuses d'engrenages de haute précision Niles et de fours de cémentation sous atmosphère contrôlée.

Nous sommes capables d'effectuer un usinage intégré pour divers engrenages de grue avec un module allant jusqu'à 32 mm et pouvons atteindre une précision d'usinage stable des engrenages de DIN5 , ce qui est nettement supérieur à la norme industrielle de DIN8.

Nous disposons d'un laboratoire d'analyse des défaillances sur notre site et avons contribué à résoudre les problèmes de défaillance précoce des engrenages de grues dans les secteurs portuaire, sidérurgique et de la construction, dans plus de 30 pays à travers le monde . Notre procédé de cémentation amélioré pour engrenages haute performance permet de tripler leur durée de vie en fatigue par rapport à la moyenne du secteur.

Dans un cas précis, nous avons optimisé le processus de fabrication des engrenages d'une grue de 40 tonnes dans un port, ce qui a permis d'allonger le cycle de défaillance des engrenages de 8 000 heures à 25 000 heures, tout en réduisant les coûts d'approvisionnement de 35 %.

En matière d'assurance qualité, chaque lot d'engrenages est accompagné d' une garantie complète sur les matériaux , d'un rapport de test de traitement thermique et de données de test de précision du profil des dents, assurant ainsi une traçabilité complète du cycle de vie et faisant de l'entreprise un fournisseur de premier plan pour la fabrication d'engrenages de grues pour de nombreux fabricants de grues de renommée internationale.

Vous souhaitez prévenir les défaillances prématurées et garantir une durée de vie optimale à vos engrenages de grue ? Contactez dès maintenant l’équipe d’ingénierie de JS Precision, soumettez-lui les conditions et paramètres de fonctionnement de vos engrenages, et vous recevrez gratuitement une solution technique personnalisée pour la fabrication de vos engrenages de grue, vous permettant ainsi de réduire les risques de défaillance à la source.

Quels sont les principaux types d'engrenages utilisés dans la fabrication des engrenages pour grues ?

Les trois principaux composants d'une grue remplissent des fonctions différentes et nécessitent donc chacun un type d'engrenage spécifique. Par conséquent, il est indispensable d'associer des types d'engrenages spécifiques lors de leur fabrication.

Les procédés d'usinage professionnels des engrenages garantissent leurs performances, et la technologie de fabrication des engrenages à vis sans fin et des engrenages coniques est un facteur clé qui détermine la qualité des engrenages spéciaux.

Principaux types d'engrenages dans les mécanismes de levage

Le mécanisme de levage étant un composant central robuste, les engrenages doivent pouvoir résister à la charge d'impact maximale et nécessitent donc une précision d'usinage extrêmement élevée :

• Engrenages hélicoïdaux : Type d’engrenage typique des mécanismes de levage modernes des grues, leur fort recouvrement permet de réduire le bruit de 5 à 8 dB par rapport aux engrenages droits et d’augmenter la capacité de charge de 20 à 30 %. La précision de rectification des surfaces des engrenages doit être conforme à la norme DIN 5-6 .
• Engrenages à chevrons : principalement utilisés dans les grues de très grande capacité, ils possèdent une force axiale auto-équilibrée, un module de 28 à 36 mm, un angle d'hélice de 20 à 28°, une transmission de puissance à un seul étage dépassant 500 kW ; ces engrenages sont donc de très haute puissance et nécessitent un équipement d'usinage spécialisé.

Mécanismes de rotation et engrenages planétaires

• Engrenages à roulement de pivotement : Il s'agit principalement de bagues d'engrenage internes, en matériau 42CrMo4, dureté de surface des dents trempées par induction 56-62HRC, couche trempée >4mm, déformation de trempe ≤0,05mm.
• Mécanisme à engrenages planétaires : Une structure compacte et une densité de puissance élevée sont des atouts précieux pour un mécanisme de réduction de grue de grande capacité nécessitant un jeu d’engrènement constant entre plusieurs engrenages.

Applications des engrenages à vis sans fin dans les grues

La fabrication d'engrenages à vis sans fin est principalement utilisée pour les mécanismes rotatifs et de réglage fin, avec des caractéristiques d'autoblocage pour empêcher le glissement sous les charges de levage.

La combinaison de matériaux classique est une roue dentée à vis sans fin en acier 20CrMnTi cémenté et trempé, et une roue dentée à vis sans fin en bronze à l'étain ZCuSn10P1 , ce qui nécessite un contrôle strict de la rugosité de la surface de la dent de la roue dentée à vis sans fin.

Vous souhaitez choisir les engrenages adaptés à chaque mécanisme de votre grue ? Veuillez indiquer à JS Precision le tonnage et les conditions d’utilisation de votre grue pour recevoir gratuitement une liste de sélection d’engrenages. Cliquez ici pour consulter notre guide de sélection .

Comment choisir le bon matériau pour votre équipement de grue ?

Le choix des matériaux est fondamental pour la performance des engrenages. La première étape de la fabrication des engrenages de grue consiste en une sélection précise des matériaux. Les fournisseurs spécialisés recommandent les matériaux adaptés en fonction de la charge, de la vitesse et des autres conditions de fonctionnement afin de garantir la capacité de charge et la durée de vie.

Qualités de matériaux courantes pour les appareils de levage

Facteurs de décision essentiels pour la sélection des matériaux

• Caractéristiques de charge : Les charges d'impact exigent des engrenages en 20CrMnTi avec une bonne ténacité du noyau ; pour des charges moyennes stables, on peut choisir du 42CrMo4.
• Dureté de surface des engrenages : Une dureté de surface de HRC > 55 nécessite du 20CrMnTi après cémentation/trempe par induction, pour une gamme de dureté moyenne à faible, l'acier 40Cr ou 45# sont les choix.
• Contraintes de coût : Le prix d’achat de l’acier 42CrMo4 est environ 1,2 fois supérieur à celui de l’acier 20CrMnTi. Pour les applications à faible charge, il est préférable d’opter pour un acier au carbone moyen, économique.

L'importance de la traçabilité des matériaux

Les fournisseurs réputés fourniront des certificats de qualité des matériaux complets, comprenant le numéro du four, la composition chimique et d'autres données, garantissant ainsi la traçabilité des matériaux d'engrenage et prévenant les défaillances prématurées dues à l'utilisation de matériaux non conformes.

Figure 1 : Un assortiment diversifié d'engrenages finis en divers métaux et plastiques, présentant différentes tailles et profils de dents pour la sélection des matériaux.

Comment le traitement thermique optimise-t-il la fabrication des engrenages de grues pour les charges lourdes ?

Le traitement thermique est essentiel pour améliorer la résistance à la fatigue et à l'usure des engrenages de grue. Lors de la fabrication de ces engrenages , la maîtrise des paramètres du traitement thermique influe directement sur leur durée de vie.

La fabrication professionnelle d'engrenages pour grues propose des solutions de traitement thermique exclusives et personnalisées en fonction des matériaux, des modules et des conditions de fonctionnement des engrenages.

Contrôle des paramètres de base pour la cémentation et la trempe

La cémentation et la trempe constituent la principale méthode de traitement des engrenages de forte puissance, et les paramètres doivent être ajustés avec une grande précision en fonction de la taille du module d'engrenage :

• Paramètres de base : Température de cémentation 920-950℃, potentiel de carbone 1,0-1,2 % pendant la période de cémentation intense, 0,8-0,9 % pendant la période de diffusion et trempe à l'huile pour assurer une dureté uniforme.
• Profondeur de la couche durcie : 1,2-1,8 mm pour les modules de 5 à 8 mm, 1,8-2,5 mm pour les modules de 8 à 12 mm et 2,5-4,0 mm pour les modules >12 mm.

Application du durcissement par induction aux engrenages de grande taille

Pour les couronnes dentées de très grand diamètre (> 2000 mm), la cémentation intégrale est coûteuse et engendre d'importantes déformations. C'est pourquoi le traitement thermique par induction de la surface de la dent est la pratique courante.

• Sélection de la fréquence : La fréquence moyenne (2-10 kHz) produit une couche durcie de 2 à 4 mm qui convient aux charges lourdes, la haute fréquence (20-50 kHz) produit une couche durcie de 1 à 2 mm qui convient aux charges légères.
• Norme de dureté : La dureté de la surface de l'engrenage après trempe est de 56-62 HRC , ce qui est suffisant pour la résistance à l'usure.

Traitement de trempe et de revenu et traitement de normalisation

• Traitement de trempe et de revenu : La trempe suivie d’un revenu à haute température permet d’obtenir une microstructure sorbitique dont la dureté est d’environ 240 à 320 HB . Ce matériau convient aux applications soumises à des charges modérées, comme l’acier 42CrMo4.
• Traitement de normalisation : Il s’agit du procédé de préparation des ébauches de forgeage visant à éliminer les contraintes de forgeage, à affiner le grain et à obtenir une bonne surface pour l’usinage.

Compensation de rectification de précision après cémentation

Le traitement de cémentation provoque une déformation des engrenages ; il est donc nécessaire de prévoir une surépaisseur de rectification de 0,15 à 0,25 mm pour chaque surface de dent. Après cémentation, effectuez l’usinage de finition sur une rectifieuse d’engrenages Niles jusqu’à la classe DIN 5-6, la zone de contact représentant plus de 80 % de la longueur de la dent.

Tableau comparatif des paramètres de traitement thermique des engrenages de grues

Comment optimiser les coûts sans compromettre la qualité des équipements ?

Dans la fabrication d'engrenages pour grues, il est possible d'équilibrer qualité et coût. Les fournisseurs experts peuvent contribuer à réduire les coûts globaux de 15 à 30 % tout en maintenant les performances grâce à l'optimisation de la conception, des processus et de la chaîne d'approvisionnement.

L'optimisation DFM réduit les coûts de fabrication

En collaborant avec l'équipe de production lors de la conception des engrenages pour l'optimisation DFM , ils peuvent contribuer à améliorer l'efficacité du traitement et ainsi réduire les coûts de traitement de 10 à 15 %.

Économie de lots et sélection à blanc

La taille du lot de production détermine la méthode de traitement des ébauches, ce qui a un impact direct sur les coûts :

• Pièce unique/petit lot : Ébauches forgées, taux d’utilisation du matériau de 60 à 70 % , particulièrement adaptées à la production non standard telle que les engrenages cylindriques sur mesure.
• Production en grande série : ébauches laminées à anneaux, taux d’utilisation des matériaux de 85 %, permettant ainsi une économie de 25 % sur les coûts des matériaux ; la production d’engrenages standard peut être réalisée grâce à cette méthode.

L'importance de l'intégration de la chaîne d'approvisionnement

Un fournisseur à chaîne complète est un fournisseur unique capable de prendre en charge l'intégralité du processus de production, depuis les matières premières jusqu'aux tests, en passant par la transformation et le traitement thermique. Ce type de fournisseur permet de réduire les coûts d'approvisionnement globaux de 15 à 20 % par rapport à un approvisionnement décentralisé.

Quand faut-il choisir des engrenages droits sur mesure ou un fabricant d'engrenages coniques ?

Les engrenages standard conviennent parfaitement aux conditions de fonctionnement générales. Les engrenages cylindriques sur mesure sont préférables pour des conditions de travail particulières ou des constructions non standard. Les fournisseurs spécialisés peuvent fournir des engrenages sur mesure parfaitement adaptés.

Scénarios typiques pour les engrenages droits sur mesure

Scénarios nécessitant des engrenages cylindriques sur mesure : entraxes non standard, contraintes d’espace d’installation particulières et exigence d’arbres ou de brides intégrés.

Application des engrenages coniques à denture spirale dans les grues

Les engrenages coniques à denture spirale constituent une option de transmission à angle droit pour les grues. Comparés aux engrenages coniques droits, ils offrent un recouvrement d'engrènement supérieur de 30 %, une capacité de charge accrue de 25 % et un niveau sonore inférieur de 3 à 5 dB.

Un fabricant professionnel d'engrenages coniques doit disposer de machines-outils Gleason et d'équipements de test Klingelnberg pour la précision d'usinage des engrenages coniques à spirale.

Flux de validation du processus des pièces personnalisées

Les engrenages sur mesure doivent être validés de manière approfondie : modélisation 3D et simulation de maillage, fabrication de prototypes et vérification à taille réelle, tests de fatigue sur banc d’essai pour plus de 5 millions de cycles , production d’essai en petits lots et surveillance SPC.

Vous souhaitez personnaliser les engrenages de votre grue pour des conditions de travail spécifiques ? Soumettez vos exigences particulières et vos plans à JS Precision pour devenir partenaire spécialisé dans les engrenages cylindriques à denture droite et bénéficier d’un support technique professionnel assuré par un fabricant d’engrenages coniques.

Figure 2 : Gros plan de trois engrenages cylindriques métalliques de haute précision avec des dents pointues et bien définies, présentés sur un fond blanc.

L'usinage d'engrenages local près de chez moi est-il une solution rentable ?

Les clients utilisent souvent la requête « usinage d'engrenages près de chez moi » pour trouver des fournisseurs, mais la proximité géographique n'est pas le critère principal. Les compétences techniques du fournisseur déterminent à la fois la qualité des engrenages et le coût total , et la valeur d'un fournisseur de qualité surpasse largement les avantages liés à sa situation géographique.

Distance géographique vs. distance technique

Une fois la recherche effectuée, déterminez les capacités techniques du fournisseur selon trois perspectives : la disponibilité d’équipements de traitement à grande échelle, la possession d’une gamme complète d’installations de traitement thermique et l’utilisation de méthodes de test exhaustives.

Avantages concurrentiels de la chaîne d'approvisionnement chinoise

La chaîne industrielle en Chine est très complète, ce qui engendre d'importants avantages en termes de coûts par rapport à l'Europe et aux États-Unis : le prix des matières premières en Chine est 15 à 25 % moins cher , les pôles industriels sont bien développés et le cycle de livraison est raccourci de plus de 50 %.

JS Precision, votre partenaire de fabrication en Chine

Choisir JS Precision comme fournisseur, c'est bénéficier d'une communication technique fluide, d'une assurance qualité AS9100/ISO9001 , d'un service complet et d'une livraison économique.

Vous recherchez un fournisseur de fabrication d'engrenages pour grues à un prix compétitif et souhaitez vous affranchir des contraintes géographiques liées à l'usinage d'engrenages à proximité ? Contactez JS Precision dès maintenant pour découvrir les avantages de la chaîne d'approvisionnement chinoise en matière de fabrication d'engrenages et obtenir un devis gratuit.

Étude de cas JS Precision : 35 % d’économies sur la réparation des boîtes de vitesses de grues australiennes

Défi

Une grue portique de 40 tonnes, dans un port australien, était sujette à un problème de corrosion par piqûres précoce au niveau de ses engrenages réducteurs (42CrMo4, module 12-68 dents), ce qui réduisait leur durée de vie à moins de 8 000 heures . Le fournisseur européen d'origine, fabricant des engrenages, avait un délai de livraison de 26 semaines , refusait d'effectuer une analyse de défaillance et le coût d'une seule commande s'élevait à 12 000 $.

Solution

JS Precision, fournisseur professionnel de fabrication d'engrenages pour grues , a développé une solution personnalisée en trois étapes qui utilise une technologie d'usinage d'engrenages de haute précision tout au long du processus :

1. Analyse des défaillances et optimisation de la conception :

Des tests professionnels ont révélé que l'épaisseur de la couche durcie de l'engrenage d'origine n'était que de 1,2 mm et que la dureté du noyau était inférieure à 250 HB, ce qui était la principale cause de la corrosion par piqûres précoce.

Nous remplaçons les matériaux des engrenages par du 20CrMnTi, augmentant ainsi la profondeur de la couche cémentée à 2,8-3,2 mm , et nous modifions également le rayon de congé à la racine de la dent de R0,8 à R1,2 mm afin d'améliorer la résistance à la fatigue des engrenages.

2. Restructuration de la chaîne de processus :

Le procédé de fabrication des engrenages de grue utilisé comprend les étapes suivantes : forgeage de précision, normalisation isotherme, cémentation sous atmosphère contrôlée et rectification CNC. Un double contrôle, avec une sonde à oxygène et un stabilisateur de carbone, est mis en œuvre lors de la cémentation afin d'obtenir une précision du potentiel carbone de ±0,05 %. La précision des engrenages est ensuite portée au niveau DIN 5 grâce à la rectification.

3. Inspection complète et surveillance SPC de 100 % des engrenages :

Chaque engrenage est soumis à un programme d'inspection rigoureux qui, outre le contrôle du profil et de l'orientation des dents, comprend également le contrôle de la dureté superficielle, de la profondeur de la couche trempée et le contrôle par magnétoscopie. Le contrôle SPC garantit la constance de la production par lots.

Résultats

• La durée de vie des engrenages a été prolongée au-delà de 25 000 heures, éliminant ainsi totalement le problème de corrosion par piqûres.
• Les coûts d'approvisionnement ont été réduits à 7 800 $, soit 35 % de moins que le prix pratiqué par les fournisseurs européens.
• Le délai de livraison a été ramené à 12 semaines, permettant ainsi de satisfaire les demandes urgentes du port.

Vous souhaitez reproduire les résultats d'optimisation des coûts et d'amélioration des performances de cette étude de cas ? Contactez l'ingénieur en charge de ce cas chez JS Precision pour en savoir plus sur le processus de fabrication des engrenages de grues et obtenir une solution de réparation gratuite pour votre équipement.

Figure 3 : Une image d'une excavatrice jaune à côté d'un gros plan de sa grande couronne de rotation métallique, utilisée pour la rotation.

FAQ

Q1 : Quels sont les matériaux les plus couramment utilisés pour les engrenages de grue ?

Deux matériaux sont fréquemment utilisés pour les engrenages de grues : l’acier trempé 42CrMo4 pour les charges moyennes et l’acier cémenté 20CrMnTi pour les charges élevées. Sa dureté superficielle de 58 à 62 HRC après cémentation en fait le matériau le plus adapté aux engrenages soumis à de fortes charges.

Q2 : Comment détermine-t-on la profondeur de la couche cémentée ?

La profondeur de la couche cémentée de l'engrenage de la grue est déterminée par un module de 15 à 20 %. Si le module est de 5 à 8 mm, la profondeur sera de 1,2 à 1,8 mm ; s'il est de 8 à 12 mm, elle sera de 1,8 à 2,5 mm ; et si le module est supérieur à 12 mm, la profondeur sera de 2,5 à 4,0 mm.

Q3 : Quels sont les avantages des engrenages hélicoïdaux par rapport aux engrenages droits ?

Les engrenages hélicoïdaux présentent un taux de recouvrement bien supérieur à celui des engrenages droits, ce qui assure une transmission très fluide, une capacité de charge accrue de 20 à 30 % et une réduction du bruit de transmission de 5 à 8 dB. Ce type d'engrenage est aujourd'hui couramment utilisé dans les mécanismes de levage des grues.

Q4 : Quel est le niveau de précision typique des engrenages de grue ?

De nos jours, le profil des dents des engrenages de grue doit être très proche de la norme DIN 5-6. Ceci n'est possible que par rectification, les méthodes de taillage classiques ne permettant d'atteindre qu'une précision de base de DIN 8.

Q5 : Quelle est une bonne dureté de surface pour une dent ?

Les engrenages destinés à une utilisation intensive subissent généralement un traitement de cémentation, où la dureté de la surface des dents est maintenue à 58-62 HRC , les engrenages à usage moyen sont soumis à un traitement de trempe et de revenu, et ils ont une dureté de 280-320 HB , les engrenages à usage léger peuvent être aussi doux que 180-260 HB .

Q6 : Quels sont les signes de défaillance d'un engrenage ?

Si un engrenage présente une corrosion par piqûres supérieure à 20 %, des éraflures sur la surface des dents, est devenu soudainement très bruyant ou présente un jeu d'engrènement excessivement important, il s'agit assurément d'un signe de défaillance et l'engrenage devra être arrêté et remplacé immédiatement .

Q7 : Comment choisir entre la trempe par induction et la cémentation/trempe ?

Le durcissement par induction est privilégié pour les couronnes dentées de très grand diamètre (supérieur à 2000 mm), car il est moins coûteux à mettre en œuvre et permet de mieux contrôler la déformation ; la cémentation/trempe est choisie pour les engrenages de petite et moyenne puissance, car elle offre de meilleures performances de surface des dents.

Q8 : Quelle est la plus grande roue dentée qui puisse être usinée ?

JS Precision peut usiner des engrenages de grue dont le diamètre maximal ne dépasse pas 2000 mm et le module maximal ne dépasse pas 32 mm , ce qui est en mesure de satisfaire aux exigences de la plupart des grues.

Résumé

La fabrication d'engrenages pour grues est un processus d'ingénierie à dimensions finies qui combine l'utilisation de différents matériaux, des procédés de traitement thermique et un usinage de précision. Des engrenages de première qualité sont le fruit d'un choix judicieux des matériaux, d'un traitement thermique rigoureux et d'un usinage de haute précision.

Choisir un fournisseur compétent en matière de fabrication d'engrenages pour grues garantira que les engrenages seront adaptés aux conditions d'exploitation, tout en réduisant les coûts, en améliorant l'efficacité des livraisons et en assurant le fonctionnement sûr et efficace des systèmes de transmission des grues.

JS Precision est une entreprise spécialisée dans la fabrication d'engrenages pour grues. Elle propose des solutions complètes pour les engrenages cylindriques, coniques et autres, sur mesure. Forte de son savoir-faire et de son expérience, JS Precision produit des engrenages robustes et fiables pour grues. Envoyez-nous vos spécifications ou vos plans et nous établirons rapidement un partenariat avantageux !