Finition par tournage dur grand format

Transcription

1 Numéro spécial de la revue professionnelle WB Werkstatt+Betrieb 1-2/2008 Jan Wijers Finition par tournage dur grand format Augmentation de la productivité grâce à l intégration des processus Werkstatt+ Betrieb Zeitschrift für spanende Fertigung > SPECIAL S. 43: Hartfeinbearbeitung 1-2/08 > DRAHTERODI EREN Für alle Werkstoffe geeignet: Elektroerosive Teilefertigung setzt Maßstäbe // Seite 16 > WERK STÜCK SPAN NE N Modulare Spannelemente machen GM Powertrain beim Spanen (auto-)mobil // Seite 26 > WERKZEUGSCHLEIFEN Hochpräzise Werkzeuge erfordern beim Schleifen die 5-Achs-Bearbeitung // Seite 36 Février 2008 / Hembrug B.V. H. Figeeweg 1a+b 2031 BJ Haarlem Pays-Bas Tel : 0031(0) Fax : 0031(0) sales@hembrug.com Carl Hanser Verlag, München L éditeur se réserve tous les droits, y compris concernant la réimpression et la reproduction photomécanique de ce numéro spécial, ainsi que sa traduction.

2 2 SPÉCIAL > Usinage haute précision des matériaux durs Tournage dur sur un tour vertical Mikroturn - de Hembrug Augmentation de la productivité grâce à l intégration des procédés Finition par tournage dur grand format Le constructeur de machines Hembrug est un spécialiste des machines de tournage haute précision. Pour obtenir un excellent état de surface final sur des pièces volumineuses en matériau hautement résistants à l usure, les industriels font confiance aux machines de tournage Mikroturn. PAR JAN WIJERS > Un sondage sur les tendances actuelles dans le secteur de l usinage des métaux classerait probablement en tête l amélioration de la qualité associée à une productivité accrue. La miniaturisation développement de pièces toujours plus petites, précises et complexes est également un thème très présent. La question des micro-pièces n intéresse pourtant aucunement Huub Balm, Directeur commercial d Hembrug : «Notre carnet de commandes concerne des machines-outils capables de produire des pièces finies de grand volume, en moyennes à grandes séries, avec des tolérances de dimensions, forme, positionnement et rugosité très serrées. Elles exigent des processus fiables impliquant une durée de cycle réduite et un usinage complet des pièces avec un nombre minimal de montages.» Des machines hybrides fiables pour le tournage dur (de précision) La solution réside dans les processus combinés exécutés par des machines dites hybrides, qui intègrent plusieurs procédés sans entamer la disponibilité générale. Pour Balm, ce concept est particulièrement «critique» dans l usinage de matériaux techniques nouveaux, encore relativement mal connus. «Ils poussent les processus i CONSTRUCTEUR Hembrug B.V. NL-2031BJ Haarlem Tel. +31/23/ Fax +31/23/ > d usinage et les machines-outils conventionnels à leurs limites. Pour que les arêtes de coupe puissent attaquer le matériau de la pièce à usiner lors de l opération d enlèvement de matière, le matériau de coupe de l outil doit présenter une dureté supérieure à celle de la pièce. Le tournage dur de matériaux modernes peut donc justement poser problème en l absence de matériaux de coupe suffisamment durs.» En ce qui concerne le tournage, le tournage à grande vitesse, le tournage dur (en couverture) et le tournage à sec représentent les évolutions les plus récentes. Le tournage à grande vitesse permet, contrairement au fraisage, de parvenir à un volume de copeaux supérieur et à une meilleure valeur de rugosité à la surface de la pièce, mais également à un enlèvement de matière rentable pour les matériaux difficiles à usiner, y compris les métaux durs. Carl Hanser Verlag, Munich WB 1-2/2008 Bilder: Hembrug

3 3 1 Usinage de finition en un seul montage : calibre haute précision multiple pour tuyaux hydrauliques façonné par tournage dur Les bénéfices secondaires du tournage dur temps d usinage, de cycle et temps auxiliaire réduits lui permet de trouver de nouvelles applications à la finition par rectification. L excellent état de surface obtenu suffit pour le substituer totalement au processus de finition dans certaines applications. Avec ses derniers développements et le lancement du tournage dur de précision qui permet d obtenir des surfaces sans sillons perceptibles, la société Hembrug, installée à Haarlem/Pays-Bas, impose une nouvelle norme. un taux d enlèvement de matière nettement plus élevé, grâce à une vitesse d avance et une profondeur de coupe supérieures. Les vitesses de coupe habituelles atteignent 160 m/min avec une avance de 0,15 à 0,25 mm par rotation. Dans ces conditions, l état de surface de la pièce atteint une rugosité de 0,1 µm (Ra) avec des tolérances dans les classes de précision IT 3 à 5 (< 2 µm). Parallèlement, le tournage dur raccourcit fortement la chaîne de fabrication, jusqu à 50 %, notamment grâce à la disponibilité d outils standard de forme spécifique et faciles à changer. Il s agit notamment d outils de tournage fins, amincis vers la pointe, permettant de produire des éléments très lisses grâce à de grands degrés de liberté (photo 2). Actuellement, la rectification est le procédé dominant pour la finition en grande série de pièces durcies très haute qualité. En ce qui concerne les pièces individuelles ou les petites série, la productivité du processus abrasif avec coupe non définie dépend en revanche beaucoup du savoir-faire de l opérateur. Même avec un personnel compétent, la multitude de grandeurs d influence induit souvent des temps de processus (trop) longs et des coûts de finition élevés. C est également pour cette raison que les centrales de tournage dur qui en règle générale nécessitent en outre un investissement inférieur aux machines à rectifier, Le tournage dur en bonne voie Le tournage horizontal conventionnel est réputé depuis des dizaines d années comme le procédé le plus simple, le plus productif et plus polyvalent pour les pièces à symétrie de révolution, offrant en outre d excellentes qualités de reproductibilité sans modification de la structure du matériau. Le tournage dur haut de gamme coupe interrompue ou continue, sec ou humide élève le tournage au rang de processus d usinage complet productifs à montage unique, pour les matériaux jusqu à une dureté de 70 HRC (photo 1). Contrairement à la rectification, le tournage dur permet d obtenir 2 Respect des dimensions avec des contours complexes : écrou cylindrique à billes façonné par finition par tournage dur avec surfaces du filet précisément définies WB 1-2/2008

4 4 SPECIAL > Usinage haute précision des matériaux durs 3 Dernière version de la centrale de tournage dur haute précision 4 axes Mondrian Mikroturn 950 CNC attirent de plus en plus l attention des décideurs. Plus de 35 ans d expérience dans le tournage au diamant et dur Le respect des exigences de haute précision en usinage dur nécessite une conception de machines adaptée, caractérisée par une grande rigidité du bâti, du chariot, des paliers de la broche ainsi que des interfaces des outils et des pièces. De bonnes propriétés antivibratoires, une rotation régulière et précise, ainsi qu une stabilité et une dynamique thermiques élevées sont également nécessaires. Afin de répondre aux besoins de clients renommés tels qu ABB, SKF, Philips, KBA, Océ, Carl Zeiss et Schäffler KG, les équipes d Haarlem s appuient sur plus de 35 années d expérience pour le développement de machines modulaires et de haute précision machines de tournage horizontal diamanté (avec banc incliné) et machine de tournage dur vertical. La satisfaction de la clientèle s exprime dans certaines déclarations : «Les machines de tournage dur d Hembrug parviennent à un respect de la forme et des dimensions que l on ne retrouve pas sur les produits concurrents. Cela tient notamment au fait qu Hembrug exclue systématiquement l erreur cinématique.» Récemment, l entreprise a livré à SKF deux machines de tournage dur 4 axes ultra précises du modèle récent Mikroturn 950 CNC dans un bâti compact de type pont (photo 3). Les machines sont en mesure d usiner des pièces d un diamètre extérieur maximum de 950 mm, un diamètre intérieur max. de 750 mm, une longueur max. de 300 mm et un poids max. de 1000 kg. Elles permettent à SKF d éviter les goulets d étranglement lors de la finition des bagues extérieures et intérieures des couronnes d orientation et des roulements à rouleaux coniques, tels que ceux entrant dans la construction des grandes éoliennes notamment. La construction des deux machines Mikroturns respecte les dernières connaissances du domaine, y compris les analyses FEM. Pour sa nouvelle série Mikroturn, Hembrug a conservé les caractéristiques éprouvées de ses produits, telles que le support et le système de guidage de la broche principale et du chariot hydrostatiques, un bâti très épais en granit naturel et une console de commande moderne. L hydrostatique est un élément très avantageux pour le tournage dur : Un film d huile constamment renouvelé sur toute la longueur des élément du support et du système de guidage garantit une atténuation exceptionnelle des vibrations et une grande rigidité statique et dynamique. L absence d usure garantit une longue durée de vie. L absence d effet stick-slip autorise des pas de progression plus petits de 0,05 µm ; ce à quoi participe également l équipement Siemens pour les systèmes d entraînement et de commande 840 D d une résolution de 0,01 µm. Hembrug assure également le maintien de la température de l huile et de l eau à 0,2 C et améliore ainsi la stabilité thermique de l ensemble de la machine. La Mikroturn 950 CNC se caractérise également par un fonctionnement très silencieux et donc une durée de vie des outils supérieure à la moyenne, un portail rigide en granit naturel non magnétique qui garantit à son tour l absence de contraintes propres, une excellente atténuation des vibrations, une bonne résistance à la corrosion et un module d élasticité élevé. Un nouveau concept de machine avec des caractéristiques uniques Manifestement, ce tour géant est une construction exceptionnelle qui offre à Hembrug une place unique dans l offre de machines de tournage dur de précision. L axe principal vertical est équipé de deux porte-outils stables de manière à ce que deux outils puissent être utilisés simultanément ; tous deux sont dotés d une arrivée d agent de refroidissement interne (photo 4). La pièce est posée sur le plateau, maintenue en position par la force de gravité et usinée avec un couple de renversement minimum. Autre composant unique, l entrainement direct entièrement intégré dans le groupe principal monté sur système hydrostatique qui ne nécessite aucune maintenance. Un moteur couple 36-kW assure des moments de force élevés même aux petites vitesses (10 à 270 min -1 ). Les grosses pièces présentant une masse importante ou une faible rigidité propre (rapport hauteur/diamètre défavorable) sont rapidement bridées et usinées des deux côtés sans aucune déformation au niveau de la pièce ou de la broche. Étant donné que les diamètres intérieur et extérieur peuvent être usinés simultanément grâce au charriot 4 axes (XZ/UW), le temps principal est réduit de 40 %. Carl Hanser Verlag, Munich WB 1-2/2008

5 5 4 Productivité garantie : sur la 950 CNC, le tournage dur peut s effectuer simultanément avec deux outils. L usinage de pièces volumineuses à grande vitesse souffrait jusqu ici d une limite naturelle : comment peut-on brider suffisamment une pièce (force de serrage) sans l endommager (qualité de surface?) Le Directeur des applications de Hembrug, Martin Huijbers, a trouvé la solution : pour supporter les forces de coupe très élevées, il a proposé un mandrin expansible hydraulique pour le bridage des pièces. Les forces de coupe et de pression intervenant au cours du tournage requièrent en outre une fixation très stable de l outil, assurée par l interface Capto. Du fait des vitesses de coupe rapides, le principal matériau de coupe utilisé est le (P)CBN (nitrure de bore cubique polycristallin). Sa grande résistance à la rupture et à l usure garantit une longue durée de vie aux outils et autorise des conditions d usinage rentables. Huijbers : «Des variétés de CBN haute qualité spécifiques spécialement conçues pour les machines de tournage dur haute précision - assurent de longues durées de vie pour les outils, dans un domaine technologique très précis, notamment pour un usinage à sec, sous lubrification minimale ou refroidissement à air.» De manière générale, le tournage dur employé dans le domaine des applications de haute précision nécessite des mesures préventives. C est pourquoi Huijbers souligne l importance de mesures régulières concernant la durée de vie de l arête de coupe. Grâce aux dernières évolutions des machines et aux récentes avancées en matière de matériau de coupe et de revêtements, la finition par tournage dur s affirme en tant que procédé rentable. L énorme potentiel de rationalisation du tournage dur est exploitable même dans le domaine d application du microusinage. Jan Wijers est journaliste en freelance à Eindhoven, Pays-Bas > janwijers@freeler.nl WB 1-2/2008