Atterrissage de précision pour composants aérospatiaux : Walter Meier pour Helfenstein – Walter Meier Solutions

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Atterrissage de précision pour composants aérospatiaux : Walter Meier pour Helfenstein

24 août 2023
Temps de lecture: env. 8 min.

Un Nakamura-Tome WT-250II est le dernier investissement de Helfenstein Mechanik AG. Un centre de tournage et de fraisage de premier ordre, parfaitement intégré au parc de machines de haute qualité de l'entreprise de fabrication qui compte cinq employés.

La zone de tolérance de cette bague se situe dans la plage du centième et est réalisée de manière très fiable sur le Nakamura-Tome WT-250II.
La zone de tolérance de cette bague se situe dans la plage du centième et est réalisée de manière très fiable sur le Nakamura-Tome WT-250II.

Une partie importante de la gamme de composants provient de l’industrie aéronautique. Les exigences en matière de machines et de nouveau centre de tournage sont donc élevées.

Avec cinq collaborateurs et six machines-outils CNC, Helfenstein Mechanik AG s’est concentrée sur la fabrication de composants aéronautiques. Le premier coup d’œil sur le hall de production donne une idée du savoir-faire. En face du dernier investissement – un Nakamura-Tome WT-250II – se trouvent quatre machines-outils Fehlmann, dont certaines sont hautement automatisées pour fabriquer des composants pour l’industrie aéronautique. La gamme de composants est parfois très complexe.

Les centres d’usinage Fehlmann jouent un rôle secondaire dans ce rapport, ils ne font que montrer l’importance d’une technologie de pointe pour les responsables de Helfenstein Mechanik AG. Et c’est précisément cette attitude qui a finalement conduit à investir dans un Nakamura-Tome WT-250II.

L’accent est mis sur les machines haut de gamme

Reto Helfenstein (propriétaire, PDG) : « Il est vrai que nous investissons systématiquement dans des machines-outils qui se situent technologiquement dans le segment haut de gamme. Nous sommes issus de la technologie médicale et avons évolué vers les composants aéronautiques. En plus de nos pièces fraisées, nous avons récemment reçu un nombre croissant de demandes concernant la production de pièces tournées complexes et de haute précision. Pour cela, nous avons dû investir dans un centre de tournage pour répondre à la demande en conséquence. Mais pour être clair, d’excellentes solutions de machines sont une condition préalable à la production de pièces complexes et de haute qualité. Le deuxième facteur concerne les employés très bien formés. »

Étant donné qu’il s’agissait pour la plupart de composants de tournage destinés à l’industrie aéronautique, il était évident qu’un investissement dans une machine-outil du segment haut de gamme était nécessaire. Lors d’une phase d’évaluation, le choix s’est porté sur un Nakamura-Tome WT-250II.

Le propriétaire compte sur une bonne convivialité

Le WT-250II est adapté aux besoins de Helfenstein Mechanik AG. De plus, Reto Helfenstein a un certain penchant pour les machines-outils haut de gamme, comme il le dit : « J’aime toujours travailler moi-même sur nos machines, cela reste une partie importante de mon travail quotidien. J’ai été bien formé sur les machines Fehlmann et je peux intervenir si nécessaire. C’est notamment pour cette raison que Raffael Müller (polymécanicien) m’a récemment formé au Nakamura-Tome. Travailler sur le Nakamura-Tome WT-250II est tout aussi amusant que sur les fraiseuses. Et ça veut dire quelque chose. Il est très convivial, ce qui est particulièrement visible lorsque vous ne travaillez pas souvent sur la machine et que vous devez intervenir temporairement. Nakamura-Tome a résolu ce problème de manière exemplaire. »

De gauche à droite : Raffael Müller (opérateur de machine), Mathias Zavratnik (directeur commercial, Walter Meier Fertigungslösungen AG) et Reto Helfenstein (propriétaire, PDG) devant le Nakamura-Tome WT-250II.
De gauche à droite : Raffael Müller (opérateur de machine), Mathias Zavratnik (directeur commercial, Walter Meier Fertigungslösungen AG) et Reto Helfenstein (propriétaire, PDG) devant le Nakamura-Tome WT-250II.

Shogu Nakamura : PDG jeune et moderne

Mathias Zavratnik (responsable des ventes, Walter Meier Fertigungslösungen AG) : « C’est exactement l’aspect que valorise la plus jeune génération familiale. Shogu Nakamura est un jeune PDG de Nakamura-Tome et il apporte une toute nouvelle dynamique à l’entreprise. En tant que PDG, il s’est récemment formé sur les machines, a programmé des pièces spécifiques et les a fabriquées lui-même sur un tome Nakamura. Pourquoi fait-il cela ? Shogu Nakamura souhaite être aussi proche que possible de ses clients et mieux comprendre leurs besoins afin que les développements dans le domaine des machines-outils et de la technologie de commande soient parfaitement adaptés aux utilisateurs. »

J’ai commencé avec la technologie médicale et j’ai fini dans l’aviation

Revenons à Helfenstein Mechanik AG : l’entreprise a débuté par la fabrication d’implants médicaux. R. Helfenstein : « Nous sommes certifiés dans ce domaine et avons acquis, d’un point de vue technologique, un énorme savoir-faire de fabrication dans le traitement des composants de technologie médicale. Cependant, nos domaines d’activités ont pivoté de 180°. Aujourd’hui, nous fabriquons principalement pour l’industrie aéronautique. En outre, nous fabriquons une proportion faible mais constante de pièces de précision pour l’industrie des machines et de l’horlogerie. Ici, nous réalisons des projets spéciaux, tels que des boîtiers de montres spécifiques au client. »

Gamme de composants et tailles de lots

Les dimensions des composants sont d’environ 300 mm en fraisage simultané 5 axes et jusqu’à 500 mm en fraisage 3 axes. En tournage, des pièces jusqu’à la taille d’un poing sont usinées avec un passage de barre maximal de 65 mm. Les composants jusqu’à D=250 mm peuvent être tournés depuis le mandrin.

Les lots pour le tournage sont de 100 pièces maximum et pour le fraisage d’environ 25 pièces. Il y a toujours des pièces individuelles sur les machines, rarement des séries « plus grandes » allant jusqu’à 2 000 pièces. Les matériaux certifiés aérospatiaux tels que l’aluminium, les alliages chrome-nickel, les alliages de titane et les alliages à base de nickel sont usinés en tant que matériaux.

Le Nakamura est compact et convainc par une commande facile à utiliser.
Le Nakamura est compact et convainc par une commande facile à utiliser.

Demande accrue de pièces tournées

R. Helfenstein : « Nous nous sommes récemment concentrés sur le fraisage. Ces dernières années, les demandes de pièces tournées et fraisées ont augmenté. Nous disposons certes d’un centre de tournage plus ancien, mais d’une part il n’est plus assez efficace et d’autre part, nous ne pouvons produire de manière fiable les zones de tolérance étroites requises aujourd’hui sur l’ancienne machine qu’au prix de beaucoup d’efforts. Afin de répondre à la demande croissante, nous avons dû investir dans un nouveau centre de tournage. »

L’évaluation

Trois fabricants de tours ont été présélectionnés, comme le dit R. Helfenstein : « Outre les aspects technologiques, le service était pour nous un critère de décision très important. Les trois dernières machines disponibles étaient des constructeurs purement japonais avec des agences en Suisse. »

Cahier des charges détaillé

M. Zavratnik : « Le cahier des charges était très détaillé. Ce qui était difficile à mon avis, c’était le large éventail d’exigences. On a tendance à produire sur la machine des aciers à haute résistance, des aciers chromés et des alliages de titane. Helfenstein Mechanik souhaitait un centre de tournage extrêmement flexible et en même temps une configuration stable pour une gamme très exigeante de pièces tournées et fraisées. »

R. Helfenstein : « Pour nos besoins, nous avions besoin d’une « solution polyvalente ». Un système de serrage rapidement adaptable et la flexibilité du ravitailleur de barres ont joué ici un rôle décisif. Sur le Nakamura, nous pouvons exécuter une large gamme de diamètres allant de D=12 mm jusqu’à un maximum de D=65 mm. C’étaient des aspects qui étaient très importants pour nous. Le WT-250II est absolument parfait pour notre gamme de composants. »

Raffael Müller : « En raison de la petite taille des lots, nous devons changer de machine 2 à 3 fois en quelques jours. Cela comprend, entre autres, les mandrins à pinces de serrage, les guides de barre et les outils. Avec des pièces simples, cela est rapide, avec des pièces plus complexes, nous avons besoin de changements d’outils importants. C’est pourquoi une machine-outil facile à rééquiper est si importante pour nos applications. »

Au sujet de l’automatisation : En plus d’un ravitailleur de barres pour la matière première, la manutention des pièces finies est réalisée via une pince intégrée, qui peut être adaptée de manière flexible aux composants fabriqués. Elle place les pièces finies sur un convoyeur pour les sortir de la machine.

Nakamura-Tome WT-250II

Centre de tournage CNC / 2-tourelle

  • 2x tourelles 12/24
  • Automatisation avec Gantry Loader
  • Qualité, Durabilité et Fiabilité
  • Banc 60° avec capeurs thermiques
  • Contre-broche à part entière

Cette machine a été fabriquée avec une énergie 100% renouvelable.

En savoir plus sur Nakamura-Tome WT-250II
Cette bague, réalisée dans un matériau difficile à usiner, doit être fabriquée selon des tolérances très étroites et est utilisée dans le secteur aéronautique.
Cette bague, réalisée dans un matériau difficile à usiner, doit être fabriquée selon des tolérances très étroites et est utilisée dans le secteur aéronautique.

Nakamura-Tome se démarque d’un point de vue technologique

R. Müller : « L’excellente construction de la machine-outil a joué un rôle décisif dans le choix du tome Nakamura. Il s’agit d’un concept de machine-outil très rigide et thermostable, adapté aux zones de tolérance étroites et aux matériaux difficiles à usiner. Nakamura a également développé une commande – basée sur les commandes Fanuc, améliorée avec les propres applications de Nakamura – qui est une symbiose entre un écran tactile et une commande à clavier. Ce sont des fonctions utilisées quotidiennement en production. Pour nous, le « toucher » à 100% était hors de question. »

Chers mais géniaux : les guidages plats manuels

M. Zavratnik : « Il dispose sur tous les axes de guidages plats manuels. Premièrement, les guidages plats assurent un amortissement très élevé et deuxièmement, ils sont en partie responsables de la grande rigidité de la machine. Cela permet d’exploiter pleinement les performances de la broche principale et de la contre-broche, et le volume d’enlèvement de copeaux est en conséquence élevé lorsque cela est nécessaire. Les guidages plats manuels ont un effet positif aussi bien lors de l’ébauche que lors de la finition, il n’y a pratiquement aucune vibration. Le WT-250II fonctionne de manière extrêmement silencieuse. »

Reto Helfenstein :
Reto Helfenstein : "Pour nos besoins, nous avions besoin d'une "solution polyvalente"." Mathias Zavratnik (à gauche, directeur des ventes, Walter Meier Fertigungslösungen AG) et Reto Helfenstein (à droite, propriétaire, PDG).

Évacuation de chaleur du Nakamura

Les bagues qui fonctionnent actuellement sur la machine ont une zone de tolérance de deux centièmes de millimètre. C’est assez difficile dans un environnement non climatisé. Une fois la machine rodée, le processus se déroule de manière très fiable. Avec une zone de tolérance aussi étroite, chaque composant est néanmoins contrôlé. La procédure correspond aux réglementations QM de Helfenstein Mechanik AG.

Mathias Zavratnik : « L’évacuation de chaleur avant tout : le Nakamura-Tome WT-250II dispose de 16 capteurs thermiques qui donnent une très bonne image thermique du centre de tournage au contrôle de compensation thermique pour compenser l’évacuation de chaleur. Si la machine est à la température de fonctionnement, elle reste dans la modération. Avec des pièces et des matériaux spécifiques, il peut y avoir un apport de chaleur relativement élevé, il est donc judicieux de refroidir davantage le liquide de refroidissement, ce qui améliore la précision de la pièce. »

Entièrement ébavuré de la machine

Il est crucial pour une production économique et de haute qualité que les pièces sortent entièrement usinées de la machine. L’usinage complet comprend également l’ébavurage des bords.

R. Müller « L’usinage complet est pour nous un facteur très important. Le composant doit sortir prêt de la machine ; sans bavure. L’ébavurage en particulier nécessite un niveau élevé de stratégies de FAO complexes. Depuis la création de notre entreprise, notre philosophie de fabrication consiste à programmer chaque composant en FAO. Cela apporte une approche systématique des processus. L’avantage est que nous disposons d’une base de données propre de tous les programmes CN. Des valeurs de correction spécifiques ne sont saisies sur la commande qu’en cas de nécessité. »

Le système QM optimise les processus de fabrication

Dans le cadre du système de gestion de la qualité de Helfenstein Mechanik AG, toutes les machines sont validées et qualifiées en interne à intervalles réguliers.

R. Müller : « Nous savons ainsi exactement comment les machines produisent et connaissons l’évacuation de chaleur correspondante. Si un client nous questionne sur un nouveau composant, nous pouvons évaluer très rapidement la complexité de la production du composant. Ceci est particulièrement important avec des zones de tolérance plus strictes à partir de IT07/IT06. »

En fonction des exigences de précision, les composants finis sont soumis à un contrôle qualité correspondant au QM.

R. Müller : « Notre manuel QM précise comment et quand des contrôles ponctuels ou un contrôle complet doivent être effectués. La séquence d’échantillonnage aléatoire est spécifiée pour les tailles de lot et dépend finalement des zones de tolérance. Par exemple, nous devons contrôler 100% d’une masse avec des tolérances serrées dans un champ du 4 centième. »

À propos des zones de tolérance : la plus petite zone de tolérance actuellement produite en série sur le Nakamura-Tome est de 8 millièmes pour un matériau difficile à usiner. C’est déjà la limite dans le secteur du tournage. La climatisation et le refroidissement du lubrifiant réfrigérant jouent un rôle dans cette zone de tolérance.

R. Müller : « Nous ne disposons pas actuellement de refroidissement du lubrifiant réfrigérant, mais si les exigences en matière de précision des composants augmentent, nous devrons certainement réfléchir à de telles mesures. »

Vue de la zone d'usinage du WT-250II, qui possède une broche principale et une contre-broche ainsi que deux tourelles.
Vue de la zone d'usinage du WT-250II, qui possède une broche principale et une contre-broche ainsi que deux tourelles.

La machine a fonctionné pendant un an

En ce qui concerne le service, les responsables ont dû s’adapter. R. Helfenstein : « Nous n’en avons pas encore eu besoin. La machine a fonctionné jusqu’à aujourd’hui – une année entière – sans aucune réclamation. Je ne peux que répéter que nous avons découvert le service fourni par Walter Meier Fertigungslösungen AG dans le cadre de l’évaluation des entreprises. Les réactions concernant les machines Nakamura-Tome ont été très positives. J’espère que cela nous arrivera également de cette manière. Mais si la machine continue à tourner ainsi, nous serons satisfaits. Avec le recul, la coopération avec WM s’est avérée très professionnelle. Non seulement pendant la phase d’évaluation, mais aussi lorsqu’il s’agissait de concevoir, de livrer, d’assembler et de faire fonctionner la machine pour nous. »

Atterrissage de précision : une machine parfaite pour l’industrie aéronautique

Lorsque l’éditeur de SMM lui demande s’il utiliserait à nouveau la même machine aujourd’hui, R. Helfenstein répond : « L’expérience avec le Nakamura-Tome a été si positive que nous investirions certainement à nouveau dans la même machine aujourd’hui. Le WT-250II était donc un atterrissage de précision absolue pour notre gamme de pièces destinées à l’industrie aéronautique. »

Auteur

Matthias Böhm

Rédacteur en chef SMM

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