Usinage haute performance des aciers au chrome-nickel : Walter Meier pour BC-TECH – Walter Meier Solutions

Tous les processus doivent être sécurisés pour les composants à fabriquer et réalisés principalement sans intervention humaine.

Le corps de base mentionné a été fabriqué jusqu’à présent sur une Nakamura-Tome TW20 de 2007 (également équipée de guidages plats), où les pièces en mandrin étaient chargées et déchargées manuellement, avec environ 15 minutes de temps d’usinage pur. Cela signifie pour l’opérateur qu’il devait intervenir sur la machine quatre fois par heure.

En raison de la difficulté à usiner le matériau (principalement de l’acier au chrome-nickel résistant aux acides) et d’un volume d’enlèvement de matière relativement élevé, une solution de fabrication exigeante et sophistiquée est requise. C’est la tâche parfaite pour les techniciens en usinage qualifiés de BC-TECH SA, qui ont conçu, en collaboration avec Walter Meier (Solutions pour l’usinage) SA, une cellule de fabrication automatisée et flexible.

La base de la cellule de fabrication flexible est la Nakamura-Tome WT-250II MMY. Il s’agit d’un centre multitâche à deux tourelles équipé de guidages plats. Les broches principale et contre-broche ont été conçues avec une puissance d’entraînement accrue (26 kW/15 kW) pour cet usage spécifique. Les deux tourelles disposent de 12 x 2 stations chacune, dont 12 peuvent être entraînées. La puissance de la broche des tourelles est de 5,5 kW.

La manipulation des pièces est effectuée par un robot de chargement (Robojob, plus de détails à suivre) ou par barre et système de manipulation intégré (chargeur de barres sera mis à niveau en 2024). Le déchargement des pièces en mandrin est réalisé par un robot de chargement. Les pièces finies alimentées par barre sont évacuées de la machine par un convoyeur.

Conditions fondamentales pour la fabrication sans intervention humaine

M. Fetz : « Pour un processus de fabrication automatisé, une haute sécurité de processus est absolument nécessaire à travers tous les processus. Cela commence avec des durées de vie d’outil suffisamment longues et se termine par la gestion des copeaux. Au début, nous pouvions ébaucher sept pièces, puis nous devions changer les plaquettes de dégrossissage. Un quart de travail sans intervention humaine n’était pas réaliste dans ces conditions. Nous avons testé de nouveaux inserts, reconstruit les porte-outils sur des blocs fixes et misé sur beaucoup de lubrifiant-refroidisseur directement sur l’arête de coupe ainsi que sur les surfaces de dégagement des outils. Avec ces optimisations, nous sommes arrivés à 20 pièces par changement d’outil. Mais sans la NT WT-250II MMY, cette stabilité du processus n’aurait pas été possible. »

Pourquoi les guidages plats ?

Interrogé par la rédaction de SMM sur comment il arrive à cette conclusion, M. Fetz répond : « Ce sont des valeurs basées sur l’expérience. Nous réalisons toujours une évaluation des machines en amont de nouveaux investissements. Dans ce contexte, nous nous appuyons à la fois sur nos propres expériences et celles de nos partenaires. Lorsque nous avons dû faire fabriquer la même pièce par un sous-traitant en raison de contraintes de capacité, notre fournisseur l’a usinée sur un centre multitâche de haute qualité avec des guidages linéaires à roulement. De taille et de poids similaires à la NT WT-250II MMY, ils ont eu d’énormes problèmes avec la durée de vie des outils. Nous avons d’ailleurs fait exactement la même expérience lorsque nous avons tenté de fabriquer la pièce en interne sur un centre de tournage avec guidages à roulement, ce qui a divisé par quatre la durée de vie de l’outil que nous atteignions sur la Nakamura-Tome TW 20 à guidage plat, dans des conditions par ailleurs identiques. Il était donc clair : nous avions besoin d’un concept de machine à guidage plat, comme la Nakamura-Tome TW 20. »

A. Gamper : « Les guidages plats assurent une haute stabilité de base du processus d’usinage, ils ont en outre un effet amortissant sur les vibrations. Avec de telles exigences en matière d’usinage, comme dans ce cas, il faut adopter un concept global extrêmement rigide, ce qui est, de notre point de vue, une condition préalable pour une fabrication sécurisée et donc automatisable. Chaque interface réduit la rigidité. Les porte-outils actuellement installés sur la machine sont fabriqués en interne par BC-TECH. Nous connaissons les forces de ces porte-outils et les distribuons dans toute la Suisse. »

Gestion des copeaux

Comme mentionné précédemment, la durée de vie des outils est un aspect de la fabrication sans intervention humaine, mais la gestion des copeaux doit également être efficace, comme le dit M. Fetz : « Pour éviter les copeaux filants, nous ajustons les paramètres de coupe de manière à produire des copeaux épais lors du dégrossissage. Plus le copeau est épais, mieux il se brise. Un autre facteur crucial est un stade de guidage des copeaux bien développé sur les arêtes de coupe des outils. Généralement, avec ce matériau, la rupture des copeaux est acceptable, mais cela est loin d’être automatique. »

Automatisation pour 30 pièces brutes et finies

Comme une grande partie des pièces fonctionnant sur cette machine doit être alimentée et évacuée automatiquement en tant que pièces en mandrin, une solution de robot articulé et de palettisation du fabricant Robojob a été choisie. De plus, la machine a été conçue pour la connexion d’un chargeur de barres, afin de pouvoir également produire des composants à partir de barres à l’avenir, qui seront retirés via un robot portique intégré à la machine et dirigés vers l’extérieur sans avoir à ouvrir la machine.

A. Gamper : « Nous collaborons avec le spécialiste de l’automatisation Robojob depuis cinq ans, qui a développé des solutions d’automatisation parfaitement adaptées à de telles exigences flexibles avec un spectre de pièces en mandrin changeant, extrêmement simples à intégrer systématiquement dans les machines Nakamura. Le robot est un robot articulé Fanuc pouvant manipuler 25 kg (pince plus pièces). » Pour rappel : le poids de la pièce brute est de 11 kg, celui de la pièce finie est de 3 kg.

M. Fetz : « La pince est un double préhenseur standardisé, de sorte que le chargement et le déchargement sont réalisés en une seule opération. Actuellement, ce préhenseur nous permet de manipuler toutes les pièces produites. Le magasin de pièces, situé à la tête de la machine, a été conçu pour 30 pièces brutes et finies, soit 10 pièces de plus que ce qui est actuellement produit en série. Avec un temps de cycle de 15 minutes, la cellule de production NT WT-250II MMY peut fonctionner les trois quarts d’un quart de travail sans surveillance. Le système est sécurisé par une barrière laser adaptative à trois niveaux. »

Quand les guidages plats sont-ils avantageux ?

Interrogé par SMM sur si les guidages plats sont généralement préférables, M. Fetz répond : « Cela dépend toujours du spectre de pièces. Les machines-outils à roulements ont d’autres forces, elles peuvent être conduites de manière très dynamique. Mais ce n’était pas la demande ici. La machine doit avant tout correspondre au spectre de pièces. Dans ce cas, nous avons un matériau difficile à usiner, un grand volume de copeaux et nous voulions automatiser le processus. Pour cette application, une machine-outil à guidage plat est clairement le premier choix. Et d’après nos premières expériences, nous sommes absolument ravis de la solution de fabrication complète, y compris la solution d’automatisation. Walter Meier (Solutions pour l’usinage) SA a développé avec nous une cellule de fabrication sur mesure. C’était vraiment exemplaire. »

Et à propos du service, M. Fetz dit : « Nous avons 18 Nakamura-Tome en production et venons juste d’en intégrer une nouvelle. Cela est également dû au fait que les spécialistes du service de Walter Meier (Solutions pour l’usinage) SA font vraiment du bon travail. »