Usinage plastique haute performance : Walter Meier pour W&T
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L'entreprise W&T Mechanik AG à Dällikon a optimisé ses processus de fabrication en investissant dans le centre multitâche entièrement automatisé Nakamura-Tome WY-150. Cette nouvelle acquisition, qui remplace une machine Nakamura-Tome vieille de 30 ans, permet l'usinage de haute précision de pièces complexes tournées-fraîsées, des prototypes aux petites séries, et confirme l'excellente expérience de l'entreprise avec les machines Nakamura-Tome.
Les pièces complexes de tournage-fraisage – des prototypes aux petites et moyennes séries – sont le quotidien de W&T Mechanik AG à Dällikon. En 2024, la machine Nakamura-Tome vieille de 30 ans a été remplacée par la machine multitâche entièrement automatisée Nakamura-Tome WY-150. Le fait que W&T ait de nouveau investi dans une machine Nakamura-Tome avait plusieurs raisons, dont l’une était que les expériences avec le modèle précédent étaient tout simplement excellentes. La Nakamura-Tome WY-150 a convaincu par d’autres facteurs.
Dès l’accueil chaleureux par Yvonne Beez (Administration), il était évident que chez W&T Mechanik AG, le client – dans ce cas, la rédaction de SMM (Nastassja Neumaier et Matthias Böhm) – est roi.
Au tour de table chez W&T, Luca Flotzinger et Sven Vetterli (tous deux copropriétaires) de W&T, ainsi que Mathias Zavratnik (Responsable des ventes de machines-outils, Walter Meier (FL) AG) étaient présents. Un peu plus tard, l’ancien propriétaire de W&T, Werner Ehrat, a rejoint la discussion.
La raison de la visite de la rédaction de SMM : en 2024, W&T a investi dans un nouveau centre multitâche Nakamura-Tome de type WY-150 afin d’optimiser les processus de fabrication. Dans le passé, l’entreprise utilisait des machines-outils de différents fabricants, Nakamura-Tome étant un élément permanent de son portefeuille depuis des décennies.
Huit employés – pièces complexes de tournage-fraisage – petites séries
Avec huit employés, trois fraiseuses et six centres de tournage-fraisage, W&T s’est spécialisée dans les pièces individuelles, les prototypes et les petites séries. Occasionnellement, des lots de 1000 à 2000 pièces sont également produits. Les priorités technologiques résident dans l’usinage de composants complexes – y compris des prototypes – avec une compétence particulière dans l’usinage des plastiques, qui représente 60 % de l’ensemble du spectre de fabrication.
Focus sur l’usinage des plastiques
Werner Ehrat : « La fabrication de plastique a une très longue tradition chez W&T. Cela est également lié à une relation exceptionnellement bonne avec un important fabricant de plastique en Suisse. L’usinage du plastique semble simple à première vue, mais c’est le contraire – il est extrêmement exigeant. Cela est dû, entre autres, à la polyvalence des plastiques. Les différentes sortes de plastique ont toutes un comportement d’usinage très spécifique et différent. Il est impératif d’en tenir compte lors de la programmation des codes CNC. Sinon, les dimensions dépassent rapidement la tolérance. Mais pas seulement cela ».
Sven Vetterli : « Dans le domaine des plastiques, nous usinons entre autres le PEEK, le POM, le PE, le PP, le PPS jusqu’au PVC, le PET et tout récemment les polymères à base de bore. De plus, des plastiques renforcés de fibres – par exemple avec des fibres de verre, de carbone ou de bore – ainsi que des matériaux composites bois. Les fibres peuvent être courtes, moyennes ou longues. Cette énumération – même incomplète – des possibilités de combinaison montre les défis d’usinage auxquels nous sommes confrontés quotidiennement lors de l’usinage de notre portefeuille de plastiques ».
Pourquoi l’usinage du plastique est-il si exigeant ?
Trois exemples qui illustrent les défis :
- Pour différents types de plastique, le matériau se dévie du tranchant de l’outil. Par conséquent, la quantité de matériau retirée n’est pas exactement celle qui est alimentée par CNC. Cela est dû à des paramètres spécifiques au matériau, à la macro et micro-géométrie des tranchants de l’outil, aux paramètres d’alimentation et aux vitesses de coupe. Il est donc crucial de connaître précisément le comportement d’usinage des plastiques et d’adapter les valeurs de coupe au matériau en fonction de l’expérience afin d’atteindre les dimensions nominales en toute sécurité.
- Une autre difficulté est posée par les plastiques qui modifient fortement leur volume en raison de l’humidité de l’air. Dans ces cas, les tolérances doivent être fabriquées en fonction de l’humidité spécifique de l’air. Le traitement des plastiques hydrophiles nécessite beaucoup d’expérience – ici aussi, les spécialistes de W&T savent comment régler les paramètres d’usinage pour que les dimensions nominales restent dans les limites de tolérance.
- L’usure de l’outil ne joue pratiquement aucun rôle avec les plastiques purs. Cependant, dès que des fibres de carbone ou de verre ou des charges abrasives sont contenues, l’usure de l’outil peut augmenter brusquement. De plus, la délamination peut se produire avec les plastiques renforcés de fibres continues si la technologie d’usinage (tranchants d’outil, matériau d’outil (diamant), direction d’usinage, stratégie d’usinage, valeurs de coupe, etc.) n’est pas exactement adaptée au matériau et à la pièce.
Sven Vetterli : « Grâce à notre longue expérience, nous pouvons très bien réagir au comportement d’usinage des plastiques. Ce que nous n’avons pas encore abordé, c’est le comportement à copeaux longs de nombreux plastiques, qui n’est pas propice à la sécurité du processus ni à la fabrication sans surveillance. Ici, la Nakamura-Tome WY-150 offre des solutions de brise-copeaux (tournage oscillant) que nous utilisons en conséquence ».
Les métaux sont également exigeants – mais mieux documentés
Sven Vetterli : « L’usinage des métaux représente environ 40 % de l’activité. Les métaux présentent également des comportements d’usinage différents et sont, surtout lorsqu’il s’agit de titane et d’aciers chromés fortement alliés, très exigeants en termes de sécurité des processus. Cependant, la plupart des techniciens de fabrication et des fabricants d’outils dans ce domaine disposent d’une expérience extrêmement large sur laquelle nous pouvons nous appuyer ».
« Parmi les 40 % de métaux que nous usinons, il s’agit majoritairement d’aluminium, d’aciers chrome-nickel et d’alliages de titane. De plus, des aciers « normaux » – principalement pour des applications hydrauliques – sont usinés », déclare Luca Flotzinger.
Phase d’évaluation
Sven Vetterli explique le choix de la Nakamura-Tome WY-150 comme suit : « Une machine-outil doit avant tout être conçue pour les pièces à fabriquer, l’accent étant mis sur la finition avec une manutention des pièces intégrée. Le diamètre des pièces pour la nouvelle machine de tournage est de 65 mm maximum, la longueur de nos pièces est généralement de 200 mm, rarement plus. En raison de nos petites séries, le nouveau centre multitâche devait également être très flexible et rapide à rééquiper. Une manipulation propre des pièces individuelles était également importante pour nous. Cela signifie pas de pièces qui tombent, en raison des hautes qualités de surface requises. La programmation et l’utilisation de la CNC et de l’automatisation devaient être simples et claires ».
Excellentes expériences avec les machines multitâches Nakamura-Tome
Le fait que W&T ait de nouveau remplacé une Nakamura-Tome par une Nakamura-Tome n’est pas un hasard. La décision est basée, entre autres, sur les excellentes expériences avec les machines Nakamura-Tome précédentes et la représentation suisse Walter Meier (Solutions de fabrication) AG. Sven Vetterli : « La Nakamura-Tome TW-20 était encore extrêmement fiable malgré ses 30 ans. Elle était conçue comme une machine à double broche avec deux tourelles – similaire à la nouvelle Nakamura-Tome WY-150 ».
Luca Flotzinger : « Nous possédons également une Nakamura-Tome NTJ-100 – cette machine fonctionne également de manière absolument exemplaire. Comme nous avons également des machines-outils d’autres fabricants dans notre production, nous pouvons bien évaluer les forces des machines Nakamura-Tome. Tous les paramètres mentionnés ci-dessus, y compris la conception compacte de la Nakamura-Tome WY-150 et nos expériences positives antérieures avec les machines multitâches de Nakamura-Tome, nous ont finalement convaincus ».
Stratégies de fabrication modernes : Usinage haute performance (HPC)
Comparée à la NT TW-20, la nouvelle NT WY-150 semble presque filigrane. En 30 ans de développement de machines-outils, beaucoup de choses ont changé. Alors qu’auparavant on misait sur un couple élevé et des forces de coupe élevées pour atteindre un volume de copeaux par unité de temps élevé, aujourd’hui dominent les accélérations élevées, les vitesses de rotation élevées et les processus de tournage-fraisage hautement dynamiques (High-Performance-Cutting – HPC), qui sont supportés par des stratégies de fabrication spécifiques. Cela est dû, entre autres, à la complexité et à la filigranité croissantes des composants. C’est pourquoi les concepts de machines-outils modernes axés sur l’usinage HPC sont conçus de manière à ce que moins de grandes masses doivent être accélérées. Le développement des outils, qui a rendu possible le processus HPC, est également crucial. Les arêtes de coupe peuvent être conçues de manière plus positive et plus tranchante grâce aux carbures à grain fin et aux revêtements haute performance. Le résultat : des coupes plus douces, des forces de coupe et des couples plus faibles avec un volume de copeaux par unité de temps plus élevé. C’est exactement dans cette direction que vont les techniciens de fabrication de W&T avec la nouvelle Nakamura-Tome WY-150.
Haute précision – excellent comportement thermique
Luca Flotzinger : « L’un des aspects les plus importants de la fabrication est la précision, c’est-à-dire les champs de tolérance (jusqu’à IT06) dans lesquels les pièces doivent être fabriquées. Pour les tailles de pièces que nous usinons, nous sommes rapidement dans la gamme du centième inférieur pour les champs de tolérance IT06, que nous devons fabriquer de manière fiable. Les expériences précédentes avec la Nakamura-Tome WY-150 ont été tout simplement excellentes, la répétabilité est imbattable. Dans la fabrication de petites séries, les champs de tolérance sont constamment inférieurs à un centième jusqu’à une longueur de pièce de 200 mm. C’est vraiment impressionnant ».
Sven Vetterli : « Généralement, le comportement thermique des machines au redémarrage le matin doit bien sûr être pris en compte dans ce contexte. Après un démarrage à froid le matin, la déviation est généralement de 1/100 mm après environ 30 minutes. Une fois qu’elle est à température de fonctionnement, la machine maintient la dimension stable à +/- 0,5 centième. Nous planifions toujours cette variable d’un centième le matin, si nécessaire ».
Mathias Zavratnik : « De mon point de vue, cette précision est absolument remarquable. La Nakamura-Tome WY-150 de W&T n’a pas été équipée de règles en verre, ce qui serait disponible en option. La mesure de la course est donc effectuée indirectement par des encodeurs rotatifs sur les vis à billes. En général, les Nakamura-Tome disposent non seulement d’un excellent concept de machine-outil thermosymétrique, mais aussi de capteurs thermiques, dont les données permettent à la commande CNC de compenser d’éventuels micro-écarts thermiques. Le résultat se voit finalement sur la pièce ».
Smart-Loader : Manutention et automatisation
Sven Vetterli : « Décisif pour nous était – en plus de la haute précision et de la sécurité des processus – une manutention intégrée qui ne s’accumule pas, car nous avons relativement peu de place dans le hall de production. Ici, la Nakamura-Tome WY-150 a définitivement offert la meilleure solution. La machine est équipée d’une manutention des pièces intégrée qui saisit les pièces en toute sécurité et les dépose proprement sur un tapis, afin que les surfaces des pièces ne soient pas endommagées ».
Werner Ehrat : « Le système de manutention linéaire est très flexible pour l’ensemble du spectre de pièces que nous fabriquons sur la machine. À mon avis, c’est l’un des meilleurs systèmes de manutention dans ce domaine ».
Mathias Zavratnik : « Ce type de système de manutention s’appelle Compact-Loader, c’est un développement propre de Nakamura. L’intégration systémique des solutions d’automatisation pendant la phase de développement de la machine-outil est certainement aussi la raison pour laquelle la manutention linéaire peut être intégrée de manière si peu encombrante dans la machine. De plus, l’ensemble de la manutention est programmable via la commande CNC et très intuitive à utiliser. La hauteur de la machine reste inchangée, ce qui peut être crucial en cas de hauteur de pièce limitée, comme c’est le cas chez W&T ».
Usinage simultané et simulation FAO
En raison de la complexité toujours croissante des composants, W&T utilise systématiquement la programmation FAO (SolidCAM). Grâce au post-processeur développé en interne, le programme FAO correspond pratiquement 1:1 au code NC.
Luca Flotzinger : « C’est crucial pour nos simulations que nous exécutons toujours en amont. Elles doivent se dérouler de manière réaliste. Pour cela, nous avons numérisé toute la machine et la périphérie d’usinage. De Walter Meier, nous avons reçu un fichier de base que nous avons complété avec des données d’outil et des informations de support. Numériquement, tout s’adapte au millième – mécaniquement, c’est bien sûr légèrement différent. Il faut en être conscient. Mais le jumeau numérique est un énorme avantage en termes de sécurité des processus, surtout pour les prototypes et les très petites séries. Les collisions appartiennent pratiquement au passé ».
Sven Vetterli : « Grâce à la simulation, nous pouvons programmer beaucoup plus efficacement, nous pouvons superposer les processus. Avec la simulation, on ne prend aucun risque et on fabrique tout en toute sécurité l’un après l’autre. Grâce à la simulation, nous exploitons systématiquement l’intervention simultanée des deux tourelles. La simulation et l’usinage simultané réduisent considérablement les temps d’usinage, nous fabriquons maintenant certaines pièces deux fois plus vite ».
Usinage oscillant : brise-copeaux sûr
Le sujet de la rupture des copeaux a été abordé précédemment, ce qui est un sujet important non seulement dans le domaine de l’usinage des plastiques. Pour assurer une rupture de copeaux fiable, la Nakamura-Tome WY-150 dispose de la fonction d’usinage oscillant, depuis environ deux ans. « Avec les aciers ductiles et les matériaux à copeaux longs, cette fonction change vraiment la donne. La fréquence et l’amplitude doivent être adaptées à la situation d’usinage respective. Plus la fréquence est élevée, plus le copeau est court. L’amplitude oscillante crée une coupe nulle qui brise le copeau de manière fiable », déclare Mathias Zavratnik.
Sven Vetterli : « Il est crucial que l’amplitude soit adaptée au matériau et à l’application. Dans la fabrication sans surveillance, c’est un énorme avantage. Surtout lors du tournage, des copeaux enchevêtrés se forment souvent, ce qui entraîne des interruptions. Surtout lors de l’usinage du plastique – mais pas seulement – les copeaux enchevêtrés étaient un défi quotidien. Avec l’usinage oscillant, cela appartient au passé. Nous utilisons l’usinage oscillant en particulier pour l’ébauche, et dans certains cas également pour la finition avec un grand succès ».
Fonction Chatterfree – Tournage sans marques de broutage
Une autre fonction intéressante de la Nakamura-Tome WY-150 est la fonction Chatterfree, intégrée dans la commande CNC. Il s’agit d’une adaptation automatique, entre autres de l’avance et de la vitesse de rotation, dès que des capteurs détectent des vibrations pendant le processus d’usinage. Les paramètres de coupe sont légèrement variés par la fonction Chatterfree afin de sortir du champ de fréquence de résonance. Avec cette fonction, les marques de broutage peuvent être éliminées automatiquement dans la plupart des cas.
Nakamura-Tome WY-150
Centre de tournage CNC / 2-tourelle
Cette machine a été fabriquée avec une énergie 100% renouvelable.
Service au niveau Nakamura-Tome
Pendant la phase d’évaluation, deux autres fabricants ont été examinés, mais n’ont pas été retenus. Entre autres, leurs systèmes de manutention n’étaient pas aussi compactement intégrés que chez Nakamura-Tome, comme le dit Luca Flotzinger à la rédaction de SMM : « La façon dont Nakamura-Tome a intégré la manutention directement dans la Nakamura-Tome WY-150 est absolument exemplaire. La machine est extrêmement compacte – en Suisse en particulier, le rapport entre la productivité et l’espace requis est crucial ».
Sven Vetterli : « À cela s’ajoute le service vraiment excellent de Walter Meier (FL) – y compris le service de pièces de rechange. La fiabilité de la Nakamura-Tome se reflète dans le support de Walter Meier. Les techniciens ont toujours résolu nos problèmes de manière compétente, efficace et en partenariat. Et un grand éloge va également à Mathias Zavratnik, qui a excellemment analysé notre gamme de pièces et nos exigences – et a recommandé avec la Nakamura-Tome WY-150 exactement la bonne machine pour notre gamme de fabrication ».
W&T : Direction de l’entreprise et avenir
Aujourd’hui, l’entreprise W&T est dirigée par les deux associés Luca Flotzinger et Sven Vetterli. Ils ont repris W&T en 2022 de Werner Ehrat, qui avait acquis l’entreprise en 1984 en tant que petit atelier mécanique et l’a transformée au fil des ans en une entreprise de fabrication moderne. La transition a été planifiée de manière ciblée. Luca Flotzinger, polymécanicien, a commencé chez W&T en 2018, ayant déjà travaillé occasionnellement avec des plastiques auparavant, ce qui, comme décrit dans le texte, est un monde d’usinage complètement différent avec ses propres défis. Sven Vetterli, polymécanicien qualifié (2004 à 2008), a rejoint W&T en 2009 juste après son apprentissage. Pour Werner Ehrat, les deux jeunes associés sont une aubaine et le choix parfait pour le développement futur de l’entreprise.
