Abonnements
09 März 2016 |
La Revue POLYTECHNIQUE 01/2016 |
Werkzeugmaschinen
Entre l’outil et la machine
La technique de frettage Haimer équipe les centres d’usinage de précision Starrag. Pour l’usinage de composants de turbine, tels que les aubes et les «blisks» (ensembles aubes et disque combinés), l’industrie aéronautique fait confiance à la qualité de ce constructeur, qui livre des solutions de fabrication complètes comprenant logiciel, dispositifs de serrage, attachements d’outils, ainsi que tous les accessoires et périphériques.
La marque Starrag a ses origines au siège du Starrag Group à Rorschacherberg (canton de St-Gall). Son marché cible est l’industrie aéronautique et le secteur de l’énergie. Cette société propose des centres d’usinage à cinq axes ayant une grande capacité d’enlèvement de copeaux pour l’usinage d’aubes de turbine, rotors, systèmes «aubes et disque combinés», ainsi que des composants complexes de très grande précision.
|
Usinage d’une aube de turbine.
|
Des processus de fabrication complets
Depuis le début du XXe siècle, l’industrie aéronautique fait partie des principaux marchés pour les machines-outils Starrag. De ce fait, il n’est guère surprenant que cette entreprise ait compté parmi les pionniers de l’usinage simultané en cinq axes, déjà dans les années soixante. Cette longueur d’avance en matière de savoir-faire se concrétise aujourd’hui par une gamme complète de produits. Elle comprend notamment des modèles de machines, comme les séries STC et BTP pour l’usinage du titane. La gamme est complétée par les centres NB, spécialisés dans l’usinage des «blisks» (ensembles aubes et disque combinés), ainsi que par la série LX, développée pour l’usinage simultané en cinq axes d’aubes de turbine.
«Nos machines sont situées dans la catégorie supérieure en matière de technique», affirme Patrik Rutishauser, responsable des applications d’ingénierie de Starrag. Et de préciser: «Elles se caractérisent par un maximum de performance et de précision. En outre, nous offrons à nos clients une plus-value particulière concernant l’application». Cette entreprise se situe en tant que partenaire pour les utilisateurs. Elle est à même de concevoir et de réaliser des processus de fabrication complets. «Si un client vient nous voir avec un composant dont il lui faut 10’000 pièces, nous planifions l’équipement intégral et livrons la machine avec le logiciel, les dispositifs de serrage, les porte-outils, ainsi que les appareils périphériques», ajoute Patrick Rutishauser.
Une telle offre n’est possible que grâce aux expériences réalisées dans le développement de machines-outils, systèmes FAO et outils spéciaux, résultant d’une longue expérience, en particulier dans l’usinage de prototypes et de petites séries d’aubes de turbines. Patrik Rutishauser déclare: «Mon travail consiste dans le développement technique et logiciel pour ce que l’on appelle les ‘’Single Blade Applications’’. Dans mon équipe, travaillent main dans la main techniciens d’application et ingénieurs de développement. De la sorte, on peut proposer rapidement et sans détour exactement ce dont l’utilisateur a besoin.»
|
Usinage ébauche d’un «blisk». Le porte-outil utilisé ici est un «Power Shrink Chuck».
|
Expériences dans la production
Des expériences importantes sont réalisées dans le CPE (Center of Production Excellence), qui est l’unité d’application de Starrag à Rorschacherberg, où sont testés et optimisés de nouveaux processus de fabrication exigeants. La halle de 2000 m² est équipée de centres d’usinage récents, à quatre et cinq axes. L’équipe des applications y exécute diverses opérations d’usinage, allant de l’usinage d’alliages de titane très résistants, à l’usinage UGV des métaux légers. Patrik Rutishauser souligne: «Nous travaillons des pièces de rotation, des pièces tridimensionnelles complexes, ainsi que des profils d’écoulement, ceci dans des conditions réelles de production. Nous y fabriquons également des séries pilotes et même de petites séries pour les clients. Cela signifie une production conforme aux dessins et à la qualité, à des prix compétitifs».
Selon ce spécialiste des applications, c’est un avantage car on peut gagner un savoir-faire précieux et détaillé concernant les exigences de la machine et l’intégralité du processus de fabrication.
|
Les «Heavy Duty Shrink Chucks» supportent de grandes forces de serrage et sont adaptés à l’usinage lourd avec de grands outils.
|
Détail important: le serrage d’outils
Starrag sait depuis longtemps quelle importance est attribuée au serrage d’outils dans les processus d’usinage de précision. Il y a vingt ans, des broches à rotation rapide de 30’000 tr/min ont déjà été utilisées à Rorschacherberg. À l’époque, les outils étaient serrés en broche à l’aide de mandrins à pince, mandrins Weldon et «Whistle Notch» traditionnels, ce qui a causé bien des problèmes dus à une concentricité insuffisante, car lors de grandes vitesses de rotation, la moindre dérive détériore les résultats de fraisage et l’état de surface (provoquant un état de surface vibré, par exemple), tout en accentuant l’usure de l’outil et de la broche. De plus, la géométrie de ces mandrins accuse un encombrement trop important pour pouvoir accéder à des cavités profondes avec des outils courts.
Starrag en a tiré des conséquences en décidant d’adapter des mandrins de frettage, offrant ainsi une meilleure concentricité et moins d’encombrement grâce à leur corps de serrage symétrique en rotation. Lors des premiers essais avec cette nouvelle technique de serrage, Starrag a encore dû lutter contre certaines faiblesses de cette solution: en effet, à l’époque, les mandrins étaient montés en utilisant de l’air chaud, ce qui nécessitait beaucoup de temps et engendrait de fortes tensions.
Il y a presque quinze ans, à la recherche d’améliorations, les spécialistes d’application de Starrag sont tombés sur la société Haimer GmbH à Igenhausen, en Allemagne, qui est aujourd’hui une entreprise spécialisée dans les techniques de serrage d’outils. «Haimer a professionnalisé le frettage d’outils», affirme Patrik Rutishauser. Il ajoute: «Déjà à cette époque, cette société a proposé une grande variété de mandrins de frettage, ainsi qu’un banc de frettage à bobine inductive et des capsules de refroidissement, un matériel qui peut être utilisé facilement partout dans le monde. Jusqu’à ce jour, Haimer a continué à développer d’une manière permanente sa gamme de porte-outils et de machines de frettage. De temps à autre, nous évaluons différents systèmes et fabricants, mais les produits Haimer se distinguent par leur précision et leur qualité. En général, nous apprécions dans cette technique de frettage la possibilité de serrer des outils avec des longueurs de sortie courtes et un encombrement réduit».
|
Patrik Rutishauser, responsable du secteur «Application Engineering», présente des mandrins et machines de frettage Haimer.
|
Le détail d’importance pour les mandrins de frettage
L’entreprise familiale Haimer a réuni tout l’appareil de production au siège d’Igenhausen près d’Augsbourg, où l’on peut contrôler la précision à 100 %. Tous les mandrins de frettage, ainsi que les versions standard, y sont fabriqués en acier réfractaire spécifique, équilibrés à G 2,5 pour 25’000 tr/min ou avec un balourd résiduel maximum inférieur à 1 gmm. Les surfaces fonctionnelles sont rectifiées avec précision et les tolérances du cône sont plus serrées que celles prescrites par les normes en vigueur.
Pour les exigences d’usinage particulières, Haimer propose des mandrins de frettage spécifiques. Les «Power Shrink Chucks», par exemple, sont adaptés spécialement aux applications de fraisage à grande vitesse et de haute précision. Leur conception brevetée combine une faible tendance aux vibrations, alliant grande rigidité et conception fine en bout de mandrin. Cette forme particulière permet à l’utilisateur d’augmenter la profondeur de coupe et les vitesses d’avance, afin d’atteindre un plus grand volume d’enlèvement de copeaux, tout en assurant une bonne qualité de surface. Les «Haimer Heavy Duty Shrink Chucks», quant à eux, sont conçus pour de grands outils lors de l’usinage ébauche. Ils disposent de renforcements dans la zone de serrage, de contours extérieurs rigides, ainsi que de rainures de dilatation brevetées au niveau de l’alésage de serrage. On obtient ainsi de grandes forces de serrage, à l’instar de celles des mandrins à serrage fort. L’offre de porte-outils de frettage est complétée par les petits «Haimer Mini Shrink Chucks». Il s’agit de mandrins de frettage monobloc de conception extrêmement élancée, avec un contour extérieur à 3°, conçus spécifiquement pour les moulistes.
|
Pour le frettage d’outils, ces deux bancs sont équipés d’une double bobine brevetée s’adaptant à la longueur et au diamètre du mandrin de frettage.
|
Matériaux difficiles, grandes exigences de l’état de surface
Cette variété constitue un avantage pour Patrik Rutishauser. Il s’explique: «L’usinage d’aubes en profilés extrudés comprend en règle générale deux processus. Il y a d’abord l’ébauche. Il est important que le mandrin ait une composante amortissante, afin de permettre une profondeur de coupe et des avances maximales, tout en permettant d’obtenir un taux d’enlèvement de copeaux satisfaisant, en une seule opération. Ensuite et lors de la finition, il n’y a pas de grandes forces qui entrent en jeu. Ici, une très bonne concentricité et la classe d’équilibrage jouent un rôle important. Les ‘’Power Shrink Chucks’’ sont adaptés d’une manière optimale à ces deux processus d’usinage. Et si nous devons faire face à une ébauche encore plus importante, nous recourons évidemment aux ‘’Heavy Duty Chucks’’».
En ce qui concerne la qualité des mandrins de frettage, Starrag ne se satisfait que de la meilleure qualité. Car le titane et les autres matériaux difficiles à usiner imposent de grands efforts à l’interface et à la bobine du moteur-broche durant l’ébauche et la finition. «Ce qui compte finalement, c’est la qualité de la pièce», déclare Patrik Rutishauser, qui précise: «la qualité doit convenir à partir de la première pièce, car l’ébauche en titane elle-même coûte déjà une fortune. Et nous sommes convaincus que la qualité des porte-outils se reflète intégralement dans celle des pièces». Ceci est notamment vrai pour l’état de surface, qui représente un facteur important. Les aubes de turbine nécessitent une structure très fine pour que leur rendement soit optimal. Aujourd’hui, elle peut être atteinte grâce au fraisage, sans processus de polissage ultérieur. «Pour l’instant, Starrag est capable d’atteindre des qualités de surface de Ra = 0,8 µm. Pour les 0,4 µm, ce n’est plus qu’une question de temps», ajoute malicieusement Patrik Rutishauser.
Machines de frettage pour un serrage d’outils rapide et facile
Pour le frettage de ses outils, Starrag possède dans son centre d’application un banc de frettage Haimer Power Clamp Profi Plus NG. Il s’agit d’une machine permettant de fretter et défretter tous les outils en acier rapide et en carbure à tolérance de queue h6 et d’un diamètre de 3 mm à 50 mm, en très peu de temps. Elle est équipée du système breveté à double bobine, ce qui signifie que la bobine s’adapte à la longueur et au diamètre du mandrin de frettage. Seule la zone de frettage est chauffée, ce qui réduit nettement les temps d’échauffement et de refroidissement, ces derniers étant réalisés avec un refroidissement par contact. À côté de ce banc, on trouve un équipement professionnel pour le frettage et le refroidissement, en l’occurrence une machine Haimer Power Clamp Premium, offrant une grande surface de travail, une manipulation simple, des capsules de refroidissement à guidage linéaire, ainsi qu’un système de surveillance de la température. Le banc installé chez Starrag dispose également d’un système de pré-réglage de longueur précise à 0,02 mm près, parce que les outils doivent toujours être frettés à une longueur bien définie.
|
Pour chaque exigence la machine-outil adaptée
Le Starrag Group (quelque 1617 employés et un chiffre d’affaires de 390 millions de francs en 2014), est un des leaders mondiaux dans la fabrication de machines-outils. L’entreprise regroupe les marques Berthiez, Bumotec, Dörries, Droop+Rein, Heckert, Scharmann, SIP, Starrag, TTL et WMW. Sur différents sites sont construites des machines pour le fraisage, tournage, perçage et affûtage de pièces en métal, matériaux composites et céramique, avec des spécialités pour chaque marque.
La gamme va du petit centre d’usinage Bumotec, approprié à la production de pièces d’horlogerie et d’ordinateur, jusqu’à la machine Gantry de Droop-Rein, remplissant d’une longueur de plusieurs mètres des halles de fabrication et qui est adaptée à l’usinage de grandes pièces lourdes. Parmi les clients comptent avant tout des entreprises internationales situées dans les trois marchés cibles suivants: aérospatiale, transports et composants industriels, techniques de précision. L’offre de machines-outils, complétée par des prestations et services, assure aux utilisateurs des progrès substantiels en matière de productivité.
|
Dihawag AG
2504 Bienne
Tél.: 032 344 60 60
www.dihawag.ch
