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Machines - Outillage : la mécanique relève le Gant (01/04/2001)

Extraits de notre dossier "La Mécanique relève le gant", paru dans le n° 825 d'avril 2001. Trois articles sur l'Usinage grande vitesse, l'électroérosion et le tournage Consultez le numéro pour prendre connaissance de l'intégralité du dossier, notamment à

RIGIDITÉ ET PRÉCISION POUR L'USINAGE GRANDE VITESSE


Ce mouliste allemand est devenu... fabricant d'outils en créant la société Pokolm. Aujourd'hui, elle est un des meilleurs fournisseurs pour le fraisage rapide. 


Que fait-on quand on ne trouve pas chaussure à son pied ? Chez les moulistes allemands, développer soi-même des équipements ou des outils quand l'offre du marché ne répond pas est devenu une seconde nature. Après Röders, qui ne trouvant pas de fraiseuse satisfaisante pour usiner ses moules à grande vitesse, est devenu aujourd'hui l'un des principaux fournisseurs de machines UGV, Pokolm (http://www.pokolm.de), société située en Westphalie, a poursuivi une stratégie identique dans le domaine des outils de coupe.


Fabricant de moules à l'origine, Franz-Josef Pokolm avait beaucoup de difficultés à trouver des outils adaptés à l'usinage de ses pièces. " J'ai commencé à concevoir et à fabriquer mes premiers outils vers la fin des années 1980 ", explique ce passionné de mécanique. Moyennant quoi, il crée en 1994 la société Pokolm, qui se consacre exclusivement à la conception et à la fabrication d'outils destinés à l'usinage des moules et modèles. " À l'époque il n'existait aucun outil dédié à ce type de fabrication ", remarque-t-il. " Chaque mouliste était donc obligé d'improviser ses propres outils ainsi que les dispositifs de fixation associés. "


Une fixation de plaquettes adaptée


L'atout de ce fabricant pas comme les autres était sa parfaite connaissance, et pour cause, des besoins des moulistes. " Ils doivent allier les extrêmes : être capables d'usiner à la fois des surfaces complexes et des cavités très profondes ", poursuit Franz-Josef Pokolm. " Ce qui nécessite des outils, et surtout des systèmes de fixation de plaquettes et du corps d'outil adaptés. "


Sept ans plus tard, la petite société allemande joue dans la cour des grands : elle est devenue l'un des tout meilleurs fournisseurs d'outils pour le fraisage à grande vitesse. Pour les moulistes bien sûr, mais aussi pour d'autres applications. À preuve : l'un des grands noms des outils de coupe, Plansee-Tizit qui fabrique d'ailleurs les plaquettes utilisées par Pokolm, l'a inscrit à son catalogue et le représente en France.


D'autres petits fabricants cependant, ont emboîté le pas de Pokolm. L'allemand Depo, par exemple, (représenté en France par OCM, (http://www.ocm.fr), lui aussi mouliste, dont le catalogue compte des outils et des outillages techniquement équivalents à ceux de Pokolm. Dès lors, Pokolm a dû se surpasser. Il vient de mettre sur le marché une nouvelle génération d'outils pour l'UGV comportant des fraises avec des plaquettes indexables dont le diamètre varie de 8 à 200 mm.


Assemblage rigide absorbant les forces


Les petits diamètres ne manquent pas non plus au catalogue : des outils carbure (diamètre de 0,15 à 20 mm) sont fournis par son associé, la société Voha. À ces outils s'ajoutent des systèmes de frettage et des broches à haute vitesse ainsi que des attachements très courts ou à longueur zéro. "


Ce qui fait l'originalité de ces nouveaux outils c'est le système de fixation des plaquettes que nous avons breveté ", souligne l'outilleur allemand. " Les inserts sont prêts à monter dans des sièges spéciaux, fraisés dans le corps de l'outil. Ce qui facilite l'insertion et évite un montage de travers. La rigidité de l'assemblage et la stabilité du support sont garanties, même sans vissage. Et la précision du système est telle que l'utilisateur peut changer la tête de l'outil sans les habituelles opérations de mesure et de réglage ", insiste-t-il.


À cette innovation s'en ajoute une autre qui concerne la fixation de la tête de fraisage au porte-outil. Appelé DuoPlug et spécialement adapté à l'UGV, le système conçu par Pokolm balaie les reproches que l'on faisait jusqu'ici à ces systèmes. À savoir, la difficulté d'assurer la fixation et le manque de précision, surtout dans le cas d'un changement de la tête de fraisage. "


Notre système assure à la fois un assemblage rigide capable d'absorber les forces générées pendant l'usinage et une fixation précise et reproductible, au micron près ", conclut Franz-Josef Pokolm. Son secret : la tête de fraisage et le porte-outil ont des ajustages et des filets qui s'assemblent parfaitement. Mais seulement à chaud. Il suffit donc de les chauffer sur le système de frettage à induction maison pour réaliser une fixation à toute épreuve. M. S.



Performances

Ces outils pour l'usinage à grande vitesse résistent plus longtemps et assurent une meilleure qualité d'usinage que les autres outils. Le système de fixation de la plaquette assure un guidage précis de l'outil et évite un montage de travers. Le système original de fixation de la fraise dans le porte-outil, spécialement conçu pour l'usinage à grande vitesse, présente une fiabilité accrue grâce à une double fixation : par frettage et vissé. Le constructeur allemand propose un nouveau concept de broche pour l'UGV capable d'usiner une pièce sur les axes X, Y, Z mais aussi sur les axes A et C. Et dans les plus petits rayons.



Utilisateur

Chez Ermo, " des outils qui éliminent les vibrations "


Le groupe Ermo assure l'étude et la fabrication de moules d'injection plastique de quelques kilos à plusieurs tonnes. Cette PME de 210 personnes a adopté l'usinage à grande vitesse de pièces en acier (dureté jusqu'à 54 HRC), une production effectuée, entre autres, sur une machine EX de Huron.



" Nous recherchions il y a trois ans des outils adaptés à ce type d'usinage, pour éviter qu'ils ne s'usent trop rapidement ", explique Blaise Sallard, directeur de production de l'usine de Marcille la Ville (53). Mis à l'épreuve par les spécialistes en usinage de l'entreprise mayennaise, les outils Pokolm ont alors révélé une durée de vie 20 à 30 % supérieure à celle des autres dispositifs existants sur le marché. " Nous les utilisons toujours car ils éliminent l'une des difficultés majeures de l'UGV : la vibration ", souligne l'ingénieur. 




Machines - Electroérosion : 

DEUX FILS SUR LA MÊME MACHINE ! 


Avec un fil pour l'ébauche et un fil pour la finition, la machine développée par les ingénieurs de Charmilles dope la productivité. 


"Trop lentes"... ce reproche revient comme un leitmotiv dans la bouche des utilisateurs, de plus en plus pressés de finir la pièce, chaque fois qu'il s'agit de qualifier les machines d'électroérosion. Ce message a bien été reçu par les constructeurs et surtout par le numéro un du marché mondial, Charmilles. Pour un prix qui n'excède que de 10 à 15 % seulement le prix d'une machine de la même famille, la Robofil 2030Si-TW nouvel équipement de découpe à fil en immersion, double la productivité. Comment ? Grâce tout simplement à ses deux magasins : l'un pour le fil de gros diamètre (0,25 mm) destiné aux usinages rapides d'ébauche, l'autre pour le fil fin (0,2 ; 0,15 ; 0,1 mm) qui termine, plus lentement, la pièce.

Une seule opération d'usinage

" Dans l'approche classique les opérateurs doivent s'accommoder soit d'une coupe lente avec du fil fin effectuée de l'ébauche à la finition, soit d'un changement manuel de fil, toujours fastidieux, lors du passage de l'ébauche à la finition ", explique Danièle Dall'alba Baur, responsable marketing chez Charmilles. " La nouvelle machine leur permet de passer automatiquement d'un fil à l'autre. " Résultats : on usine deux fois plus vite un poinçon dont la hauteur est de 40 mm et une matrice multicavités peut être usinée de A à Z en une seule opération. La vitesse de grignotage augmente de 45 % et cette opération se déroule sans aucune intervention de l'opérateur. 


Il a fallu cependant quelques innovations pour que le concept de cette machine originale sorte des cartons où il attendait depuis plusieurs années. Le dispositif de coupe thermique du fil qui remplace le couteau mécanique, ou le système original de guidage du fil, exempt de toutes pièces mobiles, garant de la très grande précision, en font partie. Ils ont été mis au point par François Corcelle, le père de cet équipement chez Charmilles. 


Cela étant, la machine à deux fils reste très simple à utiliser. En effet, les réglages s'effectuent automatiquement en une seule opération. Les régimes d'usinage nécessaires ainsi que les décalages de parcours sont sélectionnés automatiquement grâce au module CT Expert disponible dans la commande numérique. Enfin, la machine a été prévue pour usiner avec une très large autonomie grâce à une capacité de deux réservoirs de fil de 33 kg. M. S.



Performances

Le changement automatique de fil permet d'assurer les usinages d'ébauche et de finition sur la même machine. Avec des temps de fabrication divisés par deux.

45 secondes suffisent pour changer de fil ! Nettement moins que le temps nécessaire pour changer manuellement le fil ou pour faire passer la pièce d'une machine à une autre. La précision de la machine (1,6 µm en circularité) n'est pas affectée par le changement de fil, que ce soit en ébauche ou en finition.



Utilisateur

Chez France-Comté Erosion, fini le transfert de pièces


Spécialiste des pièces complexes, Franche-Comté Erosion teste depuis quatre mois la Robofil 2030SI-TW dans son atelier de Franois près de Besançon déjà doté de sept machines d'électroérosion. " C'est sans doute une innovation intéressante, qui atteint la plénitude de ses capacités pour des fabrications bien ciblées, notamment celles où l'utilisation de deux fils est indispensable ", estime Philippe Conscience, directeur général de cette PME. " C'est le cas pour la fabrication de connecteurs ou de moules de précision, des pièces qui réclament toujours des usinages avec des diamètres de fil différents. " Confort de l'opérateur et gains de temps sont alors au rendez-vous. " On fait tout simplement, l'économie d'un transfert de pièces vers une autre machine ", conclut le spécialiste. 



Machines - Tours : 
MOINS D'UN MICRON DE PRÉCISION EN TOURNAGE 


Aucun équipement n'offrait la haute précision d'usinage pour un prix abordable. Le tour développé par Realmeca en collaboration avec le CEA et le Cirtes relève ce défi technologique. 



Six millions de francs... Tel est le prix, prohibitif, d'un tour de très haute précision que seules des industries de l'extrême comme l'optique peuvent se permettre. Confrontés aux usinages dont la précision doit être inférieure à 5 microns, les ingénieurs du Commissariat à l'énergie atomique (CEA) cherchaient désespérément une machine précise, mais aussi bon marché. Une recherche vaine, car entre les tours conventionnels peu précis et les machines de très haute précision, hors de prix, il n'y avait rien.

L'utilisateur prévoit les incidents de coupe

Voilà pourquoi le développement d'un nouveau type de tour s'imposait. Ce fut le point de départ d'une collaboration fructueuse entre le constructeur français de machines-outils Realmeca, le CEA et le Centre de recherche technologique de Saint-Dié des Vosges (Cirtes). Avec un cahier des charges ambitieux. Il fallait garantir un état de surface atteignant 0,01 Ra et des précisions d'usinage inhabituelles pour une telle machine : précision géométrique inférieure au micron, précision cylindrique de 0,1 µm, précision de circularité de 0,15 µm pour un diamètre de 100 mm...


" Les systèmes utilisés pour la fabrication des tours conventionnels ne suffisaient pas pour atteindre ces objectifs tout en gardant un prix machine convenable ", explique François Lhuillier, directeur technique de Realmeca. " Notamment parce qu'il faut cumuler des performances comme la haute rigidité, la constance des déplacements, la compensation des aléas provoqués par l'environnement de la machine ou une stricte surveillance des données. "


" Le tour que nous avons mis au point dispose de plusieurs développements d'avant-garde que le CEA a mis sous licence à notre disposition ", précise François Lhuillier. Par exemple : les glissières à double guidage prismatique sur roulement et le système de contrôle de déplacement développés conjointement par le CEA et l'IUT de Compiègne


La machine dispose aussi d'un bâti monobloc massif en granit à surface finement rodée et de règles de mesure en verre de très haute résolution. L'utilisateur peut aussi, prévoir les incidents de coupe grâce au système de contrôle en temps réel de l'outil mis au point par le Cirtes. " Ce porte-outil instrumenté assure la surveillance de la température au coeur de la coupe par micro-thermocouple intégré et analyse les efforts de coupe grâce à des capteurs à quartz de haute précision ", ajoute Claude Barlier, directeur du Cirtes. Ce tour, véritable concentré de technologie avancée, est proposé par Realmeca à un peu plus d'un million de francs. M. S.



Performances

Cette machine comble le vide qui existe entre les tours conventionnels et les tours de haute précision, extrêmement chers, qu'utilise l'industrie optique.

La précision de pièces usinées est de 1 µm.

Sur les tours classiques on ne peut pas prévoir les incidents d'outil. La machine utilise un système instrumenté intégré à l'outil qui analyse les forces développées et la température à l'interface outil/matière.



Utilisateur

Au CEA, il est utilisé pour des usinages "impossibles"


Le centre d'études du CEA de Valduc (21), spécialisé dans les applications militaires est habitué aux ÔÔusinages impossibles". " Nous recherchions un tour adapté à l'usinage de pièces biscornues et déformables conçues dans des matériaux exotiques ", précise Franck Duffar, ingénieur au CEA. L'équipement conçu par Realmeca offre plusieurs dispositifs indispensables pour ce type de fabrications.

Liaison moteur-vis

" Par exemple : une poupée/broche maintenue à 20°C grâce à un système de circulation de liquide réfrigéré ou un contrôle de dilatation linéaire de la broche avec compensation en temps réel pris en compte par le programme d'usinage de la pièce. L'élimination de la liaison moteur/vis est l'un des secrets de la haute précision obtenue ", constate l'expert. La machine dont dispose le CEA sert à la mise au point d'une base de données "condition de coupe" pour définir les stratégies d'usinage. 

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