Relever un défi d'usinage complexe :le cadre en échelle pour un moteur diesel de 13,6 litres

Lorsqu’un client nous a proposé un nouveau moteur diesel de 13,6 litres destiné à des équipements agricoles et de construction de grande puissance, il n’avait pas seulement besoin d’un fournisseur d’usinage :il avait également besoin d’un partenaire capable de l’aider à le mener à bien. Il s'agissait d'une plate-forme moteur critique, et au cœur de celle-ci se trouvait un boîtier à cadre en échelle complexe.

Dès le départ, le client savait que cette pièce ne serait pas facile à usiner . Il mesurait plus de 40 pouces de longueur, nécessitait des tolérances strictes et des spécifications de couple précises, et serait finalement assemblé à l'aide d'un couple robotisé pour garantir la cohérence. Ils ont fait appel à Stecker en raison de notre réputation, non seulement pour l'usinage de pièces complexes, mais également pour notre équipe d'ingénieurs experts qui pouvait les aider à perfectionner la conception.

Comme pour beaucoup de nos projets, l'usinage final n'est qu'une petite partie de l'histoire .

Description du projet de cadre en échelle

La conception du cadre en échelle de ce constructeur OEM repose sur un gros bloc moteur diesel de 684 chevaux et joue plusieurs rôles essentiels. Il contient les composants clés du système de soupapes – ressorts de soupape, arbre à cames et arbre de culbuteur – et répartit les charges internes du moteur. Structurellement, il assure la rigidité, réduit les vibrations et assure un bon alignement des arbres qui entraînent et synchronisent le mouvement de la vanne.

Prototypage, partenariat et ingénierie à la volée

Le client a apporté les premiers plans de conception de son moteur et a demandé si nous pourrions l’aider à en faire une réalité usinée. Il ne s'agissait pas seulement de citer une partie, mais de retrousser nos manches et travailler côte à côte avec leurs ingénieurs de conception pour résoudre les problèmes de A à Z. 

Leurs équipes de conception se sont réunies sur place à Stecker pour collaborer au développement de prototypes avec nos ingénieurs. Nous avons commencé avec des moulages en sable d'aluminium, qui sont idéaux pour le prototypage en raison de leurs coûts d'outillage inférieurs et de leur délai d'exécution rapide.

Le cadre en échelle nécessitait un couple extrêmement serré et des tolérances dimensionnelles de quelques microns près, ce qui signifiait que la pièce devait être usinée exactement comme elle serait utilisée sur le moteur. En collaboration avec l'équipe de conception du client, nous avons effectué des ajustements de conception en temps réel pendant l'usinage pour affiner les caractéristiques et optimiser le placement des boulons. 

Étant donné que les pièces moulées en aluminium peuvent se tordre ou fléchir sous l'effet du couple, il était essentiel de maintenir des spécifications de couple identiques pendant les tests. Nous avons même utilisé les mêmes boulons et valeurs de couple lors du perçage des lignes. Nous avons également construit un simulateur qui reflète leur configuration d'assemblage, nous permettant de valider le processus d'usinage dans des conditions réelles . Pour garantir la répétabilité, nous avons intégré le serrage robotisé, garantissant que chaque pièce réponde exactement aux mêmes normes d'assemblage que celles de la ligne de production.

Ce niveau de détail comptait. Avec une pièce de cette taille et de cette importance structurelle, même de légers écarts pourraient perturber l'ensemble du système de commande de soupapes. En construisant un simulateur et en imitant les conditions d'assemblage du constructeur OEM, nous avons contribué à garantir qu'il s'installerait proprement, fonctionnerait de manière cohérente et répondrait aux demandes rigoureuses du client.

Défis d'ingénierie et d'usinage

Ce qui a rendu ce projet particulièrement difficile était le passage du moulage au sable au moulage sous pression à mesure que le programme progressait vers les volumes de production. Le moulage sous pression offre efficacité et répétabilité, mais il introduit également des risques tels que la porosité, de minuscules vides dans le matériau qui compromettent la résistance et l'intégrité de la surface. 

Le problème était aggravé par le fait que les pièces moulées sous pression ne pouvaient pas supporter un stock de machines excédentaire. Enlever trop de matière pendant l'usinage peut en fait créer de la porosité, au lieu de l'éliminer . Cela signifiait que nous devions marcher sur une ligne fine :juste assez de matériau pour usiner des surfaces propres, mais pas assez pour déclencher des défauts de moulage.

Pour résoudre ce problème, nous avons collaboré étroitement avec la fonderie, organisant des examens conjoints à la fois dans nos installations et sur site avec leur équipe . Ensemble, nous avons testé différentes surépaisseurs de coulée, ajusté les stratégies d'usinage et finalement modifié l'outillage plus d'une douzaine de fois pour obtenir le résultat idéal.

Faire un effort supplémentaire en matière de qualité et de traçabilité 

La transition du prototype à la production complète a nécessité un investissement important dans des outils personnalisés pour maintenir les tolérances et la cohérence sur des milliers de pièces. Étant donné que ce cadre en échelle est usiné sur une ligne dédiée, chaque fixation, pince et flux de travail ont été spécialement conçus pour cette pièce uniquement . Nous avons consacré beaucoup de temps dès le départ aux processus Poka-yoke, aux tests ergonomiques et aux commentaires des opérateurs pour nous assurer que la cellule était connectée avant la montée en puissance. 

D'un point de vue qualité, ce projet ne laisse rien au hasard. Chaque cadre d'échelle est inspecté à 100 % , et chacun est sérialisé avec un code Data Matrix qui renvoie directement à son rapport d'inspection. Notre système enregistre numériquement toutes les données dimensionnelles. Ainsi, si un client appelle pour nous poser une question, que ce soit demain ou dans cinq ans, nous pouvons obtenir l'historique d'inspection de cette pièce exacte en quelques secondes. Ce niveau de traçabilité est essentiel pour une pièce aussi critique , et cela donne à nos clients l'assurance totale que chaque composant quittant Stecker répond aux spécifications et est entièrement soutenu par des données.

Conçu pour les tâches les plus difficiles et prêt à relever de nouveaux défis

Au cours de mes 24 années chez Stecker, je peux affirmer avec confiance qu’il s’agit de l’une des pièces les plus résistantes que nous ayons jamais construites. Cela exigeait toute l’expertise en ingénierie, la coordination de la fonderie et la discipline des processus dont nous disposions. Et c'est exactement le genre de défi pour lequel nous sommes faits.

Les pièces complexes comme celle-ci ne constituent pas seulement des défis techniques, ce sont des opportunités de collaborer, d'innover et de prouver pourquoi Stecker est le fournisseur-partenaire de choix lorsque la précision et les performances ne peuvent être compromises. 

Grâce aux récents investissements en équipement et aux améliorations de capacité, nous sommes prêts à entreprendre de nouveaux projets d’usinage de haute complexité pour les partenaires OEM. Contactez-nous pour parler de votre projet d'usinage CNC exigeant aujourd'hui.

À propos de l'auteur

Jason aime résoudre les défis des clients. En tant que vice-président du développement commercial, Jason est responsable du développement de nouvelles affaires et est la personne à contacter pour plusieurs clients actuels de SMC. Jason a travaillé dans les domaines de l'ingénierie, de la production et des ventes, et estime que sa plus grande force consiste à fournir aux clients des solutions à leurs défis de fabrication.