Tourelle de bout réduit le temps de cycle pour la production d'arbres de précision

La procédure standard pour le travail d'arbres chez l'atelier Grand Haven Steel Products (Grand Haven, Michigan) était historiquement de tourner tendre, envoyer les pièces en traitement thermique, puis rectifier à la tolérance finale. Les applications de tournage n'étaient pas terriblement exigeantes, car l'atelier n'avait généralement qu'à tenir ±0,05 mm sur l'un de ses huit tours CNC, et laissait la précision aux rectifieuses. Il y avait une grande opportunité d'augmenter l'efficacité, cependant, s'ils pouvaient tourner dur certaines pièces. Donc en 1997, l'entreprise a acheté un tour CNC Conquest T-51 (barre 50 mm, capacité mandrin 250 mm) chez Hardinge Inc. (Elmira, New York) principalement pour cette tâche. Selon le gestionnaire d'ingénierie de fabrication George Stahl, sur l'un des premiers travaux, l'atelier a pu effectuer une opération de rainurage critique sur un arbre à 40 HRC bien dans la tolérance requise de 0,0076 mm.

En un an, l'atelier a vu le besoin d'augmenter encore la productivité, et a acheté un second Hardinge, un Conquest T-42 (barre 41 mm, capacité mandrin 200 mm). Contrairement à la première machine, le T-42 était équipé d'une « Ram Turret », qui est une tourelle secondaire à six stations utilisée pour effectuer des opérations de bout axiales. Le grand avantage de cette configuration de machine est qu'elle permet d'effectuer des opérations ID et OD simultanément, par exemple, la tourelle primaire utilisée pour le tournage pendant que la seconde tourelle est utilisée pour le perçage ou le taraudage.

L'avantage le plus évident des opérations ID/OD simultanées est qu'elles peuvent réduire substantiellement les temps de cycle. Dans un cas, par exemple, la pièce était un arbre à flasque intégral qui nécessitait un tournage OD plus un alésage nécessitant perçage, taraudage et chanfreinage. Lorsque toutes ces opérations devaient être faites séquentiellement, le temps de cycle total pour le côté alésage de la pièce était de 70 secondes. Lorsque la pièce a été déplacée sur le T-42, cependant, et que les opérations ID et OD pouvaient être effectuées simultanément, le temps de cycle a été réduit à seulement 46 secondes. Cela a augmenté la production moyenne de 26 pièces/heure à 48 pièces/heure.

Mais c'est la combinaison d'une structure de machine assez rigide pour gérer le tournage dur et ayant plus de flexibilité pour gérer les opérations ID/OD, ainsi qu'un maintien de pièce efficace, qui donne à Grand Haven les capacités de processus pour vraiment booster la productivité. Dans le cas de la pièce mentionnée ci-dessus, un diamètre critique sur une rainure est surveillé avec le contrôle statistique de processus. Avec une limite de contrôle supérieure de -0,0038 mm du nominal et une limite de contrôle inférieure de -0,0114 mm — pour une bande passante totale de 0,0076 mm — la caractéristique reste bien dans le contrôle. Cette précision a permis à Grand Haven d'éliminer une opération de rectification ultérieure et ainsi de réduire substantiellement le coût de fabrication de la pièce.

Le maintien de pièce a beaucoup à voir avec cette capacité. Comme beaucoup d'ateliers, la première pensée de Grand Haven est de tenir toutes les pièces sauf les très petites dans un mandrin trois mors. Mais il y a d'autres options, a-t-il trouvé, qui peuvent fournir de meilleurs résultats dans certaines circonstances. Par exemple, l'un des premiers travaux tournés sur le T-42 nécessitait de tenir une tolérance de diamètre de ±0,0076 mm, une concentricité maximale de 0,0127 mm de l'avant à l'arrière et une finition 32 rms sur les diamètres clés en acier inoxydable 400 série durci.

Atteindre ces caractéristiques de manière constante s'est avéré difficile au début. L'examen a révélé que les pièces n'étaient pas stabilisées de manière constante dans le mandrin trois mors. Sur recommandation de Hardinge, un collet 16c à longueur morte a été substitué au mandrin à mors. Cela a permis l'usinage beaucoup plus près de la face de broche, ce qui a amélioré à la fois la concentricité et la finition de surface. De plus, le collet a aussi permis de faire tourner la pièce à des régimes plus élevés pour un usinage plus efficace. Finalement, le système à longueur morte a permis de contrôler la longueur de la pièce beaucoup plus précisément.