Solutions Wire EDM pionnières pour production complexe moules et matrices

Extreme Wire EDM, à Grandville, Michigan, est un atelier qui a des capacités de tournage avancées. Cependant, vous ne trouverez pas de tours conventionnels dans son installation propre du Midwest.

L'atelier se spécialise dans l'électroérosion par fil (EDM) et a ouvert ses portes en 1998. Peu après, il a visé le travail EDM fil pour gros composants moules et matrices. Les frères et co-propriétaires Karl et Brian Bernt réalisent que ce type de travail est susceptible de rester aux États-Unis, et continuent d'acheter des machines fil grande capacité pour ces segments industriels. En fait, Extreme Wire EDM est le premier atelier américain à installer un Robofil 640CC, une machine fil d'AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois) acceptant pièces jusqu'à 3 000 kg et 1 300 × 1 000 × 510 mm. Une seconde telle machine est en commande car la première est si occupée.

Cela dit, les frères n'ont pas la vision tunnel ; ils cherchent continuellement d'autres niches d'usinage potentielles que les dernières technologies EDM pourraient leur permettre de poursuivre. Récemment, l'atelier a gagné des travaux de tournage complexes en utilisant des technologies de broche développées spécifiquement pour l'EDM fil. Bien que certains de ces travaux complètent les composants de moule lourds passant par l'atelier — goupilles d'éjection et noyaux durcis, par exemple — la capacité de tourner des pièces de pratiquement toute dureté à 4,8 mm de diamètre sans la pression d'outillage et la chaleur associées au tournage sur tour a ouvert de nouvelles opportunités sur de nouveaux marchés.

Ce qui est impressionnant, c'est que l'atelier a ajouté des capacités de tournage EDM alors que les technologies étaient fraîches et malgré le fait qu'il n'avait pas de travail immédiatement aligné pour l'équipement. Ajouter des technologies d'usinage de pointe de manière aussi proactive demande une mesure de discipline et une once de cran. C'est parce que l'investissement initial nécessaire pour implémenter une nouvelle technologie d'usinage est généralement élevé. Le coût diminue souvent quand d'autres ateliers commencent à accepter et adopter la technologie. De plus, il y a la chance que le nouvel équipement coûteux reste inactif un moment avant de gagner de l'argent car les clients ne connaissent pas la technologie alternative et son potentiel pour leurs applications particulières.

Extreme Wire EDM peut justifier cela. En intégrant la nouvelle technologie sans avoir de travail en file d'attente, l'atelier peut se familiariser avec ses capacités, nuances et limitations. Ce temps de « pratique » permet à l'atelier d'avoir une longueur d'avance sur la courbe d'apprentissage et d'affiner le processus avant d'offrir la capacité à ses clients.

Tournage EDM haute vitesse

L'atelier propose actuellement deux procédés de tournage EDM — tournage via rotation continue de la pièce et la technique « turn-while-burn » d'AgieCharmilles, qui synchronise l'indexage de la pièce avec l'avance du fil. Les deux conviennent à des pièces de pratiquement toute dureté.

La première méthode utilise une broche haute vitesse portable H80R.MAC de Hirschmann Engineering USA (Elgin, Illinois) achetée il y a quelques années. Cette broche fait tourner les pièces jusqu'à 1 500 tr/min pendant que le fil de la machine se déplace en axes X et Y pour éroder le profil de pièce désiré. Cette broche auxiliaire peut être utilisée sur l'une des six unités EDM de l'atelier. Elle peut fournir une rotation axe A ou B, selon qu'elle est orientée alignée avec l'axe X ou Y de la machine.

Logée en acier inoxydable, la broche submersible mesure 180 × 195 × 98 mm et a un entraînement AC vitesse variable. Elle se boulonne à la table d'une machine et se connecte à une unité de contrôle qui règle la vitesse. Extreme Wire EDM garde l'unité de contrôle sur un chariot pour la rouler vers la machine qui nécessite la broche. Des pinces de précision sont utilisées pour fixer les pièces pour le tournage.

Alors que les opérations de tournage conventionnel sur tour nécessitent plusieurs passes d'outil pour enlever la matière, le tournage EDM érode toute la matière à couper à chaque passe d'ébauche et finition. Typiquement, l'atelier fera une passe d'ébauche et une ou plusieurs passes de finition, selon la finition de surface désirée. C'est différent des opérations EDM fil typiques où des blocs de matière solide sont creusés d'une pièce. Une fois le profil tourné terminé, le fil coupe la pièce de la matière, et la pièce coule doucement au fond du réservoir rempli de diélectrique de la machine. L'atelier effectue toutes les opérations de tournage complètement submergées pour assurer un flushing efficace.

Mike Wysocki est le technicien EDM fil de l'atelier qui a effectué une grande partie de l'expérimentation initiale avec la broche haute vitesse. M. Wysocki suggère qu'optimiser les opérations de tournage EDM est similaire à déterminer la meilleure combinaison de vitesses de broche et avances pour un tour CNC conventionnel. Par exemple, des vitesses de broche plus rapides sont requises pour les petits diamètres. Dans la plupart des cas, l'atelier utilisera le logiciel de programmation PEPS de Vero International, Inc. (Wixom, Michigan) pour tracer le profil de pièce et générer le programme de pièce à partir du dessin client.

Les frères Bernt admettent qu'il est parfois difficile de faire comprendre aux clients les avantages de ce type alternatif de tournage. Certains ateliers de fixation, par exemple, croient pouvoir créer des composants durcis plus vite et plus abordablement en interne, malgré les multiples étapes requises. Ils doivent généralement tourner la matière sur un tour, l'envoyer pour traitement thermique (ce qui peut distordre la pièce usinée), puis effectuer des opérations d'usinage ou rectification supplémentaires pour amener le composant à taille finale. L'EDM fil peut tourner avec précision de la matière durcie en un seul serrage, ce qui non seulement réduit le nombre de fois qu'un atelier doit toucher une pièce, mais réduit aussi le coût de fabrication global.

Le tournage EDM fil est aussi efficace pour Porcerax II, un métal poreux permettant aux gaz de permeer à travers le matériau pour permettre l'éventage ciblé de zones de moule difficiles d'accès. L'usinage ou rectification conventionnel tend à pousser la matière dans les pores, réduisant la capacité d'éventage. Cela ne se produit pas avec l'EDM.

Tournage et érosion simultanés

Peu après l'achat de la broche haute vitesse Hirschmann, l'atelier a investi dans une unité EDM AgieCharmilles Robofil 240 équipée de l'option « turn-while-burn ». La broche utilisée pour ces opérations fournit une rotation d'indexage servo-contrôlée horaire et/ou antihoraire synchronisée avec l'avance du fil en axes X et Y. Cela permet à la machine de produire des géométries hélicoïdales et autres formes complexes. La machine et la broche d'indexage sont achetées en package car des servos spéciaux et composants associés sont nécessaires pour permettre à la machine de produire ses mouvements soigneusement chorégraphiés.

Des exemples sont montrés dans l'image en haut à droite, qui inclut une collection de composants avec géométries hélicoïdales. Il peut être difficile d'imaginer que chacune de ces caractéristiques a été créée par un fil EDM qui est resté normal à la ligne centrale de la pièce pour toute la passe.

Extreme Wire EDM fait la plupart de la programmation pour cette machine manuellement. Cependant, il communique avec Vero International, qui développe un logiciel de programmation pour opérations turn-while-burn dans son package CAM PEPS. L'image CAO/FAO à droite montre deux rainures de came courbes identiques sur côtés opposés usinées à partir de tube. L'astuce est de faire osciller la matière d'avant en arrière pendant que le fil coupe les deux rainures simultanément (voir la simulation vidéo en haut de page). Cette fonctionnalité logicielle est très nouvelle. En fait, l'atelier a effectué son premier essai de coupe de la pièce came en utilisant un programme PEPS généré pendant ma visite en août 2008.

La broche utilisée sur la machine turn-while-burn peut aussi être utilisée pour l'indexage discret. L'insert de moule rectangulaire dans l'image mentionnée est un bon exemple de comment cela peut créer une pièce prismatique à partir de matière ronde solide. Après avoir indiqué la matière installée dans la broche, la machine tranche les côtés opposés puis indexe la pièce de 90 degrés pour couper les deux autres côtés. Cela élimine le besoin d'indiquer la pièce plusieurs fois, ce qui serait nécessaire avec une broche sans capacité d'indexage. L'indexage est aussi utile pour créer des encoches ou autres caractéristiques planes dans une pièce tournée en une prise.

Hirschmann développerait une broche haute vitesse pouvant aussi servir pour tel indexage. Une des prochaines commandes de collets de l'atelier est un candidat parfait pour cela. L'atelier pourra tourner le profil du collet et utiliser l'indexage pour créer les fentes espacées régulièrement du collet en une prise.

Garder ressources disponibles et sur place

L'atelier investit lourdement pour garder l'outillage EDM requis et consommables sur place. Par exemple, il stocke plusieurs types de fil en tailles 0,25 à 0,33 mm. En éliminant le temps de commande de tels articles, l'atelier peut tourner les travaux pour ses clients plus vite. Son forage EDM a aussi été équipé d'un guide de tige universel pour éliminer le besoin d'acheter une multitude de guides dédiés pour diamètres de tige spécifiques. Le guide universel s'ajuste à diverses tailles de tiges, permettant à l'atelier de stocker 40 diamètres de tiges différents, mais pas 40 guides différents. Bien que le guide universel ait été initialement coûteux, il a vraiment été pratique pour accélérer les opérations de perçage pour l'atelier.

Et si les machines de l'atelier sont évidemment des ressources coûteuses, les frères Bernt n'ont pas d'en avoir une ou deux inactives. Les clients passent souvent des commandes à l'improviste, donc une machine inoccupée peut être configurée pour faire tourner ces travaux immédiatement. C'est à cause de ces travaux urgents que M. Wysocki travaille souvent l'équipe de nuit. Ainsi, un travail arrivant à 17 h peut être configuré pour tourner le soir et être prêt le lendemain matin. Comme travailler la nuit n'est pas particulièrement amusant pour la plupart, les frères Bernt permettent à M. Wysocki de travailler quatre jours par semaine pour qu'il soit récompensé par des week-ends de trois jours.

Quelle suite ?

Bien que certaines pièces reçues par l'atelier aient un trou de départ, l'atelier promeut sa capacité de forage comme service à ses clients. L'atelier continue de gagner des travaux très hauts, et son forage EDM existant a à peine la capacité d'accepter de telles pièces. Pour l'instant, un bloc de rehausse sur mesure de 152 mm a été ajouté pour élever la colonne du forage pour créer des trous de départ pour pièces jusqu'à 508 mm de haut. Cependant, l'atelier ajoutera probablement un forage à table fixe plus grand.

Et si l'EDM fil est leur spécialité, les frères regardent aussi l'équipement à copeaux. Conformément à leur désir d'intégrer technologies avancées, ils envisagent d'ajouter des machines-outils capables d'usinage 5 axes simultané car tous les ateliers n'offrent pas cette capacité. Si cela arrive, nous pourrions revisiter cet atelier à un moment futur pour profiler leurs succès implémentant une autre technique d'usinage avancée.

Pour en savoir plus sur d'autres fournisseurs, cliquez ici : Advantage Engineering Inc. et GF Machining Solutions LLC