Explorer des niches avec les nouvelles technologies EDM

Extreme Wire EDM, situé à Grandville, dans le Michigan, est un atelier d'usinage doté de capacités de tournage avancées. Cependant, vous ne trouverez pas de tours conventionnels dans son usine propre du Midwest.

L'atelier est spécialisé dans l'usinage par électroérosion à fil (EDM) et a ouvert ses portes en 1998. Peu de temps après, il a jeté son dévolu sur les travaux d'électroérosion à fil pour les gros composants de moules et de matrices. Les frères et copropriétaires d'atelier Karl et Brian Bernt se rendent compte que ce type de travail est susceptible de rester aux États-Unis et continuent d'acheter des machines à fil de grande capacité pour ces segments de l'industrie. En fait, Extreme Wire EDM est le premier atelier américain à installer un Robofil 640CC, une machine à fil fabriquée par AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois) qui accepte des pièces aussi lourdes que 6 614 livres et aussi grandes que 1 300 × 1 000 × 510 mm. Une deuxième machine de ce type est actuellement en commande car la première est très occupée.

Cela dit, les frères n'ont pas de vision étroite ; ils recherchent continuellement d'autres niches d'usinage potentielles que les dernières technologies EDM pourraient leur permettre d'exploiter. Dernièrement, l'atelier a remporté des travaux de tournage complexes en utilisant des technologies de broches développées spécifiquement pour l'électroérosion à fil. Bien qu'une partie de ce travail complète les composants de moule lourds qui traversent l'atelier - le noyau durci et les broches d'éjection, par exemple - la possibilité de transformer des pièces de pratiquement n'importe quelle dureté à 0,19 pouce de diamètre sans la pression et la chaleur de l'outillage associées au tournage au 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 nouvelles et malgré le fait qu'il n'y avait pas de travail immédiatement aligné pour l'équipement. L'ajout de technologies d'usinage de pointe de manière aussi proactive demande une certaine discipline et un peu de culot. En effet, l'investissement initial nécessaire pour mettre en œuvre une nouvelle technologie d'usinage est généralement élevé. Le coût diminue alors souvent à mesure que d'autres magasins commencent à accepter et à adopter la technologie. De plus, il est possible que le nouvel équipement coûteux attende un certain temps avant de générer des revenus, car les clients ne connaissent pas la technologie alternative et son potentiel pour leurs applications particulières.

Extreme Wire EDM est en mesure de le justifier. En intégrant une nouvelle technologie sans avoir de travail en attente, le magasin peut se familiariser avec ses capacités, ses nuances et ses limites. Ce temps de "pratique" permet au magasin 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 à grande vitesse

L'atelier propose actuellement deux procédés de tournage EDM :le tournage par rotation continue de la pièce et la technique « tournage en cours de gravure » ​​d'AgieCharmilles, qui synchronise l'indexation de la pièce avec l'alimentation en fil. Les deux conviennent aux pièces de pratiquement toutes les duretés.

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 à une vitesse pouvant atteindre 1 500 tr/min tandis que le fil de la machine se déplace sur les axes X et Y pour graver le profil de pièce souhaité. Cette broche auxiliaire peut être utilisée sur n'importe laquelle des six unités EDM de l'atelier. Il peut fournir une rotation sur l'axe A ou B, selon qu'il est orienté en ligne avec l'axe X ou Y de la machine.

Construit en acier inoxydable, l'axe submersible mesure 180 × 195 × 98 mm et dispose d'un entraînement CA à vitesse variable. Il se boulonne sur la table d'une machine et se connecte à une unité de contrôle qui régule la vitesse. Extreme Wire EDM maintient l'unité de commande sur un chariot afin qu'elle puisse être déplacée vers n'importe quelle machine nécessitant la broche. Des pinces de précision sont utilisées pour fixer les pièces pour le tournage.

Alors que les opérations de tournage conventionnelles nécessitent plusieurs passages d'outil pour enlever le matériau, le tournage EDM érode tout le matériau qui doit être coupé à chaque passe d'ébauche et de finition. En règle générale, l'atelier effectuera une passe d'ébauche et une ou plusieurs passes de finition, en fonction de la finition de surface souhaitée. Ceci est différent des opérations typiques d'électroérosion à fil dans lesquelles des lingots de matériau solide sont découpés dans une pièce. Une fois le profil tourné terminé, le fil coupe la pièce du stock et la pièce coule doucement au fond du réservoir rempli de diélectrique de la machine. L'atelier effectue toutes les opérations de tournage entièrement immergées pour assurer un rinçage efficace.

Mike Wysocki est le technicien électroérosion à fil de l'atelier qui a effectué une grande partie de l'expérimentation initiale avec la broche à grande vitesse. M. Wysocki suggère que l'optimisation des opérations de tournage EDM est similaire à la détermination de la meilleure combinaison de vitesses de broche et d'avances pour un tour CNC conventionnel. Par exemple, des vitesses de broche plus rapides sont nécessaires pour les travaux de petit diamètre. Dans la plupart des cas, l'atelier utilisera le logiciel de programmation PEPS de Vero International, Inc. (Wixom, Michigan) pour définir le profil de la pièce et générer le programme de la pièce à partir du dessin du client.

Les frères Bernt admettent qu'il est parfois difficile de faire comprendre aux clients les avantages de ce type de tournage alternatif. Certains ateliers de montage, par exemple, pensent qu'ils peuvent créer des composants renforcés plus rapidement et à moindre coût en interne, malgré le fait que plusieurs étapes sont nécessaires. Ils doivent généralement tourner le stock sur un tour, l'envoyer pour un traitement thermique (ce qui peut déformer la pièce usinée), puis effectuer des opérations d'usinage ou de meulage supplémentaires pour amener le composant à la taille finale. L'électroérosion à fil peut transformer avec précision le stock durci en un seul montage, ce qui réduit non seulement le nombre de fois qu'un atelier doit toucher une pièce, mais réduit également le coût de fabrication global.

Le tournage par électroérosion à fil est également efficace pour le Porcerax II, un métal poreux qui permet aux gaz de pénétrer à travers le matériau pour permettre une ventilation ciblée des zones de moule difficiles d'accès. L'usinage ou le meulage conventionnel a tendance à pousser le matériau dans les pores, ce qui réduit la capacité de ventilation. Cela ne se produit pas avec EDM.

Tourner et brûler simultanément

Peu de temps après l'achat de la broche haute vitesse Hirschmann, l'atelier a investi dans une unité AgieCharmilles Robofil 240 EDM équipée de la fonction optionnelle "tourner pendant la gravure". La broche utilisée pour ces opérations fournit une rotation d'indexation asservie, dans le sens des aiguilles d'une montre et/ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, synchronisée avec le dévidage du fil sur les axes X et Y. Cela permet à la machine de produire des géométries hélicoïdales et d'autres formes complexes. La machine et la broche d'indexation sont achetées ensemble car des servos spéciaux et des composants connexes sont nécessaires pour permettre à la machine de produire ses mouvements soigneusement chorégraphiés.

Quelques exemples sont montrés dans l'image en haut à droite, qui comprend une collection de composants avec des géométries hélicoïdales. Il peut être difficile d'imaginer que chacune de ces caractéristiques a été créée à partir d'un fil EDM qui est resté perpendiculaire à l'axe de la pièce pendant toute la passe.

Extreme Wire EDM effectue manuellement la plupart de la programmation de cette machine. Cependant, il a communiqué avec Vero International, qui développe un logiciel de programmation pour les opérations de tournage en cours de gravure dans son package PEPS CAM. L'image CAD/CAM à droite montre deux fentes de came incurvées identiques sur les côtés opposés usinées à partir d'un stock de tubes. L'astuce consiste à faire tourner le stock d'avant en arrière pendant que le fil coupe les deux fentes simultanément (voir la simulation vidéo en haut de cette page). Cette fonctionnalité logicielle est très nouvelle. En fait, l'atelier a effectué son premier test de découpe de la pièce de came à l'aide d'un programme de pièces généré par PEPS lors de ma visite en août 2008.

La broche utilisée sur la machine de tournage en cours de gravure peut également être utilisée pour l'indexation discrète. L'insert de moule rectangulaire dans l'image mentionnée ci-dessus est un bon exemple de la façon dont cela peut être utilisé pour créer une pièce prismatique à partir d'un stock rond solide. Après avoir indiqué le stock installé dans la broche, la machine coupe les côtés opposés, puis indexe la pièce à 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 qui n'a pas de capacité d'indexation. L'indexation est également utile pour créer des encoches ou d'autres fonctions plates dans une pièce tournée en une seule configuration.

On dit que Hirschmann développe une broche à grande vitesse qui peut également être utilisée pour de tels travaux d'indexation. L'une des prochaines commandes de pinces de la boutique est un candidat parfait pour cela. L'atelier pourra transformer le profil d'un collet et utiliser l'indexation pour créer les fentes régulièrement espacées du collet en une seule configuration.

Maintenir les ressources disponibles et à portée de main

L'atelier investit massivement pour garder à portée de main l'outillage EDM et les consommables nécessaires. Par exemple, il stocke plusieurs types de fils dans des tailles allant de 0,01 à 0,013 pouce. En éliminant le temps nécessaire pour commander de tels articles, le magasin est en mesure de transformer plus rapidement les travaux de ses clients. Son foret trou EDM a également été équipé d'un guide de tige universel pour éliminer le besoin d'acheter une multitude de guides dédiés pour des diamètres de tige spécifiques. Le guide universel s'adapte à différentes tailles de tiges, permettant au magasin de stocker 40 diamètres de tiges différents, mais pas 40 guides différents. Bien que le guide universel ait été coûteux au départ, il s'est avéré très utile pour accélérer les opérations de percement de trous pour le magasin.

Et bien que les machines de l'atelier soient évidemment des ressources coûteuses, les frères Bernt n'hésitent pas à en avoir une ou deux inactives. Les clients passent souvent des commandes à l'improviste, de sorte qu'une machine inactive peut être configurée pour exécuter ces travaux immédiatement. C'est à cause de ces emplois chauds que M. Wysocki travaille généralement le quart de nuit. De cette façon, un travail qui arrive à 17 heures. peut être configuré pour fonctionner le soir et être prêt le lendemain matin. Parce que le travail de nuit n'est pas particulièrement amusant pour la plupart des gens, les frères Bernt permettent à M. Wysocki de travailler quatre jours par semaine afin qu'il puisse être récompensé par des week-ends de trois jours.

Quelle est la prochaine ?

Bien que certaines des pièces que l'atelier reçoit aient un trou de départ, l'atelier fait la promotion de sa capacité de perçage de trous en tant que service à ses clients. L'atelier continue de gagner de très gros travaux et sa perceuse EDM existante a à peine la capacité d'accepter de telles pièces. Pour le moment, un bloc de contremarche personnalisé de 6 pouces a été ajouté pour élever la colonne de la perceuse afin qu'elle puisse créer des trous de départ pour des pièces aussi hautes que 20 pouces. Cependant, l'atelier est susceptible d'ajouter une perceuse à table fixe plus grande.

Et bien que l'électroérosion à fil soit leur spécialité, les frères lorgnent également sur les équipements de fabrication de puces. Fidèles à leur désir d'intégrer des technologies de pointe, ils envisagent d'ajouter des machines-outils capables d'effectuer un usinage simultané sur cinq axes, car tous les ateliers n'offrent pas cette capacité. Si cela se produit, nous reviendrons peut-être dans cet atelier à un moment donné pour présenter leurs succès dans la mise en œuvre d'une autre technique d'usinage avancée.

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