Réduire le temps de production avec HPC et HSM : solution de coupe complète

Résumé :

• La coupe haute performance (HPC) maximise les taux d'enlèvement pour réduire temps de cycle, l'usinage grande vitesse (HSM) repose sur coupes rapides à hautes vitesses. Les deux nécessitent outillage, commandes, machines assez stables.
• HPC nécessite machines évacuant vite copeaux : centres horizontaux, 5 axes, machines inversées. Commandes adaptatives et simulations aident à éviter pics de force ou autres problèmes endommageant outil, broche, pièce. Utiliser géométries modernes conçues pour stabilité pour maximiser durée vie et performance.
• HSM bénéficie hautes vitesses broche, mais nécessite vraiment haute accélération broche. La plupart packages FAO modernes incluent fonctions pour appliquer vite techniques HSM. Outils pour ces techniques doivent utiliser revêtements modernes résistant à la chaleur.

L'usinage haute performance (HPC) et grande vitesse (HSM) n'ont pas de normes formelles, mais en pratique, ces outils et trajectoires améliorent significativement temps de cycle et rentabilité. Les méthodes ciblent variables différentes : HPC = outils/trajectoires coupes lourdes/agressives pour augmenter taux enlèvement ; HSM = outils/trajectoires mouvements rapides/légers pour maintenir avances moyennes élevées et réduire temps non-coupe.

Sandvik Coromant fabrique outillage pour les deux bouts, et Chris Monroe, spécialiste solutions production de masse, a l'expérience de comment les ateliers peuvent utiliser ces outils au mieux. Tout se résume à : bon contrôle et système FAO ; plein usage revêtements et géométries modernes ; machines avec rigidité, vitesse broche, évacuation copeaux adaptées.

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Bien que l'outillage HSM laisse généralement finition plus lisse que HPC axé ébauche, Monroe dit que ce n'est pas une division stricte. Outils comme fraises Plura HD Sandvik qualifiés HPC sous classification OEM, mais laissent finition respectable. Images courtoisie Sandvik Coromant.

HPC vs HSM

Le plus grand bénéfice des trajectoires HPC, dit Monroe, c'est qu'elles encouragent l'engagement continu avec la pièce. Cela nécessite bien meilleure rigidité et serrage, surtout quand programmeurs prennent coupes plus lourdes exerçant plus de couple. Mais peut augmenter dramatiquement taux enlèvement.

Trajectoires HSM montrent forces via qualité mouvement améliorée et épaisseur copeau constante. Gardent engagement radial faible pendant que fraise bouge continûment, réduisant forces et améliorant constance durée vie. Avec cette durée vie, HSM bien adapté usinage sans surveillance. Trajectoires scaling bien avec RPM élevés, mais nécessitent principalement accélération machine suffisante et support look-ahead significatif dans la commande.

FAO et Commande

Monroe dit CNC prérequis pour trajectoires HPC/HSM modernes, car opération manuelle ne peut pas tirer parti des fonctions de l'outillage. Commande avec grand look-ahead nécessaire pour suivre mouvements rapides HSM et contrôler accélération pour mouvements fluides sans effet marche/à-coups. Commandes adaptatives bon fit pour HPC, permettant ajustements vitesse/avance temps réel pour prévenir pics force/chaleur soudains.

CNC permet aussi FAO et simulation, qui atténuent difficultés mise en place trajectoires avancées. Monroe pointe cycles prédéfinis FAO rationalisant programmation caractéristiques difficiles comme coins serrés, nécessitant gestion vitesse soignée pour empêcher outil de frapper pièce. FAO peut aussi permettre trajectoires adaptatives en forgés/coulées, ajustant légèrement quand pièces même job ont fluctuations dimensionnelles mineures pré-usinage. Simulation aide à contrôler copeaux et surveiller charge, approchant limites supérieures productivité outils sans encombrer zone ou endommager broche.

Monroe ne recommande pas une marque FAO/contrôle plutôt qu'une autre, juste versions à jour dans workflow HPC/HSM. Même si différents logiciels ont différentes fonctions, tous réduisent temps coupe à vide. En gardant couple/puissance constants, ils réduisent instabilité thermique, améliorent durée vie, boostent productivité.

Surveillance charge vitale avec trajectoires HPC, car pics force peuvent survenir en poussant outils trop fort.

Géométrie d'outillage efficace

Avancées géométrie coupe ont permis outillage plus résilient pour HPC, Monroe cite plusieurs exemples chez Sandvik. L'entreprise a créé outillage avec cœurs coniques, incluant cône vers base. Monroe dit que ces cônes améliorent rigidité, réduisent vibrations, prolongeant durée vie, utiles pour fraisage latéral haute avance et usinage poches profondes. L'OEM a aussi commencé à sortir outillage avec hélices inégales, symétriques et asymétriques. Les secondes limitent résonance en coupe par hélices angles pas différents, les premières parent simplement hélices pour que pas d'hélices adjacentes même angle pas. Dans les deux cas, meilleure stabilité outil, permettant avances/vitesses plus agressives pour finir jobs plus vite.

Monroe partage exemple client comparant outillage standard ébauche/finition surface boîte roulement acier 1030 vs outillage hélices inégales WhisperKut Sandvik. Ancien : 4 pièces, avance table 214 mm/min. Nouveau Sandvik : 40 pièces, un outil, vitesse table 835 mm/min. Au-delà augmentation significative durée vie, outillage Sandvik a éliminé étape post-traitement manuelle finition surface pour corriger points hors tolérance.

Revêtements résistants à la chaleur

Outillage HSM a bénéficié avancées revêtement résistant chaleur plus élevée coupe vitesse augmente. Cas Sandvik : améliorations pas sur nouvelles formulations mais nouvelles façons appliquer/superposer revêtements éprouvés pour meilleure performance. Monroe dit OEM a développé plusieurs procédés PVD aidant revêtements coller substrats et générer structures cristallines résistant mieux usure/écaillage.

Pour un client, revêtement outil Sandvik DURA assez résistant chaleur pour l'utiliser sur 304 SS à vitesse table 43,45 ipm vs concurrent 25,12 ipm. Même à avance par dent légèrement inférieure, Sandvik : 50 pièces en 7,4h avant remplacement, concurrent : 20 pièces en 5,1h. Sandvik calcule boost productivité 73%, réduction temps cycle 42%, réduction coût 48%.

Un des plus grands avantages outillage avancé : engagement constant contrôlé. En restant dans la coupe, ateliers passent plus temps à faire copeaux, menant à temps cycle plus bas et débit plus grand.

Outillage avancé nécessite machines-outils avancées

Monroe dit centres verticaux/horizontaux 3-4 axes bons fit HSM, mais HPC performe mieux horizontaux pour évacuation copeaux. Même alors, recommande haute pression lubrifiant/air pour copeaux. 5 axes généralement compatibles HPC/HSM, mais attention accélération axe rotatif, facteur limitant si réorientation pièce pas assez rapide pour suivre avance. Gravité aide évacuation copeaux 5 axes, aidant avances plus agressives libérant copeaux poches. Même principe moulins/tours inversés, qui ont généralement stabilité pour HPC/HSM.

Débuts machines broches haut RPM (40 000) et constructions suffisamment stables pour utiliser pleines flûtes sous charge soutenue sans vibration rendent HPC/HSM plus viables, durée vie améliorée même vitesses/avances agressives. Machines modernes offrent vitesses broche 20-40% > il y a 5 ans, taux enlèvement 100-300% >. Avec géométries/Revêtements modernes, permettent trajectoires améliorant dramatiquement temps cycle tout en prolongeant temps entre changements outil.