Des outils durables réduisent les temps de cycle pour les opérations difficiles de tournage-décollage

Weingärtner a associé une tête de tournage-déroulage sur sa machine-outil Vario+ 700 à neuf plaquettes d'ébauche et une plaquette de finition, toutes utilisant la nuance de carbure KCU25B de Kennametal. Étant donné que les pannes d'outils ou les baisses importantes de durée de vie de l'outil peuvent endommager à la fois la pièce à usiner et la tête, l'usinage devait être effectué au sein d'une seule configuration, sans changement d'outil. Toutes les images sont une gracieuseté de Weingärtner.

Le décollage de près de 60 millimètres d'acier inoxydable austénitique 1.4435 à partir d'une pièce de 3 900 mm de longueur est déjà une tâche exigeante. Le faire sans changer d’outil est presque impossible. Mais un client de Weingärtner, un équipementier autrichien de machines-outils pour composants rotatifs complexes, s'est récemment adressé à l'entreprise avec cette tâche.

Même si Weingärtner a pu consulter le client et lui proposer l'une de ses machines Vario+ 700 pour accomplir le travail, la plupart des outils essayés n'ont pas pu répondre aux exigences de durée de vie de l'outil. En fin de compte, l'équipementier s'est associé à la société d'outillage Kennametal, dont l'outillage de qualité KCU25B s'est avéré suffisamment durable pour durer tout au long du processus d'usinage, puis a poussé le processus plus loin.

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Le défi du retournement de situation

Daniel Weber, chercheur en processus au sein de la division de développement de logiciels de Weingärtner, affirme que l'entreprise est fière de proposer des solutions complètes, avec des consultations clients, un catalogue de machines modulaires, un système CAO/FAO interne (WeinCAD) pour les composants hélicoïdaux, un service et bien plus encore. Ainsi, lorsque le client qui avait acheté le Vario+ 700 équipé d'une tête de décollage pour produire 60 pompes à vis excentrée a dû livrer des pièces avant d'avoir fini de préparer ses installations pour accueillir la nouvelle machine, Weingärtner est intervenu pour produire les pièces et concevoir le processus d'usinage.

Le logiciel spécialisé WeinCAD CAD/CAM de Weingärtner a fourni une méthode de simulation pour les composants hélicoïdaux tels que les rotors de pompe, aidant ainsi l'OEM à tester sa solution de processus sans risquer de tourner la tête.

Les pièces seraient pré-tournées à partir du stock jusqu'à 160 mm de diamètre et 3 900 mm de longueur. L'opération principale de retournement et de pelage crée un contour excentrique sur le rotor de la pompe, d'un diamètre final de 100,5 mm. Le tournage-décollage engagerait la pièce dans une séquence échelonnée de plusieurs plaquettes d'ébauche et d'une plaquette de finition pour favoriser des copeaux courts et facilement cassables qui n'interféreraient pas avec l'outil pendant le temps de cycle de 150 minutes. La création de la forme excentrique nécessitait également des coupes interrompues et continues, ainsi qu'une position décentrée pour la tête de retournement et d'épluchage, une circonstance qui rendait l'accès à la tête difficile et poussait les changements d'outils à environ une demi-heure chacun. Les changements d'outils affecteraient également la finition de surface, même dans les meilleures circonstances, lorsqu'une panne d'outil ou une baisse importante de la durée de vie de l'outil n'endommageait pas la pièce à usiner ni la tête de pelage.

En tant que tels, les outils de coupe et les plaquettes devraient durer pendant toute la durée du cycle de chaque pièce – un défi rendu plus difficile par le matériau en acier inoxydable austénitique 1.4435 de la pièce. Il s'agit d'un matériau résistant avec une mauvaise conductivité thermique et une tendance à l'écrouissage, facteurs qui imposent des exigences strictes à l'outil de coupe. De nombreux outils de coupe testés par Weingärtner n'étaient pas en mesure de répondre aux exigences de durée de vie de l'outil, c'est pourquoi le fabricant de la machine-outil s'est associé à Kennametal pour trouver l'outillage qui répondrait aux besoins de ce travail très exigeant.

Chaque rotor Weingärtner et ses produits clients subissent un pré-tournage jusqu'à un diamètre de 160 millimètres avant d'entrer dans le Vario+ 700 pour le tour-pelage. Le processus élimine près de 60 millimètres de matériau sur toute la longueur de 3 900 millimètres de la pièce.

Une solution solide (carbure)

Après avoir analysé les données de coupe de Weingärtner et ajusté certaines géométries, l'équipe de Kennametal a recommandé sa nuance de carbure KCU25B. Cette nuance utilise le revêtement PVD KENGold à trois couches de la société, qui, selon Kennametal, améliore la résistance à la déformation thermique, à l'usure des bords et à l'usure générale, afin d'améliorer la durabilité de l'outil.

« Dès le départ, la durée de vie de l'outil a été impressionnante, la qualité de surface était constante et le contrôle des copeaux était fiable », explique Weber, soulignant que l'outillage était capable de respecter de manière fiable la durée de vie nécessaire de 150 minutes. Pour l'application en question, Weingärtner a associé sa tête de tournage-déroulage à neuf plaquettes d'ébauche fonctionnant à une profondeur de coupe axiale de 5,5 mm et une plaquette de finition fonctionnant à une profondeur de coupe axiale de 2,0 mm.

Weingärtner a obtenu des finitions de surface d'un Ra de 2,2 micromètres et d'un Rz de 9,5 micromètres avec ces outils, un résultat qui, selon l'entreprise, réduit la quantité de meulage nécessaire dans les étapes ultérieures de fabrication. Les outils se sont également révélés suffisamment durables pour que Weingärtner et son client puissent utiliser des paramètres de coupe plus agressifs que prévu. Comme le déclare Markus Pleyer, ingénieur commercial de Kennametal pour le projet :"En optimisant le processus, nous avons réduit le temps d'usinage de 150 à 126 minutes, avec des résultats constamment excellents."