Un investissement judicieux : les processus de perçage au banc d'essai
Cet article décrit une réussite client pour l'usinage d'engrenages pour IMS Gear SE & Co. KGaA, basé en Allemagne.IMS Gear SE & Co. KGaA est l'un des principaux fabricants dans le domaine des engrenages. Basée à Donaueschingen, en Allemagne, la société a commencé comme fournisseur uniquement de pièces pour devenir également fournisseur de technologies et de solutions dans l'industrie automobile. Elle fabrique des engrenages, assemblages et composants principalement pour le secteur automobile sur trois sites allemands et dans des usines en Chine, au Mexique et aux États-Unis. Elle compte environ 3 400 employés à travers le monde. Les engrenages et les entraînements d'IMS Gear sont utilisés dans pratiquement toutes les voitures en circulation, fournissant l'assistance de direction, le réglage électrique des sièges, le support lombaire, les freins de stationnement électroniques, l'ouverture automatique du coffre et bien plus.
Reinhold Gnädinger est le directeur de la fabrication chez IMS Gear. « La compétence centrale de notre unité commerciale est très clairement la production de composants de transmission précis et durables composés de 2 000 à 3 000 éléments en métal et en plastique, » raconte-t-il. Le surmoulage avec des plastiques élaborés spécifiquement sur des moyeux et arbres métalliques, permet de profiter des propriétés uniques des matériaux afin de transmettre un couple élevé de manière fiable et silencieuse.
Le bruit est un problème. Lorsque vous devez usiner un demi-million de trous de manière rentable, l'optimisation est essentielle. C'est le défi qu'ont dû relever les spécialistes de la production de la société allemande IMS Gear. Leur objectif était d'améliorer considérablement la fiabilité du processus et de réduire les niveaux de bruit dans la production d'acier de qualité supérieure, avec un débit copeaux de 80 %. PHOTO : AUDI EDGE / 2.2019 21 CLIENT : IMS GEAR
Le moyeu de la roue de direction dentée à vis sans fin est composé de trois éléments. Il est fabriqué en parallèle sur quatre machines à six broches, en utilisant de l'acier inoxydable AFP à micro-alliage avec une force de 900 N/mm2. Le diamètre intérieur de 23,5 mm est percé lors de la première phase d'usinage, ce qui, à une vitesse de coupe de 130 m/min et un haut débit copeaux sur une très courte période d'utilisation, implique un bruit continu de haute fréquence très désagréable.
Le niveau élevé de bruit a longtemps été critiqué par les responsables de la prévention-sécurité, explique Burhan Kaya, ingénieur de fabrication chez IMS Gear. « Le volume incroyablement élevé de copeaux lors du perçage entraîne des contraintes extrêmement importantes sur le corps du foret, » explique-t-il, ajoutant que l'abrasion provoquée par la haute résistance et la pression des copeaux a provoqué de l'érosion dans les chambres à copeaux des forets à plaquettes indexables Perfomax utilisés à l'époque. Par la suite, les corps de forets sont devenus de plus en plus instables. Ils vibraient et devaient souvent être remplacés prématurément. « Nous ne pouvions plus planifier le processus de façon fiable, » raconte Kaya. « Le coût des corps de rechange était trop élevé. »
Il n'était pas question de revenir aux forets-couronnes utilisés auparavant. Les performances des forets Perfomax de Seco Tools, avec une longueur de perçage cumulée d'environ 48 mètres et une durée de vie de plus de 1 500 pièces par arête, étaient également plus que convaincantes.
Reinhold Gnädinger explique que l'optimisation continue des processus existants est une exigence essentielle qui s'impose dans l'industrie automobile. Dans le cadre du développement de produits, le domaine de l'ingénierie industrielle chez IMS Gear garantit qu'au lancement de nouveaux produits, les usines et les processus de production sont entièrement transférés sur les unités de production. Dans le cadre de productions à grande échelle, les ingénieurs de processus tels que Kaya sont chargés d’apporter des améliorations nécessaires. « Nous devions résoudre les problèmes bien connus de nuisances sonores et de durée de vie des corps de forets. Nous avons donc réévalué l'ensemble du processus de perçage, » explique Kaya. « Les technologies d’outillage sont en constante évolution, et nous voulions voir ce qui était réalisable.» Kaya a initié, dirigé et documenté le processus d'amélioration et a demandé des solutions à cinq fabricants d'outils.
Les critiques d'IMS Gear concernant les corps de forets Perfomax qu'ils utilisaient ont été prises en compte dans le développement produits de Seco au siège du groupe en Suède.
Malgré la commodité des tests en laboratoire, Seco ne commercialise de nouveaux produits qu'à l'issue de tests pratiques élaborés.
Au début du nouveau banc d'essai chez IMS Gear, l'équipe Seco travaillait au redéveloppement de la série Perfomax .
À l'époque, une ligne de production supplémentaire venait d'être construite en Suède pour la conception d’un nouveau foret Performax extrêmement stable.
Sur les trois centres d'usinage, disposés les uns après les autres, les corps de forets, en matériau traité thermiquement, sont dotés de nouvelles stries antifrictions sur la goujure et sur le diamètre extérieur. Cette zone de contact avec les copeaux a été durcie au laser jusqu'à 65 HRC. La conception du logement de plaquette, qui offre désormais une plus grande surface de contact avec la plaquette, a également été revue.
En plus d'un corps de foret stable, la haute qualité du matériau de coupe est décisive pour un contrôle des copeaux en toute sécurité et une longue durée de vie de l'outil. La plaquette DP3000 pour coupe centrale et périphérique, nécessaire chez IMS Gear, est dotée d'un revêtement Duratomic breveté. Ce revêtement se caractérise par une structure cristalline
ordonnée et donc une surface lisse, ayant pour résultat une très grande stabilité thermique et de l'arête. Quatre concurrents se sont présentés, les uns après les autres, chez IMS Gear
à Donaueschingen. Sur une période de quatre semaines chacun, les quatre tours Index MS 42C ont été équipés de porte-outils et de plaquettes de chaque fournisseur. La durée de
vie de l'outil obtenue, l'usure du corps de forets et le bruit ont été clairement documentés.
« Avec une production prévue de plus de 120 000 pièces par semaine, le moyeu à vis sans fin offre naturellement une base de données optimale pour une évaluation totalement équitable de chaque outil de perçage, » explique Kaya. Les résultats des essais sont formels. Dans un cas, le bruit d'usinage était exceptionnellement bas, la durée de vie de l'outil, à raison de 500 à 600 pièces par arête, était bien inférieure aux 1 500 pièces requises. Les autres fournisseurs d'outils se sont bien rapprochés des exigences de durée de vie, mais ont échoué en ce qui concerne le niveau de bruit ou de durée de vie des corps des forets. Chez IMS Gear, le partenariat très ouvert et coopératif avec Seco Tools a été très apprécié, tout comme les résultats de la nouvelle génération de Perfomax. Après les premiers résultats de l'essai avec quatre prototypes, la zone de point de contact durcie au laser du nouveau Perfomax a été agrandie. Selon Kaya, les dépenses liées à ce projet en valent la peine, tant pour IMS Gear que pour Seco Tools. Avec le nouveau matériau et la conception du corps de base du Perfomax, les stries sur la goujure et la surface de contact avec les copeaux durcie au laser, les reproches émis vis à vis de la version précédente ont disparu, tout comme le bruit dans l'usine de production. La stabilité nouvellement atteinte du Perfomax diminue les vibrations et réduit considérablement le bruit. Avec l'utilisation de la nouvelle génération optimisée de Perfomax IMS Gear, il a également été possible de réduire de plus de moitié l'utilisation des porte-plaquettes. « La durée de vie prévue de 100 000 trous percés par porte-plaquettes sera dépassée, » assure B. Kaya.
Le directeur de la fabrication, R. Gnädinger ajoute : « La sécurité du processus d'usinage est entièrement restaurée. Nous avons le bon facteur de coût de l'outil et nous pouvons planifier
notre capacité de manière fiable. » Les experts en production chez IMS Gear apprécient énormément la coopération avec Seco Tools. K. Gnädinger commente : « À l'instar d'IMS Gear, partenaire actif dans l'industrie automobile, un fabricant d'outils comme Seco Tools doit constamment optimiser et développer ses produits. Les analyses comparatives actuelles montrent à quel point la coopération sur un pied d'égalité peut être bénéfique pour les deux parties. » Lors de ce processus d'amélioration, le rainurage sur le moyeu à vis sans fin, qui a attiré l'attention d'IMS Gear et de Seco Tools, a été optimisé conjointement. Il a été possible de doubler la durée de vie de l'outil par rapport aux outils de la concurrence et d'augmenter
la fiabilité du rainurage à très faible tolérance, à l'aide du système de rainurage X4 associé
à la nouvelle nuance de plaquette TGH de Seco Tools
