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« Nous ne devons pas fixer des priorités en fonction de la rentabilité des projets », a écrit l’auteur de best-sellers sur le développement de produits Donald G. Reinertsen, « mais plutôt en fonction de la manière dont cette rentabilité est affectée par le retard. » On attend des fabricants qu’ils accélèrent les cycles de développement des produits pour répondre à l’évolution rapide des demandes du marché, mais ils perdent aussi des centaines d’heures de production en raison des temps d’arrêt des équipements et des changements d’outils inutiles. Staffan Lundström, chef de produit et spécialiste des applications de tournage chez le spécialiste des outils de coupe Sandvik Coromant, explique dans cet article comment le tournage innovant sur l’axe des Y permet de rattraper les retards et d’accélérer la production.

Les exigences imposées aux fabricants peuvent être ainsi résumées : « produire des produits innovants et de meilleure qualité, plus rapidement et dans des délais plus courts. » Si l’on ajoute à cela les initiatives en matière de développement durable, il devient évident que les fabricants de tous les secteurs doivent appliquer des stratégies globales pour surmonter ces difficultés tout en gardant une longueur d’avance sur la concurrence.

Mais qu’implique une « stratégie globale » dans l’atelier ? Les remèdes à la hausse des prix de l’énergie et des matières premières, suggérés dans le rapport Achieving excellence in production and supply (Atteindre l’excellence dans la production et l’approvisionnement) de PwC, consistent notamment pour les entreprises à contrôler et à optimiser leurs process afin de les rendre aussi efficaces que possible.

Cela signifie également que les fabricants doivent accélérer leurs cycles de développement de produits pour répondre aux normes de sécurité et de performances élevées en constante évolution. Ils peuvent par exemple utiliser la fabrication à la demande, qui consiste à livrer précisément ce que le client souhaite, dans une certaine quantité et selon des spécifications de fabrication particulières. La fabrication à la demande est devenue accessible grâce aux dernières technologies de fabrication additive (FA), comme l’impression 3D, qui accélère la fabrication et le prototypage. Parfois, les fabricants utilisent l’intelligence artificielle (IA) et les concepts de l’Industrie 4.0 pour optimiser leurs process.

Ces technologies présentent des avantages évidents. Toutefois, les fabricants ne doivent pas négliger les derniers développements de pointe en matière d’usinage CNC. Des concepts de fabrication qui, à première vue, datent de plusieurs décennies, pourraient également permettre d’améliorer considérablement les cycles de développement des produits. Des modifications peuvent être apportées à l’angle auquel la pièce est coupée par une plaquette, à la manière dont l’outil lui-même se déplace (changements de direction plus rapides par exemple) et aux caractéristiques de performance des outils conçus pour une plus grande résistance à l’usure, ou pour améliorer la sécurité du process.

Soudain, ce qui apparaissait comme un concept vieux de plusieurs décennies est beaucoup plus avancé que ce que l’on pensait au départ.

Ces approches suivent l’évolution constante des logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Grâce à elles, les fabricants peuvent élaborer des conceptions plus complexes et plus innovantes sans sacrifier la qualité du produit afin d’accélérer les cycles de développement du produit dans son ensemble. Examinons comment en détail.

Générer des trajets d’outils

Le logiciel de FAO est capable d’indiquer à une machine comment fabriquer un produit en générant des trajets d’outils. Par exemple, l’angle d’attaque selon lequel l’outil de coupe interagit avec la pièce à usiner est un facteur essentiel pour améliorer l’efficacité de l’usinage. Un angle trop élevé affaiblit l’arête de coupe et provoque des cassures. Un angle trop petit peut entraîner le frottement de l’outil à des vitesses d’avance élevées, ce qui provoque un échauffement rapide et des défaillances de l’outil.

Le logiciel de FAO permet de programmer l’outil de coupe pour qu’il s’engage dans la pièce selon le meilleur angle d’attaque possible et qu’il le maintienne constant pour améliorer considérablement le contrôle des copeaux. Le logiciel peut optimiser le moment où l’outil pénètre dans la pièce ou en ressort, avant de se déplacer rapidement et en toute sécurité vers le point suivant et de répéter le process.

Cependant, le logiciel de FAO ne peut à lui seul répondre aux besoins des fabricants de produire des formes plus complexes et plus innovantes. Les exigences exprimées par les clients de Sandvik Coromant, des ateliers d’usinage dans les secteurs de l’automobile, de l’aéronautique, de l’ingénierie générale et autres, portent notamment sur la nécessité d’améliorer l’efficacité de la coupe des métaux et la prévisibilité de leurs process d’usinage. En d’autres termes, ils souhaitaient augmenter leur production sans sacrifier la qualité des pièces.

Autre exigence majeure : une utilisation accrue des machines. Selon Forbes, le fabricant type subit 800 heures de temps d’arrêt de ses équipements par an, soit plus de 15 heures par semaine, une situation inacceptable au regard de l’évolution rapide des exigences du marché. Les changements d’outils font également perdre du temps : saviez-vous que le changement d’un outil de coupe peut prendre jusqu’à 20 secondes ?

C’est pourquoi les spécialistes de Sandvik Coromant ont voulu développer une solution qui permette d’usiner plusieurs caractéristiques avec un seul outil. Il a été décidé que ces méthodes devaient orienter les forces de coupe vers le porte- outil, pour une plus grande stabilité du process, avec un angle d’attaque constant et fixe, pour un contrôle des copeaux considérablement amélioré. Le tournage sur l’axe des Y est le fruit de ces développements.

Formes complexes

Alors, comment fonctionne la rotation sur l’axe des Y ? Comme son nom l’indique, la nouvelle méthode utilise l’axe des Y, et les trois axes sont utilisés simultanément lors de l’usinage. L’outil tourne autour de son propre centre, la plaquette est placée pour l’usinage dans le plan Y-Z et l’axe de la broche de fraisage interpole pendant le tournage. Ainsi, des formes complexes peuvent être usinées avec un seul outil.

Le tournage sur l’axe des Y offre de nombreux avantages. La possibilité d’usiner plusieurs caractéristiques avec un seul outil réduit la durée de cycle. Le fait qu’aucun changement d’outil ne soit nécessaire minimise également le risque de « points de fusion », c’est-à-dire d’irrégularités entre les surfaces usinées adjacentes.

Avec le tournage sur l’axe des Y, il est possible de contrôler les forces de coupe dirigées vers l’outil, qui ont un impact direct sur la stabilité de l’usinage. Il réduit également les vibrations entre l’outil et la pièce à usiner, qui provoquent des imperfections sur la surface du produit, et accroît la production et la sécurité du process. Dans le même temps, un angle d’attaque constant améliore considérablement le contrôle des copeaux et permet d’éviter le bourrage copeaux.

Les plaquettes de Wiper peuvent aussi être maintenues perpendiculaires à la surface même sur les surfaces coniques. Les plaquettes de Wiper sont conçues avec une arête de planage située à l’endroit où l’arête droite rencontre le rayon d’angle. Par rapport aux brise-copeaux conventionnels, l’état de surface ne se détériore pas, même si le taux d’avance est doublé. L’usinage à des taux d’avance élevés améliore l’efficacité de la coupe, ainsi que la qualité du produit.

Par ailleurs, Sandvik Coromant a développé deux nouveaux outils pour prendre en charge le tournage sur l’axe des Y. La nouvelle variante CoroTurn ® Prime convient aux arbres, aux brides et aux composants avec dégagements. Il existe également l’outil double CoroPlex ® YT qui est équipé des plaquettes de profilage CoroTurn ® TR et qui est particulièrement performant à un angle d’attaque compris entre 60 et 90⁰ pour un usinage plus efficace et plus productif. Enfin, les plaquettes rondes CoroTurn ® 107 dotées d’une interface de rail sont particulièrement adaptées aux pièces comportant des poches et des cavités.

Outre la possibilité d’usiner plusieurs caractéristiques avec un seul outil, ce qui permet de réduire considérablement le temps de changement d’outil, les outils présentent une usure des plaquettes uniformément répartie, ce qui prolonge la durée de vie de l’outil. De plus, les forces de coupe sont dirigées vers le porte-outil, ce qui assure une grande stabilité du process. La méthode avec l’axe des Y convient aussi très bien aux machines multitâches.

Logiciel de FAO

Depuis quelques années, d’immenses progrès ont été réalisés dans le domaine du tournage, avec des innovations telles que la méthode d’usinage PrimeTurning™ multidirectionnel de Sandvik Coromant pour le tournage non linéaire et le tournage par interpolation. Ces progrès, ainsi que les possibilités offertes par les machines modernes et les logiciels de FAO, ont ouvert la voie à la nouvelle méthode de tournage sur l’axe des Y.

En effet, PrimeTurning™ et le tournage sur l’axe des Y sont désormais entièrement pris en charge par le logiciel GibbsCAM 2023 utilisé pour programmer, simuler et contrôler toutes les machines CNC. Utilisée en combinaison avec GibbsCAM, la méthode PrimeTurning™ permet de réduire les temps de cycle jusqu’à 50 % et de prolonger la durée de vie des plaquettes jusqu’à 500 %. PrimeTurning™ de Sandvik Coromant adapte le taux d’avance pour contrôler en permanence l’épaisseur des copeaux ; un véritable atout pour les environnements à haut volume et sans surveillance, tels que la production ininterrompue ou sans éclairage.

À l’avenir, Sandvik Coromant prévoit que le PrimeTurning™ ou le tournage non linéaire pourra être combiné au tournage sur l’axe des Y pour accroître encore davantage la productivité des ateliers d’usinage. Avec cette méthode, et pour paraphraser Reinertsen dans son livre The Principles of Product Development Flow : Second Generation Lean Product Development, les ateliers d’usinage peuvent hiérarchiser et rattraper les retards qui affectent la rentabilité et, ce faisant, accélérer les cycles de développement de leurs produits.

https://www.sandvik.coromant.com/