Pour convaincre un client que des outils longs avec un porte-outil HSK plus petit fonctionnent de manière stable sur l'installation, le constructeur de machines bavius technologie a effectué une coupe test dans des conditions réelles. Un élément clé du test : les bons outils. Avec un ensemble d'outils pour l'ébauche et la finition d'ISCAR, le test a dépassé toutes les attentes.
bavius technologie, basé à Baienfurt en Haute-Souabe, est actif depuis 2017 en tant qu'entreprise familiale indépendante avec environ 120 employés dans le développement et la production d'installations CNC à grande vitesse pour l'usinage de l'aluminium à fort volume. bavius se concentre sur deux lignes de produits : les centres de traitement de profil PBZ et les centres de traitement horizontaux HBZ de la série AeroCell.
Installation dynamique recherchée
« Une entreprise américaine du secteur aéronautique recherchait une installation capable d'offrir des taux d'enlèvement élevés, de la dynamique et de la disponibilité tout en garantissant une qualité de traitement élevée pour la fabrication de grandes pièces structurelles en aluminium », raconte Dominik Merz, directeur des ventes mondiales | Applications chez bavius. « Une tâche parfaite pour notre HBZ AeroCell 160 I 400. »
L'installation dispose d'une broche haute performance fonctionnant jusqu'à 30 000 tours par minute et fournissant une puissance de 140 kilowatts en fonctionnement continu (mode S1). En mode S6, des puissances allant jusqu'à 175 kilowatts peuvent être demandées à court terme. « Comme les 140 kilowatts sont déjà disponibles à 19 000 tours par minute, des puissances élevées peuvent déjà être atteintes dans la plage de vitesse intermédiaire, ce qui présente certains avantages », explique Dominik Merz.
Seul le porte-outil HSK-A63/80 utilisé par bavius en standard a suscité des inquiétudes chez le client américain. Pour des raisons de stabilité, il a préféré une taille plus grande. Cela aurait cependant considérablement limité la capacité d'usinage de l'installation. « Pour pouvoir fonctionner à 30 000 tours, l'AeroCell 160 est équipée d'un porte-outil HSK 63/80, qui, grâce à ses plus grandes surfaces de montage, offre la stabilité nécessaire même avec de longues portées », explique Stefan Diem, technicien d'application chez bavius. « Avec un porte-outil de 100, seules 20 000 tours par minute auraient été possibles. Cela n'était initialement pas une option pour bavius et aurait limité les avantages de la machine. » Dominik Merz ajoute : « En particulier, le traitement de telles pièces, qui dure souvent plusieurs heures, se fait à 70 ou 80 % avec des outils courts. Cela se fait rapidement sentir en production si l'utilisateur peut exploiter la pleine vitesse et la pleine puissance. »
Pour démontrer au client que le porte-outil plus petit offre également la stabilité nécessaire avec de longs outils, l'équipe de bavius a convenu avec le client d'un essai en direct dans des conditions réelles chez bavius à Baienfurt. Le plan : réaliser une poche en forme de V de 170 × 626 millimètres et de 260 millimètres de profondeur dans un bloc en aluminium EN-AW 7012 (AlZn6Mg2Cu) de 600 × 780 × 500 millimètres, comme on en trouve typiquement dans des pièces structurelles pour l'aéronautique.
Solution sur mesure
« Nous avons contacté notre partenaire de longue date ISCAR pour composer le paquet d'outils optimal pour l'ébauche et la finition », explique Stefan Diem. Michele Piccolantonio, conseil et vente de projets d'équipement, Calogero La Quatra, spécialiste produit Multi Master, outils en carbure solide et PCD, ainsi qu'Anton Kress, spécialiste produit fraisage, ont pris connaissance de la tâche et ont élaboré, en collaboration avec l'équipe de bavius, un ensemble parfaitement adapté à la tâche et au matériau.
« L'aluminium peut généralement être usiné rapidement et facilement, mais il a tout de même ses particularités », déclare Anton Kress. Des systèmes hautement positifs avec des arêtes de coupe très tranchantes et polies sont nécessaires pour éviter que les copeaux ne collent à la coupe et à la surface, afin de travailler de manière fiable. Cela entraîne également des forces de coupe plus faibles lors de l'usinage. Cela apporte d'énormes avantages lors de l'utilisation d'outils longs et réduit considérablement le déport et les vibrations.
« Les critères de sélection importants étaient donc, entre autres, que nous utilisions des outils standard à coupe douce qui soutiennent la grande dynamique de la machine, permettent des vitesses élevées et fonctionnent de manière fiable pour maintenir la disponibilité de l'installation », déclare Michele Piccolantonio. « Lors de l'ébauche, des taux d'enlèvement très élevés devaient également être possibles - mot-clé : usinage à fort volume - et lors de la finition, des qualités de surface optimales », ajoute Anton Kress. À la fin, un ensemble d'outils avec des fraises des familles HELIALU, MegaAlu et MULTIMASTER a été créé.
Ébaucher rapidement beaucoup de matériau
Pour enlever de grandes quantités de matériau en peu de temps, des fraises HELIALU avec refroidissement JHP ciblé d'un diamètre de 50 millimètres ont été utilisées. Pour l'ébauche du contour de surface et la première partie de la poche, la fraise était prévue comme un outil monobloc de 110 millimètres de longueur, équipée de quatre plaquettes de coupe (WSP) avec deux arêtes de coupe hélicoïdales. Les arêtes de coupe affûtées, longues de 22 millimètres, avec un angle de coupe hautement positif et des surfaces de copeaux polies coupent en douceur et assurent un excellent écoulement des copeaux.
« Ainsi, nous avons usiné à une vitesse de broche de 25 400 tours par minute et avons pu tirer jusqu'à 148 kilowatts à la broche », se réjouit Stefan Diem. « Avec une avance de 25 400 millimètres par minute et une profondeur de coupe de 16,5 millimètres, nous avons pu enlever jusqu'à 14,5 litres de matériau par minute. » Les zones plus profondes de la poche ont été usinées par bavius avec des fraises à plaquettes HELIALU de longueurs 157, 207 et 257 millimètres, équipées de plaquettes de 14 mm, de manière fiable – avec des vitesses allant jusqu'à 28 000 tours par minute, une puissance allant jusqu'à 65 kilowatts et des avances allant jusqu'à 16 500 millimètres par minute. « C'était impressionnant de voir la machine traverser le matériau », dit Dominik Merz.
Avec quatre fraises en carbure monobloc à trois dents de 25 millimètres de diamètre et de longueurs de 5xD à 8xD, bavius a réduit les rayons d'angle de R50 et R25 à R12,5 et a usiné la poche à sa profondeur finale de 260 millimètres. « Pour cela, nous utilisons également les seules exceptions à la norme. Les deux fraises en 7xD et 8xD sont des outils spéciaux », dit Calogero La Quatra. « Un avantage particulier de ces spécialistes en aluminium à trois dents : elles possèdent un pas inégal et grâce à leur géométrie de coupe particulière, le processus est presque sans vibrations même avec de telles saillies. »
Qualité de surface optimale grâce aux fraises MULTIMASTER
Dans la fabrication de composants aéronautiques, il ne s'agit pas seulement d'enlever rapidement de grandes quantités de matériau. Une haute qualité des surfaces des pièces est tout aussi importante. Cela rend le processus de finition crucial. Pour le test, des fraises à boule et à barillet en carbure monobloc de la famille MULTIMASTER d'ISCAR ont été utilisées, avec des longueurs d'outil comprises entre 155 et 293 millimètres. Avec des vitesses de broche comprises entre 21 000 et 27 000 tours par minute, des surfaces fines et sans rayures avec des profondeurs de rugosité de 6,5 micromètres ont été obtenues sur le fond et les parois de la poche en quelques minutes.
Pour la finition du fond de la poche, une fraise à boule EBA à trois dents de 16 millimètres de diamètre et d'un rayon de 8 mm était responsable. Monté sur un porte-outil de 200 mm, l'outil mesure 280 millimètres. Pour finir les grands côtés de la poche, bavius a utilisé la fraise à barillet en forme de goutte EOBA avec un diamètre de 16 millimètres, quatre arêtes de coupe et un rayon de profil de 75 mm sur le porte-outil de 200 mm. « Cette fraise à barillet finit jusqu'à neuf fois plus vite qu'une fraise à boule comparable. Cela est dû au fait que le rayon sert de facteur mathématique et que, par conséquent, les sauts de ligne peuvent être augmentés axialement de plusieurs fois », explique Calogero La Quatra. « Et cela à faible vitesse et indépendamment des paramètres de coupe. »
Le résultat du test dépasse les attentes
En seulement trois heures, environ 70 kilogrammes de matériau ont été enlevés, la poche ayant été usinée de manière fiable et dans la qualité requise dans le bloc. « La combinaison d'un système dynamique et puissant avec l'outil approprié permet de réduire le temps de traitement et d'augmenter considérablement la productivité », résume Stefan Diem le résultat. « Et comme prévu, les outils longs ont également fonctionné de manière absolument stable et sans vibrations avec le porte-outil de 63/80 mm. »
Avec un HELIALU de 357 millimètres de long et de 50 millimètres de diamètre, les fabricants de machines ont poussé ce test de stabilité à son paroxysme : en plus de la poche en V, ils ont usiné de manière fiable une autre cavité dans le bloc d'aluminium avec une avance de 8 100 millimètres par minute et une vitesse de broche de 18 000 tours par minute.
« Le test a dépassé toutes les attentes. Le client était totalement convaincu et si enthousiaste qu'il aurait préféré emporter la machine immédiatement », déclare Dominik Merz. « Grâce à l'interaction entre notre AeroCell dynamique et les outils innovants d'ISCAR, nous avons pu lui offrir une solution efficace. »
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