Affronter les choses difficiles

Aug 28, 2023

Ce n'est peut-être pas aussi merveilleux que d'apprendre que les vaccins COVID-19 sont efficaces à plus de 90 %, mais voici une bonne nouvelle pandémique : certains des principaux acteurs du broyage ont profité de la pause de la vente constante pour terminer le développement et les tests nécessaires pour introduire une nouvelle technologie passionnante. Commençons par les améliorations apportées au broyage continu à alimentation lente (CDCF) et ses efforts de longue date pour supplanter le fraisage pour les applications difficiles.

Comme l'a expliqué Phil Wiss, directeur régional des ventes pour la division de meulage de profils de United Grinding North America, Miamisburg, Ohio, CDCF offre un taux d'enlèvement de matière (MRR) élevé dans les matériaux difficiles à usiner, tout en éliminant pratiquement le besoin d'ébavurage. "Chaque fois que vous avez des matériaux durcis, le meulage à alimentation lente peut battre d'autres approches qui vous obligent à combiner les applications", a-t-il déclaré. Par exemple, plutôt que de fraiser un matériau mou, puis de le traiter thermiquement, puis de le meuler, "vous pouvez couper droit au but et faire un meulage à alimentation lente. Vous n'avez pas besoin d'ajouter différentes opérations." Et tandis que Wiss reconnaissait que les fabricants avaient du mal à justifier un investissement dans une meuleuse à alimentation lente coûteuse par rapport au paiement d'un "ébavureur à 15 $ de l'heure", il a déclaré que le choix devenait plus clair. "Il est de plus en plus difficile de trouver ce gars qui est prêt à prendre un outil d'ébavurage et à essayer de nettoyer une pièce."

Wiss a proposé un cas peut-être plus clair de CDCF battant le fraisage : une pièce médicale de 24 × 0,4" (610 × 10,16 mm) qui consommait des outils de fraisage. Il existe deux versions, a expliqué Wiss. "L'une est similaire à un alliage de nickel et l'autre est un dérivé du titane. Les deux sont très difficiles à usiner. » La pièce a une tolérance serrée sur toute la longueur, et les outils de fraisage ne tiendraient pas la coupe sans les limiter à une passe très légère, nécessitant de multiples coupes et des changements d'outils fréquents. Et pourtant, le taux de rebut était supérieur à 20 %, ajoute Wiss. « C'était juste un processus très lent et coûteux du point de vue de l'outillage.

« Une autre caractéristique unique du meulage à avance lente continue de dressage », a expliqué Wiss, « est que vous savez exactement quels sont vos coûts d'outillage. Lors d'une application de dressage continu, vous introduisez le rouleau diamanté dans la meule à une vitesse définie, disons à sept millionièmes par tour. Et si vous avez une coupe de 20" de long [50,8 cm] à 20 ipm, vous pouvez calculer exactement ce que sera l'usure de votre meule pour cette longueur de coupe. Par conséquent, vous pouvez attribuer un coût d'outillage spécifique à cette pièce, car vous savez exactement combien de pièces vous obtiendrez par roue. Il n'y a pas de surprise. C'est un processus très calculé et vous pouvez répercuter ces coûts sur la personne à qui vous vendez cette pièce."

Chez Norton | Saint-Gobain Abrasives à Worcester, Mass., la société aide à mener la charge avec de nouvelles meules pour les applications CDCF, ainsi que de nouveaux superabrasifs. L'ingénieur d'applications d'entreprise Dave Goetz a expliqué que l'ancienne meule en céramique de la société, "la SG, comme nous l'appelions, a besoin de beaucoup de puissance, d'énergie de meulage et de force pour fracturer le grain. Elle n'était donc pas optimale dans certaines applications. Notre nouveau Norton Quantum Prime est un grain céramique friable. Le grain lui-même se micro-casse et s'auto-affûte beaucoup plus facilement. peut réduire le temps de cycle avec lui."

Naturellement, il est ravi que le nom lui-même suggère Q-prime ! Dans une mouture de roulement OD, dans laquelle le matériau était 62 Rockwell 100Cr6, le nouveau Quantum Prime a pu réduire de 9,3 secondes le temps de cycle et augmenter le nombre de pièces par robe de 150 % par rapport à la roue en céramique de la génération précédente.

Goetz a déclaré que le Quantum Prime se termine également mieux que la version originale. "Lorsque vous essayez d'obtenir un Ra ou un Rz spécifique, vous devez souvent passer à une taille de grain plus fine pour obtenir la finition, avec une perte correspondante d'enlèvement de matière plus important. Disons qu'un grain 80 aurait dû être en mesure d'obtenir la finition, mais vous avez dû passer à 100 ou 120 à cause de la façon dont les grains se sont fracturés. Le grain Quantum Prime se comporte comme un vrai grain 80. Nous pouvons donc maintenant descendre et obtenir la même finition, et les mêmes taux d'enlèvement de matière, et ne pas avoir à jouer avec ou à ajuster la taille du grain pour atteindre tous les objectifs."

Goetz a ajouté que Norton | Saint-Gobain Abrasifs connaît également le succès avec les grains extrudés et façonnés qu'il appelle TQ et TQX. Dans un abrasif typique, a-t-il expliqué, les cristaux sont développés sous forme de feuille, fracturés, puis triés par diamètre avec un maillage. "Il n'y a pas de contrôle réel sur la forme du grain. La seule chose que vous contrôlez est la taille des particules. Mais la forme de ce grain est contrôlée par la façon dont ce cristal initial s'est fracturé." A l'inverse, la division Saint-Gobain qui fournit le grain TQ peut contrôler le diamètre du cristal lors de sa croissance et de son extrusion puis, dans une certaine mesure, contrôler la longueur du grain lors de sa rupture.

Goetz a décrit le TQ comme "comme une garniture de gâteau ou un morceau de spaghetti cassé", et a déclaré que le grain permet un enlèvement de matière plus élevé car "lorsque les morceaux de nouilles cassés se mélangent, ils sont tous dans des orientations différentes. Ainsi, lorsqu'ils traversent votre zone de broyage, il y a au moins un point de coupe pointu. Dans les tests que j'ai effectués, nous constatons une amélioration significative de l'enlèvement de matière par rapport aux autres céramiques. "

La meule diamantée Paradigm de Norton est une "vieille nouvelle" dans le monde des outils de coupe en carbure de meulage, mais Wiss de United Grinding a déclaré qu'elle entre maintenant en jeu pour la production d'autres pièces non ferreuses, y compris des applications en CMC (composite à matrice céramique) et en silicium. "Nous avons effectué des tests de broyage sur le matériau de silicium utilisé pour fabriquer des micropuces", a raconté Wiss. "C'est un matériau très difficile à usiner, un matériau de type copeaux poussiéreux, qui est également un peu difficile à meuler. Mais avec une meule Paradigm, nous avons pu le couper comme du beurre. Nous avons pu meuler ce matériau avec des coupes profondes, des vitesses rapides et très peu d'usure de la meule."

Goetz a expliqué que Paradigm est un « liant métallique unique et dressable. Vous pouvez donc le rectifier et l'habiller en ligne, si votre machine en est capable, en utilisant des rouleaux de dressage renforcés CVD particuliers. Cela vous permet de maintenir le profil de la roue et l'état de la face. couche à la surface. Ainsi, la durée de vie prolongée de la roue est un énorme avantage. Et c'est très constant du début à la fin. Vous ne voyez pas autant de changement de diamètre que d'usure, comme c'est le cas avec certaines roues conventionnelles.

Pour les applications ferreuses utilisant CBN, Norton | Saint-Gobain Abrasifs a développé un nouveau liant pour meules superabrasives CBN appelé Vitron 7 (vendu sous la marque Norton Winter). Selon Goetz, cette nouvelle technologie a contribué au passage des conventionnels aux superabrasifs. "Vous optez pour une roue plus chère, mais vous utilisez la roue beaucoup plus longtemps, avec des retraits de stock plus élevés, avec beaucoup plus de pièces par robe, de sorte que le coût d'exploitation inférieur de la conversion au superabrasif dépasse largement le prix de la roue ", comme l'a dit Goetz. La société rapporte des gains de durée de vie des meules allant jusqu'à 40 % par rapport aux produits existants et déclare : « Les meules Vitron7 broient également à un niveau inférieur en raison d'une énergie de meulage spécifique plus faible qui garantit une contrainte résiduelle minimale, pour une qualité de pièce supérieure avec des réductions de la dégradation de la rugosité de surface jusqu'à 30 %.

Wiss a averti que le cycle de dressage de ces roues est intermittent (contrairement au CDCF) et qu'il est pratiquement impossible de prédire le taux d'usure du disque de dressage, vous avez donc besoin d'un moyen de surveiller le processus. L'approche préférée de United Grinding consiste à mesurer la pièce et à utiliser ces données pour interpréter les modifications apportées à la meule et au disque de dressage. Cela peut être fait soit en "sondant la pièce dans la machine, soit en ayant un système en boucle fermée dans lequel vous sortez la pièce, la mesurez dans une MMT à côté de la machine, puis renvoyez ces données à la machine pendant que vous meulez la pièce suivante", a expliqué Wiss. « Nous constatons une forte pression parmi les clients, en particulier ceux qui fabriquent la même pièce en gros volume, pour intégrer la MMT dans la cellule. Elle peut être chargée par un robot ou manuellement, mais vous devez avoir ce retour d'information vers la machine pour les fonctionnalités critiques.

Wiss a signalé qu'une autre tendance est l'adoption croissante de rectifieuses qui peuvent également fraiser, percer et fileter. Il a attribué cela à la perte générale d'artisans, de programmeurs et d'opérateurs qualifiés, qui pousse les fabricants à "demander aux machines-outils de faire beaucoup plus que par le passé". Plus vous pouvez en faire dans une configuration, moins vous comptez sur vos opérateurs pour effectuer parfaitement plusieurs configurations et moins vous passerez de temps à déplacer des pièces d'une machine à l'autre. Bien que United Grinding offre un certain degré de multitâche depuis environ 10 ans, Wiss a déclaré que la société avait appris au fil du temps et que les modèles actuels bénéficiaient de cette expérience. Cela inclut des fonctionnalités telles que le liquide de refroidissement à travers la broche (qui n'était pas nécessaire pour le meulage) et une deuxième commande au niveau du changeur d'outils à l'arrière, permettant à l'opérateur de changer les meules et les outils de coupe sans interrompre le travail en cours.

Une autre chose que United Grinding a apprise en ajoutant la capacité de fraisage était la nécessité de vitesses de broche plus élevées que celles généralement utilisées dans le meulage, a déclaré Wiss. Les principales plates-formes multitâches de la société sont ses machines Mägerle MFP 30, 50, 51, 100, qui sont toutes des machines rapides, à cinq axes et à couple élevé (avec plus de 100 ch dans certains cas). Alors que passer à des vitesses plus élevées nécessite des sacrifices de puissance, Wiss a déclaré que 40 ch étaient suffisants dans les machines multitâches.

Le multitâche à cinq axes nécessite également une simulation 3D, a observé Wiss, pour "s'assurer qu'un pack de roues s'intègre dans la machine et que nous avons suffisamment d'espace autour des fixations pour meuler et usiner la pièce". Et comme la plupart des travaux à cinq axes, les ateliers souhaitent généralement programmer hors ligne avec un ingénieur qualifié utilisant un bon package CAO/FAO. Pour les rectifieuses de surface et de profil Mägerle et Blohm de United Grinding, Siemens NX est le « pont » naturel, comme l'a dit Wiss. Les machines sont équipées de commandes Siemens et, en plus de bénéficier de NX pour programmer les avances et les vitesses des opérations de fraisage, United Grinding fournit une suite de macros de meulage pour NX, qui comprend des fonctions de dressage continu.

La grande nouveauté de JTEKT Toyoda Americas Corp. est une meuleuse à rouleaux extrêmement précise pour les batteries de véhicules électriques. Pour être précis, cette nouvelle machine broie les rouleaux qui sont utilisés pour générer les feuilles d'aluminium et de cuivre qui entrent dans la cathode et l'anode des cellules de la batterie. Comme l'a expliqué Shane Farrant, chef de produit national pour les rectifieuses chez JTEKT Toyoda, basé à Arlington Heights, dans l'Illinois, "toute imperfection dans le rouleau se traduit par ces feuilles lorsqu'elles sont déroulées, nous obtenons donc des finitions de surface de 0,15 μm Ra et des cylindricités d'un demi-micron par mètre sur toute la longueur du rouleau, qui pourrait être de quatre mètres".

Les détails de la façon dont Toyoda atteint ces chiffres sont secrets, sauf pour dire qu'il a commencé avec l'une de ses grandes machines les plus populaires pour le meulage de haute précision et incluait des lunettes NC et les technologies hydrostatiques de Toyoda dans la broche, le système de voies et les composants de sous-assemblage. Mais la nouvelle machine, appelée GR7, est "conçue spécifiquement pour le meulage de ces rouleaux", a déclaré Farrant. Il a ajouté que les caractéristiques spéciales de la machine garantissent également que les tolérances peuvent être maintenues sur de longues périodes, ainsi que des logiciels propriétaires pour réduire le temps de configuration de l'opérateur.

Au-delà du GR7, Farrant dit constater une augmentation des demandes de gros broyeurs en général. "Nous le voyons dans la fabrication de colorants de coupe ou de rouleaux utilisés pour l'impression ou la fabrication de papier. Nous le voyons pour les arbres de moteurs électriques. Pour les compresseurs et les choses de cette nature." Toyoda propose des machines pour ces applications qui vont jusqu'à 157,4" (4 m) entre les centres avec près de 26" (660 mm) de pivotement. Un modèle a une capacité de poids de 6 600 lb (3 000 kg) entre les centres. Pour des applications telles que les grands rouleaux d'impression, qui n'ont pas les tolérances extrêmes des rouleaux de batterie EV, "nous opterions généralement pour un équipement comme le GE6", a déclaré Farrant.

Dans un autre exemple de tirer le meilleur parti de la pandémie pour terminer un développement important, la nouvelle génération de meuleuses OD/ID de Danobat, appelées machines CG, peut appliquer des abrasifs conventionnels à des vitesses de meule de 80 m/s (16 000 sfpm), en utilisant un équipement standard. Cela augmente la productivité jusqu'à 20 % dans de nombreuses applications.

C'est selon Danel Epelde, directeur du développement commercial de Danobat, basé à Elgoibar, en Espagne et à Humble, au Texas. Il a déclaré que le CG offre également une disponibilité de près de 100 %, grâce à une ingénierie intelligente qui réduit le nombre de composants, aux diagnostics à distance, à la maintenance prédictive et à l'expérience de Danobat dans la production de machines pour la production à grand volume. De plus, la conception inhabituelle du chariot croisé du CG et la poupée porte-meule pivotante à axe B lui permettent de rectifier une grande variété de tailles et de géométries de pièces (y compris des pièces non rondes) dans un espace compact.

Un certain nombre de facteurs supplémentaires contribuent à la capacité du CG à réaliser cette rare combinaison d'avantages, a expliqué Epelde. "Nous utilisons des moteurs linéaires pour tous les axes linéaires et les moteurs à entraînement direct pour tous les axes rotatifs. Et Danobat utilise également du granit naturel pour la base de la machine, ce qui est meilleur que le granit synthétique ou d'autres matériaux en termes d'amortissement de vibration, de stabilité de la température et de rigidité. , stations de super-finissance, systèmes déburorisants, jauges laser, et plus encore. " Les applications vont des engrenages et des arbres aux joints homocinétiques, aux perceuses et aux compresseurs à vis.

Comme l'a dit le distributeur américain Daniel Rey, de Rey Technologies, St. Charles, Illinois, « le CG est parfaitement adapté au marché américain, car la plupart des clients ici veulent une solution polyvalente, même s'ils sont sûrs que le travail actuel durera longtemps.

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