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Numéro spécial de la revue professionnelle WB Werkstatt+Betrieb 1-2/2008
Jan Wijers
Finition par tournage
dur grand format Augmentation de la productivité grâce à l’intégration des processus
Werkstatt+ Betrieb
Zeitschrift für spanende Fertigung
> SPECIAL S. 43: Hartfeinbearbeitung
1-2/08
> DRAHTERODIEREN
Für alle Werkstoffe geeignet:
Elektroerosive Teilefertigung
setzt Maßstäbe // Seite 16
> WERKSTÜCKSPANNE N
Modulare Spannelemente
machen GM Powertrain beim
Spanen (auto-)mobil // Seite 26
> WERKZEUGSCHLEIFEN
Hochpräzise Werkzeuge
erfordern beim Schleifen die
5-Achs-Bearbeitung // Seite 36
Février 2008 / 141. www.metall-infocenter.de
Hembrug B.V.
H. Figeeweg 1a+b
2031 BJ Haarlem
Pays-Bas
Tel : 0031(0)23-5124900
Fax : 0031(0)23-5124901
www.hembrug.com
© Carl Hanser Verlag, München. 2008. L’éditeur se réserve tous les droits, y compris concernant la
réimpression et la reproduction photomécanique de ce numéro spécial, ainsi que sa traduction.
© Carl Hanser Verlag, Munich WB 1-2/2008
2 SPÉCIAL > Usinage haute précision des matériaux durs
Tournage dur sur
un tour vertical
›Mikroturn‹- de
Hembrug
Augmentation de la productivité grâce à l’intégration des procédés
Finition par tournage dur grand format Le constructeur de machines Hembrug est un spécialiste des machines de
tournage haute précision. Pour obtenir un excellent état de surface final sur des
pièces volumineuses en matériau hautement résistants à l’usure, les industriels
font confiance aux machines de tournage ›Mikroturn‹.
> Un sondage sur les tendances actuelles dans le
secteur de l’usinage des métaux classerait
probablement en tête l’amélioration de la qualité
associée à une productivité accrue. La
miniaturisation – développement de pièces
toujours plus petites, précises et complexes – est
également un thème très présent. La question des
micro-pièces n’intéresse pourtant aucunement
Huub Balm, Directeur commercial d’Hembrug :
« Notre carnet de commandes concerne des
machines-outils capables de produire des pièces
finies de grand volume, en moyennes à grandes
séries, avec des tolérances de dimensions, forme,
positionnement et rugosité très serrées. Elles
exigent des processus fiables impliquant une durée
de cycle réduite et un usinage complet des pièces
avec un nombre minimal de montages. »
Des machines hybrides
fiables pour le tournage dur
(de précision)
La solution réside dans les processus
combinés exécutés par des machines
dites ›hybrides‹, qui intègrent
plusieurs procédés sans entamer la
disponibilité générale. Pour Balm, ce
concept est particulièrement
« critique » dans l’usinage de
matériaux techniques nouveaux,
encore relativement mal connus.
« Ils poussent les processus
d’usinage et les machines-outils conventionnels à
leurs limites. Pour que les arêtes de coupe puissent
attaquer le matériau de la pièce à usiner lors de
l’opération d’enlèvement de matière, le
matériau de coupe de l’outil doit présenter une
dureté supérieure à celle de la pièce. Le tournage
dur de matériaux modernes peut donc justement
poser problème en l’absence de matériaux de
coupe suffisamment durs. »
En ce qui concerne le ›tournage‹, le tournage à
grande vitesse, le tournage dur (en couverture) et le
tournage à sec représentent les évolutions les plus
récentes. Le tournage à grande vitesse permet,
contrairement au fraisage, de parvenir à un volume
de copeaux supérieur et à une meilleure valeur de
rugosité à la surface de la pièce, mais également à
un enlèvement de matière rentable pour les
matériaux difficiles à usiner, y compris les métaux
durs.
PAR JAN WIJERS
i CONSTRUCTEUR
Hembrug B.V.
NL-2031BJ Haarlem
Tel. +31/23/5 12 49 00
Fax +31/23/5 12 49 01
> www.hembrug.com
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WB 1-2/2008
3
1 Usinage de finition en un seul montage : cal ibre haute précision multiple pour tuyaux hydrauliques façonné par tournage dur
une avance de 0,15 à 0,25 mm par
rotation. Dans ces conditions, l’état de
surface de la pièce atteint une rugosité de
0,1 µm (Ra) avec des tolérances dans les
classes de précision IT 3 à 5 (< 2 µm).
Parallèlement, le tournage dur
raccourcit fortement la chaîne de
fabrication, jusqu’à 50 %, notamment
grâce à la disponibilité d’outils standard
de forme spécifique et faciles à changer.
Il s’agit notamment d’outils de
tournage fins, amincis vers la pointe,
permettant de produire des éléments très
lisses grâce à de grands degrés de liberté
(photo 2). Actuellement, la rectification est
le procédé dominant pour la finition en
grande série de pièces durcies très haute
qualité. En ce qui concerne les pièces
individuelles ou les petites série, la
productivité du processus abrasif avec
coupe non définie dépend en revanche
beaucoup du savoir-faire de l’opérateur.
Même avec un personnel compétent, la
multitude de grandeurs d’influence
induit souvent des temps de processus
(trop) longs et des coûts de finition
élevés.
Les bénéfices secondaires du tournage dur
– temps d’usinage, de cycle et temps
auxiliaire réduits – lui permet de trouver
de nouvelles applications à la finition par
›rectification‹. L’excellent état de surface
obtenu suffit pour le substituer totalement
au processus de finition dans certaines
applications. Avec ses derniers
développements et le lancement du
›tournage dur de précision‹ qui permet
d’obtenir des surfaces sans sillons
perceptibles, la société Hembrug,
installée à Haarlem/Pays-Bas, impose
une nouvelle norme.
un taux d’enlèvement de matière
nettement plus élevé, grâce à une vitesse
d’avance et une profondeur de coupe
supérieures. Les vitesses de coupe
habituelles atteignent 160 m/min avec
C’est également pour cette raison que
les centrales de tournage dur qui en règle
générale nécessitent en outre un
investissement inférieur aux machines à
rectifier,
Le tournage dur en bonne voie Le tournage horizontal conventionnel est
réputé depuis des dizaines d’années comme
le procédé le plus simple, le plus productif et
plus polyvalent pour les pièces à symétrie de
révolution, offrant en outre d’excellentes
qualités de reproductibilité sans modification
de la structure du matériau.
Le tournage dur haut de gamme – coupe
interrompue ou continue, sec ou humide
– élève le tournage au rang de processus
d’usinage complet productifs à montage
unique, pour les matériaux jusqu’à une
dureté de 70 HRC (photo 1).
Contrairement à la rectification, le
tournage dur permet d’obtenir
2 Respect des dimensions avec des contours complexes : écrou cylindrique à billes façonné par finition par tournage dur avec surfaces du filet précisément définies
© Carl Hanser Verlag, Munich WB 1-2/2008
4 SPECIAL > Usinage haute précision des matériaux durs
3 Dernière version de la centrale de tournage dur haute précision 4 axes ›Mondrian Mikroturn 950 CNC‹
■L’absence d’effet stick-slip autorise
des pas de progression plus petits de 0,05
µm ; ce à quoi participe également
l’équipement Siemens pour les
systèmes d’entraînement et de
commande ›840 D‹ d’une résolution
de 0,01 µm.
Hembrug assure également le maintien
de la température de l’huile et de
l’eau à 0,2 °C et améliore ainsi la
stabilité thermique de l’ensemble de la
machine. La Mikroturn 950 CNC se
caractérise également par un
fonctionnement très silencieux et donc
une durée de vie des outils supérieure à
la moyenne, un portail rigide en granit
naturel non magnétique qui garantit à
son tour l’absence de contraintes
propres, une excellente atténuation des
vibrations, une bonne résistance à la
corrosion et un module d’élasticité
élevé. attirent de plus en plus l’attention des décideurs.
Plus de 35 ans d’expérience dans le
tournage au diamant et dur
Le respect des exigences de haute précision en
usinage dur nécessite une conception de machines
adaptée, caractérisée par une grande rigidité du
bâti, du chariot, des paliers de la broche ainsi que
des interfaces des outils et des pièces. De bonnes
propriétés antivibratoires, une rotation régulière et
précise, ainsi qu’une stabilité et une dynamique
thermiques élevées sont également nécessaires.
Afin de répondre aux besoins de clients renommés
tels qu’ABB, SKF, Philips, KBA, Océ, Carl Zeiss
et Schäffler KG, les équipes d’Haarlem s’appuient
sur plus de 35 années d’expérience pour le
développement de machines modulaires et de haute
précision – machines de tournage horizontal
diamanté (avec banc incliné) et machine de
tournage dur vertical. La satisfaction de la clientèle
s’exprime dans certaines déclarations : « Les
machines de tournage dur d’Hembrug parviennent à
un respect de la forme et des dimensions que l’on
ne retrouve pas sur les produits concurrents. Cela
tient notamment au fait qu’Hembrug exclue
systématiquement l’erreur cinématique. »
Récemment, l’entreprise a livré à SKF deux
machines de tournage dur 4 axes ultra précises du
modèle récent ›Mikroturn 950 CNC‹ dans un bâti
compact de type pont (photo 3). Les machines sont
en mesure d’usiner des pièces d’un diamètre
extérieur maximum de 950 mm, un diamètre
intérieur max. de 750 mm, une longueur max. de 300
mm et un poids max. de 1000 kg. Elles permettent
à SKF d’éviter les goulets d’étranglement lors de
la finition des bagues extérieures et intérieures des
couronnes d’orientation et des roulements à
rouleaux coniques, tels que ceux entrant dans la
construction des grandes éoliennes
notamment.
La construction des deux machines
Mikroturns respecte les dernières
connaissances du domaine, y compris les
analyses FEM. Pour sa nouvelle série
Mikroturn, Hembrug a conservé les
caractéristiques éprouvées de ses produits,
telles que le support et le système de
guidage de la broche principale et du
chariot hydrostatiques, un bâti très épais
en granit naturel et une console de
commande moderne. L’hydrostatique est
un élément très avantageux pour le
tournage dur :
■ Un film d’huile constamment
renouvelé sur toute la longueur des
élément du support et du système de
■ guidage garantit une atténuation
exceptionnelle des vibrations et une
grande rigidité statique et dynamique.
■ L’absence d’usure garantit une longue
durée de vie.
Un nouveau concept de machine
avec des caractéristiques uniques
Manifestement, ce tour géant est une
construction exceptionnelle qui offre à
Hembrug une place unique dans l’offre de
machines de tournage dur de précision.
L’axe principal vertical est équipé de
deux porte-outils stables de manière à ce
que deux outils puissent être utilisés
simultanément ; tous deux sont dotés
d’une arrivée d’agent de
refroidissement interne (photo 4). La pièce
est posée sur le plateau, maintenue en
position par la force de gravité et usinée
avec un couple de renversement
minimum. Autre composant unique,
l’entrainement direct entièrement intégré
dans le groupe principal monté sur système
hydrostatique qui ne nécessite aucune
maintenance. Un moteur couple 36-kW
assure des moments de force élevés même aux
petites vitesses (10 à 270 min-1). Les
grosses pièces présentant une masse
importante ou une faible rigidité propre
(rapport hauteur/diamètre défavorable) sont
rapidement bridées et usinées des deux côtés
sans aucune déformation au niveau de la pièce
ou de la broche. Étant donné que les diamètres
intérieur et extérieur peuvent être usinés
simultanément grâce au charriot 4 axes
(XZ/UW), le temps principal est réduit de
40 %.
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WB 1-2/2008
4 Productivité garantie : sur la 950 CNC, le tournage dur peut s’effectuer simultanément avec deux outils .
L’usinage de pièces volumineuses à
grande vitesse souffrait jusqu’ici
d’une limite naturelle :
comment peut-on brider suffisamment
une pièce (force de serrage) sans
l’endommager (qualité de surface ?) Le
›Directeur des applications‹ de Hembrug,
Martin Huijbers, a trouvé la solution :
pour supporter les forces de coupe très
élevées, il a proposé un mandrin
expansible hydraulique pour le bridage
des pièces. Les forces de coupe et de
pression intervenant au cours du tournage
requièrent en outre une fixation très
stable de l’outil, assurée par
l’interface Capto.
Du fait des vitesses de coupe rapides, le
principal matériau de coupe utilisé est le
(P)CBN (nitrure de bore cubique
polycristallin). Sa grande résistance à la
rupture et à l’usure garantit une longue
durée de vie aux outils et autorise des
conditions d’usinage rentables.
Huijbers : « Des variétés de CBN haute
qualité spécifiques– spécialement conçues
pour les machines de tournage dur haute
précision -
– assurent de longues durées de vie pour
les outils, dans un domaine technologique
très précis, notamment pour un usinage à
sec, sous lubrification minimale ou
refroidissement à air. » De manière
générale, le tournage dur employé dans le
domaine des applications de ›haute
précision‹ nécessite des mesures
préventives. C’est pourquoi Huijbers
souligne l’importance de mesures
régulières concernant la durée de vie de
l’arête de coupe.
Grâce aux dernières évolutions des
machines et aux récentes avancées en
matière de matériau de coupe et de
revêtements, la finition par tournage dur
s’affirme en tant que procédé rentable.
L’énorme potentiel de rationalisation du
tournage dur est exploitable même dans le
domaine d’application du ›micro-
usinage‹. ❚
Jan Wijers est journaliste en free-
lance à Eindhoven, Pays-Bas
