Brochage sur tours CNC, fraiseuses et centres d’usinage |

Brochage sur tours CNC, fraiseuses et centres d'usinage |

La fabrication est une industrie qui s’adapte, tout comme les gens, par nécessité. Dans la fabrication d’engrenages, l’usinage CNC a permis aux pièces d’effectuer de nombreuses opérations différentes sur une seule machine, ce qui réduit considérablement le temps de cycle. Cependant, dans l’ensemble, le brochage est une opération secondaire toujours effectuée avec des techniques conventionnelles. De nombreux ateliers sous-traitent à des maisons de brochage spécialisées lorsque des cannelures ou des rainures de clavette sont nécessaires. Aujourd’hui, les fabricants d’engrenages continuent de faire face à de longs délais et à des problèmes de chaîne d’approvisionnement prolongés, et dans la mesure du possible, il est préférable de remplacer les travaux de sous-traitance coûteux par des capacités internes.

John Gardner, propriétaire de CNC Broach Tools en Californie, déclare : « J’appelle cela l’émancipation du brochage. Le fabricant veut pouvoir fabriquer ses propres produits et effectuer ce processus par lui-même. Et je trouve qu’avec l’avènement des tours et des fraiseuses CNC où les opérations sont effectuées sur une seule machine, le brochage est en quelque sorte l’un des derniers processus effectués hors ligne.

Système de brochage CNC duMONT
Avec l’aimable autorisation de Pilot Precision Tools

Le brochage est un processus d’usinage inhabituel, car l’alimentation est intégrée à l’outil, ce qui en fait un ensemble d’outils de coupe à un seul point disposés en séquence. Analogue aux multiples passes d’un façonneur, une classe relativement nouvelle d’outillage et de programmation CNC permet d’effectuer des opérations de brochage sans avoir besoin d’une deuxième opération, ce qui permet de contrôler de plus en plus la qualité et de réduire le temps, l’espace et les coûts.

« Au niveau OEM, s’ils sont entièrement investis dans les opérations secondaires, le côté traction du brochage reste le taux d’enlèvement de métal le plus rapide. Vous n’allez jamais le battre dans une CNC », a déclaré Marco Morgado, directeur du développement commercial national pour Pilot Precision Tools, fabricant du système de brochage indexable CNC duMONT. « C’est là où vous entrez dans les sous-traitants de niveaux 1 et 2 qui ne font pas nécessairement beaucoup de brochage que le brochage CNC les intrigue beaucoup et qu’il s’agit de notre segment qui connaît la croissance la plus rapide. Au cours des deux dernières années, nous avons enregistré une croissance de 40 à 42 % d’une année sur l’autre. C’est l’avenir du brochage. Pour de nombreux clients, pas tous. Nous ne voyons pas le brochage linéaire disparaître.

On ne saurait trop insister sur le fait que le logiciel lui-même représente plus de la moitié de la bataille en matière de durée de vie et de productivité de l’outil. Bien que la technologie existe depuis plus d’une décennie maintenant, Morgado a expliqué que la raison pour laquelle elle est encore relativement nouvelle aux États-Unis est qu' »il n’y a pas de logiciel de CAO standard qui intègre une programmation de brochage CNC. C’est le plus grand obstacle à l’entrée. Nous avons écrit une macro pour les commandes variables afin d’aider les clients à appliquer le brochage CNC. Il n’y a pas beaucoup de programmation standard, mais ça s’en vient.

Outils de brochage statiques et en direct

Les outils de brochage pour CNC peuvent être montés statiquement sur la face de la tourelle ou sur un accessoire d’encoche motorisé sous tension qui se fixe sur le côté de la tourelle. Le bon choix dépend principalement de la complexité — nombre de rainures de clavette, de dents, etc. — et des quantités que vous devez produire. Avec des séries plus petites (jusqu’à environ quelques milliers de pièces par mois), les outils statiques sont très rentables. Si la course dépasse plusieurs milliers par mois, un outil de brochage en direct est plus rapide et économiquement la meilleure solution. Cependant, selon la conception, un outil statique a une plus grande capacité de longueur de machine qu’un outil sous tension, mais selon le matériau, il existe un risque potentiel de déviation. Marcado déclare : « La chose la plus importante que les clients doivent garder à l’esprit est la quantité de charge générée lors de la coupe en fonction de la recommandation d’outil qui l’accompagne. Avec nos produits, lorsque nous vous disons que l’insert de rainure de clavette dynamique de ¼ » ira dans un support #6, c’est à cause de la rigidité optimale du support #6 pour minimiser la déviation dans la coupe. Dans le brochage, c’est ce que vous avez à gérer, c’est la déviation.

Avec l’aimable autorisation de CNC Broach Tools

Les inserts – souvent fabriqués sur mesure dans différentes duretés, géométries, tailles et tolérances – sont fixés au porte-insert avec une vis de réglage. Le porte-plaquette, généralement avec un diamètre d’arbre de 25 mm ou 32 mm, est ensuite serré sur un porte-barre d’alésage ou un porte-barre d’alésage VDI d’un diamètre correspondant sur le tour CNC. Pour une utilisation sur des centres d’usinage, le support peut être serré avec n’importe quel porte-outil avec un support cylindrique, tel qu’un mandrin à pince ou un support Weldon.

En poussant l’insert dans la pièce à usiner, la rainure de clavette ou la cannelure est usinée pas à pas. La vitesse de coupe et la profondeur de coupe doivent être réglées en fonction du matériau de la pièce. Gardner déclare : « La formation continue du machiniste est vraiment un aspect important de ce que nous faisons ici. » Les valeurs du catalogue servent principalement de valeurs approximatives et une programmation adaptée à divers facteurs sur site (température ambiante, type de machine, état de la machine, qualité de la pièce, liquide de refroidissement, etc.) peut produire des résultats d’usinage optimaux.

Les outils de brochage sous tension sont intéressants pour les grandes quantités et permettent une production rentable de différentes géométries. Ils représentent un faible investissement par rapport à l’achat d’une machine à brocher séparée avec un traitement compétitif (jusqu’à 400 à 800 coups par minute). Selon le matériau à couper, les vitesses générales et les avances pour le rainurage de la rainure de clavette sont de 0,0005″ à 0,0015″ par passe à 250 – 550 IPM.

Comparaison des outils de brochage statique et en direct :
Outil statique Outil en direct
Vitesse
Pas de charge sur la tourelle
Efficace avec des quantités plus élevées
Efficace avec des quantités moindres
Utilisation sans axe C
Longueur d’usinage supérieure à 65 mm
Utilisation sur centres d’usinage
Usinage de rainures de clavette, de carrés, d’hexagones et de cannelures

Avantages et limites technologiques

Les rainures de clavette aveugles ont toujours été un défi dans le monde de l’usinage car elles impliquent généralement une opération d’électroérosion coûteuse et chronophage. Pour couper une rainure de clavette aveugle dans une CNC, la plupart des outils sur le marché nécessitent de couper dans une rainure de décharge ou un trou transversal pour que la puce se libère. Cependant, dans le cas de Pilot Precision Tools, leurs outils à tige ronde sont de 58/60 HRC avec des inserts en alliage d’acier fritté avec 13 % de cobalt traité thermiquement à 72 HRC. En conséquence, l’outil peut être programmé pour accélérer et laisser un cône arrière de 30 à 45 degrés.

Un autre avantage est qu’en éliminant une deuxième opération, vous réduisez la durée globale de configuration et de cycle. L’usinage complet des pièces en un seul réglage vous permet d’alléger le processus de production et d’augmenter la précision et la vitesse de production. Bien que certains inserts pour les tailles de rainure de clavette soient disponibles en standard, la plupart des fabricants sont équipés pour produire une variété de formes et de profils en carbure ou autres matériaux. Cela signifie une fabrication rentable d’une grande variété de formes et de profils pour les rainures de clavette, les rainures de clavette aveugles, les fentes, les cannelures et les dents d’engrenage. Selon Gardner, « J’entends chaque semaine des clients qui ont une pièce qu’ils ne savent plus fabriquer. Donc, ils nous enverront une pièce physique et nous procéderons à l’ingénierie inverse. Les pièces Spline explosent pour nous. Nous avons littéralement l’infrastructure pour fabriquer une pièce fabriquée en Chine depuis 30 ans et personne ne sait plus fabriquer. Nous remettons aux clients l’outillage pour couper les épines dans un délai de trois semaines. »

Déterminer si le brochage CNC est une solution sensée signifie prendre en compte une multitude de variables complexes. Marcado le décompose comme suit : « Si vous parlez à un client de faire une longue cannelure sur 2 ½ », qui est plus longue que notre course de 65 mm sur notre slotter motorisé, le brochage conventionnel sera la meilleure solution, à moins que ils ont suffisamment de volume pour faire ce genre d’investissement. Ils peuvent le faire avec un outil à tige ronde avec leur cycle de machine, mais lorsque vous commencez à utiliser ce type de longueur, vous commencez à vous demander si vous pouvez gérer la rigidité de la coupe. Leur déviation est-elle proche de la fin de la coupe avec le porte-dent ? Leur dégagement est-il suffisant à l’intérieur de l’ID pour la quantité d’épaisseur que nous devons mettre sur la tige ? Ce n’est pas une variable claire. Cela se résume à quoi se soucient-ils du temps de cycle? Sur une rainure de clavette, le timing est négligeable, mais si vous parlez d’une cannelure de 3″, vous parlez de beaucoup de coupes tout autour de la pièce. Maintenant, vous parlez d’un temps de cycle de 20 à 30 minutes dans votre CNC, contre 20 secondes si vous tiriez une broche. Alors, quel est votre temps machine par rapport au nombre de pièces que vous devez fabriquer ? En tant qu’atelier de travail, disons que vous avez 100 pièces à fabriquer. Vous le mettez dans votre temps de cycle et cela prend 25 minutes pour le faire avec un outil à tige ronde, mais vous obtenez la finition et tout ce dont vous avez besoin – par rapport à l’électroérosion à fil, cela va encore être beaucoup plus long que ça . Si vous le substituez, vous payez beaucoup d’argent à quelqu’un, car ces broches cannelées sont très chères et elles sont toutes très personnalisées.

De nombreux facteurs contribuent à déterminer si le brochage CNC est la bonne solution, mais lors du calcul du temps de cycle, il convient de considérer dans quelle mesure les longs délais et les problèmes prolongés de la chaîne d’approvisionnement continuent d’affecter la production. La capacité à réduire les travaux de sous-traitance coûteux et à intégrer les opérations de brochage en interne pourrait être une solution révolutionnaire.

RESSOURCES:

Pilot Precision Tools (États-Unis) : https://pilotprecision.com

REV (Italie) : https://revtool.eu

PH Horn (États-Unis) : https://www.hornusa.com

OMC (Allemagne) : https://www.wto-tools.com/en-us

Benz (Allemagne) : https://www.benztooling.com/en-US

MD Tooling (États-Unis) : https://mdtooling.com

MT Marchetti (Italie): https://www.mtmarchetti.com/en

Gisstec (Allemagne) : https://www.gisstec.com

Outils de broche CNC (États-Unis): https://www.cncbroachtools.com