Alors que la personnalisation de masse devient la règle plutôt que l'exception, les distributeurs et les fabricants de pièces cherchent à éliminer les vibrations coûteuses des opérations d'usinage de leurs clients ou de leurs propres chaînes de production, réduisant ou éliminant ainsi le besoin d'opérations secondaires.
La raison pour laquelle cette stratégie a été adoptée est simple : les vibrations problématiques sont courantes lors de la fabrication de pièces métalliques. Les vibrations affectent la durée de vie des outils, la finition des surfaces et augmentent le temps et le coût nécessaires à la réalisation du travail. De telles conditions conduisent souvent à la définition de paramètres machine sous-optimaux ou à l'utilisation d'outils « anti-vibrations » coûteux.
Les vibrations se produisent le plus souvent lorsque le rapport longueur/diamètre (L/D) d'un outil est élevé, une exigence nécessaire pour atteindre les poches profondes, les trous ou d'autres caractéristiques de la pièce à usiner.
Lorsque la pièce tourne autour de l'outil, ou inversement, il en résulte des vibrations qui nuisent à la finition de surface et nécessitent des opérations secondaires pour répondre aux spécifications.
Avec des objectifs de productivité de plus en plus ambitieux, disposer d'un porte-outil amortisseur de vibrations qui fonctionne sans avoir à être réglé pour chaque tâche peut offrir des avantages tangibles aux fabricants de pièces. À mesure que la fabrication additive (impression 3D) se généralise, le besoin d'outils plus longs et plus flexibles, plus sensibles aux vibrations que les outils plus courts, se fait de plus en plus sentir.
Un moyen efficace d'améliorer les résultats financiers consiste à utiliser des porte-outils équipés d'amortisseurs de masse à réglage automatique (STMD). Ces porte-outils uniques sont composés d'une masse en tungstène soutenue par des disques en polymère à l'intérieur du porte-outil. Les disques extraient l'énergie vibratoire du corps de l'outil de coupe afin de minimiser les mouvements et de neutraliser les vibrations en reliant le moteur de la machine-outil et la tête de coupe.
Lorsque des forces de coupe sont appliquées à l'outil, des vibrations se produisent naturellement sur une bande de fréquences, et la rigidité du STMD s'ajuste automatiquement à cette fréquence afin de maximiser les effets d'amortissement de masse.
Les STMD sont des solutions plug-and-play élégantes et faciles à utiliser qui permettent d'améliorer la finition des surfaces, d'accélérer les temps de cycle, de réduire les coûts d'outillage (coût total de possession), de diminuer les taux de rebut et de réduire la consommation d'énergie. En permettant de réaliser les tâches plus rapidement et plus efficacement que d'autres options, les porte-outils STMD peuvent améliorer les avances et les vitesses grâce à la stabilisation de l'outillage et peuvent également améliorer le moral sur le lieu de travail en réduisant le stress.
Comme les opérations d'usinage utilisent souvent des outils à rapport L/D élevé, les vibrations peuvent constituer un défi. Les STMD extraient l'énergie vibratoire du corps de l'outil de coupe afin de minimiser les mouvements et de neutraliser les vibrations.
Dans de nombreux cas, les porte-outils nécessitent un entretien et un réglage. En revanche, les STMD ne nécessitent aucun entretien. Compte tenu du volume des opérations d'usinage dans la plupart des ateliers, même les plus petites réductions en pourcentage peuvent se traduire par des économies substantielles tout en permettant aux ateliers de respecter des calendriers de production de plus en plus serrés.
Les détails
L'utilisation des STMD est un exemple de collaboration entre la physique et la chimie. Le problème complexe du changement de fréquence de vibration des outils de coupe est dû à des changements dans les conditions de coupe, tels que l'usure des outils, l'usure des joints et les vibrations des matériaux des pièces à usiner. Les porte-outils traditionnels nécessitent un réglage continu pour garantir des performances optimales, car un mauvais réglage peut aggraver le problème de vibration au lieu de l'améliorer. En revanche, les STMD sont auto-réglables et peuvent fonctionner avec n'importe quelle configuration dans une installation de production.
Plus précisément, les éléments à ressort ajustent la rigidité en fonction de la fréquence des vibrations et permettent de surmonter le problème des changements de fréquence. Il en résulte de meilleures finitions de surface et une plus grande fiabilité du processus.
Comme toutes les machines-outils sont différentes (grandes, petites, longues, courtes, neuves, anciennes), les variations rendent la fréquence de vibration des machines-outils imprévisible, car les différents outils vibrent à plusieurs fréquences. Actuellement, les amortisseurs de masse sur les outils de coupe sont difficiles à utiliser, car ils sont réglés sur une fréquence spécifique ou nécessitent des réglages fréquents pour garantir leur efficacité en matière d'amortissement des vibrations.
Les STMD contiennent des matériaux dont la rigidité varie en fonction de la fréquence des vibrations. Lorsque la fréquence est élevée, la rigidité est élevée, et inversement. Ces matériaux permettent la fonction d'auto-réglage des amortisseurs de masse, qui s'adaptent automatiquement aux conditions de la machine.
Prenons l'exemple d'un outil de tournage : celui-ci peut être réglé à différentes longueurs pour usiner différentes pièces. Plus la longueur en porte-à-faux est importante, plus la fréquence de vibration est faible, et inversement. L'outil vibrera à différentes fréquences, en fonction de la longueur en porte-à-faux, et les STMD sur une plage de fréquences plus large en corrélation avec le rapport L/D.
Les paramètres du processus de coupe (vitesses et avances) sont conservateurs, ou limités, lorsque le risque de variation instable est pris en compte. Lorsque vous utilisez la technologie STMD, les vibrations ne sont pas un problème.
De plus, lorsque l'usinage à grande vitesse provoque plusieurs variations de fréquence sur les outils de coupe, les STMD s'ajustent automatiquement pour amortir les hautes et basses fréquences, ce qui permet de réaliser des coupes efficaces à grande vitesse et à des vitesses d'avance élevées.
Une solution pratique
Les STMD offrent des finitions de surface quasi parfaites par rapport aux porte-outils les plus couramment utilisés. La différence réside dans la masse de tungstène soutenue par des disques en polymère à l'intérieur du porte-outil, car le tungstène est un matériau dense qui reste immobile par rapport aux autres métaux et plastiques utilisés pour fabriquer les porte-outils.
Comme indiqué précédemment, cette solution d'outillage présente une élégance – une simplicité pratique – qui la rend facile à utiliser et permet d'améliorer les finitions de surface et les temps de cycle, tout en réduisant les coûts d'outillage et les retouches.
Il existedes données d'essais d'usinageet unlivre blancqui expliquent en détail les performances des STMD dans diverses conditions et montrent qu'ils constituent une alternative intéressante aux porte-outils traditionnels, en particulier compte tenu du coût de plus en plus élevé lié à l'incapacité de stocker les produits demandés par les clients ou à la nécessité de retravailler une pièce ou un composant qui ne répond pas aux spécifications.
Les STMD constituent une alternative économique aux autres outils anti-vibration, qui peuvent coûter jusqu'à 10 000 dollars l'unité. Ils vous aident à réduire le nombre de pièces endommagées tout en améliorant la qualité de surface et en prolongeant la durée de vie des plaquettes de coupe, ce qui vous permet de minimiser vos coûts de production.
Une fois que vous aurez défini votre flux de travail et programmé les STMD dans votre logiciel de FAO, vous constaterez à quel point ces amortisseurs de masse s'intègrent parfaitement à vos processus. Vous constaterez également une réduction des casses d'outils, ce qui peut réduire votre coût de possession jusqu'à 30 %.
Les STMD peuvent également aider vos clients, ou vous-même, à réduire les temps de cycle de 30 %, à diminuer les coûts d'outillage de 5 à 10 %, à réduire la consommation d'énergie de 2 à 3 % et à diminuer les rebuts de 1 à 2 %. Compte tenu du volume d'usinage que vous ou vos clients réalisez, ces chiffres peuvent être significatifs.
Outre la fabrication d'un produit de grande valeur, nous sommes fiers du soutien que nous apportons aux distributeurs et aux sites de production. Si vos clients ou vous-même avez besoin d'aide pour utiliser les STMD, vous pouvez envoyer les détails de votre machine et de votre configuration d'usinage àinfo@maqab.com etnous vous répondrons dans les 24 heures. Nous faisons cette promesse parce que nous savons à quel point il est important de terminer un travail dans les délais et dans les limites du budget, et nous savons par expérience combien il est coûteux de devoir refaire un travail.
Pour entamer une conversation sur la manière dont nous pouvons collaborer,faites-nous part des défis auxquels vos clients sont confrontés en matière d'amortissement des vibrations, ou de ceux que vous avez récemment rencontrés.
L'histoire de MAQ
L'idée des MAQ STMD est venue de Qilin (prononcé CHILL-in) Fu, notre directeur technique, lorsqu'il était doctorant à l'Institut royal de technologie KTH de Stockholm. Il a étudié l'impact des vibrations sur l'usinage et s'est rendu compte qu'il était possible d'apporter des améliorations.
Une percée a eu lieu en 2015 lorsque Qilin a utilisé des polymères existants pour mesurer avec précision la rigidité d'un polymère en fonction de la fréquence. Il a découvert que certains polymères présentaient une rigidité considérablement accrue lorsque la fréquence augmentait.
Finalement, une équipe de recherche dont faisait partie Qilin a déterminé qu'un groupe de polymères présentant une structure physique et une composition chimique spécifiques aurait la rigidité nécessaire, dépendante de la fréquence, pour être utilisé dans des applications d'amortisseurs de masse.
Quant au nom de la société, MAQ, il provient des prénoms des trois cofondateurs : Mihai Nicolscu, Amir Rashid et Quilin Fu.
C'est un excellent exemple de recherche fondamentale menée dans un laboratoire universitaire qui a débouché sur une excellente idée commerciale, laquelle s'est ensuite transformée en une entreprise florissante.
Si vous pensez que les STMD peuvent être bénéfiques pour vos clients,faites-le-nous savoir afin quenous puissions discuter d'une éventuelle collaboration.