Lors de la fabrication de pièces métalliques, les vibrations problématiques sont courantes. Elles affectent la durée de vie des outils et la finition des surfaces, ce qui augmente considérablement le temps et le coût de réalisation des travaux. En général, les fabricants de pièces métalliques gèrent les vibrations en réglant les paramètres des machines de manière sous-optimale ou en utilisant des outils coûteux destinés à éliminer les vibrations. Ces outils de coupe à amortisseur de masse accordé (TMD) transmettent l'énergie vibratoire des outils de coupe à un amortisseur de masse auxiliaire situé dans le corps de l'outil. Ce transfert d'énergie réduit l'énergie vibratoire générée par les processus de coupe.
Les éléments de soutien sont constitués de joints d'étanchéité en caoutchouc dont la section transversale peut être modifiée ou ajustée afin d'influer sur la rigidité de l'outil et, par extension, sur la fréquence d'accord. Ces outils sont toutefois coûteux, leur prix étant généralement 10 à 100 fois supérieur à celui d'un outil conventionnel. De plus, les fuites d'huile limitent la durée de vie des TMD à 1 ou 2 ans, après quoi l'outil doit être remis à neuf ou remplacé. Les TMD doivent également être réglés à chaque changement d'équipe, avant de couper de nouveaux matériaux ou d'être utilisés dans des conditions de coupe (vitesses, avances, profondeur de coupe) différentes de celles requises pour le travail précédent.
Les vibrations sont particulièrement importantes lorsque le rapport entre la longueur du porte-à-faux et le diamètre (L/D) d'un outil est élevé, ce qui est souvent 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 (opération de tournage ou de fraisage) ou que l'outil tourne autour de la pièce (opération de fraisage ou de perçage), il en résulte des vibrations qui nuisent à la finition de surface et nécessitent des opérations secondaires pour répondre aux spécifications.
Avec la pression croissante pour atteindre les objectifs de productivité, disposer d'un porte-outil amortisseur de vibrations qui fonctionne correctement sans avoir à être réglé à chaque changement d'équipe avant de couper de nouveaux matériaux peut apporter des avantages tangibles aux fabricants de pièces métalliques. Ce défi devient de plus en plus courant avec l'utilisation croissante de la fabrication additive (impression 3D), car cette technologie nécessite des outils plus longs et plus flexibles que jamais pour atteindre des pièces et des caractéristiques géométriques relativement complexes.
L'une de ces options est un amortisseur de masse à réglage automatique (STMD) composé d'une masse en tungstène soutenue par des disques en polymère à l'intérieur du support. 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 l'effet d'amortissement de masse.
Les STMD sont élégants, ingénieux et faciles à utiliser. Ils permettent d'améliorer la finition des surfaces, d'accélérer les cycles, de réduire les coûts d'outillage et les casses (coût total de possession), de diminuer les taux de rebut et de réduire la consommation d'énergie.
Cette solution prête à l'emploi est une alternative économique aux autres outils anti-vibration, qui peuvent coûter jusqu'à 10 000 dollars par unité. Elle permet de réduire le nombre de pièces endommagées tout en améliorant la qualité de la surface et en prolongeant la durée de vie des plaquettes de coupe, ce qui contribue à minimiser les coûts de production.
En permettant d'effectuer les tâches plus rapidement, plus efficacement et de manière plus économique par rapport à d'autres options, les porte-outils STMD, grâce à leurs avances et vitesses améliorées dues à leur stabilité, éliminent le besoin de reprogrammer ou de repenser les tâches pour compenser l'inefficacité des machines.
Les STMD s'intègrent parfaitement aux processus utilisant divers flux de travail et solutions logicielles de FAO, car leur élégance les rend faciles à tester et leur permet de fonctionner correctement dès la première utilisation, ce qui améliore les délais d'exécution.
Comment fonctionnent les STMD
Les STMD peuvent être extrêmement utiles pour améliorer les vitesses et les avances, car un outillage stabilisé donne de meilleurs résultats qu'un outillage présentant des mouvements supplémentaires involontaires . Plus précisément, le porte-outil absorbe les vibrations grâce à une masse de tungstène soutenue par des disques en polymère à l'intérieur du STMD. Ces disques en polymère, fabriqués à partir d'une formulation exclusive, ont une rigidité dépendante de la fréquence qui leur permet de réagir et de s'adapter aux changements de vibration. Grâce à leur stabilité, les STMD permettent d'obtenir une profondeur de coupe maximale.
Les STMD sont d'excellents exemples de la collaboration entre la physique et la chimie pour résoudre le problème complexe du contrôle de la fréquence des vibrations sur les outils de coupe en raison des changements dans les conditions de coupe, tels que l'usure des outils, l'usure des joints et la variation des matériaux des pièces à usiner. Pour ces raisons, d'autres types de porte-outils nécessitent un réglage optimisé pour garantir leurs performances, et leur utilisation dans des conditions de déséquilibre pourrait aggraver le problème des vibrations au lieu de l'améliorer.
Quant aux propriétés d'auto-réglage des STMD, elles sont obtenues grâce à des éléments à ressort qui ajustent la rigidité en fonction de la fréquence des vibrations, ce qui permet de surmonter le problème des changements de fréquence.
Comme toutes les machines-outils sont différentes (grandes, petites, longues, courtes, neuves, anciennes), les vibrations rendent la fréquence de vibration de la machine-outil 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 des fréquences spécifiques ou doivent être tournés fréquemment pour garantir leur efficacité en matière d'amortissement des vibrations.
En revanche, les STMD contiennent des disques en polymère qui modifient leur rigidité en fonction de la fréquence des vibrations. Lorsque la fréquence est élevée, la rigidité est élevée, et inversement. Les disques permettent la fonction d'auto-réglage des amortisseurs de masse, s'adaptant automatiquement aux conditions de la machine.
Si les temps d'arrêt ou les retouches dus à l'usure des outils et les arrêts fréquents des machines pour réinitialiser les amortisseurs sont pris en compte, les STMD peuvent constituer une alternative judicieuse aux autres technologies d'amortissement des vibrations.
Ils peuvent également être utiles lorsque la longueur de porte-à-faux de l'outil est un facteur important, car un seul outil peut gérer des porte-à-faux courts et longs sans nécessiter de changement d'outil. Il en résulte une réduction du temps et du coût nécessaires à la réalisation des travaux.
En prenant l'exemple du tournage, l'outil peut être réglé à différentes longueurs pour usiner différentes pièces. Plus la longueur en porte-à-faux est longue, 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 gamme de fréquences plus large en corrélation avec le rapport L/D.
Des recherches ont montré que les STMD peuvent réduire la durée du cycle de 30 %, diminuer les coûts d'outillage de 5 à 10 %, baisser la consommation d'énergie de 2 à 3 % et réduire les rebuts de 1 à 2 %. Bien que certains de ces pourcentages soient faibles, compte tenu du volume élevé des opérations d'usinage, même les réductions les plus modestes peuvent se traduire par des économies substantielles.
De plus, les paramètres du processus de coupe (vitesses et avances) sont conservateurs, voire limités, lorsque le risque de variation instable est pris en compte. Avec la technologie STMD, les vibrations ne sont plus 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.
Outre la fabrication de produits utiles, nous sommes fiers du soutien que nous apportons aux programmeurs et aux ingénieurs de fabrication.
En fait, notre réactivité est l'un des éléments qui nous différencie des autres fournisseurs de solutions d'amortissement des vibrations. Si vous nous communiquez le type de votre machine et les détails de sa configuration, nous pouvons vous aider à utiliser les STMD. Dans la plupart des cas, nous vous répondrons dans les 24 heures, car nous comprenons l'importance de livrer le produit dans les délais, conformément aux spécifications et au budget.
En utilisant nos STMD plutôt que d'autres porte-outils, vous bénéficiez d'un partenaire utile plutôt que d'un simple fournisseur parmi tant d'autres.
Pour en savoir plus sur nos capacités, téléchargez nos données d'essais d'usinage et notre livre blanc qui expliquent les performances des STMD et les différentes conditions.
Notre histoire
L'idée de MAQ STMD est venue de Qilin (prononcé CHILL-in) Fu, notre directeur technique, alors qu'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 avancée décisive a été réalisée 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.
Notre création est un excellent exemple de la manière dont la recherche fondamentale menée dans un laboratoire universitaire peut déboucher sur une excellente idée commerciale et une entreprise florissante.
Si vous rencontrez des problèmes liés à l'amortissement des vibrations, faites-le-nous savoir et nous mettrons notre expertise à votre service.