par Eléonore Robert, Rédactrice en Chef : er@trametal.com

Repenser l’usinage des moules peut conduire à de précieuses réflexions, même audelà de la simple fabrication de moules. Il y a peu de domaines dans l’industrie des fabrications mécaniques qui sont aussi dynamiques que celui des moules - par force de concurrence très vive, sans doute - mais qui font que toute entreprise concernée doit rester en éveil pour détecter les technologies émergentes et les concepts innovants afin de leur permettre de rester dans le peloton gagnant. Voici quelques considérations qui peuvent aider certains à ouvrir des opportunités leur permettant d’être locomotive, pas lanterne rouge du secteur.

Fig. 1 - Les parties mâle et femelle d’un moule sont usinées ici en partant d’un bloc prismatique. Des trous de refroidissement sont percés en un seul montage sur les quatre faces de ces pièces.

Usinage côte-à-côte
   Type de travail: Les parties mâle et femelle d’un moule sont usinées par passes successives côte-à-côte comme faces gauche et droite sur une machine multitâche (fig. 1).

   Expérience: Ce concept s’est illustré depuis déjà de nombreuses années au fil des expositions spécialisées et il est aisé d’en voir la démonstration sur des machines dites multitâches et proposées aujourd’hui par de nombreux constructeurs (voir encadré ci-dessous).

En faisant appel à la flexibilité inhérente à ce type de machines, équipées d’une broche indexable à axe B et d’une broche opposée de tournage (axe C), on a fraisé des trous de refroidissement sur les quatre faces et l’arrière d’une pièce prismatique. Les détails des parties mâle et femelle sont usinés avec la pièce encore monobloc. En coordonnant la rotation des broches de tournage avec le mouvement de basculement de celle de fraisage, l’orientation optimale de l’outil peut être obtenue pour réaliser un usinage avec un fini de surface amélioré et une durée de vie de l’outil prolongée. La pièce peut aussi être retournée pour déverser périodiquement le surplus de copeaux.

Les parties mâle et femelle sont alors séparées, les segments restant fixés rigidement dans le mandrin des broches de tournage opposées. Les deux parties ainsi nouvellement exposées de chaque pièce sont dressées et l’on perce les trous de refroidissement, finissant ainsi les deux parties du moule en un seul serrage. Il est évident qu’une telle approche réduit considérablement les nombres de montage et d’opérations comparativement à un usinage traditionnel. En plus, la précision est accrue, les deux moitiés du moule restant toujours en parfait alignement et orientation entre elles jusqu’au moment de leur séparation.

   Avancée technologique: Dans cette application, la précision du positionnement des axes rotatifs est primordiale. La machine multitâche sur laquelle est effectué ce travail utilise une came cylindrique assurant une résolution de 0,0001° de la broche de fraisage. Les broches de tournage principale et secondaire s’indexent également par des incréments de 0,0001°. Selon le constructeur de la machine, l’amplitude de vibration de la broche de fraisage allant à 12000 t/mn est de 1,5 µm. La vibration extrêmement faible de la broche protège les outils de petits diamètres lors des usinages à grande vitesse.

Quelques constructeurs de machines multitâches
ARIX - AXA - BIGLIA - BOEHRINGER - DANOBAT - DMG - DOOSAN - DÖRRIES SCHARMANN - EMAG - EMCO -  X-CELL-O - FAMAR - HAAS AUTOMATION - HARDINGE - HESSAPP - HEYLINGENSTAEDT - INDEX - MATEC - MAUS - MORI SEIKI - NAKAMURA - OKUMA - SPINNER - STAMA - TAKISAWA - TSUGAMI - UNISIGN - WFL - YAMAZAKI MAZAK - YCM

Usinage en parallèle
   Type de travail: Des composants de moules de grandes dimensions sont usinés par segments sur des petites centres d’usinage. Les “segments” terminés sont alors assemblés pour représenter les parties mâle et femelle. Dans certains cas, ces segments sont, en fait, des inserts allant dans des poches de la base du moule de base.

   Expérience: Après avoir partagé le moule en plusieurs segments chacun peut être usiné sur un plus petit centre d’usinage plutôt que sur une grande machine à broche verticale et banc allongé. Un plus petit centre d’usinage à broche horizontale est idéal car il offre de sérieux avantages pour l’évacuation des copeaux et le rendement, encore qu’une petite machine à broche verticale peut aussi être utilisée. Du fait que l’enveloppe de travail de ces machines est plus faible, elles sont susceptibles d’offrir une grande précision volumétrique. Avec moins de masse en mouvement sur les axes, elles peuvent soutenir les accélérations et décélérations plus élevées pour usiner des contours. Des taux d’accélération et décélération plus élevés conduisent aussi à sensiblement réduire les temps totaux d’usinage comme c’est le cas d’une pièce qui de vingt heures d’usinage a pu être terminée en 15 heures uniquement du fait des taux d’accélération/décélération plus élevés. Sur les petites machines, également, on gagne sur les temps de changement d’outil, un seul outil de finition permettant souvent d’effectuer entièrement la finition sur un élément de moule sans changer d’arête.

Par ailleurs - et ce n’est pas un des points les moins importants - deux ou trois machines fonctionnant simultanément peuvent produire plus vite qu’une autre plus grande. Par exemple, de 20 heures d’usinage pour une pièce on est passé à 7,5 heures sur deux petites machines grâce au facteur accélération/décélération plus élevé fractionnant le temps d’usinage. Un groupe de plus petites machines peut aussi être organisé de façon plus flexible qu’une grande machine. Là où un grand moule peut être fractionné en plusieurs segments pour son usinage, un mouliste avec seulement des machines de petites dimensions peut parfaitement prendre un travail qui lui semblait hors de ses capacités. De plus, les petites machines demandent un plus faible investissement. L’atelier doit comparer le coût total de deux ou plus de petites machines avec celui d’un grand centre d’usinage en comptant sur les capacités combinées des petites machines. Enfin, un moule conçu pour un usinage en parallèle peut représenter des opportunités d’amélioration de la maintenance et du renouvellement. Par exemple, on peut partager le moule afin que les zones exposées à plus forte usure soient segmentées séparément. En extrayant ces segments pour remplacement, réparation ou restauration, le temps d’arrêt peut être minoré.

   Avancée technologique: Les petites machines doivent présenter un très haut degré de précision volumétrique afin que les parties segmentées d’un moule puissent présenter des surfaces s’ajustant parfaitement sans “jour”.

Fig. 2 - Avec les carters de protectionretirés on peut aisément se rendre compte des détails et caractéristiques de construction d’une machineà forer profond en cinq axes destinée à l’usinage de trous profonds à angles complexes.

Forage en cinq axes
   Type de travail: La capacité de percer des conduits d’eau sous des angles complexes permet d’augmenter la capacité de refroidissement de moules de grandes dimensions. Des machines de forage travaillant en cinq axes répondent à ce besoin à bon compte en supprimant les nombreux montages complexes.

   Expérience: Des moules tels que ceux nécessaires à la fabrication de pare-chocs, de tableaux de bord d’automobile ou autres pièces plastiques doivent assurer un refroidissement rapide et efficace pour atteindre des temps de cycles compétitifs de ces fabrications.

Lorsque les machines à forer profond à table et broche fixes étaient de règle, les concepteurs de moules avaient deux options pour augmenter les taux de refroidissement de leurs moules. La première consistait à faire des canaux rectilignes à travers les segments de moule. La seconde était de percer des canaux à des angles complexes afin qu’ils soient situés au plus près de la surface de l’empreinte. La première option conduisait à ajouter un temps significatif à celui nécessaire aux opérations de forage. La seconde ne signifiait pas obligatoirement d’allonger ce temps mais il en rajoutait pour le montages, les pièces moulées devant être positionnées manuellement à chaque angle requis. Le temps de montage pour chaque opération était souvent plus important que celui pris pour le perçage proprement dit.

Aucune de ces options n’était particulièrement attractive, d’autant que les donneurs d’ordres cherchent à baisser les coûts d’achat. Les machines à forer cinq axes offrent une alternative à prendre en considération. Elles permettent de percer des trous profonds à des angles non parallèles aux axes de la machine, et ce sans nécessiter des montages spéciaux, ce qui réduit considérablement le nombre de montages nécessaires à la réalisation du moule. Le bloc creux d’un moule de pare-choc pourrait nécessiter quelque soixante montages sur une table fixe pour y percer les canalisations à des angles complexes en utilisant une broche fixe. Avec une machine à forer cinq axes, il est possible de réaliser ce même travail en seulement trois ou quatre montages.

  Avancée technologique: Les machines à forer profond en cinq axes apportent des solutions tout à fait intéressantes pour le perçage de canaux à angles complexes. Dotées d’une table rotative et d’une tête porte-broche basculante de - 25 à + 15° par rapport à la verticale, elles peuvent offrir des possibilités d’équipement pour des travaux de perçage profond courants ou complexes. Aujourd’hui, ces machines sont dotées de commandes permettant de contrôler les opérations en temps réel, y compris la pression du liquide de refroidissement, sa force, sans oublier les efforts d’avance et de couple sollicités par l’usinage. Ainsi, le perçage peut se faire dans des conditions optimales en minimisant au mieux les risques de casse d’outil. En général, ces mêmes machines permettent aussi de réaliser à grande vitesse des opérations complémentaires, telles que fraisage, perçage ou taraudage. Elles sont équipées, bien entendu, d’un changeur d’outils.

Quelques constructeurs de  “petits” centres d'usinage cinq axes à grande vitesse
AGIECHARMILLES - AXA - BRETON - BRIDGEPORT - CHIRON - CROSS HÜELLER - DMG - EMCO FAMUP - FEHLMANN - FIDIA - FPT - HAAS AUTOMATION - HARDINGE - HELLER - HERMLE - HORKOS - HURCO - JYOTI HURON - KERN - KITAMURA - KONDIA - MAG IAS - MAKINO - MATEC - MATSUURA - MCM - MITSUI SEIKI - MORI SEIKI - IMV - PARPAS - QUASER - SODICK - STAMA - STARRAGHECKERT - WILLEMIN MACODEL - YAMAZAKI MAZAK - YCM

Que penser de ces exemples ?
En fait, on le remarque à travers ces exemples, rien ne doit être figé dans un atelier et l’expérience - pour aussi bonne qu’elle soit - peut toujours être complétée et appliquée à de nouvelles technologies sur des machines de dernière génération permettant d’utiliser au mieux le savoir-faire précieux du personnel mais dans des conditions permettant d’être nettement plus compétitifs.   

Quelques constructeurs de machines de perçage
BOST - CHIRON - GIANA - HONSBERG - IXION - KOPP - LOCH - MICRODRILL - NAXOS UNION- TBT