La nouvelle solution Kennametal d’alésage en ligne asymétrique accroît la robustesse d’usinage, la vitesse des processus et la qualité des perçages tout en réduisant la maintenance et les manipulations d’outillages.

L’alésage de précision est un processus vital de la fabrication de nombreux composants critiques. Pour un bloc-moteur, la précision et la finition d’une ligne de vilebrequin à plusieurs manetons influent directement sur la puissance et le rendement écoénergétique, et le temps nécessaire à l’opération conditionne les bénéfices du constructeur de moteurs. Dans de nombreux composants techniques, les alésages de précision sont essentiels aux indicateurs de performances cruciaux. Ces alésages doivent respecter des tolérances critiques ; l’inconvénient, c’est que l’alésage de précision peut s’avérer coûteux et fastidieux, une légère erreur risquant de se solder par la mise au rebut de pièces onéreuses. Kennametal propose comme solution une barre d’alésage en ligne géométrique et asymétrique, qualifiée par des utilisateurs ravis de véritable révolution des processus.

Contrairement au forage, l’alésage est par définition un processus d’usinage dans lequel les diamètres internes sont vraiment réalisés par rapport à l’axe de la broche. Ce processus s’opère le plus souvent avec la pièce maintenue immobile et l’outil de coupe progressant dans la pièce en tournant, même si l’alésage s’effectue aussi avec un outil de coupe et une pièce réglables. Habituellement, les applications d’alésage comprennent l’agrandissement et la finition des trous noyautés, percés ou forés, ainsi que les surfaces internes profilées. Les opérations connexes, parfois exécutées en même temps que l’alésage, passent par le tournage, le dressage, le chanfreinage, le rainurage et le filetage.

Comment c’est fait

Prenons l’exemple d’un petit bloc-moteur à cinq manetons en ligne, nécessitant des alésages de ligne de vilebrequin. La pensée traditionnelle, pour une opération à plusieurs manetons, par exemple, implique un alésoir à patins de guidage multi-coupe pour le processus suggéré suivant (désigné ici comme Option 1.0) :
- Un alésoir pilote réalise la finition du premier maneton
- L’alésoir multi-coupe est inséré et réalise la semi-finition et la finition des manetons 2 à 5.
- L’alésoir est alors rétracté.

Ce processus présente l’avantage de se prêter aux centres d’usinage CNC horizontaux et multiaxiaux, sans nécessiter de machine d’alésage ni de dispositifs de fixation particuliers. Cependant, en fonction de la dimension de la pièce, la machine-outil doit être suffisamment rigide, à défaut de voir la qualité s’effondrer de façon spectaculaire. Egalement, l’insertion et le retrait de l’alésoir sur les alésages finis doit se faire lentement et précisément, sous peine de laisser des marques de retrait et/ou d’endommager les tranchants. Il existe une option générale d’usinage pour ce type d’alésage : l’alésage en ligne (Option 2.0). La question fondamentale à résoudre se pose de la manière suivante : comment, avec des diamètres de trous inférieurs, faire passer les lames de coupe et les patins de guidage dans les manetons non finis ?

Les fabricants de machines-outils CNC ont répondu à ce dilemme en recourant à des barres d’alésage en ligne classiques, en dotant leurs matériels d’une possibilité de « contre-paliers ».

Le processus ressemble au suivant :
- La zone d’usinage de la machine-outil soulève le bloc-moteur
- La barre d’alésage en ligne est insérée à travers le composant dans un palier à l’extrémité opposée
- Le bloc-cylindres est ajusté et maintenu en position
- Les alésages de la ligne de vilebrequin sont semi-finis et finis
- Le bloc-cylindres est soulevé et la barre d’alésage, dégagée

Le processus accélère l’insertion et le retrait et la qualité géométrique de l’alésage fini est améliorée par rapport à l’Option d’alésage 1.0 par le fait que l’outil est soutenu aux deux extrémités. Revers de la médaille : les fonctions de levage exigent une installation et une commande CNC spécifiques et le contre-palier requis au niveau des fixations rend impossible tout usinage supplémentaire de la face recto.

Les machines-outils multiaxes à plateaux basculants et/ou broches basculantes associées à des barres d’alésage plus évoluées contribuent à l’Option 2.1 d’alésage en ligne avec patins de guidage expansibles, où le processus devient le suivant :
- Un alésoir pilote est inséré et réalise la finition du maneton 5
- Le composant (ou la table de la machine) pivote de 180 degrés
- Les axes X et Y du centre d’usinage sont ajustés pour permettre l’insertion excentrique de la barre d’alésage.
- La barre d’alésage avec ses patins de guidage est centrée dans le maneton 5.
- Les patins de guidage sont déployés
- Les manetons 1 à 4 sont semi-finis et finis
- Les patins de guidage sont réintroduits
- La barre d’alésage est dégagée de façon excentrée

L’Option 2.1 fait appel à l’adaptabilité multi-axes de la machine outil. Elle conserve les avantages de l’Option 1.0 en éliminant le besoin de fonction de levage ou de butée et l’Option 2.0 avec prise en charge des deux extrémités de l’outil. Inconvénients : les mécanismes internes complexes de ce type de barre d’alésage sont coûteux et peuvent s’avérer difficiles à gérer. Une lubrification insuffisante est susceptible d’endommager les mécanismes internes sensibles et, à défaut d’une étroite surveillance, l’outil risque de se bloquer ou de s’accrocher dans la pièce et d’endommager la machine, la fixation, l’outil ou la pièce.

Une solution asymétrique

En collaborant avec le département blocs-moteurs d’un constructeur automobile majeur, l’équipe d’ingénierie de Kennametal a fait progresser la fonction alésage grâce à l’Option 3.0, l’alésage en ligne asymétrique. C’est là un progrès important en termes de géométrie, qui renforce les avantages du perçage et de l’alésage en ligne tout en éliminant pratiquement les inconvénients des deux techniques.

Comme pour la plupart des solutions de pointe, le principe de base est très simple. Les diamètres de guidage normaux sont en matériau plein ou constitué de trois patins de guidage ou plus, ne laissant à la paroi d’alésage aucun degré de liberté au moment de l’insertion et du retrait. La solution Kennametal repose sur des patins de guidage avec une configuration similaire à celle d’un alésoir à patins de guidage classique, à cette différence près que le patin de guidage, habituellement disposé à 180° par rapport au tranchant, a subi une rotation donnant toute latitude pour entrer dans la pièce de guidage et en sortir sans passer dans les alésages bruts. Grâce à cette géométrie, la barre est insérée dans les alésages bruts selon une trajectoire excentrique.

Le processus ressemble alors au suivant :
- Un alésoir pilote est inséré et réalise la finition du maneton 5
- Le composant (ou la table de la machine) pivote de 180 degrés
- La barre d’alésage asymétrique est insérée en excentré au moyen des axes X et Y du centre d'usinage
- L’outil est déplacé au centre et réalise la finition simultanée des manetons 1 à 4
-L’outil est dégagé de façon excentrée et rapidement extrait

Cet alésage en ligne asymétrique conserve tous les avantages des solutions d’alésage en ligne précédentes : précision de haute qualité, outil soutenu aux deux extrémités, ce sans nécessiter ni coûteuses fonctions de levage, ni contre-paliers obstructifs ni mécanismes critiques. Il convient également d’ajouter que les mouvements d’entrée et sortie peuvent être exécutés à des vitesses d’avance plus élevées sur des centres d’usinage classiques, ce qui renforce l’efficacité du processus.

Bien entendu, s’agissant d’une solution Kennametal, les plaquettes indexables proposées avec la configuration barre d’alésage excentrique sont également très élaborées. Les plaquettes de haute précision RI8 sont à 8 tranchants avec dépouilles prédéfinies garantissant des vitesses d’avance rapides. Le diamètre est réglable avec une précision de 1 micron. La force de serrage élevée fournie par la vis de blocage conique pallie tout effet d’affaissement.

Les plaquettes et la barre d’alésage asymétrique sont conçues pour un montage des plaquettes directement dans le corps de la barre d’alésage. On élimine ainsi le besoin de cartouches ainsi que de tolérances et espace supplémentaires.

Bref, cette solution d’alésage en ligne asymétrique accroît la robustesse d’usinage, la vitesse des processus et la qualité des perçages, réduit la maintenance et la manipulation des outillages tout en étant compatible avec les centres d’usinage CNC ; une solution idéale pour tout constructeur en quête d’amélioration des processus.

  Source : Kennametal