Perçage- alésage

OUTILS COUPANTS
CDJ.06.03.90.06
Perçagealésage:
outils
modulaires pour
gros travaux
Parvenir à améliorer ses opérations de perçage peut avoir des répercussions décisives
pour une entreprise de mécanique sur sa productivité, répercussions d’autant plus importantes que les pièces réalisées sont volumineuses
et reçoivent une valeur ajoutée considérable.
C’est exactement ce qui s’est avéré exact dans
une entreprise très largement engagée en fabrication de produits destinés aux activités pétrolières et gazières à partir du jour où elle a
basculé de l’utilisation d’outils classiques de
perçage et d’alésage à un système modulaire
d’outils de perçage et d’alésage à permutation
rapide. Dans la majorité des cas, cette conversion a abouti à améliorer la cadence des opérations de l’ordre de dix fois, voire plus, sur des
pièces impliquant beaucoup de perçages.
Produit très contraignant
Entre autres, cette entreprise construit des
pompes servant à expulser le sable, l’argile et
autres minéraux indésirables des tubes de forage au fur et à mesure de leur progression. Ces
pompes sont aussi appelées pompes à boue
du fait qu’elles ont pour rôle de forcer une sorte de “bouillie” à l’intérieur de ces tubes en cours
de travail sous une pression atteignant jusqu’à plus de 500 bar pour éjecter les matières
broyées lors du forage. Cette entreprise fabrique aussi toute une gamme de pièces de rechange pour ces pompes, y compris des pistons, des chemises, des valves et des sièges.
L’extrémité des tubes est un ensemble comprenant essentiellement un module d’aspiration
de forme cubique boulonné à un autre module,
deux fois plus gros, d’éjection. Les éléments secondaires incluent un chapeau de valve pour
chaque module et des composants internes comme les pistons et leurs tiges. Les deux modules sont usinés dans des blocs forgés et comportent beaucoup de trous, dont un très large
qui, parfois, vient en intersection avec des alésages et divers autres trous débouchants de
grands diamètres destinés au passage des boulons de fixation.
Usinage lent trop traditionnel
Auparavant, les modules d’aspiration et d’éjection étaient usinés sur de grosses fraiseuses et aléseuses classiques par des méthodes largement éprouvées au moyen de forets
Langue d’Aspic et d’outils à aléser monopointe. Le foret servait à percer un trou de départ d’environ 100 mm de diamètre que l’on
devait élargir ensuite aux environs de 130 mm
par des passes successives prises avec l’outil
d’alésage. Le taux d’enlèvement de métal était
déjà lent au départ mais il se trouvait, en plus,
encore pénalisé par la nécessité de fréquents
changements d’outils et par le contrôle de leur
réglage sur les machines.
Pour une
entreprise
spécialisée
ayant à réaliser
une grande
quantité de très
grosses
opérations de
perçage de
trous
demandant de
parfaites
précision et
qualité de
surface, le
recours à un
système de
perçagealésage
modulaire a
transformé
radicalement sa
manière
d’opérer et les
résultats
obtenus.
Fig. 1 L’opérateur
de cette
machine Jigmill
a simplement
à dévisser
légèrement
une vis pour
retirer la tête
d’alésage
à changement
rapide ABS
qu’il remplacera
par une autre
stockée derrière
la machine,
pouvant
travailler avec
elle en moins
de quinze
secondes.
TRAMETAL
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OUTILS COUPANTS
Fig. 2 - Un
opérateur
du tour revolver
reconstruit
et reconverti
pour devenir
une machine
très productive
de perçage
et d’alésage
vérifie
les plaquettes
du foret ABS
prêt à
être utilisé.
Lorsque l’on s’est rendu
compte que les moyens
de production en place
ne répondent plus
aux exigences des
fabrications actuelles
et que l’on
ne souhaite pas
être obligé de passer
par l’acquisition
de machines
nouvelles,
il existe une solution
limitant le montant
des investissements.
Le témoignage
exposé dans cet
article, qui est dû
à Leo RAKOWSKI
Rédacteur itinérant
à la Revue
“Modern Machine Shop”
asssociée à TRAMETAL
par un échange
d’informations,
est un exemple à méditer.
Le Lecteur en tirera
certainement une leçon
profitable.
Fig. 3 - Après
avoir percé
le trou de départ
dans un module,
l’opérateur
passe à ce type
d’outil d’alésage
ABS à deux
unités de coupe
pour agrandir
rapidement
ce trou.
çer et aléser. On a retiré la tourelle de la machine pour la remplacer par une table indexable suffisamment grande pour y monter les modules d’aspiration et d’éjection de la pompe à
boue. Le moteur a été aussi remplacé et l’on
a installé l’adaptateur ABS dans la broche.
A l’atelier, on a équipé cette machine reconstruite (fig. 2) avec un système de perçage
ABS utilisant des plaquettes de type Kub V46
constitué de trois corps de forets hélicoïdaux
destinés à percer jusqu’à des profondeurs de
4,2, de 6 et de 8 fois leur diamètre, d’une part,
et de plusieurs têtes de perçage se fixant sur
les corps de forets hélicoïdaux, d’autre part. Chaque tête de foret a des diamètres différents.
Recherche d’une solution plus rentable
Les responsables de cette fabrication s’étaient aisément rendu compte qu’il fallait trouver un moyen plus efficace d’usiner ces trous.
Ils furent donc particulièrement réceptifs lorsqu’ils eurent l’occasion de rencontrer des ingénieurs du fabricant d’outils modulaires ABS KOMET leur ayant expliqué en détail ce que ce système permet de réaliser. Il est constitué d’un
adaptateur femelle incorporé dans le nez de broche de la machine-outil et d’un porte-plaquette de coupe s’ajustant dans cet adaptateur où
il est fermement fixé par vis. Les principaux
avantages sont la facilité avec laquelle on remplace l’outil dans le nez de broche, une seule
vis ayant à être desserrée et resserrée, son
montage très précis dans l’adaptateur qui élimine le besoin de procéder à un nouveau réglage sur machine, enfin la précision de la coupe, même avec des outils présentant un grand
rapport longueur sur diamètre grâce à leur fixation mécanique très rigide garantie par le système de serrage.
Décision de s’équiper rapide
La décision de mettre en œuvre ce système d’outil en étroite coopération avec son fabricant ne fut pas longue à être prise. La machine retenue pour procéder aux premiers essais a été un tour revolver entièrement reconstruit pour devenir une machine spéciale à per-
L’entreprise a aussi acquis une jeu d’outils
d’alésage ébauche ABS à deux unités de coupe, semblables dans leur concept au système
de perçage du fait qu’ils possèdent des têtes d’alésage à changement rapide ne demandant que
de vingt à trente secondes pour leur permutation et se montant facilement sur des extensions dans l’adaptateur de la broche de la machine (fig. 3). Cet adaptateur permet, ainsi, à
l’opérateur de passer très rapidement des opérations de perçage à celles d’alésage (fig. 4).
Résultats tout à fait spectaculaires
Le perçage et l’alésage des modules d’aspiration et d’éjection s’est amélioré de façon
spectaculaire puisque si, initialement, le trou de
100 mm perçé avec un foret Langue d’Aspic
ne se faisait qu’à une cadence de 12 mm à la
minute, il atteint à présent 115 mm à la minute.
Auparavant, ce trou était agrandi entre 225 et
250 mm de diamètre par passes successives
avec un outil d’alésage monopointe sur une autre machine et les passes ne pouvaient aller
au-delà d’une profondeur de 6,5 mm avec une
avance n’atteignant pas 25 mm à la minute.
Le système actuel autorise des profondeurs de
passes de 13 à 16 mm avec une vitesse de
coupe de 230 mm/mn.
Extension de l’utilisation du système
L’amélioration spectaculaire des cadences
d’usinage en perçage et alésage ébauche a
mis en évidence les gains apportés par le système ABS installé sur une machine configurée
pour tirer le meilleur parti de son potentiel. Du
coup, l’entreprise a commencé à regarder s’il
ne serait pas possible de transférer cette technologie d’usinage à d’autres opérations d’usinage venant en aval. Cette recherche a porté
ses fruits avec la décision de procéder à une
transformation identique d’un autre type de machine pour opérer du fraisage de précision.
Après l’ébauche des modules d’aspiration et
de refoulement sur la machine spécialement reconstruite pour exploiter le système ABS, les pièces passent au traitement thermique. A leur re-
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avec, en plus, la très haute précision du système qui évite un nouveau réglage de l’outil.
De là, les modules vont ensuite à un récent
centre d’usinage TOYODA à broche horizontale
pour les opérations de finition qui incluent le
perçage de trous de boulons très profonds, le
taraudage et l’alésage finition. Ce centre d’usinage est équipé d’un magasin changeur d’outils
à cent-vingt postes qui lui permet d’aller de
l’usinage d’une pièce à une autre sans avoir à
s’arrêter pour les substitutions d’outils dans
le magasin de réserve.
Des outils au montage des pièces
Fig. 4 L’opérateur
de la machine
de perçage
et d’alésage
peut passer
en seulement
quelques
minutes
de l’une à l’autre
application
et relancer
l’usinage
sans avoir
à nouveau
à régler
ses outils
Fig. 5 L’opérateur
surveille la
finition des
modules sur
ce centre
d’usinage.
Le montage
universel
accepte
n’importe quel
type de module.
10
tour, chaque module passe par une opération
de fraisage de finition de ses six faces avant
d’être envoyé à une bonne vieille machine DeVlieg Jigmill reconstruite pour l’équiper aussi
d’un outillage ABS pour effectuer l’usinage des
alésages et des ouvertures internes (fig. 1).
Parmi les modifications apportées à la machine on retient l’ajout d’une tête de dressage
dans laquelle se monte une barre d’alésage. Là
aussi, un très gros intérêt est le chagement
rapide. L’opérateur dispose d’un palan situé
sur le côté de la table de la machine où se
trouve stockée une variété de barres d’alésage nécessaires pour le module usiné. Il a juste
à désserrer légèrement une vis avec la clé Allen que l’on voit sur la figure 1, à retirer une tête
de barre d’alésage et à en monter une autre.
La permutation peut demander moins de quinze secondes, même pour l’outil le plus pesant.
Opérations réalisées diverses
Les opérations réalisées sur la machine comprennent le contournage de la cavité du module. Les opérations d’alésage avant et arrière
sont incluses et l’opérateur a besoin de passer rapidement d’une opération à l’autre, ce
qu’autorise, bien sûr, l’adaptateur de broche
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Un ingénieur des ventes d’un fabricant d’outils ne s’arrête pas forcément à apporter des solutions outils. Son rôle est aussi d’essayer de
voir si l’on ne peut pas intervenir dans l’environnement même du poste d’usinage de la ou
des machines concernées pour tirer un parti
encore meilleur des outils mis en place. C’est
ainsi que, dans cette entreprise, celui qui a
collaboré à la solution apportée par le système d’outils ABS a partagé aussi son expérience dans la fixation des pièces pour mettre au
point un système universel de montage capable
d’accomoder n’importe quelle variété de module
d’aspiration et d’éjection passant sur la machine. Sur l’illustration de la figure 5, on voit ainsi
deux plus petits modules d’aspiration prêts à
remplacer celui beaucoup plus gros d’éjection
qui vient juste d’être usiné. Sa contribution reste, toutefois, dans l’adoption maintenant systématique du système ABS partout où l’atelier s’active dans la fabrication des modules d’aspiration et d’éjection. Et, cette systématisation a même soulevé l’enthousiasme du programmeur des
machines à CNC qui supervise aussi la fabrication puisqu’il a accepté, sans entrer dans des
chiffres précis pour ne pas trop vite informer
des concurrents éventuels, qu’à présent la production mensuelle a été accrue de dix fois.
Solutions dont on peut s’inspirer
L’amélioration est, bien entendu, pour l’essentiel le résultat des outils mis en œuvre, notamment du fait du temps économisé sur les
changements d’outils sans avoir à les requalifier après chaque utilisation. Cette différence en
représente une large part. Mais, à présent, un
autre grand avantage est la possibilité de répondre bien plus vite aux requêtes des donneurs d’ordres. Auparavant, les délais de livraison se situaient entre deux et trois mois. A présent, ils sont tombés aux environs de deux semaines. La production a été accrue à un point
tel qu’il est devenu possible de réduire les inventaires à un stock minimal, quelque chose qui
aurait été impensable auparavant, l’objectif économique à l’époque actuelle étant d’essayer de
toujours parvenir à facturer ce que l’on produit aussitôt sorti de fabrication.
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