VIPER des emmanchements sapin

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Un fabricant d’aubes de turbine
rectification
VIPER des
emmanchements sapin
se lance dans la
d’après NCMT
J
usqu’à la moitié de 2010, l’usineur
en sous-traitance de premier niveau
JJ Churchill ne pouvait réaliser des
aubes de turbine que si les emmanchements sapin étaient pré-rectifiés
ailleurs, ou s’ils étaient incorporés par
la suite par un autre sous-traitant.
Aujourd’hui, tout cela a changé.
A la suite de l’installation d’une rectifieuse
VIPER dans les ateliers de l’entreprise, à
Market Bosworth, près de Nuneaton, en
Angleterre, les emmanchements sapins peuvent désormais être usinés en interne.
Construite spécifiquement par le fabricant de
machines-outils japonais M AKINO pour la
rectification de matériaux résistants, comme
les alliages de nickel, avec know-how sous
licence Rolls-Royce, cette machine a été
livrée par la société Makino-NCMT Grinding
Division, à Thames Ditton, en Angleterre,
agent commercial et d’assistance pour
l’Europe et les pays scandinaves.
Comme l’explique Andrew Churchill, directeur général de ce sous-traitant, et troisième
génération de la famille qui fonda l’entreprise,
“le procédé VIPER, basé sur une plate-forme
d’usinage centrale à 5 axes, est reconnu
comme étant la méthode la plus efficace pour
la rectification en creep-feed d’alliages au nickel de composants pour turbine à gaz de partie
chaude, dans un contexte de fabrication de
plus diversifiés. Il présente, en outre, l’avantage
d’effectuer des opérations de fraisage au cours
d’un même cycle, de sorte que les composants
sortant de la machine sont normalement finis,
contrairement aux méthodes traditionnelles de
rectification des emmanchements sapin, à
multiples machines, dont l’empreinte au sol est
nettement supérieure, et qui créent des
encours de fabrication en grand nombre. Nous
utilisons également la rectifieuse i-Grinder pour
la production d’emmanchements sapin sur des
aubes de compresseur, pour la partie froide de
moteurs en acier inoxydable et en alliage
Jethete, plus rapide que le fraisage, et plus
précise.”
Ce sous-traitant a été fondé en 1937, par le
grand-père de M. Churchill, Walter, pour la
production de pièces pour le moteur Merlin
monté dans les avions de chasse Spitfires et
Hurricane, que Walter pilota personnellement
au cours de la 2ème guerre mondiale. Depuis,
l’entreprise s’est développée pour devenir un
des principaux constructeurs d’aubes pour
turbines à gaz. Ces aubes sont utilisées dans
des centrales électriques à terre, des groupes
électrogènes en mer, ainsi que des moteurs
d’avion, tant civils que militaires.
Parmi ses clients, on indiquera RollsRoyce, BAE Systems, Siemens, ITP et Alstom,
tandis que, dans le secteur traditionnel de la
construction de moteurs Diesel de haute puissance, Cummins et Caterpillar/Perkins comptent parmi ses clients. Cet usineur de précision
participe généralement, en tant que fournisseur préféré, à des projets de développement,
essais et assemblage de produits à géométrie
complexe et aux matériaux complexes.»
La Makino
i-Grinder G5,
illustrée ici dans
l’atelier de l’usine
de Market
Bosworth du
sous-traitant JJ
Churchill, permet
de réaliser, dans
un même cycle, la
rectification
VIPER ou nonVIPER ainsi que
des opérations
d’usinage
traditionnelles.
«Ce créneau», poursuit M. Churchill, «nous
a permis de nous imposer dans un marché
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rectif
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VIPER, mais que cette machine se contente de
convertir un centre d’usinage à 3 axes et se
fixe sur une table à mouvements croisés pour
usiner dans les quatrième et cinquième axes,
plutôt que de les incorporer, comme le fait
Makino. Il estime que pour ses marchés de
niche, cette solution à commande numérique
CNC «trois + deux» compromet le solidité et la
précision, même si les immobilisations initiales
sont moins onéreuses.
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Mais il est indispensable de préciser que
les essais de rectification initiaux effectués sur
les deux machines pour JJ Churchill montrent
que les temps de cycle sont 10 pour cent plus
rapides sur la Makino.
Gros plan d’une
aube de
compresseur
Olympus, dont le
pied en sapin est
rectifié sur
l’i-Grinder
Makino, dans
l’établissement
JJ Churchill.
On effectue
également le
fraisage en cycle,
qui prend environ
17 pour cent du
temps du cycle.
mondial, même si nos établissements se trouvent dans un pays aux salaires relativement
élevés».
Que l’on produise des prototypes ou du
matériel en grande série, il est indispensable
de se munir d’équipements de production de
qualité supérieure, afin de réaliser des temps
de cycle les plus courts possibles, et des tolérances les plus précises.
“La rectifieuse i-Grinder, la meilleure des
machines sur le marché pour les applications
pour lesquelles elle est conçue, s’inscrit parfaitement dans cette philosophie. Il est également
indispensable de recruter, de former et de
savoir conserver une personne hautement spécialisée, et nous avons adopté un programme
d’apprentissage, qui nous permet d’assurer la
formation «maison» de personnel de talent”.
Il continue en disant qu’il existe, sur le marché, une alternative au principe de la rectifieuse
Phil Danks, un des
membres du
personnel
d’exploitation de
l’i-Grinder, utilisant le
panneau EasyCorrect
sur le côté de la
Makino pour entrer
des décalages afin
de ramener un des
composants
spécifiques de l’aube
Olympus suivante à
usiner au centre des
plages de tolérances.
Gros plan de l’écran
EasyCorrect,
illustrant des icônes
pour le porte-pièces,
et 10 composants sur
le sapin de l’aube
Olympus.
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Autre propriété conceptuelle évoluée de
l’i-Grinder : ses buses d’arrosage programmables, positionnables n’importe où, dans deux
axes à commande numérique, sur l’intégralité
des 360 degrés autour de la meule, de façon à
assimiler les variations du diamètre au fur et à
mesure de l’usure et des changements de
direction de coupe. Ceci engendre une
meilleure souplesse d’usinage, ainsi que le
perfectionnement du refroidissement de la
pièce usinée au point de coupe.
Dans le système traditionnel de production
d’aubes de compresseur, les pièces forgées
de précision sont fournies à l’usine de Market
Bosworth, les surfaces du profil aérodynamique étant dans l’ensemble à l’état fini. Il ne
reste plus qu’à rectifier les bords d’attaque et
de fuite, et d’achever les opérations éventuellement nécessaires sur le talon. Les soi-disantes méthodes de production évoluées comportent soit la fourniture, pour l’aube, d’une pièce
forgée surdimensionnée pour le fraisage au
Deux types d’aubes de compresseur en acier
inoxydable pour le moteur Olympus, dont les
formes d’emmanchements sapin ont été réalisés
sur l’i-Grinder chez JJ Churchill.
profil aérodynamique spécifié, soit un usinage
à partir d’une billette coupée à partir de laquelle on procède à l’usinage de l’aube entière, y
compris le fraisage de dégrossissage et de
finissage des profils aérodynamiques, du pied
et du talon.
En ajoutant aux procédés d’usinage susmentionnés la rectification de l’emmanchement
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sapin, on apporte à la pièce une valeur considérablement plus élevée – de l’ordre de 25
pour cent, estime M. Churchill. De ce fait,
l’i-Grinder est susceptible d’augmenter considérablement le chiffre d’affaires. D’ores et
déjà, on envisage une deuxième machine,
peut-être plus grande, pour 2012.
Une autre caractéristique attrayante de la
rectifieuse VIPER, d’après Paul Hurst, concepteur de porte-pièce et d’outils de JJ Churchill,
est le logiciel EasyGrind pour PC de NCMT. Ce
logiciel, qui fonctionne sur le modèle de CAO
fourni par le client, ou produit sur place en
SolidWorks, fait usage de macros personnalisées pour simplifier un travail de programmation qui, sans cela, serait des plus fastidieux.
Des chemins point par point pour la meule
sont attribués automatiquement en fonction
de la géométrie de la pièce, caractéristique
particulièrement utile pour l’usinage des propriétés radiales du sapin.
Plusieurs stratégies pour le dressage des
meules sont supportées : à Market Bosworth,
la meule fait l’objet d’interventions programmées au cours desquelles elle est soumise à
un dressage avec un appareil à diamant, après
la rectification d’un certain nombre de composants (le dressage en continu est supporté sur
d’autres modèles Makino).
On dispose également d’une fonction
permettant d’entrer séparément un code de
commande numérique pour le fraisage et
autres opérations de coupe des métaux en
cours de cycle. Le logiciel effectue alors le
post-traitement du fichier de FAO entier,
avant de le transmettre par lien DNC à
Makino pour la rectification de l’aube.
Lorsqu’elles parviennent à la machine, les
données du programme passent en premier
lieu dans un panneau interface homme/machine
(HMI) EasyCorrect Windows, également
fourni par NCMT, sur l’écran duquel s’affichent
des icônes pour le porte-pièce, et pour tous
les composants de l’emmanchement sapin
(généralement 10) devant être rectifié.
L’opérateur vérifie chaque composant sur une
machine de mesure des coordonnées (CMM)
MITUTOYO. Toutes les dix pièces, on entre des
décalages dans la commande pour ramener
l’aube suivante au centre de la plage de la
tolérance. Dans l’avenir, le feed-back du CMM
à la commande pourra être automatisé.
Le contact initial pour lequel JJ Churchill
utilisa sa nouvelle capacité de rectification des
emmanchements sapin fut la production de
trois types d’aubes de compresseur pour le
turboréacteur Olympus, monté auparavant sur
le Concorde, et désormais utilisé pour la propulsion industrielle et marine. Une autre tâche
est celle de la fabrication intégrale d’aubes
de turbine pour équipements d’installations
d’essais à froid.
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passera ensuite à l’étude des porte-pièces à
encapsulage permettant de maintenir les
aubes fermement en place au cours du procédé agressif et à débit de copeaux élevé qu’est
la rectification.
TÉMOIGNAGE
rectif
On passe enfin à la programmation en
EasyGrind et à la simulation du cycle en
Vericut, cette dernière apportant une certaine
tranquillité avant la coupe du métal, d’après
M. Hurst, qui décrit les cycles rapides de
48 m/min et les jeux limités des mouvements
de l’i-Grinder comme étant «effrayants»,
même s’ils sont nécessaires pour réaliser les
temps de cycle rapides qui lui permettent de
tenir tête à la concurrence.
Paul Hurst,
concepteur de
porte-pièces et
d’outils chez
JJ Churchill, illustre
l’écran EasyGrind
utilisé pour définir
les chemins des
meules sur la base
de la maquette en
CAO de l’aube. Le
code de commande
numérique pour le
fraisage est entré
séparément.
La première aube de turbine pour moteur
d’avion pour laquelle JJ Churchill utilisera son
installation de rectification VIPER pour
emmanchements sapin est celle qui sera utilisée pour la production d’aubes de moteur
Trent pour ROLLS-ROYCE. Elle remplira la
capacité de l’i-Grinder pendant deux des trois
équipes jusqu’à la moitié de 2012 (JJ Churchill
a remporté le prix de fournisseur mondial de
Rolls-Royce en 2009).
M. Hurst assure actuellement le programme habituel de pré-production, comportant en
premier lieu l’étude des molettes de dressage,
étant donné que leur fabrication par TYROLIT
comporte les délais les plus longs du projet ; il
Gros plan de l’écran
EasyGrind. Le
logiciel effectue le
post-traitement du
fichier FAO intégral
avant l’usinage de
chaque composant,
dans le cas présent
une aube Olympus,
sur l’i-Grinder G5.
Le même écran
affiche une
simulation du
programme en
Vericut avant
l’usinage de l’aube
de première
production sur
l’i-Grinder G5.
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La politique suivie par M. Churchill, comportant l’investissement de 2 à 3 millions de £
tous les ans dans des installations de qualité
supérieure, a connu un grand succès.
Précisons qu’il a placé sa commande pour
l’i-Grinder G5 vers la moitié de 2009, en pleine
récession. Nombreux sont ceux qui affirment
que les investissements contra-cycliques
effectués en période de repli de l’économie
apportent des bénéfices encore supérieurs
lors de la reprise, mais rares sont ceux qui ont
le courage de le faire.
L’entreprise est décidée à poursuivre son
expansion, et son intention est, à moyen
terme, de doubler son chiffre d’affaires. Du fait
qu’elle n’utilise actuellement que 40 pour cent
de la superficie de son établissement de
Market Bosworth, elle dispose d’une place
suffisante pour réaliser son expansion.
❏
Fondé en 1964, NCMT fut d’abord
l’agent britannique de Makino pour
les centres d’usinage comme pour
les machines d’électro-érosion.
Douze ans plus tard, la carte
Okuma s’ajouta à cette offre.
En outre l’entreprise, désormais
implantée sur trois sites est aussi
agent pour les attachements
BIG Daishowa.
Capable d’offrir des solutions complètes d’ingénierie avec de haut
degrés d’automatisation, NCMT se
lança en 2006 avec Makino dans la
configuration de machines au
procédé Viper pour la rectification
des alliages de nickel, aussi bien
dans l’aéronautique, l’énergie mais
aussi dans les secteurs du sport
automobile et du médical, ceci
dans toute l’Europe.