Un atelier d'usinage utilise une presse à forger pour réduire les coûts des pièces en titane

Les ateliers d'usinage avisés ajoutent des équipements de forgeage avancés pour créer des composants en titane de précision à moindre coût, en volume.

Pour produire des pièces complexes en titane de manière plus rentable, les ateliers d'usinage intègrent de plus en plus d'équipements de forgeage avancés pour compléter leurs capacités CNC existantes afin de créer des pièces de forme quasi nette qui ne nécessitent qu'un usinage minimal. Dans certains cas, le processus de forgeage est si précis qu'aucun usinage supplémentaire n'est nécessaire.

Il y a des avantages significatifs à inclure le forgeage dans le répertoire d'un atelier d'usinage. Grâce aux progrès récents dans les contrôles et l'automatisation des presses à forger hydrauliques, les pièces de précision en titane peuvent être forgées avec des tolérances extrêmement serrées et à un volume relativement élevé. Le forgeage réduit également considérablement les coûts d'entrée du titane jusqu'à 50 %.

Cependant, pour forger du titane selon des spécifications précises, les ateliers d'usinage nécessitent le bon équipement avec un contrôle extrêmement strict des paramètres de production. Heureusement, les progrès réalisés dans la conception, les commandes et l'automatisation des presses hydrauliques contribuent à optimiser la qualité, la production et le prix des composants.

Pour produire de manière rentable de grandes pièces complexes en titane, FPD Company, basée en Pennsylvanie, un atelier d'usinage qui produit des composants aérospatiaux et médicaux, a décidé d'investir dans une nouvelle presse personnalisée unique capable d'un meilleur contrôle avec un tonnage plus élevé.

"Nous voulions augmenter notre enveloppe de pièces forgées, et cela nécessitait une presse plus grande avec des contrôles plus sophistiqués pour les pièces en titane. Nous avions déjà une presse de 2 500 tonnes, ce qui est relativement petit pour le titane. En même temps, nous devions améliorer le contrôle, la qualité et les temps de cycle", a déclaré Jeff Speicher, directeur général de FPD.

Pour atteindre ses objectifs de production, FPD s'est associé à Erie Press Systems, un fabricant de presses de forge mécaniques et de presses hydrauliques conçues individuellement depuis 1895 qui fait maintenant partie du plus grand fournisseur d'équipement de forgeage en Amérique du Nord : Ajax-CECO-Erie Press.

Une presse de 3 000 tonnes comme celle d'Ajax-CECO-Erie Press comprend une conception de presse hydraulique, des commandes et une automatisation qui aident à optimiser la qualité, la production et le prix des composants.Ajax-CECO-Erie Press

Bien qu'Erie Press ait conçu, conçu et construit le système, FPD a apporté une contribution importante aux exigences de conception. Le résultat a été une presse hydraulique à grande vitesse personnalisée capable de produire 3 000 tonnes à une vitesse et un profil de charge entièrement contrôlés et programmables sur toute la course.

"La presse personnalisée, ainsi que notre ingénierie et notre outillage, nous permettent de maintenir constamment des tolérances extrêmement strictes lors de la création de pièces en titane pour les industries de l'aérospatiale et des dispositifs médicaux", a déclaré Speicher. "Avec le bon équipement, les pièces forgées sont extrêmement cohérentes et nous pouvons produire des formes quasi nettes qui nécessitent peu ou pas d'usinage. Si une pièce nécessite un usinage supplémentaire pour les trous, les alésages et d'autres caractéristiques secondaires, nous pouvons également le faire."

Grâce aux progrès récents dans les contrôles et l'automatisation des presses à forger hydrauliques, les pièces de précision en titane peuvent être forgées avec des tolérances extrêmement serrées, à un volume relativement élevé.Ajax-CECO-Erie Press

Selon Speicher, l'équipement de forgeage Erie Press est conçu avec un système servo-hydraulique unique qui permet un meilleur contrôle de la course de forgeage et de la force appliquée.

La commande de la presse module les soupapes de décharge servo-proportionnelles de l'accumulateur pour maintenir la vitesse programmée quelle que soit la charge, garantissant des performances de forgeage constantes. Cet agencement offre une flexibilité pour forger des pièces sur une large plage de vitesses impossible avec une configuration de taux de décharge d'accumulateur ajusté mécaniquement.

Pour certaines géométries de pièces, le taux de déformation du titane peut nécessiter des profils de vitesse variable tout au long du processus de formage. La modification du taux de déformation permet au FPD d'améliorer la durée de vie de la matrice tout en créant plus de détails en remplissant les âmes et les coins de la cavité de la matrice plus tard dans la course.

Selon Speicher, le système servo-hydraulique permet une résolution extrêmement élevée dans la définition de ces paramètres. De plus, le contrôleur de position de la presse publie (sur le serveur de l'usine de FPD) un tracé à grande vitesse ou une signature numérique correspondant au cycle de forgeage de chaque pièce pour les enregistrements historiques et la référence.

FPD peut également contrôler la presse pour frapper la pièce à une force spécifique ou à une limite de tonnage prédéfinie. De plus, la presse peut atteindre une position programmée avec une précision de position inférieure à 0,01".

L'interface homme-machine (HMI) d'Erie Press permet aux opérateurs de voir comment la presse fonctionne et d'anticiper ses performances. Ceci est accompli avec des modèles et des schémas animés dynamiques, des tendances en direct et des diagrammes.

Ajax-CECO-Erie Press a incorporé une IHM graphique conviviale dans la conception qui aide les opérateurs à surveiller ce qui se passe afin qu'ils puissent dépanner avec succès et remettre rapidement l'équipement en ligne.Ajax-CECO-Erie Press

L'IHM est une application logicielle qui présente graphiquement des informations aux opérateurs sur l'état de divers processus dans un format qui ressemble à la machine réelle ou au panneau d'affichage. Les informations peuvent être consultées localement (sur la machine) ou à distance (dans l'usine ou hors site) via un PC, un ordinateur portable ou un smartphone.

« Erie Press a intégré une IHM graphique très conviviale dans la conception qui peut guider même une personne non familiarisée avec le processus de forgeage étape par étape », a déclaré Speicher, ajoutant que le système IHM du fabricant de la presse à forger est un « jumeau numérique » virtuel de la machine réelle telle qu'elle fonctionne.

"La presse est équipée de capteurs qui surveillent la position du vérin, la sortie de la pompe, les positions des vannes, etc. et tous ces paramètres sont surveillés dans une représentation numérique de la presse. Avec l'IHM, l'opérateur voit comment la machine fonctionne en temps réel."

L'IHM aide également les opérateurs à surveiller ce qui se passe avec suffisamment d'informations pour résoudre avec succès les problèmes et remettre rapidement l'équipement en ligne si nécessaire.

Par exemple, les opérateurs peuvent rapidement "explorer" un schéma animé de niveau supérieur pour examiner les performances de composants spécifiques, tels que des vannes et des pompes, et localiser des informations sur les numéros de pièces et les schémas de câblage.

Les documents techniques PDF à jour et les schémas de chaque composant de la machine sont également consultables et peuvent être rapidement affichés selon les besoins.

L'équipement de forgeage Erie Press intègre une automatisation qui permet à l'opérateur de changer les matrices chaudes en moins de dix minutes. Un changement de forgeage est complètement automatique, ne nécessitant que des entrées sur l'IHM. Les billettes et les pièces en titane sont préchauffées dans un four électrique, tandis que l'outillage est préchauffé hors ligne.

L'opérateur, travaillant derrière un système de porte de verrouillage pour la sécurité, utilise un joystick pour transférer l'outillage dans la presse, qui est fixée hydrauliquement en place. Un code-barres est scanné sur le routeur de production, qui appelle un programme de forgeage spécifique à la pièce dans le contrôleur.

FPD a travaillé avec Erie Press pour incorporer des fonctions de sécurité telles que l'empêchement du programme de s'exécuter si les codes-barres des outils et des pièces ne correspondent pas au routeur, et une course de sécurité que l'opérateur doit exécuter avant de passer en mode automatique.

"Parce que nous produisons beaucoup de petites séries, nous pouvons installer plusieurs fois par jour et cela nous donne une capacité de production énorme", a déclaré Speicher.

Le prix unitaire peut diminuer considérablement par rapport à une pièce brute en raison de l'utilisation de moins de matériaux d'entrée, à l'aide d'une presse de 3 000 tonnes comme celle d'Ajax-CECO-Erie Press.Ajax-CECO-Erie Press

Le contrôle de la vitesse de course a également contribué à prolonger la durée de vie de l'outil.

« Avec la servocommande hydraulique, l'opérateur peut faire varier la vitesse de course de la presse avec beaucoup plus de contrôle, ce qui prolonge la durée de vie de l'outil. Selon nos statistiques internes, la nouvelle presse a prolongé la durée de vie de l'outil d'environ 50 % », a déclaré Speicher.

Il y a également des économies de coûts significatives par rapport à l'approche d'usinage conventionnelle.

« En fonction de la géométrie de la pièce, nous pouvons normalement réduire le prix unitaire de l'ordre de 30 % à 50 % par rapport à une pièce brute [usinée à partir d'une barre, d'une plaque ou d'une billette]. Cela est dû à l'utilisation de moins de matériau d'entrée – et le titane est très cher », a déclaré Speicher.

Pour les ateliers d'usinage, l'ajout d'un forgeage avancé de pièces en titane à leur capacité d'usinage existante peut non seulement contribuer à améliorer la vitesse et le contrôle de la production, mais également à réduire considérablement les coûts d'entrée, ce qui augmente les résultats.

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Del Williams est un rédacteur technique basé à Torrance, en Californie.