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Jun 26, 2023

Les fabricants de moules se renforcent avec une technologie avancée

Moules complexes contenant des noyaux et des cavités avec des détails fins et exigeants

Les moules complexes contenant des noyaux et des cavités avec des détails fins et des exigences de finition de surface exigeantes pour le moulage par injection, le moulage par soufflage, le moulage du verre ou le moulage par soufflage nécessitent une grande précision pour une utilisation dans les produits automobiles, médicaux, aérospatiaux ou de consommation. Pour fabriquer efficacement des moules précis, les fabricants de moules sont aidés par de nouveaux développements dans les machines, les outils de coupe, la programmation FAO et la numérisation pour gagner de précieuses heures et même des jours de processus.

L'article suivant se concentre sur les nouvelles technologies qui rationalisent la fabrication de moules aujourd'hui.

La pression pour répondre à la demande des clients pour des délais d'exécution plus rapides est particulièrement difficile pour un magasin comme Moulexpert Inc., Saint-Romuald, Québec, Canada. Elle est spécialisée dans les moules d'injection multi-empreintes à parois minces pour l'industrie de l'emballage alimentaire. Pour se développer, l'atelier a recherché des machines-outils précises, répétables et polyvalentes.

Selon le PDG de la société, Steve Nadeau, il est plus difficile d'injecter du plastique dans des cavités de moule minces car les canaux d'écoulement ne mesurent que 0,015" (0,38 mm) de large. Lors de l'injection de plastique, les canaux d'écoulement minces créent une pression énorme à l'intérieur de l'outil. Même avec une bonne conception de moule, toute épaisseur de paroi inégale affectera le moule. Une machine-outil doit produire des composants de moule avec des tolérances de l'ordre de 5 µm, a déclaré Nadeau.

Alors que l'atelier se positionnait pour poursuivre sa croissance, Moulexpert a choisi la Mikron MILL P 800 U ST haute vitesse à cinq axes de GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois. Conçu pour atteindre des taux d'enlèvement et une précision élevés sur les composants de cavité de moule ronds et autres difficiles, le Mikron MILL P 800 U ST, avec une capacité de table de pièces de 800 kg, a fourni les capacités dont Moulexpert avait besoin, dans un minimum d'espace au sol.

Le Mikron MILL P 800 U ST fraise et tourne avec une broche de 20 000 tr/min et un système hydraulique qui la verrouille en place pour le tournage. La nouvelle machine a permis à l'atelier de réduire les délais et d'améliorer la productivité, en particulier pour les moules à parois minces pour les récipients de forme ronde.

"La conception compacte de la machine et sa fonctionnalité de rotation pour faire tourner les conteneurs étaient importantes", a déclaré Nadeau. « De plus, nous avons aimé les broches polyvalentes de la machine qui nous permettent de percer et de tarauder des trous dans les cavités de moules, puis de les dégrossir et de les finir avec des tolérances de 5 µm. Si nous avions acheté un tour, nous n'aurions pas de capacités cinq axes et nous aurions dû acheter deux machines.

De plus, le système breveté de protection de la machine et de la broche (MSP) protège la broche de la machine en cas de collision. La machine dispose également d'une manutention automatisée des palettes sans restreindre l'accès à la zone de travail.

Pour une production de pièces optimale, la fonction Intelligent Spindle Monitoring (ISM) de la machine permet de réduire les coûts d'outillage en prolongeant la durée de vie de la machine, en augmentant la qualité des pièces et en réduisant les temps de cycle d'usinage. ISM affiche les vibrations de fraisage dans les directions X, Y et Z pour l'optimisation du processus.

Lorsqu'il s'agit de machines-outils pour la fabrication de moules, la "taille unique" ne suffit pas. "Les fabricants de moules ne devraient pas être obligés d'acheter des solutions d'usinage dans une boîte", a déclaré Tom Dolan, vice-président, Mitsui Seiki USA Inc., Franklin Lakes, NJ. "Notre approche consiste à offrir aux clients des choix de technologie de broche, de configuration de machine et d'entraînements d'axes", a-t-il déclaré.

« [Les fabricants de moules] n'ont qu'une seule chance de fabriquer quelque chose de parfaitement bon. Le nombre de cavités [dans les moules de production] commence à se multiplier, certaines atteignant 36, 72 et 144. Plus le nombre de cavités est grand, plus les processus de fabrication doivent être reproductibles car toutes les cavités doivent être identiques », a déclaré Dolan.

« Les utilisateurs finaux de ces moules, le client de notre client, recherchent un délai d'exécution plus rapide pour la réparation ou le remplacement de ces cavités à mesure qu'elles s'usent en production. Par conséquent, les fabricants de moules ont besoin de machines capables de fournir des composants de moule précis en tant que pièces de rechange sur la route.

Mitsui Seiki a élargi ses gammes de fraiseuses à gabarit. "Nous considérons le moule comme un système et nous nous occupons en particulier des bases de moules de grande et moyenne taille, des plaques de canaux chauds et des composants plus grands", a déclaré Dolan. "Les différences entre une machine à aléser et une fraise à gabarit sont importantes. La fraise à gabarit permet aux fabricants de moules de tirer le meilleur parti d'une seule machine-outil et d'un seul système de serrage et de configuration et d'effectuer des travaux d'alésage de précision, avec un positionnement et une géométrie précis pour produire des alésages ronds et droits à des emplacements précis. De plus, avec la fraise à gabarit, les fabricants de moules peuvent effectuer des opérations générales de fraisage, de taraudage, de perçage et d'autres opérations sur le même composant sans changer de machine ou de configuration. "

Les modèles de fraises à gabarit Mitsui Seiki incluent le J1220 avec des courses de 1 200 × 2 000 mm dans les axes Y et X. Des composants plus longs peuvent être manipulés avec la J1230 avec 1 200 × 3 000 mm, et une machine plus grande, la J1625 avec une course de 1 600 × 2 500 mm peut accueillir des plaques et des pièces beaucoup plus grandes pesant jusqu'à 15 000-16 000 lb (6 804-7 257 kg).

Le nouveau broyeur à gabarit PJ812 avec une course de 800 × 1 200 mm a été récemment introduit par Mitsui Seiki pour le segment des moules de taille moyenne. Des bases plus petites et des plaques de canaux chauds peuvent désormais être fabriquées de manière économique sur la même plate-forme de machine de base qui serait capable d'usiner des profils à grande vitesse. La fabrication de ces types de composants pour le moulage par injection de plastique, le moulage par moulage sous pression, le moulage du verre ou le moulage du silicium se fait de plus en plus en Amérique du Nord, selon Dolan. Les fraises à gabarit Mitsui Seiki présentent des vitesses de broche allant de 10 000 à 25 000 tr/min, ou 30 000 tr/min avec des cônes de broche coniques HSK 100/50 ou HSK 63/40.

« La technologie de broche avancée permet l'utilisation de fraises en bout et de fraises à surfacer plus grandes, travaillant avec le côté de l'outil au lieu de simplement travailler l'outil axialement, comme c'est la norme sur les aléseuses de gabarit traditionnelles. Les fraises de gabarit ont également une variété de changeurs d'outils de grande capacité et beaucoup plus d'automatisation des processus en machine pour améliorer encore plus la productivité des fabricants de moules », a déclaré Dolan.

Iscar Metals Inc., Arlington, Texas, continue d'enrichir sa gamme d'outils de coupe adaptés à la fabrication de moules. LOGIQ4FEED, une famille d'outils de fraisage à avance rapide de petit diamètre, par exemple, présente des plaquettes étroites, en forme d'os, à double face avec quatre arêtes de coupe. La famille est conçue pour les opérations d'ébauche, en particulier lors de l'usinage de cavités profondes comme celles que l'on trouve généralement dans la fabrication de moules.

L'insert en forme d'os a quatre arêtes de coupe indexables. Chaque arête comprend deux sections d'arête : une arête de coupe principale et une arête de coupe mineure, ce qui améliore l'action de coupe dans le fraisage en rampe descendante. L'angle de coupe de 17° de la fraise avec une géométrie de coupe progressive réduit les efforts de coupe et permet une coupe en douceur.

Les diamètres de fraise vont de 0,500" à 2,00" (12,7 à 50,8 mm) de diamètre. Le jeu latéral intégré sur la plaquette permet d'utiliser les quatre arêtes sans craindre de perdre la durée de vie de l'outil lorsque vous travaillez près de parois droites, de poches lourdes ou de trous interpolés en hélice. Avec son Ap max de 0,031" (0,79 mm) avec un rayon d'angle optimal et des capacités de paroi droite, la plaquette permet d'éliminer parfois les opérations de semi-finition. Disponible avec quatre géométries d'arête de coupe et six nuances, elle offre une polyvalence d'application maximale.

La conception de plaquette étroite LOGIQ4FEED permet une densité de dents plus élevée, tandis qu'un diamètre de noyau plus grand sur le corps de fraise ajoute une résistance et une rigidité supplémentaires. Les corps de fraise sont tous dotés d'un arrosage central avec des trous pointus dirigés directement vers l'arête de coupe et d'un revêtement poli pour une résistance à l'usure et un meilleur écoulement des copeaux. Iscar élargit également la gamme d'applications de ses gammes de fraises en bout en carbure monobloc et MULTI-MASTER en ajoutant des outils de type barillet et lentille pour les applications de fraisage de profil à cinq axes.

Ces nouveaux outils de profilage constituent une nouvelle classe d'outils de coupe (un hybride) qui intègre de grands rayons tronqués dans la zone de coupe de l'outil. Cela réduit le nombre de coupes et de passes nécessaires pour une opération donnée, réduisant ainsi le temps de traitement et créant des surfaces usinées plus lisses que lors de l'application de fraises sphériques traditionnelles dans des conditions de coupe similaires.

Cette nouvelle classe d'outils convient à l'usinage d'une gamme de matériaux, y compris des matériaux exotiques tels que le titane, l'Inconel et l'acier inoxydable, selon l'entreprise. Les composants aérospatiaux et de production d'énergie (tels que les disques aubagés, les aubes de roue et les aubes de turbine), les composants de l'industrie médicale (tels que les implants, les prothèses et l'orthopédie) et les composants de fabrication de matrices et de moules (tels que le fraisage de base de moule, de noyau et de cavité) sont quelques exemples de produits qui peuvent être créés avec ces nouveaux outils de profilage à cinq axes.

Lorsqu'elles sont associées à des systèmes de FAO modernes capables de reconnaître des profils d'outils de coupe hybrides (tels que Mastercam et hyperMILL) et des machines-outils à cinq axes, ces nouvelles fraises en bout ont le potentiel de réduire le temps de cycle pour les applications de semi-finition et de finition jusqu'à 50 %, a déclaré Iscar.

La production d'une pièce moulée par injection ou moulée par soufflage acceptable dépend de la qualité de l'outillage, selon Frank Stone, directeur national des ventes, Capture 3D Inc., Farmington Hills, Michigan. « L'un des grands avantages de l'utilisation d'un scanner 3D de qualité métrologique est la quantité d'informations et de commentaires que le mouliste obtient pendant les processus de conception et de fabrication », a-t-il déclaré. « Tout d'abord, vous commencez par numériser le moule en 3D, puis vous analysez les données pour apporter des corrections au moule, ce qui s'appelle le réglage. Un objectif important pour les entreprises est de réduire le nombre de boucles de réglage, ou d'itérations, pour accélérer la mise sur le marché tout en réduisant les coûts inutiles. La phase suivante consiste à utiliser l'essai du moule pour tester la pièce afin de s'assurer que l'outil fabrique la pièce correctement », a déclaré Stone.

Il existe différents noms pour la technologie de numérisation 3D, tels que machine de mesure optique, scanner 3D à lumière blanche ou bleue, scanner 3D à lumière structurée, scanner 3D sans contact, etc. La série ATOS de scanners 3D industriels à lumière bleue structurée de Capture 3D utilise une technologie optique sans contact avec une lumière LED bleue pour capturer des millions de points en un seul balayage rapide. La série ATOS est utilisée dans diverses industries et mesure différentes tailles d'objets, finitions de surface et complexités de forme.

"L'avantage de la collecte optique sans contact des points de données par rapport à la collecte tactile est vraiment une question de nombre et de densité de points, et du temps qu'il faut pour l'ensemble du processus de mesure", a déclaré Stone. ATOS capture des balayages plein champ d'une zone volumétrique, collectant des millions de points par balayage, et un seul balayage peut être aussi rapide que 0,2 seconde. Avec la mesure tactile, il y a plus d'étapes et de temps de programmation impliqués dans l'essai et la correction du moule. Avec la technologie de lumière structurée, il n'y a pas de souci s'il y a suffisamment de données pour prendre une décision éclairée.

Les entreprises utilisent cette technologie dans divers processus, depuis la fabrication d'outils, la simulation de flux de moules et l'essai de moules jusqu'à la mesure de la pièce finale. "L'utilisation d'un scanner 3D industriel précis et de qualité métrologique accélère considérablement le processus, de la conception du moule à la production d'une bonne pièce", a déclaré Stone.

Le temps nécessaire pour numériser une pièce dépend de sa taille et de sa complexité. "L'un des avantages de notre technologie de numérisation est qu'elle est portable et peut être emportée dans l'atelier dans la zone des matrices et des moules. Nos scanners à lumière structurée capturent des millions de points de données précis à partir d'une pièce en quelques minutes", a déclaré Stone. "De plus, l'automatisation de cette technologie a été une tendance à améliorer encore le débit, la répétabilité et la productivité."

Basé sur les principes de la triangulation, l'ATOS projette un motif de franges sur la surface de la pièce et, à mesure que les motifs se déplacent rapidement lors de chaque balayage, deux caméras capturent le déplacement pour calculer les mesures de coordonnées 3D. La configuration de l'ATOS est minimale car elle ne nécessite pas de compétences en programmation spécialisées ni d'appareils de haute précision. ATOS découvre des zones discrètes et problématiques en scannant rapidement l'intégralité de l'objet dans son nuage de points. Ces zones n'auraient pas été détectées par les méthodes de mesure traditionnelles.

Ce plan numérique 3D de la géométrie de l'objet est ensuite comparé au dessin CAO avec une carte de couleurs d'inspection 3D affichant un spectre de couleurs qui signifient les zones dans et hors tolérance. Un autre avantage des données de haute qualité est la capacité de "mouler les empreintes digitales". Avec la numérisation 3D, un utilisateur peut réellement numériser le moule final après la reprise pour archiver numériquement les données à reproduire ou les modifier pour de futurs projets. Ceci est accompli en exécutant les données de numérisation via un programme CAM, selon Stone.

Vous pourriez vous attendre à ce que la pandémie de COVID-19 dévaste des segments entiers de la fabrication, et c'est le cas. Cependant, certaines entreprises, en particulier celles ayant une forte présence numérique, ont pu continuer à fournir un support de haut niveau à leurs clients. DP Technology Corp., Camarillo, Californie, développeur du logiciel ESPRIT CAM, a su adapter son réseau numérique et continuer à fournir une assistance directe à ses clients à travers le pays, que ce soit pour la programmation, l'optimisation ou la simulation de machines.

Selon Don Davies, vice-président, le logiciel ESPRIT CAM crée un jumeau numérique de tous les types de machines-outils, y compris les machines à double broche, à double tourelle, les machines de fraisage-tournage à cinq axes, les hybrides additifs/soustractifs et les tours de style suisse, entre autres, y compris les machines utilisées pour la fabrication de moules. ESPRIT fournit un code G sans modification à l'aide d'un jumeau numérique de la machine CNC, y compris la configuration des pièces, les assemblages d'outils et l'automatisation.

"Le jumeau numérique crée une représentation exacte de la machine-outil dans l'ordinateur. Notre solution consiste à demander à l'utilisateur d'appuyer sur un bouton pour créer le code, tout comme appuyer sur un bouton sur un ordinateur pour imprimer quelque chose. C'est un gain de temps considérable. Il n'est pas nécessaire d'aller et venir pour éditer et rééditer le code pour obtenir la bonne programmation", a déclaré Davies. "Les constructeurs de machines-outils proposent toujours de nouvelles machines-outils. Les bonnes durent généralement 20 ans, créant une fenêtre de temps pendant laquelle nous les soutiendrons à travers les changements de contrôles et les exigences de post-traitement."

DP Technology a fourni des licences temporaires pour permettre à ses clients de travailler à domicile et en dehors de leurs installations. "Notre réseau d'assistance numérique nous a permis de migrer assez facilement vers la formation et la consultation en ligne", a déclaré Davies. "Il n'est pas difficile d'imaginer une formation dispensée à plusieurs personnes dans une entreprise ou à plusieurs entreprises participant au même fuseau horaire. Nous ne voyons pas les réunions en face à face être remplacées à l'avenir, mais pour le moment, les voyages et les événements comme IMTS et Smart Manufacturing nous manqueront certainement car ils constituent une partie importante de notre dynamique commerciale globale."

Davies pense qu'à mesure que nous avançons vers l'avenir de la FAO, celle-ci sera dominée à la fois par le numérique et le virtuel, et que la FAO ne fera plus qu'un avec la machine-outil.

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