Fabrication d'engrenages pour les applications de mobilité électrique |

Fabrication d’engrenages pour les applications de mobilité électrique |

Charge de voiture électrique intelligente dans une centrale électrique à Paris, France.

Esco propose des solutions logicielles flexibles de Power Skiving

La révolution imminente de la mobilité et les véhicules électriques qui lui sont associés font actuellement parler la ville. Pour ce qui est de leur production, plusieurs changements se profilent à l’horizon, notamment en ce qui concerne la fabrication des engrenages. La nouvelle recette du succès pour la coupe flexible des engrenages est le power skiving. Cette méthode d’usinage innovante offre un potentiel énorme pour tous ceux qui travaillent dans le domaine de la fabrication d’engrenages. Cependant, la conception et la gestion des processus de skiving nécessitent le support d’un véritable logiciel hautes performances – et c’est là qu’Esco GmbH d’Aix-la-Chapelle entre en jeu.

Le thème de l’électromobilité est omniprésent. Il semble qu’il ne se passe pas un jour sans qu’un constructeur automobile informe le public de sa future feuille de route en la matière. Et la stratégie de flotte de pratiquement tous les constructeurs s’oriente clairement vers les véhicules électriques. Cependant, ce n’est pas seulement la technologie, saluée comme le moteur du futur, qui changera vraisemblablement l’ensemble de l’industrie automobile. C’est également le domaine de la production de voitures électriques où des processus de fabrication alternatifs pourraient bouleverser tout ce qui a été fait jusqu’à présent – et le powerskiving peut certainement être classé comme une technologie perturbatrice.

Module d’entraînement de voiture électrique intégré avec une transmission automatique.

Dernière technologie

Le processus d’usinage, qui convient à une large gamme de composants et de caractéristiques de composants, a le potentiel d’améliorer considérablement la productivité, la flexibilité et le coût de la production en série de composants d’engrenage. La méthode d’usinage spéciale est un processus de coupe en continu qui est beaucoup plus rapide que le façonnage et offre un usinage plus flexible que le brochage et le taillage d’engrenages. Le power skiving, un processus de coupe d’engrenages économique et flexible, se concentre sur les engrenages internes et les engrenages avec des contours d’interférence limitant le processus. Les types d’engrenages peuvent être divers : en commençant par des engrenages à développante arbitrairement corrigés aux cannelures en passant par les profils de courroie crantée ou de pignon. Un facteur important ici est la précision qui peut être obtenue : le Power Skiving peut produire un engrenage dans une plage de modules d’environ mn = 0,3 à mn = 8 mm en qualité DIN 5.

Le concept de Power Skiving a été breveté pour la première fois en 1910 par l’ingénieur allemand Wilhelm von Pittler. Cependant, le fait qu’il a fallu près de 100 ans avant que la technologie puisse être utilisée efficacement à l’échelle industrielle était principalement dû aux défis considérables de la mise en œuvre de la technologie. C’était tout sauf trivial, surtout lorsqu’il s’agissait de bien comprendre la cinématique du processus et d’obtenir une synchronisation parfaite entre la broche porte-pièce et la broche porte-outil, même à des vitesses extrêmement élevées. En fin de compte, seules des broches à moteur électrique à haute résolution et des commandes «rapides» ont pu conduire à la percée du power skiving. De plus, pour créer des conditions d’usinage optimales, des stratégies de programmation et d’application pour la production d’engrenages de haute précision ont dû être développées.

Schéma de la machine virtuelle pour le modèle de power skiving dans le logiciel PTM.

Une alternative recherchée

Machine de mesure multi-capteurs : Werth Messtechnik.

Étant donné que ceux qui utilisaient déjà le powerskiving il y a 15 ans ont obtenu des résultats exceptionnels, un nombre croissant de fabricants de machines-outils ont également investi dans la technologie à partir de cette date. Du point de vue de l’utilisateur, l’accent était initialement mis sur le remplacement du brochage interne, car ce processus en particulier est considérablement inférieur au powerskiving – de la flexibilité moindre aux investissements d’outils plus élevés en passant par les délais de livraison améliorés pour les nouveaux outils et reconditionnement d’outils.

Même le façonnage, qui s’est considérablement amélioré ces dernières années avec des machines-outils à course rapide et des outils de coupe hautement productifs, ne peut rivaliser avec le power skiving, notamment en termes de productivité, qui dans de nombreux cas est trois à quatre fois plus élevée avec le power skiving.

Mesure d’un outil de biseautage sur une machine à mesurer tridimensionnelle multi-capteurs.

Le taillage est une autre méthode très productive, mais elle ne peut être appliquée efficacement (de manière productive) qu’aux engrenages externes et aux machines à tailler les engrenages spéciaux, car elle pose de grandes limites aux centres d’usinage multifonctionnels. Cela présente cependant un inconvénient, car les machines à tailler les engrenages sont des machines à usage unique et ne conviennent pas à l’usinage complet de plus en plus requis des composants d’entraînement. Les conceptions toujours plus compactes de l’engrenage et de l’arbre d’engrenage entraînent davantage de handicaps : la disposition étroite associée des dents d’engrenage exacerbe les conditions de collision en production, car les chemins de dépassement requis pour le taillage des engrenages ne sont plus possibles.

En revanche, c’est clairement l’occasion pour le power skiving de marquer des points : les opérations d’ébauche et de finition peuvent être réalisées sur un centre d’usinage en un seul montage et en parallèle de toutes les autres opérations. Étant donné que cela signifie en fin de compte que presque toutes les caractéristiques des composants peuvent être usinées sans manipulation coûteuse et longue des composants, il n’est pas surprenant que la demande de solutions de réduction de puissance ait fortement augmenté, d’autant plus que l’industrie automobile a investi massivement dans la mobilité électrique. En raison de l’utilisation de nouveaux systèmes de transmission dans les voitures électriques, les installations de production conventionnelles avec leurs machines d’usinage d’engrenages spécialisées ne sont souvent plus à la pointe de la technologie.

Cependant, la généralisation de la technologie dépend de la fourniture d’outils de biseautage de haute précision, qui doivent être conçus individuellement pour chaque engrenage (module, profil et nombre de dents). Des outils à profil plein en acier rapide ou en carbure monobloc et des solutions à plaquettes indexables sont utilisés. Mais surtout la conception et la fabrication de ces outils de précision hautement productifs nécessitent, en plus de l’expertise technologique, la compétence et la capacité à modéliser et simuler toutes les étapes du processus et à les optimiser numériquement. C’est exactement ce qu’esco a développé en tant que solution logicielle complète.

Un système complet

Power skiving dans le monde virtuel de PTM et HAWK.

Esco est spécialisé dans les solutions logicielles système pour le développement et la fabrication d’outils de précision jusqu’au contrôle qualité géométrique. La solution système développée pour le développement, la conception et la production d’outils de découpe électrique est basée sur le logiciel PTM (Precision Tool Manufacturing) éprouvé de longue date. Incorporant tous les processus de fabrication pertinents dans une machine virtuelle, il permet le développement d’outils, l’analyse de faisabilité et l’automatisation de la fabrication sur la base de la cartographie mathématique exacte des paramètres géométriques et cinématiques. À la base, le logiciel, qui a été lancé en 1993 et ​​complété il y a environ 10 ans par des outils logiciels efficaces pour le skiving, consiste en une bibliothèque de modèles cinématiques qui modélisent avec précision les degrés de liberté et les mouvements d’axe des processus de fabrication respectifs.

PTM for power skiving offre toutes les fonctionnalités nécessaires pour la conception géométrique des outils de power skiving – pour tout type d’engrenage, y compris les analyses de faisabilité quantitatives via la simulation de processus. Les résultats de l’analyse de la géométrie de coupe fournissent des informations importantes pour l’optimisation des données de configuration. Par conséquent, les angles de dépouille et de coupe effectifs ainsi que les vitesses de coupe peuvent être calculés et affichés pour l’ensemble de l’arête de coupe.

Pour la visualisation 3D avec des données géométriques et cinématiques exactes, esco a développé l’outil logiciel EVA4D (Esco Visualization Application 4D). EVA4D, qui est lié à la machine virtuelle, permet un paramétrage facile et l’importation de géométries de collision pour permettre un processus sans faille et sans collision.

À cette fin, toutes les conditions marginales pour une tâche d’usinage définie sont définies, testées et optimisées dans l’environnement virtuel. En plus de la conception de l’outil, cela inclut également la fourniture de données pour les outils de biseautage coniques réaffûtés : le calcul de la largeur effective est pris en charge par les fonctionnalités de programme respectives, et les données de réglage optimisées pour la durée de vie de l’outil sont calculées automatiquement – cela seul a le potentiel pour réduire le temps d’inactivité de 25 pour cent. D’autres processus et modules axés sur la technologie sont également à l’honneur, tels que le calcul automatisé des schémas de coupe axés sur la technologie avec les données de réglage correspondantes pour chaque coupe.

De la conception à la fabrication

Plus tard, PTM transfère automatiquement les données de la meule à biseauter aux modules de simulation de la rectification, y compris le calcul automatique des géométries de la meule et des trajectoires de rectification jusqu’au transfert des programmes CN de dressage et de rectification vers la rectifieuse. Pour la dernière étape de fabrication, esco propose le support logiciel nécessaire pour garantir une qualité d’outil élevée et reproductible : Le système de mesure et d’évaluation entièrement intégré HAWK offre toutes les options d’analyse dans le cadre de la mesure des engrenages à biseauter. Une caractéristique particulièrement impressionnante est que dans ce que l’on appelle la boucle fermée, une boucle de contrôle garantissant une qualité élevée et constante, les écarts mesurés sont réinjectés dans le processus de dressage et de meulage pour une compensation automatique. De cette façon, les délais de production de la conception à l’outil fini peuvent être minimisés – avec une qualité documentée et la meilleure utilisation possible des ressources. Pour une réduction supplémentaire du temps de conception et de développement ainsi qu’une continuité étendue de la chaîne de processus jusqu’à la machine (Power Skiving), le PTM pour le Power Skiving est continuellement complété par de nouvelles fonctionnalités orientées vers la pratique.

Résultat

L’efficacité des méthodes de fabrication conventionnelles dans la fabrication d’engrenages est limitée. Par rapport au powerskiving, de sérieux inconvénients surviennent au plus tard lorsque les entreprises ont besoin de plus de flexibilité et de productivité. C’est pourquoi le Power Skiving est une technologie extrêmement importante pour les fabricants d’outils et de machines qui souhaitent rester à la pointe de la coupe d’engrenages, y compris la conception et la production d’outils optimisés. Cela est encore renforcé par le fait que l’industrie montre un intérêt accru depuis un certain temps déjà. Les développements attendus dans la production de voitures électriques soulignent également le fait que cette méthode continuera à gagner du terrain et jouera un rôle encore plus important dans la production de composants d’engrenage à l’avenir. En cela, Esco peut fournir une assistance en tant que partenaire système compétent. Grâce à des méthodes de simulation efficaces et au contrôle de l’ensemble du cycle de vie de l’outil, le système logiciel de l’entreprise offre l’outil idéal pour la conception et la fabrication d’outils de biseautage haute précision et haute performance.

www.esco-aachen.de

À propos d’Esco: Depuis 1993, Esco propose des technologies de fabrication numérique et des solutions système pour la conception, la simulation et la fabrication d’outils de coupe de précision. La société possède une expertise dans les technologies d’usinage avancées telles que la fabrication d’engrenages, le filetage et d’autres applications de haute précision. Esco fournit des produits logiciels haut de gamme et conviviaux tels que Precision Tool Manufacturing (PTM) et HAWK aux principaux fabricants d’outils de coupe du monde entier. La société a son siège à proximité d’Aix-la-Chapelle, en Allemagne.

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