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Comment conduire un test d’affûtage ?

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Trop souvent, le potentiel des meules d’affûtage n’est pas pleinement utilisé par manque d’approche systématique. L’article qui suit décrit une telle approche qui pourra vous permettre de définir les paramètres fondamentaux des processus d’affûtage.

Cette méthodologie s’applique aussi bien aux rectifieuses de profil conventionnelles qu’au taillage de goujures en production de fraises ou de tarauds, et ce, avec des abrasifs conventionnels ou des superabrasifs.

La méthode recommandée est structurée selon un processus en six étapes. Quelques formules simples sont utilisées pour définir les paramètres essentilels.


Les étapes à suivre:
 

  1. Objectif
  2. Préparation
  3. Conduite
  4. Evaluation
  5. Enregistrement
  6. Publication


Objectif

Avant toute chose, définissez clairement ce que vous, ou d’autres, cherchez à obtenir. Certains objectifs peuvent être contradictoires comme par exemple vouloir augmenter le taux d’enlèvement de copeaux en cherchant dans le même temps à accroître la stabilité du processus. Voici une liste d’objectifs possibles:

  1. Résoudre un problème existant (suréchauffement, finition, stabilité dimensionnelle)
  2. Améliorer la productivité du processus par exemple en prolongeant la durée de vie des meules
  3. Obtenir un enlèvement de copeaux élevé de façon à réduire les durées de cycle
  4. Tester une nouvelle spécification
  5. Obtenir des résultats plus reproductibles


Préparation

Si vous souhaitez tester un processus en cours, identifiez les facteurs essentiels et prenez-en note, en particulier:

  1. Taux d’enlèvement de copeaux Q’w ou Q-prime (rappelez-vous que Q’w = (vw x ae)/60 = (avance vw en mm/min x profondeur de passe ae n mm, divisé par 60)
  2. Vitesse de meule vc
  3. Avance vw
  4. Somme totale de la profondeur de passe et de la tolérance d’affûtage ae et nombre de coupes
  5. Vérifiez que les buses sont en bon état, mesurez et notez la position des buses
  6. Mesurez la température du lubrifiant d’arrosage (matin et soir) et vérifiez les débits
  7. Paramètres de dressage tels que rapport de vitesse qs, avance, dressage synchrone ou asynchrone
  8. Vérifiez l’ampéremètre pendant le cycle d’affûtage. Notez la valeur la plus haute enregistrée lors de l’ébauchage
  9. Notez la durée de l’affûtage à vide et des déplacements. Rappelez-vous que le temps réel d’affûtage ne représente souvent que 20 à 30% du temps de cycle total. Il est souvent plus facile de réduire les temps de cycle en réduisant l’affûtage à vide plutôt qu’en augmentant l’avance.


Choix de l'abrasif et du liant

Pour la rectification de profil, choisissez un oxyde d’aluminium friable (Al2O3) dans un liant vitrifié. Pour le taillage de filets de tarauds, choisissez un Al2O3 monocristallin. Pour la rectification de goujures de tarauds avec des abrasifs conventionnels, choisissez un grain en céramique avec un liant résine. Le taillage d’outils au carbure nécessite des meules en diamant, avec des liants hybrides, du type de la série NaxoForce, ou dans un liant résine de haute performance. Les fraises en acier à outil demandent des meules CBN, dans un liant soit hybride, soit vitrifié ou encore résine dans cet ordre de préférence. En ce qui concerne la taille du grain, choisissez le grain le plus gros possible, compte tenu des exigences en matière de rayons de bec et des contraintes concernant la finition de surface. Souvenez-vous qu’une diminution de moitié de la taille du grain signifie huit fois plus de grains dans le même volume, ou quatre fois plus de grains pour la même surface de contact. Ce qui se traduit par un accroissement de la friction et une diminution de l’arrivée du lubrifiant d’arrosage.

Avant de lancer un cycle, demandez à l’opérateur quels sont les principaux problèmes qu’il a rencontrés. Parmi les questions à poser:

  1. La meule perd-elle ou a-t-elle perdu sa forme?
  2. Avez-vous constaté des suréchauffements ou des broutements?
  3. Le processus est-il stable?
  4. Comment s’effectue l’alimentation du lubrifiant d’arrosage? Reste-t-elle la même pendant toute la durée d’un poste?
  5. L’assemblage est-il rigide? Y-a-t-il des vibrations?
  6. Pouvez-vous maintenir la stabilité dimensionnelle?


Essai

Si vous utilisez une meule à liant vitrifié, baguez-la avant de la monter. Utilisez des tampons en plastique entre le flasque métallique et la meule vitrifiée. Serrez les vis du flasque avec une clé dynamométrique. A moins que d’autres valeurs de serrage ne soient données, effectuez un serrage de 20 pieds-livres, soit environ 30Nm, pour des meules à porosité induite. Les meules superabrasives à corp métallique ne nécessitent ni flasques plastiques, ni clés dynamométriques.

Si vous pensez que les paramètres existants pour une meule donnée sont cohérents, répétez ces paramètres avec une nouvelle spécification de meule et comparez les résultats.

Supposons que vous conduisiez un test de meule vitrifiée et que vous n’avez que quelques heures pour le faire, pensez alors à réduire le diamètre de la meule d’essai, à mi chemin entre le diamètre d’une meule neuve et celui du moyeu central. Souvent une meule neuve donne d’excellents résultats mais ses performances diminuent au fur et à mesure que son diamètre diminue. Gardez à l’esprit qu’un diamètre de 100 mm correspond à une circonférence de 314 mm et donc que la même charge de travail doit être effectuée par un nombre beaucoup plus petit de grains abrasifs lorsque le diamètre diminue.


Paramètres de dressage

Supposons que vous ayez à entreprendre un nouveau travail d’affûtage pour lequel vous ne disposez d’aucune donnée historique. Si le processus autorise un dressage avec des molettes diamant rotatives, commencez par un dressage synchrone en fixant le rapport de vitesse qd à 0,8 et l’avance de la molette diamant ad entre 0,5 µm à 1 µm par tour pour les abrasifs conventionnels. Si vous employez du CBN, réduisez l’avance par tour à 0,2 µm. La série NaxosForce offre également des meules diamant pouvant être dressées.

 

 

Dressage synchrone et asynchrone


Les molettes de dressage de forme ont un rayon prédéfini qui permet de dresser les meules en utilisant deux des axes de la machine et d’obtenir le profil de meule requis. Dans ce cas, la vitesse d’avance vd doit être fixée de telle façon qu’on obtienne un taux de recouvrement ud de 4 à 6. Plus le recouvrement ud est petit, plus la meule assurera une coupe agressive et franche. L’avance latérale vd, dont vous trouverez la formule à la fin de cet article, dépend de la vitesse de rotation de la meule en tr/min (ns) et du rayon de la molette (r).

 

 

Avance vd d’une molette de dressage de forme
 

Paramètres d’affûtage

Pour trouver l’avance vw, utilisez le taux Q’w (Q-prime) spécifique au type de matériau donné, exprimé en enlèvement de copeaux (mm3) par mm de largeur de meule par seconde (mm3/mm/sec): Q’w = (avance vw x profondeur de passe ae) / 60. Les valeurs suivantes peuvent servir de points de départ:

  • Rectification de profil sur acier trempé: 5 à 10 mm/mm/s
  • Rectification de profil sur alliage nickel aéronautique: 10 à 20 mm3/mm/s
  • Taillage de goujures de tarauds avec meules à liant résine: 10 à 20 mm3/mm/s
  • Taillage de goujures de fraises carbure: 6 à 12 mm3/mm/s


Ces valeurs varient selon la rigidité de la machine, des particularités de la pièce, de la dureté et de la microstructure du matériau à tailler.

Si possible, essayez de travailler en opposition, car ce mode génère des forces moins élevées et donc diminue les risques de suréchauffement et de courbure de la pièce. Selon le type d’opération, le nombre de passes doit être maintenu aussi bas que possible. Pour réduire les temps de cycle, il est préférable de diminuer le nombre de passes plutôt que d’accroître l’avance. Toutefois, si l’objectif est la réduction du temps de cycle, et qu’il faille choisir entre accroître la profondeur de passe ou bien l’avance, il vaut mieux choisir d’augmenter l’avance car la meule assurera alors une coupe plus agressive et plus franche.
 

Évaluation

Avant d’effectuer des modifications à une opération d’affûtage, laisser tourner la machine avec les paramètres existants pendant un certain temps, de préférence pendant toute la durée de vie d’une meule si vous travaillez avec des abrasifs conventionnels.

N’oubliez pas que la règle d’un bon ingénieur est de ne modifier qu’un paramètre à la fois, d’observer les changements qui en résultent, et de ne procéder à des ajustements qu’après avoir effectué une évaluation.

Effectuez un contrôle des pièces en ce qui concerne l’exactitude des dimensions, la présence de bavures et de défauts d’affûtage (suréchauffement). Si vous avez déjà éliminé les passes superflues, accroissez l’avance pour réduire les temps de cycle. Pour réduire l’usure des meules, diminuez l’avance de dressage. Par exemple, pour une opération de rectification de profil avec dressage continu, diminuez l’avance de 0,8 à 0,6 micron/tour. Si possible, poussez la meule jusqu’au point de rupture ou de suréchauffement. Dans ce cas, et particulièrement en ce qui concerne le suréchauffement, il peut être préférable d’utiliser des pièces rebut.


Relevé de charge sur une rectifieuse de profil

 
Si votre ampéremètre montre que vous tournez à 20% de la charge maximale, augmentez l’avance en blocs de 20%. Si l’ampéremètre indique vous tournez à 60% de la charge maximale, procédez à des augmentations par blocs de 10%. Rappelez-vous que l’important est d’avoir un processus stable. Il ne sert à rien d’obtenir des résultats qui semblent initialement excellents mais qui se dégradent au prochain changement d’équipe. Une fois que vous avez atteint le point limite, que ce soit un suréchauffement ou une rupture de meule, réduisez l’avance de 20% pour atteindre un niveau confortable assurant la stabilité du processus.

Qu’avez-vous observé? Comment la meule a-t-elle fonctionné? Une perte de forme est le signe d’une ou plusieurs possibilités:
 

  • La meule est trop tendre
  • La vitesse de surface est trop lente (augmentez-la par intervalles de 3 à 5m/s)
  • L’avance est trop élevée
  • Le dressage est insuffisant
  • La taille du grain est trop grosse


Y-a-t-il eu suréchauffement lors de l’opération?

Vérifiez si la meule est coupante après son dressage. Pour cela, stoppez la meule complètement et touchez-la avec le bout des doigts. Si la meule vous semble lisse, c’est qu’il faut modifier vos paramètres de dressage ou, si vous utilisez des superabrasifs, qu’il faut la traiter avec un bâton à dresser. Vérifiez l’alimentation en lubrifiant d’arrosage. La buse est-elle en bonne position? Le flux de lubrifiant est-il interrompu par la pièce? La vitesse de surface est peut-être trop élevée. Essayez alors de réduire la vitesse de la meule de 3 à 5 m/s. Vous pouvez également accroître l’avance pour augmenter l’auto-avivage de la meule. Dans ce cas, procédez à des augmentations de 10% à la fois.


Enregistrement

Créez votre propre feuille de calcul, détaillant tous les paramètres essentiels pour chacune des passes nécessaires à la fabrication d’une pièce. Les paramètres à enregistrer sont les suivants:

 

  1. Vitesse de meule vc
  2. Profondeur de passe ad
  3. Avance vw
  4. Enlèvement de copeaux Q’w
  5. Épaisseur moyenne de copeaux hm
  6. Agressivité de la meule Fa
  7. Taux de dressage qd et quantité de dressage ad
  8. Charge d’ampérage en %
  9. Temps de cycle: tc


Publication

Partagez vos résultats avec vos collègues et construisez une banque de données qui vous permettra d’obtenir plus rapidement des résultats lorsque vous aurez à exécuter un essai similaire.
En utilisant une méthode systématique telle que celle qui vient d’être présentée, vous renforcerez la stabilité et la rentabilité des processus, garantissant ainsi une utilisation optimale du potentiel qu’offrent les meules modernes.



Formules et abbréviations
 
Fa (facteur d’agressivité (de 20 à 30))   
Q’w (Q-prime):  
hm (épaisseur moyenne de copeaux):  
vd (avance des molettes de dressage de forme)  
qd (rapport de vitesse de dressage)  
qs (rapport de vitesse d’affûtage)  

·         ad = profondeur de passe des outils de dressage par passe ou par tour en mm

·         ae = profondeur de passe par passe en mm

·         ds = diamètre de la meule en mm

·         ns = Rotation de la meule en nombre de tours par minute

·         qd = rapport de vitesse entre la meule et la molette de dressage

·         tc = temps de cycle en secondes

·         ud = rapport de recouvrement des molettes de dressage (de 4 à 8)

·         vc = vitesse de surface en m/s

·         vd = avance des molettes de dressage en mm/min

·         VR = vitesse de surface des molettes de dressage en m/s

·         vw = avance de la pièce en mm


Article fourni par Walter Graf, Responsable Marketing, Winterthur Technology Group 2011

 

10 décembre 2011