Grenouilles d'usinage

Jul 25, 2023

Fives Liné Machines (FLM), de Granby, au Québec, a construit un laminoir à portique vertical Gicamill R pour l'usinage des passages à niveau courants, communément appelés coeurs de croisement. FLM

Le système ferroviaire mondial est un élément vital de la chaîne d'approvisionnement mondiale et fait partie intégrante du transport de près de 2 milliards de voyageurs vers leurs destinations chaque année. Avec près de 90 000 km de voies ferrées, la Russie se classe au 3e rang mondial, juste derrière les États-Unis et la Chine.

Faire rouler les trains est une énorme responsabilité. Cependant, garder les pistes en ordre est tout aussi important. Et un élément clé du système de chenilles est la grenouille.

Une grenouille de chemin de fer, ou passage à niveau commun, est un composant de la structure mécanique de l'aiguillage ferroviaire qui permet aux roues du train de traverser d'une voie à une autre. Un nouveau cœur de pont lisse aide à garantir que le train passe en douceur vers une autre ligne.

Lorsque l'entreprise russe Murom Switch Works (MSW) a eu besoin de produire des cœurs de grenouille pour la nouvelle ligne de chemin de fer Moscou-Kazan, la première étape d'un nouveau chemin de fer à grande vitesse dans la Fédération de Russie, elle a fait appel à Fives Liné Machines, de Granby, au Québec, et à son partenaire d'outillage choisi, Iscar Tools, d'Oakville, en Ontario, pour créer le processus de fabrication nécessaire à la fabrication de ces pièces indispensables.

Pourquoi le train à grande vitesse ? C'est un calcul simple : la nouvelle liaison Moscou-Kazan réduira le temps de trajet entre les deux villes à environ 4 heures, contre 14 heures actuellement sur l'infrastructure ferroviaire existante. Avec des trains circulant à environ 400 km/h, un trajet en douceur est important.

« MSW nous a choisis pour nos services d'ingénierie et pour la machine que nous leur avons recommandée », explique Claude Perreault, spécialiste marketing et communication, Fives Liné Machines.

La machine en question est le broyeur à portique vertical Gicamill R de la société, qui est conçu et construit spécifiquement pour l'industrie ferroviaire.

Les mouvements de coulissement motorisés de la machine sont obtenus à l'aide de roulements anti-friction, y compris des glissières en acier trempé et rectifié (jusqu'à 60 HRC) avec des patins de roulement à rouleaux préchargés à haute capacité.

Ce que MSW a également apprécié, c'est le fait que la machine n'effectue pas de changement de tête.

"Par définition, un changement de tête réduit la rigidité du système", a déclaré Adrien Roubenne, directeur commercial de Fives Liné Machines. "De plus, les changements de tête augmentent le temps de cycle de la machine tout en augmentant les besoins de maintenance."

Le broyeur à portique ne nécessite aucun changement de tête, ce qui peut augmenter le temps de cycle et augmenter le temps et les coûts de maintenance. Outils Iscar

La conception de la tête du Gicamill R a un grand axe A à l'avant du vérin, au lieu d'en bas, et est spécialement conçue pour absorber d'énormes forces de coupe. La tête de fraisage à 4 axes a une capacité de déplacement de ±105 degrés. Pour MSW, l'utilisation du quatrième axe permet également de réduire le besoin de fraises de forme spéciale.

« La tête est montée en permanence sur la face avant inférieure de la pièce moulée principale, ce qui confère à la position d'inclinaison de la broche une extrême rigidité. L'entraînement de l'axe A a un couple disponible de 20 000 Nm et une broche d'une puissance allant jusqu'à 60 kW, 4 000 Nm et 2 000 tr/min », a déclaré Roubenne.

Le moteur entraîne la broche depuis l'arbre de transmission via un système de train d'engrenages coniques situé à l'intérieur du boîtier de la broche. Le système de transmission de la broche est contrôlé par la CNC, qui passe automatiquement à la gamme nécessaire en fonction des vitesses programmées. Pour une rigidité maximale, la broche utilise des porte-outils ISO/CAT 60.

« La machine a également une conception compacte qui se compose de sections rigides monoblocs de lit et de table de travail qui supportent le portique. La fondation simplifiée est moins coûteuse à construire tout en assurant une meilleure répartition de la charge », a déclaré Roubenne. "La construction robuste et rigide offre les hautes performances nécessaires pour les matériaux difficiles à usiner."

Dans ce cas, le matériau est un alliage d'acier à base de manganèse de recette russe difficile.

Alors que les trois premiers critères clés d'une bonne coupe (compréhension du matériau, de la géométrie et de la broche) déterminent les géométries, les dents et les dispositions des plaquettes des outils de coupe, les fréquences générées aident également à définir les paramètres de coupe, tels que les vitesses de coupe.

"C'est un matériau très résistant, très dur qui durcit lors de l'usinage. Il va de 26-28 HRC à 40-45 HRC", précise Christian Meunier, vendeur d'Iscar. "Il y a aussi une variation des épaisseurs à enlever."

Pour sélectionner l'outillage adapté aux opérations d'usinage, le centre technique d'Iscar a commencé par le dessin 2D de la pièce. Comprendre la référence et le rayon du rail était très important car cela déterminait la plupart des séquences de l'opération de coupe et comment elle serait effectuée.

L'entreprise a ensuite produit un ensemble d'outils spéciaux pour usiner les surfaces uniques de la pièce, y compris l'adaptation au profil du rail. Plusieurs de ses outils standards étaient capables d'usiner les autres surfaces qui ne nécessitaient pas de forme particulière.

"En plus du profil du rail et de la dureté du matériau à base de manganèse, nous avons des dimensions, un état de surface et une durée de vie à respecter", a déclaré Meunier.

La tête de fraisage à 4 axes de la machine a une capacité de déplacement de ± 105 degrés, ce qui réduit le besoin de fraises de forme spéciale. FLM

Au début du projet, Fives a lancé un appel d'offres pour sélectionner un partenaire d'outillage coupant. Cette offre a été envoyée aux quelques entreprises capables de fournir des outils pour la configuration et la pièce de la machine, et qui étaient également capables de soutenir l'utilisateur final en Russie.

Iscar a été choisi en partie parce qu'il a compris l'importance du soutien qui serait nécessaire pour le projet en Russie, mais aussi en raison de son expérience dans l'industrie ferroviaire.

L'industrie ferroviaire est un grand consommateur d'outils de coupe qui nécessite une variété d'options standard et sur mesure.

L'usinage de pièces ferroviaires représente un défi pour les fabricants comme pour les fabricants d'outils de coupe, qui doivent faire face à de nombreuses contraintes, telles que des tailles de pièce relativement importantes, des structures complexes et un profil final compliqué. Ceci, associé à la nécessité d'enlever un grand volume de matériau, d'avoir une durée de vie prévisible de l'outil et d'éviter des coûts de maintenance élevés, rend le processus difficile.

Lorsque l'équipe d'ingénieurs d'Iscar a sélectionné les bons outils et inserts pour chaque opération, de nombreux paramètres ont été pris en considération, tels que le type de matériau et les caractéristiques de puissance de la machine-outil, y compris ses dispositifs de serrage.

« La conception des outils de coupe et des plaquettes est très importante pour éviter le broutage. Les méthodes de programmation (définition de la vitesse, de l'avance et de la profondeur de coupe) sont également des facteurs importants qui pourraient faire vibrer les fraises », a déclaré Roubenne.

De nombreuses opérations d'usinage de pièces ferroviaires impliquent des outils tournants, notamment pour les fonctions de fraisage.

En fraisage, en raison du volume élevé de matière enlevée, des fraises indexables à goujure allongée (coniques et profilées) sont utilisées. Cependant, une configuration de conception modulaire en coquille peut être utilisée comme alternative aux grands fraises à goujure allongée.

Selon Daniel Durand, directeur régional des ventes d'Iscar pour le Québec, les fraises utilisées sur les grenouilles de MSW ont des plaquettes à serrage tangentiel qui améliorent la résistance globale des outils et aident à assurer une densité de dents plus élevée, ce qui améliore la productivité.

"Ces pièces particulières nécessitent des outils qui créent une bonne évacuation des copeaux, et dans cette machine, les copeaux sont éliminés avec un jet d'air", a déclaré Durand.

Aucun liquide de refroidissement n'est utilisé dans le processus, seulement un jet d'air, mais les fraises d'Iscar Tools ont des inserts serrés tangentiellement qui améliorent la résistance globale des outils et aident à assurer une densité de dents plus élevée, ce qui améliore la productivité. FLM

Iscar a choisi la taille de plaquette et la fraise pour avoir la plus grande masse possible. Cela nécessite un adaptateur et un diamètre de fraise de grande taille ainsi que de grandes plaquettes.

"Les formes de plaquettes choisies, les angles de coupe positifs, l'hélice de plaquette et les brise-copeaux nous aident à contrôler les copeaux dans ces opérations d'usinage", a déclaré Meunier.

La fixation de la pièce doit également être suffisamment rigide pour l'éliminer en tant que source de vibration pendant le processus de coupe. Fives a conçu et localisé les pinces de fixation pour utiliser la pleine capacité de la machine et de son outillage.

"La tenue de travail est très importante", a déclaré Roubenne. "Le succès dépendra de la combinaison du serrage, des outils de coupe, de la méthode de programmation et de la machine. Si le serrage crée des vibrations, la qualité de surface en sera affectée et la durée de vie des fraises sera réduite, ce qui n'est pas acceptable quand on comprend le coût de ces gros outils et le nombre d'inserts nécessaires."

La machine, construite sur le site de Fives à Granby, a effectué des coupes d'essai sur certaines des pièces réelles du client. Bien qu'Iscar ait atteint le temps de cycle d'usinage nécessaire lors du premier test, d'autres conceptions et tests d'outils seront effectués pour augmenter la productivité et la durée de vie des outils chez MSW lorsque la machine sera prête.

Idéalement, le résultat final de ce travail collaboratif sera un voyage en douceur pour les voyageurs russes.

Le rédacteur en chef Joe Thompson peut être joint à [email protected].

Fives Liné Machines, www.fivesgroup.com

Outils Iscar, www.iscar.ca

Murom Switch Works, https://aomsz.ru