Anatomie d'une machine de découpe abrasive

Plusieurs types de machines de découpe sont disponibles pour la découpe de production de tubes et de barres, telles que les scies à froid, les scies à ruban, les lasers, les cisailles, les jets d'eau et les machines de découpe abrasives. Bien que chacune ait ses avantages et ses inconvénients, la coupe abrasive occupe une niche avec sa capacité à s'adapter à des applications spéciales, telles que des matériaux difficiles à couper ; tube qui doit être coupé proprement sans déformation grave, en particulier tube à paroi très mince; coupes courtes; et les applications qui nécessitent une minimisation des rebuts.

L'anatomie typique d'une machine de coupe abrasive automatique comprend un chargeur, une zone d'étau de machine avec tête de coupe, un système d'éjection et un collecteur, ainsi que des composants électroniques et logiciels qui contrôlent le système (voirFigure 1 ). Au cœur de ce système se trouve l'élément de coupe, la meule abrasive.

Les meules abrasives non renforcées - qui sont généralement utilisées dans les machines de coupe abrasives - sont fabriquées avec de l'oxyde d'aluminium, du carbure de silicium, de la zircone, du diamant et du nitrure de bore cubique. Parmi ceux-ci, seuls l'oxyde d'aluminium et le carbure de silicium sont utilisés pour couper les métaux et alliages ferreux et non ferreux.

Les particules d'oxyde d'aluminium ou de carbure de silicium de la roue sont liées avec du caoutchouc, de la résine ou une combinaison des deux liants. Les roues à liant caoutchouc peuvent être produites avec une épaisseur plus fine et plus uniforme que les roues à liant résine. Les disques à tronçonner à liant caoutchouc doivent être utilisés avec un liquide de refroidissement et conviennent à la coupe de production, à condition que l'utilisation de liquide de refroidissement ne pose pas de problème.

Ces meules reposent sur l'action de coupe des particules d'oxyde d'aluminium ou de carbure de silicium qui se décomposent pendant la coupe, fournissant en permanence de nouvelles surfaces de coupe. De cette façon, la meule de coupe est continuellement usée pendant le processus de coupe. L'usure des roues est donc une considération importante dans la conception des machines de production. Ses effets sont considérables dans l'économie de l'utilisation de la coupe abrasive pour la production.

Les paramètres qui affectent la performance d'une meule de coupe sont :

Directives d'utilisation . Les directives suivantes s'appliquent à l'utilisation de molettes à liant caoutchouc et à liant résine :

Brides. Les réglementations européennes et américaines régissent la taille des brides qui serrent la molette de coupe. Les brides encastrées assurent la stabilité de la roue et réduisent la flexion et l'usure de la broche. Les réglementations de la Fédération des producteurs européens d'abrasifs (FEPA) pour l'utilisation de meules de coupe abrasives non renforcées exigent une taille de bride d'au moins un tiers du diamètre de la meule de coupe. Les réglementations américaines, en particulier l'American National Standards Institute (ANSI) B7.1, autorisent l'utilisation de brides d'un quart du diamètre de la meule de coupe.

La fonction du système d'alimentation à pince est de serrer le tube ou la barre et de l'avancer dans les étaux de la machine d'une quantité prédéfinie ou d'une longueur de coupe (voirFigure 2 ). La plaque de base de l'étau d'alimentation à pince est montée sur des barres linéaires ou des guides et est déplacée soit par un vérin pneumatique, soit par une vis à billes commandée par un moteur pas à pas.

Les étaux d'alimentation à pince et les étaux de machine fonctionnent de concert. Les étaux du chargeur de pinces saisissent et font avancer le matériau dans la position de coupe. Ensuite, les étaux de la machine fixent la pièce à usiner et les étaux du chargeur à pince libèrent la pièce à usiner et reviennent à leur position d'origine.

Dans un système pneumatique, l'étau d'alimentation à pince se déplace le long de barres linéaires poussées par un vérin sans tige. La longueur de coupe est définie par la position d'une butée de précision. Cette position peut être affichée numériquement pour faciliter le réglage de la position d'arrêt (voirfigure 3).

Alternativement, lorsque la position de l'étau du chargeur à pince est contrôlée électroniquement, un moteur pas à pas ou un servomoteur fait tourner une vis à billes de précision pour positionner l'étau. Dans ce cas, des données telles que la longueur, la quantité et la perte de coupe peuvent être saisies via un clavier ou un écran tactile (voirFigure 1).

La conception des étaux de machine est essentielle aux performances de la machine de découpe (voirFigure 2 ). Ils remplissent les fonctions suivantes :

Les étaux à droite et à gauche ont des mâchoires avant à commande pneumatique. Les faces latérales intérieures de la mâchoire comportent des inserts en carbure qui guident la molette de coupe jusqu'au point de contact avec la pièce à usiner. Le liquide de refroidissement est pulvérisé dans la fente de la roue et les rainures de décharge dans les inserts en carbure garantissent que le liquide de refroidissement atteint la zone de coupe.

Deux blocs de fibres optiques sont montés sur le support de mors dans l'arc de la molette de coupe. Les fibres optiques sont connectées à des modules émetteurs/détecteurs qui détectent le tranchant de la meule. C'est la position de repos de la tête de coupe entre les coupes.

Chaque fois que l'étau du chargeur à pinces fait avancer le matériau dans l'étau de droite, la longueur de coupe précédente est poussée hors de l'étau et éjectée dans une goulotte. Pour les tubes à parois très fines ou souples, des modifications de la machine peuvent amortir la chute des pièces découpées.

L'électronique et le logiciel, qui font partie intégrante des scies abrasives modernes, permettent à l'opérateur de définir divers paramètres de coupe pour améliorer la qualité de coupe et la productivité. En plus de contrôler les fonctions de la machine susmentionnées, ils peuvent régler la vitesse des roues pour compenser l'usure des roues.

L'importance de l'usure des roues dans la conception des machines de production ne peut être surestimée. Un ensemble électronique surveille le diamètre de la meule à mesure qu'elle s'use et signale quand la meule a atteint son diamètre minimum, c'est-à-dire lorsque les flasques de la meule sont proches du haut de l'étau.

Un système typique qui surveille l'usure des roues comprend :

Ce pack électronique permet de régler le diamètre minimum de la meule qui coupera le matériau avant que la tête de coupe ne soit obstruée. Il permet également à un opérateur de faire varier la profondeur de coupe en fonction de la taille du tube ou de la barre à couper.

Parallèlement à la compensation de l'usure de la meule, il faut une vitesse constante à la périphérie de la meule de coupe (circonférence) à mesure qu'elle s'use. Cela permet d'obtenir des conditions de coupe reproductibles, quel que soit le diamètre de la meule, et prolonge la durée de vie de la meule. Pour maintenir une vitesse de périmètre de roue constante, un opérateur programme l'inverseur de vitesse de roue pour qu'il accélère à mesure que la roue s'use et que sa périphérie diminue.

Les facteurs qui contribuent à des longueurs de coupe précises sont :

Un système d'alimentation à pinces pneumatiques est généralement conçu pour effectuer des allers-retours entre les butées fixes (voirfigure 3 ). Si l'on prend soin d'éviter les rebonds lorsque l'étau du chargeur à pince entre en contact avec les butées, le système d'alimentation n'a pas d'influence majeure sur la précision de la longueur de coupe. L'intégration d'actionneurs commandés pas à pas avec des encodeurs peut améliorer considérablement la précision du système.

Enfin, l'alignement de la tête de coupe (et de la roue de coupe) avec la fente de la roue entre les étaux de droite et de gauche est crucial pour obtenir une coupe perpendiculaire ou carrée.

Lorsque ces facteurs sont pris en compte et que la machine de coupe abrasive est conçue en conséquence, des tolérances de ± 0,002 pouce sont possibles sur des longueurs de coupe courtes (3 à 4 pouces).

INCONEL et MONEL sont des marques déposées de Special Metals Corp. HASTELLOY est une marque déposée de Haynes Intl. Kovar est une marque déposée de CRS Holdings Inc.

Fédération Européenne des Producteurs d'Abrasifs, 20 Avenue Reille, 75014 Paris, France, téléphone +33-1-45 81 25 90, fax +33-1-45 81 62 94, e-mail [email protected], site Internet www.fepa-abrasives.org.

American National Standards Institute, 1819 L St., NW, Washington, DC 20036, téléphone 202-293-8020, fax 202-293-9287, site Web www.ansi.org.