La qualité jusqu’au moindre détail dans l’usinage des blisks et des aubes de turbine

Pour l’usinage de composants de turbine, comme les aubes de turbine et les blisks (système aubes et disque combinés ), l’industrie aéronautique fait entièrement confiance aux compétences de la maison suisse Starrag, et ce depuis longtemps déjà. Les Suisses portent aussi leur attention sur la contribution apportée par leurs fournisseurs, avec la livraison de produits de haute qualité. Ainsi, font-ils confiance, par exemple, aux mandrins et aux machines de frettage d’Haimer.

La marque Starrag a ses origines au siège du Starrag Group à  ­Rorschacherberg en Suisse. Son marché cible est l’industrie aéronautique et le secteur de l’énergie à qui elle propose des centres d’usinage cinq axes à grande performance d’enlèvement pour l’usinage d’aubes de turbine, de rotors, de blisks et de composants complexes de très grande précision.

Depuis le début du 20e siècle, l’industrie aéronautique fait partie des principaux marchés pour les machines-outils Starrag qui se caractérisait, déjà à cette époque, par une construction rigide et solide ainsi que par leur grande exigence technologique. De ce fait, il est peu étonnant que Starrag ait figuré parmi les pionniers de l’usinage simultané en cinq axes dans les années 60. Une longueur d’avance en matière de savoir-faire qui se manifeste aujourd’hui dans la gamme exigeante de produits. Celle-ci comprend des types de machines telles que les séries STC et BTP pour l’usinage de titane. De plus, la gamme est complétée par les centres NB spécialisés dans l’usinage des blisks et par la série LX développée pour l’usinage simultané cinq axes très précis et efficace d’aubes de turbine. « Nos machines sont situées dans la catégorie supérieure en matière technologique », précise Patrik Rutishauser, responsable application engineering.

Il y a une quinzaine d’années, à la recherche d’améliorations, les spécialistes d’application de Starrag ont fait appel à Haimer, entreprise spécialisée dans le serrage d’outils. « Haimer a professionnalisé le frettage d’outils, ajoute Patrik Rutishauser. Déjà, à cette époque, la société a proposé une grande variété de mandrins de frettage ainsi qu’un banc de frettage à bobine inductive et capsules de refroidissement qui pouvait être utilisé facilement par tout le monde. Jusqu’à ce jour, Haimer a, en permanence, poursuivi le développement de sa gamme de porte-outils et de machines de frettage tout en restant fidèle à ses hautes exigences en matière de qualité. De temps à autre, nous évaluons différents systèmes ainsi que les fabricants mais il faut admettre que  les produits Haimer restent imbattables en termes de précision et de qualité. En général, nous apprécions avec la technique de frettage la possibilité de serrer des outils avec longueur de sortie courte et bien sûr les fins contours par rapport à d’autres systèmes de serrage ».

Le détail est aussi important pour les mandrins de frettage

‘’La qualité gagne’,’ telle est la philosophie de l’entreprise familiale Haimer. Cette devise met l’accent  sur le fait que tous ses produits sont exclusivement fabriqués au siège d’Igenhausen, près d’Augsbourg où la précision est contrôlable à 100%. Tous les mandrins de frettage – ainsi que les versions standard – y sont fabriqués en acier réfractaire spécifique et équilibrés à G2.5 à 25 000 tr/min ou < 1 gmm balourd résiduel. Les surfaces fonctionnelles sont rectifiées avec précision et les tolérances du cône sont encore plus précises que les prescriptions des normes en vigueur.

Pour les exigences d’usinage particulières, Haimer propose des mandrins de frettage spécifiques. Les Power Shrink Chucks, par exemple, sont spécialement adaptés aux applications de fraisage de grande vitesse et de précision. Le design breveté combine une faible tendance aux vibrations avec une grande rigidité et une conception fine au bout du mandrin. Cette forme particulière permet à l’utilisateur d’augmenter la profondeur de coupe ainsi que les avances afin d’atteindre un plus grand taux d’enlèvement tout en garantissant une bonne qualité de surface. Les Haimer Heavy Duty Shrink Chucks sont conçus pour de grands outils lors de l’usinage lourd. Ils disposent de côtes renforcées dans la zone de serrage, de contours extérieurs rigides ainsi que de rainures de dilatation brevetées au niveau de l’alésage de serrage. On obtient ainsi de grandes forces de serrage qui se laissent comparer à celles des mandrins à serrage fort. Le portfolio de porte-outils de frettage est complété par les petits Haimer Mini Shrink Chucks. Il s’agit de mandrins de frettage monobloc avec un design extrêmement fin et un contour extérieur à 3°, idéalement  conçus pour les moulistes.

Matériaux difficiles, grandes exigences de l’état de surface

Cette variété constitue un avantage pour Patrik Rutishauser. « L’usinage d’aubes en profilés extrudés comprend en règle générale deux processus, explique-t-il. Il y a d’abord l’ébauche. Il est alors important que le mandrin ait une composante amortissante afin de permettre une profondeur de coupe et des avances maximales et d’avoir un fort taux d’enlèvement en une seule opération. Ensuite, et lors de la finition, il n’y a pas de grandes forces qui entrent en jeu. Ici, une très bonne concentricité et la classe d’équilibrage sont importantes. Les Power Shrink Chucks de Haimer sont adaptés d’une manière optimale à ces deux processus d’usinage. Et si nous devons faire face à une ébauche encore plus importante, nous recourons aux Heavy Duty Chucks ».

En ce qui concerne la qualité des mandrins de frettage, Starrag ne se satisfait que de la meilleure qualité. Le titane et les autres matériaux difficilement usinables imposent de grands efforts à l’interface et à la bobine durant l’ébauche et la finition. « Ce qui est important en fin de compte, c’est la qualité de la pièce, précise le responsable engineering. La qualité doit convenir dès la première pièce, car l’ébauche en titane elle-même coûte déjà une fortune. Et nous sommes convaincus que la qualité des porte-outils se reflète dans la qualité de la pièce ». Ceci est très vraisemblable pour l’état de surface, qui représente un facteur important. Les aubes de turbine nécessitant une structure très fine afin d’être énergétiquement efficace. Aujourd’hui, le haut niveau de qualité peut être atteint grâce au fraisage, sans processus d’affûtage complémentaire. Pour l’instant, Starrag est capable d’offrir des qualités de surface de Ra=0,8 μm – les 0,4 μm sont déjà à portée de main.

Des machines de frettage haut de gamme pour un serrage d’outils rapide et facile

Pour le frettage de ses outils, Starrag possède dans son centre d’application un banc de frettage Haimer Power Clamp Profi Plus NG. Grâce à cette machine, on peut fretter et défretter tous les outils HSS et carbure à tolérance de queue h6 et d’un diamètre 3mm à 50mm en très peu de temps. Elle est équipée du système breveté de double bobine ; ainsi, la bobine s’adapte à la longueur et au diamètre du mandrin de frettage. Seule la zone de frettage est chauffée, ce qui réduit nettement le temps de chauffe et de refroidissement réalisé par un refroidissement par contact. À côté de ce banc, on trouve la solution haut de gamme pour le frettage et le refroidissement professionnels : une machine Haimer Power Clamp Premium qui offre une grande surface de travail, une manipulation simple, des capsules de refroidissement à guidage linéaire ainsi qu’un système de surveillance de température. Le banc chez Starrag dispose également d’un système de préréglage de longueur – précis à 0,02 mm près – parce que les outils doivent toujours être frettés à une longueur définie. « Les mandrins et machines de frettage de Haimer sont du standard chez nous car ils offrent les conditions parfaites pour un usinage fiable comme on nous le demande », conclut Patrik Rutishauser.

N° 77 Mai 2016