Le power skiving pour sortir de l’immobilisme

Les procédés de fabrication traditionnels ne sont plus toujours adaptés à la demande de productivité et de flexibilité. Le power skiving allié à l’utilisation de machines-outils récentes peut aider les constructeurs de véhicules électriques à proposer de la qualité et être plus compétitifs.

Le contrôle du nombre de tours par minute à l’aide des rapports est essentiel pour tous les types de véhicules, y compris les véhicules électriques. Toutes les transmissions des véhicules électriques sont à réducteur. Elles permettent de limiter la vitesse du véhicule pour le contrôler et moins consommer. Du fait qu’un moteur électrique est silencieux, tout bruit provenant de la transmission se remarque. Le premier objectif est donc d’éviter les bruits. C’est là que la qualité de l’usinage joue un rôle décisif : la transmission doit être aussi compacte, légère et silencieuse que possible.

Les transmissions des véhicules électriques sont essentiellement de type planétaire, les pignons satellites et le planétaire formant un ensemble compact et léger à l’intérieur de la couronne. La couronne dentée est le composant le plus difficile à produire, avec ses parois fines et sa parfaite circularité. Malheureusement, les procédés de fabrication traditionnels ne permettent pas d’atteindre ces objectifs et présentent même plusieurs inconvénients en termes de temps et de coûts.

Repenser sa manière de fabriquer

Les procédés de fabrication traditionnels reposent généralement sur des machines à un seul usage : chaque machine réalise un usinage particulier, la pièce à usiner passant de machine en machine. Il est impossible d’adapter rapidement les lignes de production aux changements de conception des composants. Le déplacement de la pièce d’une machine à l’autre peut également détériorer la qualité de la pièce en créant des écarts d’excentricité et de centrage. Le post-traitement thermique est plus difficile à contrôler et les méthodes traditionnelles d’usinage doux, suivies de processus de rectification, sont très coûteuses. Ces procédés nécessitent également un usinage supplémentaire à base d’huile pour faciliter l’usinage même et l’évacuation des copeaux.

Si l’on considère les grandes tendances qui s’annoncent en fabrication de véhicules électriques, tous ces inconvénients ne feront que s’accentuer au cours des prochaines années. On peut aussi s’attendre à des pressions accrues en matière de délais de développement de nouvelles transmissions, de productivité et de flexibilité, et de délais de retour sur investissement (ROI). De par leur nature, les « machines monotâches » vont de plus en plus miner les possibilités de flexibilité, de productivité et de rentabilité que la fabrication des pièces des véhicules électriques exige. C’est la raison pour laquelle les constructeurs doivent moderniser leurs procédés de fabrication. L’une des possibilité est d’investir dans des machines multitâches. Il est possible de diviser l’usinage des composants d’engrenages en deux processus : l’usinage doux et l’usinage dur. Ces méthodes peuvent être appliquées par une seule et même machine multitâche.

Brochage et taillage combinés

Avec les machines multitâches, certains procédés d’usinage deviennent inutiles, ainsi que le temps et les coûts qui y sont associés, et la qualité des pièces peut être meilleure. Ces machines présentent également des avantages pour le client, car outre l’amélioration de la qualité des produits, les durées de cycle sont plus courtes (ou au moins identiques à celles des solutions de production existantes). De fait, Sandvik Coromant a constaté des réductions de coûts d’au moins 30 % pour l’utilisateur final. Enfin, les constructeurs peuvent atteindre une plus grande flexibilité dans la production des futurs composants pour l’e-mobilité par un procédé qui permet de réduire la taille et le poids des composants de la transmission. Le power skiving convient à l’usinage de dentures et cannelures intérieures ou extérieures et est particulièrement productif en usinage intérieur. Cette méthode est adaptée aux productions en grandes séries qui nécessitent des temps de coupe courts.

Le concept de power skiving (qui existe en fait depuis plus d’un siècle) apparaît comme le moyen le plus efficace d’y parvenir. Cette technique combine le brochage et le taillage à la fraise-mère de manière à fabriquer des engrenages en un seul process continu. Ce procédé présente plusieurs avantages non négligeables par rapport aux méthodes d’usinage traditionnelles. Au lieu de s’en remettre à une machine à usage unique, le power skiving permet d’usiner un composant complet sur une seule machine polyvalente, pour une productivité et une flexibilité accrues. Il n’est plus nécessaire de posséder des machines spécialisées et les problèmes de qualité liés aux transferts entre machines sont totalement éliminés. Le temps de fabrication total est considérablement réduit (par rapport aux procédés de brochage, façonnage et taillage fraise-mère) et l’usinage est plus facile à gérer et plus prévisible. Cette méthode gagne en popularité : depuis 2014, plus de 700 machines-outils de power skiving ont été livrées – la majorité d’entre elles (supérieur à 60 %) étant des machines multitâches. En d’autres termes, les principaux procédés d’usinage se déroulent au sein d’une seule et même installation, ce qui améliore la qualité du composant final et permet d’être plus efficace.

Sandvik Coromant a développé ses propres outils de qualité pour le power skiving et les a optimisés pour aider ses clients à usiner avec précision les transmissions de véhicules électriques. La fraise monobloc de power skiving CoroMill 178, par exemple, peut être commandée en HSS-PM ou en carbure monobloc. La fraise à plaquette indexable CoroMill 180, avec ses logements de plaquettes à rail, est un autre exemple de précision et de répétabilité. Les outils peuvent être optimisés : rigidité, porte-à-faux, liquide de coupe, optimisation de la durée de vie utile, etc. Combinés, tous ces facteurs garantissent une productivité fiable, 24 heures sur 24. Ce sont là quelques-unes des raisons qui expliquent la popularité croissante du power skiving comme méthode d’usinage des engrenages. C’est un procédé qui permet de gagner du temps et de faire des économies, accessible aux petits fabricants, afin qu’ils soient plus compétitifs comme aux plus grands constructeurs pour les aider à sortir de leur immobilisme.