La découpe de tubes au laser est la clé d'une conception plus intelligente

 

Les machines de découpe de tubes au laser prennent beaucoup de place et leur grand nombre d'axes à contrôler les rend très complexes et donc relativement coûteuses. En outre, l'usinage des tubes est moins courant que celui des tôles. Néanmoins, on constate que la popularité de ces machines augmente. En effet, leurs avantages sont nombreux et les entreprises en sont de plus en plus conscientes. Certains raccords de tubes ne peuvent être réalisés d'aucune autre manière et les machines de découpe de tubes au laser offrent une alternative intelligente aux lignes de sciage et de perçage. 

Une demande croissante

Il y a quelques années encore, la découpe de tubes au laser pouvait être qualifiée de marché de niche. Mais cela change petit à petit. Une grande partie de cette évolution est liée à la connaissance: comme les entreprises se familiarisent de plus en plus avec cette technologie, elles en voient les avantages. En outre, les constructions tubulaires ou les constructions de cadre sont intéressantes pour de nombreux secteurs: industrie du meuble, industrie automobile, construction de machines, machines agricoles...

Trop complexe pour les lignes de sciage-perçage

De nombreux tubes sont encore traités de manière traditionnelle, sur des lignes de sciage et de perçage. Il arrive aussi que des trous soient percés après que les tubes aient été redimensionnés. Cependant, cette façon de travailler est compromise en raison de la liberté de forme accrue, notamment en ce qui concerne les motifs des trous. Chaque nouveau trou implique une manipulation supplémentaire du tube et si la forme des trous dévie, la complexité augmente encore plus, surtout si ces opérations doivent être suivies de taraudages ou de fraisages et qu'il faut donc tenir compte des aspects de manutention et de logistique entre les différentes opérations. 

Plus le tube doit être manipulé et plus sa complexité est grande, plus le risque d'erreur est élevé.

la solution? Les machines de découpe de tubes au laser

Ce problème ne se pose pas avec les machines de découpe de tubes au laser. Une seule machine peut remplacer toutes ces opérations successives. En outre, la découpe de tubes au laser offre au concepteur de nouvelles possibilités. Certains raccords de tubes innovants sont impossibles avec une autre technologie. Moyennant une conception intelligente, il est possible de réduire le nombre de composants. Des pièces qui étaient autrefois composées de plusieurs éléments sont maintenant fabriquées d'une pièce, ou les tubes individuels s'emboîtent simplement les uns dans les autres. Dans les deux cas, l'assemblage est plus facile, les soudures nécessaires sont beaucoup moins nombreuses et les travaux de finition (meulage) sont également réduits. 

Configuration de base

Pour le dire très simplement, une machine de découpe de tubes au laser combine un module de découpe avec un manipulateur de tube ou un dispositif de serrage à l'extrémité de la machine qui déplace et fait tourner le tube sous la tête de découpe. La tête de coupe comporte un support pour le positionnement précis du tube. Entre les deux, un ensemble de supports veille à ce que le tuyau à couper soit à la bonne hauteur, bien centré dans le mandrin. Ces supports assurent également un guidage supplémentaire. Enfin, il y a l'alimentation et l'évacuation des tubes. Pour l'alimentation, il faut faire la distinction entre un chargeur à chaîne et un chargeur de faisceau. Alors que cette dernière option charge les tubes par paquet, la chargeuse à chaîne charge les tubes un par un. Le nombre de stations est également limité, ce qui rend la chargeuse à chaîne moins adaptée aux grandes séries.

 

L'inconvénient est qu'une chargeuse de faisceau est moins flexible. Certains fabricants autorisent la combinaison des deux possibilités de chargement. Pour le déchargement, les possibilités sont plus variées. Elles dépendent en grande partie du degré d'automatisation et de tri que vous souhaitez.

Certains fabricants tentent consciemment de limiter l'encombrement en gardant une construction aussi mince et compacte que possible, ou proposent un chargeur frontal que l'on peut placer contre le mur de manière à perdre moins d'espace. D'autres fabricants permettent de jouer avec l'emplacement des différents éléments afin que la machine s'intègre de manière optimale dans la zone de production.

Techniquement complexe

Si l'on zoome sur le processus de coupe proprement dit, on voit que la tête de coupe se déplace dans les directions y et z, perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube. Dans le cas de la découpe 3D, la tête de coupe est capable d'effectuer un mouvement supplémentaire et de s'incliner jusqu'à 45°. Le mouvement de va-et-vient sur l'axe des x (et la rotation) est effectué par le dispositif de serrage, ainsi que par le support. La coordination de ces différents mouvements permet d'obtenir les contours souhaités et est assez complexe sur le plan technique.

Elle devient encore plus complexe lorsque les mouvements de la tête de coupe et du tube sont effectués simultanément afin d'augmenter la productivité. Dans le cas des tubes très longs, on arrive rapidement à une commande à 21 axes qui, sur les plus grosses machines, sont entraînés par 30 moteurs au total.

 

A cela s'ajoutent les tolérances des matériaux, telles que la torsion, la formation de banane et les erreurs de taille et de rayon. Toutes ces variations indésirables doivent être détectées et mesurées par la machine afin que la commande puisse ensuite les compenser.

Mesure et compensation des écarts dimensionnels

Lorsque le dispositif de serrage est complètement vers l'arrière, la machine est prête pour un nouveau tube. Une fois que le tube est retiré du chargeur de faisceau ou à chaîne et positionné, le mandrin se déplace jusqu'à lui. Dès que le tube est détecté, le mandrin le serre et le centre automatiquement. A ce stade, les dimensions - les dimensions extérieures et la longueur - sont mesurées mécaniquement puis comparées à ce qui a été réglé. Dans le cas de profils plus complexes tels que les formes asymétriques (par exemple les profils de fenêtres), une caméra spéciale se charge de la reconnaissance afin que ces tubes soient également transmis correctement à la machine.

Mesure et compensation de la déformation  

L'idéal est de couper le plus près possible du support sinon il y a un risque de déformation. C'est également la raison pour laquelle au moins un fabricant fournit un support supplémentaire pour un passage de plus de 8 m. De toute façon, pour mesurer l'affaissement et le compenser dans l'axe y, on utilise un balayage laser qui mesure les deux côtés du tube.

La productivité est beaucoup plus liée à la vitesse à laquelle le tube peut être positionné qu'à la vitesse de coupe.

Détection des soudures

Compte tenu du processus de cintrage qui suit généralement la découpe, il peut être important de connaître la position du cordon de soudure. Par ailleurs, la paroi du joint est généralement plus épaisse que celle du reste du tuyau, de sorte que d'autres paramètres de coupe s'imposent si l'on veut effectuer une coupe de qualité. Tout comme la reconnaissance de formes spéciales, la détection des soudures s'effectue à nouveau par voie optique, à l'aide de caméras à reconnaissance d'images. Cela peut se faire soit à l'intérieur, soit à l'extérieur du tube.

Découpe en 3D

Lorsque la tête de coupe peut également s'incliner jusqu'à 45° en plus du mouvement yz classique, on parle de découpe 3D. Cela peut être très utile pour certaines applications. Par exemple, la coupe sous un certain angle permet de rapprocher les différents composants d'un raccord de tuyau mais elle offre aussi de nombreux avantages, notamment pour les applications de soudage. Bien entendu, cette option offre également plus de possibilités en termes de forme, ce qui peut être un argument important pour l'ordonnancement d'atelier. 

Autres options

Nous ne pouvons évidemment pas passer en revue toutes les options mais certaines sont suffisamment intéressantes pour être mentionnées. Chez certains fabricants, la tête laser peut également se déplacer sur une petite distance en y (30 mm à gauche et à droite). L'avantage? Lorsque l'on travaille sur de petits tubes, seule la tête du laser doit se déplacer, de sorte que le mouvement du tube entraîne moins de vibrations. Une deuxième option intéressante consiste à ajouter des opérations d'usinage supplémentaires. Pensez à l'intégration d'une unité de formage de fil. Couplé à un changeur d'outils, cela permet non seulement de tarauder de manière contrôlée par CN mais aussi de réaliser une collerette en utilisant le principe du flowdrill. Enfin, soulignons que la combinaison de la découpe de tôles et de tubes existe également.

 

Fibre ou CO₂?

Enfin, un mot sur la source laser. Quiconque suit un peu les développements dans le domaine de la découpe de tôles sait que, à l'exception de la découpe de plaques épaisses, la fibre a remplacé le CO₂ en tant que principale source laser. La même évolution semble se produire dans le domaine de la découpe laser de tubes. C'est logique parce que la majorité des tubes ont une paroi mince et que malgré les coupes beaucoup plus courtes, il est souvent possible de réaliser des gains de productivité. Cependant, les puissances plus élevées sont beaucoup moins pertinentes pour les machines de découpe de tubes au laser car la limitation des machines est davantage liée au poids par mètre du tube qu'à la puissance du laser. La productivité est également beaucoup plus liée à la vitesse avec laquelle le tube peut être positionné qu'à la vitesse de coupe.

Merci à: BLM Group, Bystronic, LVD et Trumpf