Big data et micro-puces dans le processus de meulage

Contrôle des processus et numérisation: ce sont les deux mots clés dans le développement de la technologie de rectification. Le big data va donc s'emparer des rectifieuses pour aller au-delà des derniers micromètres. Ou le laser jouera-t-il encore un rôle?

La numérisation dans le processus de meulage

Dans les universités techniques allemandes, de nombreuses recherches ont été menées au cours de la dernière décennie sous la bannière de l'Industrie 4.0. Aussi quand il s'agit de meulage. La numérisation s'est déjà emparée de cette technologie de précision en facilitant la programmation. Dans les années à venir, cela jouera également un rôle de plus en plus important en ce qui concerne le processus de meulage lui-même.

Boucles de contrôle basées sur des modèles

L'intégration de capteurs supplémentaires dans les machines permet de générer davantage de données sur le processus de meulage. Il s'agit par exemple de la température de la pièce ou des forces de meulage exercées sur elle, ou encore de la température du lubrifiant de refroidissement.

Des capteurs supplémentaires fournissent davantage de données sur le processus de meulage

Le Werkzeugmaschinenlabor de RWTH Aachen prévoit un changement dans l'utilisation des modèles. Grâce aux nouvelles données de mesure, il est possible de planifier le processus de meulage avec beaucoup plus de précision et d'obtenir des données pour construire des circuits de contrôle basés sur des modèles. Un facteur difficile à déterminer dans une rectifieuse est la qualité de la surface. Avec des capteurs virtuels - ou encore des modèles - cela devrait être possible à l'avenir. En collectant et en analysant les données pendant le processus, il sera de plus en plus possible à l'avenir d'avoir une bonne idée de la qualité une fois le processus terminé. Cela devrait réduire le besoin de mesures, qui prennent souvent plus de temps que l'opération de meulage elle-même. Le traitement des données en temps réel en est toutefois la condition. Ce n'est pas pour rien qu'Aix-la-Chapelle est pleinement engagée dans l'application de la 5G dans l'industrie.

Analyse de l'état de la meule

Un autre exemple de la façon dont les données modifient le meulage est fourni par l'institut de recherche IFW à Hanovre. Un système de mesure laser, stocké dans le magasin d'outils de la machine, mesure la topographie de la surface de la meule en quelques secondes. Les chercheurs utilisent ensuite l'intelligence artificielle pour analyser le résultat.

Pour ce faire, le résultat de la mesure est comparé à la surface d'une meule non utilisée. Des algorithmes déterminent ensuite de manière totalement autonome quand il est temps de rééquilibrer le disque. Le modèle détermine exactement la quantité de matière à enlever. À long terme, cette approche, en plus d'un processus de rectification sans personnel, permet donc d'obtenir une durée de vie plus longue.

Technologie de traitement des images

Plusieurs instituts de recherche allemands mènent des recherches dans ce sens. Le Kompetenzzentrum für Spanende Fertigung (KFS) de l'université des sciences appliquées de Tuttlingen utilise la technologie du traitement de l'image pour le système de mesure Grainvision développé pour la surveillance d'une meule. Grâce à la combinaison d'enregistrements d'images à haute résolution de la surface et d'algorithmes, il est possible de faire des déclarations sur l'état des grains abrasifs à la surface de l'outil.

Le principe de cette solution est qu'avec un éclairage et des caméras appropriés, vous pouvez reconnaître l'usure des grains abrasifs lorsqu'ils reflètent la lumière. Lorsque les volumes de coupe augmentent, les outils de meulage utilisés s'usent. Le système d'analyse CSF extrait ensuite les réflexions liées à l'usure à partir des images haute résolution de la surface.

Les premiers tests montrent que le système de mesure produit des résultats reproductibles. La conclusion est donc que ces systèmes de mesure contribuent à un processus de meulage plus efficace, qui fournit une certaine qualité avec plus de certitude. Les chercheurs allemands pensent que cette approche fournit un système plus robuste que l'utilisation, par exemple, de signaux acoustiques ou la mesure des forces sur la pièce à rectifier, car ces résultats dépendent de facteurs externes. À Aix-la-Chapelle, les scientifiques pensent même que les choses iront bientôt beaucoup plus loin. Dans le cadre du projet de recherche GrainVision, le KSF de Tuttlingen a utilisé des caméras à haute résolution pour détecter automatiquement l'usure d'une meule.

assistance des opérateurs

Tous ces systèmes de données offriront également une assistance renforcée à l'opérateur de meulage lui-même. D'une part, il y aura des processus entièrement autonomes; d'autre part, les données et les informations qui en découlent aideront l'opérateur à optimiser le processus.

Dans le passé, un bon meuleur disposait surtout de connaissances spécifiques, complétées par l'expérience. Aujourd'hui, les systèmes d'assistance jouent un rôle croissant, notamment dans l'amélioration des processus. Les fabricants de rectifieuses adaptent donc leurs commandes. D'une part, les opérateurs sont guidés de manière plus intuitive dans les étapes de la programmation et ne voient que les informations qui les concernent. D'autre part, la connexion avec le monde extérieur - lire: les bases de données - est améliorée.

Le laser menace-t-il le meulage?

Ces dernières années, le polissage au laser a été un sujet régulier. Les lasers à impulsions ultracourtes peuvent être utilisés pour finir avec précision les surfaces en un temps très court. Néanmoins, le professeur allemand Dirk Biermann, de l'Université technique de Dortmund, y voit une technologie complémentaire plutôt qu'une rivale de la rectification. Selon lui, il existe quelques applications de niche intéressantes, notamment dans l'industrie médicale, mais la technologie ne convient pas à toutes les applications et le seuil d'investissement est élevé.

Dans l'affûtage des outils, le laser est souvent utilisé, notamment pour l'application de brise-copeaux. Avec certains outils, cela peut être fait plus rapidement et plus facilement avec le laser qu'avec l'affûtage traditionnel des outils. Lors de la conférence sur le polissage au laser organisée l'année dernière au Fraunhofer ILT d'Aix-la-Chapelle, des résultats ont été présentés concernant le traitement des moules pour le moulage par injection d'un phare en plastique. En polissant la surface avec un laser Nd:YAG de 100W (1064 nm, durée d'impulsion de 7 nanosecondes), les chercheurs ont obtenu une rugosité de surface de 40 nm.

Intégration des processus

Le processus de rectification est parfois intégré à un centre d'usinage CNC parce que les délais doivent être réduits et que les entreprises de fabrication recherchent une solution tout-en-un. À l'inverse, il existe également des fabricants qui intègrent d'autres technologies d'usinage dans une rectifieuse. Pour des applications spécifiques, cela a du sens, mais en fin de compte, il s'agit de savoir combien d'heures de production disponibles l'autre technologie n'est pas utilisée. Le facteur décisif est donc de savoir si seule une rectification limitée a lieu (si cette technologie est intégrée dans un centre d'usinage) ou si seul un fraisage limité a lieu (si le fraisage est intégré dans une rectifieuse). Certains constructeurs de machines appliquent une règle empirique de 20% du temps total d'usinage.

Des innovations récentes ont porté l'efficacité du meulage par fluage à un niveau supérieur

Une évolution récente est l'essor du procédé de meulage dit "par fluage". Le concept existe depuis un certain temps: en rectifiant avec une avance très lente, on peut enlever plus de matière en peu de temps. En particulier avec des matériaux comme l'Inconel et le titane, elle présente l'avantage qu'une partie de la chaleur est absorbée par le traitement. Grâce au dressage continu de la meule, celle-ci reste affûtée tout au long du cycle. Avec ce procédé, l'avance est inférieure d'un facteur 10 à 100 à celle d'un meulage ordinaire, mais avec une profondeur de coupe élevée. C'est là qu'intervient la productivité, qui, dans certaines applications, est considérablement plus élevée que lors du fraisage de formes complexes.

Les innovations en matière de grains abrasifs et de liant pour les disques abrasifs ont récemment porté l'efficacité du meulage rampant à un niveau supérieur. Les grains abrasifs en céramique ont une durée de vie plus longue et la nouvelle génération de liants, combinée à une porosité plus élevée, prolonge la durée de vie du disque. La forme détermine également la capacité de la meule à évacuer les copeaux, ce qui a un effet positif à la fois sur la durée de vie de l'outil et sur l'accumulation de chaleur. Lors de l'usinage des aubes de turbine, cette technologie permet d'effectuer l'usinage en une seule passe.