Outil de serrage: l'alliance de la puissance et de la finesse

La déformation de l'objet est hors de question

Les systèmes de serrage constituent le lien entre l'outil et la machine. La qualité est le maître-mot ici. Les équipements de serrage doivent répondre à de nombreuses exigences, notamment une grande fiabilité des processus, un parallélisme élevé, une grande précision d'équilibrage et une force de serrage maximale. On s'attend à ce que la technique de serrage soit de plus en plus intégrée dans le processus d'usinage global, pour finalement former une unité avec la commande de la machine CNC.

Déséquilibre

Dans toute technique d'usinage, il est nécessaire de serrer les objets pour qu'ils puissent être usinés soigneusement et en toute sécurité. Les systèmes de serrage constituent la liaison entre l'outil et la machine, c'est pourquoi le bon choix de l'équipement de serrage est crucial. En effet, il détermine l'efficacité de l'usinage et, par conséquent, la qualité du produit final.

Un mauvais serrage a un impact majeur sur la précision. Un déséquilibre peut être désastreux, non seulement en termes de qualité de l'objet, mais aussi en termes de durée de vie de l'outil.

trinité

En termes de qualité, la machine, le porte-outil et l'outil devraient toujours former une trinité. L'utilisation d'outils de serrage appropriés offre plusieurs avantages, notamment la maximisation de la productivité, une flexibilité et une sécurité accrues et l'élimination de l'ajustement des tolérances.

Le système de serrage, l'outil et la machine
forment une trinité qualitative

En réduisant le (pré)réglage partiel des pièces et le temps de serrage, il est possible d'augmenter le taux d'utilisation de la machine concernée, à condition que les dispositifs de serrage soient traités avec le plus grand soin. Cela permet non seulement de prolonger leur durée de vie, mais aussi de les utiliser de manière fiable et sûre.

Table de serrage
Une table de serrage est utilisée pour l'usinage reproductible et très précis d'objets compliqués ou de constructions encombrantes. Le terme 'table' a d'ailleurs perdu son sens depuis longtemps: il s'agit de plus en plus de systèmes multifonctionnels et polyvalents. Les tables de serrage permettant d'effectuer des travaux en 3D sont relativement récentes. Ce genre de système permet de fixer et de positionner des structures rapidement et avec une grande précision, puis de les préparer, de les fixer et de les parachever en 3D d'une manière relativement simple mais extrêmement précise.

EXIGENCES

Les dispositifs de serrage modernes doivent répondre à un large éventail d'exigences, notamment une grande fiabilité des processus, un parallélisme élevé, une grande précision d'équilibrage et des forces de serrage maximales.

Les conditions suivantes s'appliquent:

• le dispositif de serrage doit être couplé à la machine-outil de manière à ce que sa position au début de l'usinage soit connue;
• la position du dispositif de serrage doit être maintenue pendant l'usinage;
• le dispositif de serrage ne doit pas déformer l'objet sous l'influence de la force de serrage;
• le dispositif de serrage doit transmettre au produit une force de serrage suffisante pour pouvoir absorber les forces d'usinage.

CHOIX DE l'outil DE SERRAGE

Critères

Le choix de l'outil de serrage est largement déterminé par trois paramètres:

• La forme et le matériau. Pour un objet large et fin, on utilise souvent le serrage par le vide sur une table à vide  ou un gabarit à vide sur mesure (voir encadré). Pour les objets métalliques, les forces associées à l'usinage sont importantes. La force de serrage doit alors être telle que l'objet ne se déplace pas.
• Le type de machine et la nature de l'usinage. Les deux sont inextricablement liés: le fraisage simultané sur 5 axes nécessite une approche différente de celle d'un travail de fraisage relativement simple. Quels sont les outils utilisés par la machine? Il est également important de savoir si elle fonctionne avec un cobot, par exemple.
• Taille des séries et temps de cycle. Si un produit est prêt en une minute alors que le temps de serrage est de deux minutes, il ne s'agit pas d'un traitement efficace. C'est le cas si le temps de serrage est de 2 minutes pour une grande série avec un temps de cycle de plusieurs heures.

Fixation par le vide
La fixation d'un objet par le vide se fait en connectant une pompe à vide à la table de serrage. Le vide créé par la pompe aspire l'objet et le fixe. Une autre technique consiste à utiliser un éjecteur à vide. Il s'agit d'un tube avec un rétrécissement dans lequel de l'air comprimé est introduit par un petit trou, puis évacué par un tube plus large. En raison de la vitesse élevée à laquelle cela se produit, l'air résiduel entraîne avec lui une telle quantité d'air ambiant que cela crée une pression négative (effet Venturi). De cette manière, il est également possible de serrer des objets en plastique, ce qui n'est évidemment pas possible avec le serrage magnétique.

Secteur métallurgique

Dans le secteur métallurgique, on peut citer un certain nombre d'outils de serrage couramment utilisés.

Les pointes sont utilisées pour soutenir des objets cylindriques dans le tour. Il peut s'agir de blocs en V, par exemple, et ce, tant dans le plan supérieur que dans le plan inférieur. Il existe également différents types de pointes entre lesquelles on peut serrer un cylindre. Il s'agit par exemple d'une pointe fixe et d'une pointe tournante, équipées ou non d'accessoires séparés, tels qu'un chasse-cônes, un tube ou une pointe creuse. 

Les mandrins – à centrage automatique ou non – ont des mors interchangeables pour le serrage interne et externe. Il existe des mandrins à deux, trois, quatre ou six mors. On choisit souvent un mandrin à trois mors car dans ce cas, aucun des trois mors n'est moins performant que les deux autres.

Les pinces mécaniques ou parallèles sont parmi les dispositifs de serrage les plus couramment utilisés. Ce genre de dispositif peut comporter une mâchoire fixe et une mâchoire libre, mais aussi deux mâchoires mobiles ou une mâchoire fixe et une mâchoire (pendulaire) libre réglable. Cette dernière peut être utilisée pour serrer des objets de forme irrégulière; les mâchoires ne sont alors plus parallèles.

Les plateaux magnétiques sont utilisés pour serrer des objets fins qui ne peuvent être serrés autrement. Les conditions à remplir sont les suivantes: le matériau utilisé doit être magnétisable, la surface d'appui doit être suffisamment grande et de la bonne forme, l'objet ne doit pas être trop haut et la force de maintien magnétique doit être suffisante.

Les plaques de serrage sont utilisées pour serrer un objet par le haut. La plaque de serrage assure la fixation en serrant un écrou, la force de serrage devant être verticale par rapport à la pièce à usiner. Pour obtenir une bonne charge, l'écrou et la rondelle sont convexes et concaves.

Les sauterelles rapides permettent de gagner du temps, car il n'est pas nécessaire de serrer des écrous. Une sauterelle rapide doit être réglée pour obtenir une pression maximale. Il existe plusieurs versions: avec un principe de levier, avec un levier excentré ou par pression d'huile ou d'air, des cylindres de pression reliés serrant l'objet à différents endroits.

La pince de serrage et la broche de serrage permettent de centrer et de fixer des objets de petit diamètre: la pince de serrage serre l'objet à l'extérieur, le mandrin à l'intérieur. La pince et le mandrin répartissent la force de serrage sur la circonférence, de sorte que la déformation est moins probable qu'avec un mandrin à trois mors, par exemple.

Pour éviter que les objets ne soient déformés par la force de serrage et d'usinage, il est parfois nécessaire de prévoir un support (supplémentaire) sous la forme de lunettes hydrauliques, d'une vis sans fin ou de cales.

Systèmes de serrage multiples
La structure modulaire d'un système de serrage multiple permet de serrer simultanément plusieurs pièces à usiner, par exemple à l'aide de plusieurs pinces. Il existe également des tables rotatives ou des dispositifs de répartition qui permettent d'usiner simultanément des produits à différents endroits d'un dispositif. Un système de serrage moyen comprend des supports de serrage dentelés, des butées, des unités de serrage coniques, des supports et une butée latérale. Il s'agit d'un ensemble qui permet de serrer facilement des objets de différentes dimensions, même plusieurs à la fois. Grâce à des points zéro définis, le temps de montage est réduit au strict minimum.

La technologie de serrage devient une partie intégrante
du processus d'usinage global

évolution

A l'avenir, la technologie de serrage devrait être intégrée dans le processus d'usinage global, pour finalement former une unité avec la commande de la machine CNC. D'autres développements pourraient intervenir dans un avenir (proche).

Autonomie

Les outils de serrage deviennent de plus en plus intelligents. Dès maintenant, des capteurs déterminent si l'objet est serré avec une force suffisante. A l'avenir, les outils de serrage devraient être capables de s'adapter automatiquement à l'opération à effectuer. C'est judicieux étant donné qu'un travail d'ébauche ne nécessite pas la même pression qu'un travail de fraisage. La pression appropriée sera alors réglée automatiquement par le système de contrôle au moyen de soupapes de pression.

Numérisation

La numérisation progresse également. L'industrie 4.0 a besoin de données issues de l'usinage. C'est pourquoi les fabricants travaillent, entre autres, à l'intégration de capteurs dans les pinces de serrage qui mesurent en continu les paramètres du processus. Ces données peuvent notamment être utilisées pour les rapports de qualité ou le condition monitoring. La mesure de la température est également possible. Dans les opérations de haute précision, une hausse de température peut alors être automatiquement compensée par le programme.

Électrification

L'électrification est le concept clé sur la voie d'une industrie de transformation entièrement durable, mais le serrage électrique des outils a encore un long chemin à parcourir. Il n'est pas non plus nécessaire de passer du serrage hydraulique au serrage électrique uniquement pour des raisons de consommation d'énergie, car il est encore possible de rendre les groupes hydrauliques nettement plus économiques.

Avec la collaboration de Hoffmann Group et de Leering Hengelo