Selon les perspectives mondiales 2023 de l'Agence internationale de l'énergie (AIE), la transition vers l'énergie propre et l'essor des véhicules électriques pourraient conduire à un pic de la demande mondiale de moteurs thermiques avant 2030. Alors que les pays du monde entier abandonnent les moteurs à énergie fossile au profit d'un avenir électrique, les constructeurs automobiles opèrent eux aussi un changement, à commencer par leurs machines. Swetapadma Mohanty, Senior Development Engineer, Gear Machining chez Sandvik Coromant, explore ici les méthodes d'usinage qui joueront un rôle clé dans l'avenir électrique de l'automobile.
L'AIE prévoit également que d'ici 2030, la flotte mondiale de voitures électriques atteindra près de 350 millions de véhicules. Cela représente plus de 60 % des véhicules vendus. Pour faire face à l'augmentation du nombre de VE, les constructeurs automobiles se tournent vers d'autres méthodes d'usinage. L'une de ces méthodes est le power skiving.
Difficultés courantes de l'usinage de dentures
Avant d'aborder la question du power skiving et de ses aspects liés à l'usinage, examinons les défis courants associés à l'usinage de dentures. L'usinage de dentures pour les véhicules à moteur à combustion interne (ICE) et les VE peut différer à certains égards en raison des caractéristiques et des exigences distinctes de ces deux types de véhicules. Par exemple, alors que les véhicules à moteur à combustion interne sont souvent équipés de transmissions complexes à plusieurs vitesses pour optimiser la puissance délivrée, les VE ont généralement une seule vitesse ou un nombre limité de rapports de vitesse fixes. Les caractéristiques de couple, les considérations relatives au bruit et aux vibrations, ainsi que les contraintes de poids et de taille constituent d'autres caractéristiques distinctives.
L'usinage de dentures, quel que soit le type de véhicule, présente plusieurs défis d'usinage. Pour garantir un bon engrènement et une transmission précise, les dentures requièrent des tolérances serrées et une grande précision d'usinage. Les dentures doivent également être conçues pour limiter le bruit et les vibrations pendant le fonctionnement afin de maintenir la cohérence des lots. En outre, la maintenance des outils est essentielle pour atteindre des volumes de production élevés.
Les méthodes les plus courantes d'usinage de dentures sont le taillage fraise-mère, le fraisage, le façonnage et le brochage. Toutefois, ces méthodes présentent souvent des limites : moindre flexibilité dans le traitement de différents types de dentures, temps de cycle plus long et difficultés liées à des géométries de dentures spécifiques. Le taillage fraise-mère est particulièrement apprécié pour le taillage des engrenages droits et hélicoïdaux. Il est particulièrement adapté aux petites séries et à la production d'engrenages aux profils de denture variés. Pour la production de masse, le façonnage d'engrenages est une méthode privilégiée car elle permet d'obtenir une grande précision dimensionnelle dans des temps de cycle plus courts.
Mais ces méthodes d'usinage sont incroyablement spécialisées. Le brochage et le taillage fraise-mère, par exemple, doivent être réalisés sur une machine spécialisée, mais une machine totalement différente est nécessaire pour le façonnage. Viennent ensuite toutes les autres étapes nécessaires à une production réussie d'engrenages : fraisage, tournage, finition, contrôle de qualité, etc. Qu'est-ce que cela signifie pour les constructeurs automobiles ? Des montages machine multiples, une flexibilité limitée, des délais d'exécution prolongés et un process d'usinage coûteux sont autant de conséquences liées à un process d'usinage d'engrenages qui ne répond pas aux attentes d'un monde de plus en plus électrifié.
Les constructeurs automobiles doivent adopter de nouvelles méthodes à l'heure où l'industrie devient électrique et le power skiving a son rôle à jouerC'est là qu'intervient le power skiving
Si nous voulons que 350 millions de VE circulent sur nos routes d'ici 2030, les constructeurs automobiles doivent se tourner vers des méthodes d'usinage capables de répondre à la demande. C'est là qu'entre en jeu le power skiving. En tant que processus continu qui fait appel à un outil de coupe spécialisé pour enlever de la matière d'une ébauche d'engrenage, le power skiving présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes traditionnelles telles que le taillage fraise-mère et le façonnage.
Tout d'abord, le power skiving offre généralement une plus grande précision et des tolérances plus serrées par rapport au process traditionnel. Il est bien adapté à la production d'engrenages aux profils complexes, notamment les engrenages hélicoïdaux et les formes non standard. Les process traditionnels peuvent être limités dans la réalisation de formes de dentures complexes, en particulier lorsqu'il s'agit d'angles d'hélice élevés ou de géométries d'engrenages spécifiques.
En général, le power skiving est plus rapide que les process traditionnels d'usinage des dentures et, comme il n'enlève que la matière nécessaire à la formation des dents de l'engrenage, les déchets produits sont minimes. L'un des principaux facteurs motivant l'utilisation du power skiving dans la production de VE est sa flexibilité ; il convient à diverses applications d'engrenage, notamment celles présentant des exigences spécifiques en matière de performances. Les constructeurs peuvent donc s'adapter plus facilement à différents types d'engrenages qu'avec les méthodes d'usinage traditionnelles. En réduisant le nombre de montages dans les machines multitâches avec power skiving, il est possible d'obtenir une meilleure qualité.
Le power skiving est réalisé sur une machine multitâche. L'exécution d'activités multiples sur une seule machine permet de réduire les temps de montage, d'améliorer la précision, d'augmenter le rendement et de rationaliser la programmation. Pour les constructeurs appliquant des méthodes traditionnelles d'usinage de dentures avec plusieurs machines, la mise à niveau vers une machine multitâche destinée au power skiving nécessite un certain investissement. Il leur appartiendra de peser le pour et le contre de leur montage, mais une chose est sûre : le rythme de l'électrification n'est pas près de ralentir. Pour être compétitif sur un marché évolutif et concurrentiel, la flexibilité, l'adaptabilité et l'efficacité des process seront fondamentales.
Sélection des outils
Si le power skiving est la bonne méthode d'usinage pour l'avenir de l'automobile, quels outils faut-il choisir ? Commençons par les outils de fraisage d'engrenages eux-mêmes. Les outils doivent présenter des tolérances étroites afin de garantir un usinage précis et de fabriquer des engrenages de qualité uniforme. Un bon outil de fraisage d'engrenages doit également être résistant à la chaleur pour maintenir ses performances de coupe et éviter une usure prématurée, avec une conception qui facilite une bonne évacuation des copeaux pour des opérations de coupe régulières.
La famille d'outils de fraisage d'engrenages CoroMill®178 et CoroMill®180 répond à ces attentes. CoroMill® 178 permet d'usiner des engrenages intérieurs et extérieurs, des engrenages cylindriques droits et hélicoïdaux, de l'ébauche à la finition, et constitue un élément important d'un montage de power skiving performant. Il convient particulièrement aux applications nécessitant un usinage à haut volume et à vitesse élevée avec une longue durée de vie de l'outil, tandis que CoroMill® 180 convient mieux à un usage général sur les épaulements ou les petits diamètres. Ces outils offrent une plus grande précision, en termes de faux-rond et de pas, que les fraises à plaquettes indexables et permettent de produire des profils de dentures et cannelures avec une meilleure finition.
Dans le cas d'un client, le remplacement d'un process traditionnel par le power skiving avec CoroMill® 178 a permis de réduire le temps de coupe et d'augmenter considérablement la durée de vie de l'outil. Grâce à une augmentation annuelle de la production, le client a pu économiser plus de 100 heures de temps d'usinage par an.
L'offre de Sandvik Coromant ne se limite pas aux outils de coupe. Les clients bénéficient d'une assistance en matière d'outils et d'applications, ainsi que d'une offre de services comprenant des conseils en matière de faisabilité technique. Par exemple, notre logiciel ESCO constitue une autre composante essentielle de notre offre de power skiving, qui promet une production de haute qualité et de précision des outils de power skiving.
InvoMilling® constitue également une composante essentielle de l'offre de Sandvik Coromant en matière d'usinage de dentures. InvoMilling®, intégré au logiciel CoroPlus® Tool Path, est une méthode d'usinage de dentures et cannelures extérieures et d'engrenages coniques à denture droite qui offre une souplesse inégalée pour les productions en petits lots lorsque les délais de fabrication sont serrés. Cette solution permet d'usiner différents profils de dentures avec les mêmes outils dans des machines multitâches et des centres d'usinage.
Au moment où le monde se prépare à un avenir électrifié, les constructeurs automobiles doivent se pencher sur leurs techniques de fabrication. Si les méthodes traditionnelles d'usinage de dentures sont depuis longtemps utilisées dans l'industrie, il faut savoir faire preuve de flexibilité pour prospérer dans un environnement changeant et de plus en plus compétitif. Le power skiving offre cette approche flexible et adaptable et permet de produire des pièces finies de la plus haute qualité. En tant que leader du marché, Sandvik Coromant se concentre également sur le haut niveau de durabilité des outils de power skiving et sur la réduction de l'empreinte CO2.
