Hengst et LiCON : Une bi-broches pour plus de compétitivité
Économies de temps de cycle et d'énergie dans la fabrication de boîtiers de filtre
Auteur : Nils Baumgartner
Le spécialiste des solutions de filtration, Hengst Filtration, fait confiance aux solutions du fabricant de machines-outils LiCON de Haute-Souabe pour la fabrication de boîtiers de filtre pour camions et voitures. Deux cellules de fabrication automatisées – composées de cinq centres d'usinage à bi-broches avec des dispositifs de montage d’usinage et des préhenseurs de pièces de sa propre fabrication – ont été installées clés en main. Outre plusieurs avantages économiques, le critère de la durabilité écologique a été déterminant dans le choix de LiCON.
Pour l'entreprise Hengst Filtration, la durabilité joue depuis toujours un rôle décisif. En tant que fabricant leader de solutions de filtration, l'entreprise ne fabrique pas seulement des produits qui protègent l'environnement et la santé, mais son action entrepreneuriale est également orientée vers la durabilité écologique en plus de la durabilité économique. Pour atteindre ces objectifs, Hengst recherche en permanence de nouvelles solutions.
Récemment, il s'agissait d'installer un dispositif d’usinage mécanique pour de nouveaux types de boîtiers de filtres pour camions et voitures en fonte moulée sous pression. Pour ce faire, Hengst Filtration a investi dans deux cellules de fabrication automatisées du fabricant de machines-outils LiCON de Laupheim dans le Bade-Wurtemberg. En tant que fournisseur global de systèmes, LiCON fabrique des solutions hautement efficaces allant de la machine individuelle à la ligne de production entièrement automatisée. Le cœur des cellules de production automatisées LiCON chez Hengst Filtration est constitué de cinq bi-broches de type LiFLEX II 766, qui ont été installées clé en main dans l'usine de Nordwalde.
Les bi-broches LiFLEX apportent des avantages concurrentiels décisifs
Dans la plus grande cellule de fabrication, Hengst Filtration produit des boîtiers de filtres pour camions sur trois des cinq bi-broches LiFLEX. Sur les deux autres bi-broches LiFLEX, des boîtiers de filtre pour voitures sont fabriqués dans la petite cellule de production pour une marque allemande haut de gamme. En optant pour les bi-broches de LiCON, Hengst s'est assuré des avantages décisifs en termes de rentabilité et de durabilité.
Rendement plus élevé par mètre carré
Les centres d'usinage bi-broches utilisés occupent, à rendement égal, environ 40% de surface en moins que les mono-broche utilisées jusqu'à présent. La productivité au mètre carré a donc pu être nettement augmentée. Ce n'est qu'une des raisons qui ont motivé la décision d'investissement en faveur des machines bi-broches LiCON.
Usinage complet des pièces en un seul montage d’usinage
Dans la production Hengst, on utilisait jusqu'à présent principalement des mono-broche à quatre axes. Pour l'usinage mécanique sur cinq côtés des pièces, il fallait donc jusqu'à présent au moins deux opérations d'usinage. Avec les nouveaux centres d'usinage 5 axes de LiCON, les pièces peuvent être entièrement usinées en une seule opération d’usinage. Les erreurs de changement de montage sont ainsi exclues. "Pour une évolutivité facile, il est important que les pièces soient finies dans un seul centre d'usinage. Ainsi, chaque machine supplémentaire achetée permet d'augmenter directement la capacité. Avec les centres d'usinage LiCON, nous y parvenons aussi bien avec les boîtiers de filtre pour voitures qu'avec les boîtiers de filtre pour camions", s'enthousiasme Hans-Joachim Daum, responsable du projet "boîtiers de filtre pour camions" au sein du département Industrial Engineering de Hengst Filtration.
"Les espaces de travail de nos centres d'usinage sont conçus pour des montages d'usinage à châssis, comme l'exige l'usinage sur cinq faces. Ce qui a permis à Hengst Filtration d’optimiser le démarrage de la production et le client n'a commandé au départ qu'une seule machine par type de pièce", explique Nils Baumgartner, Key Account Manager chez LiCON.
La lubrification par quantités minimales remplace le lubrifiant et permet d'économiser de l'énergie
Alors que jusqu'à présent, on utilisait presque exclusivement des émulsions comme lubrification de processus, on utilise désormais la lubrification par quantités minimales (MQL). Dans ce cas, un mélange d'huile et de brouillard est dosé en fonction de l'outil et amené à l'arête de coupe par des canaux de refroidissement dans l'outil. Pendant la mise en service du processus, les paramètres de dosage spécifiques à l'outil et à l'usinage sont optimisés et enregistrés dans le programme CN. On garantit ainsi que les pièces à usiner mécaniquement peuvent être retirées "quasiment à sec" du centre d'usinage. La contamination habituelle de la machine et de son environnement par l’émulsion peut être complètement évitée. Les pompes nécessaires à la circulation du liquide de refroidissement et leurs moteurs d'entraînement sont supprimés, ce qui représente une économie d'énergie significative.
Une bi-broche LiFLEX fonctionnant avec le MMS consomme en moyenne 15 kilowatts. Une comparaison avec des centres d'usinage fonctionnant avec de l’émilsion montre une économie d'énergie électrique d'au moins 10 kW par heure et par centre d'usinage. Sur une durée de fonctionnement annuelle de 5.000 heures, cela représente une économie annuelle de 50.000 kWh par centre d'usinage et de 250.000 kWh pour les cinq centres d'usinage.
Une même technologie pour des pièces différentes grâce à des systèmes de chargement modulaires
Chez Hengst Filtration, il s'agissait d'usiner mécaniquement deux pièces de taille nettement différente, si possible avec la même technologie. Pour cette raison, le même type de machine a certes été choisi pour l'usinage de la grande et de la petite pièce, mais les centres d'usinage se distinguent par leurs concepts de chargement respectifs. C'est là qu'intervient le concept modulaire de LiCON. La LiFLEX II 766 est disponible dans les trois types de chargement : chargement direct, support pivotant double et changeur de palettes. Pour l'usinage de la grande pièce et le temps de cycle plus long qui en résulte, les centres d'usinage de type LiFLEX II 766 i DL B2 sont chargés directement. Pour le chargement et le déchargement, les machines sont à l'arrêt. Cette opération est toutefois si faible par rapport au temps de cycle qu'un deuxième jeu de dispositifs de montage d’usinage pour le chargement en temps masqué ne serait pas rentable. De plus, le travail de contrôle de la qualité des cavités de serrage est réduit de 50 %. Pour le boîtier de filtre de voiture plus petit, le cas est nettement différent. Marco Gerhard, du département Industrial Engineering de Hengst Filtration, explique son projet comme suit : "En raison du plus petit cubage du boîtier de filtre de voiture, le temps de cycle est nettement plus court que pour le boîtier de filtre de camion, de sorte qu'un chargement en temps masqué représente ici la variante la plus économique. C'est pourquoi le changeur de palettes a été ici utilisé. Dans la machine, il a même été possible d'utiliser des dispositifs de serrage pour deux pièces à la fois. Deux boîtiers de filtre sont usinés par broche, donc quatre à chaque cycle dans le bi-broche. Cela a permis un gain de temps de cycle de 15 %".
Une automatisation configurée en fonction des besoins et pourtant flexible
Pour l'usinage mécanique des grandes pièces, trois centres d'usinage sont utilisés en tout. Ceux-ci sont chargés et déchargés "par le haut" par un robot se déplaçant sur un pont. La pince quadruple développée à cet effet par LiCON, dotée d'une technique de serrage flexible pour compenser les variations de la fonte brute, permet de saisir simultanément deux pièces brutes et deux pièces finies. Les pièces sont ainsi positionnées avec précision dans les dispositifs de montage d'usinage. L'usinage mécanique des petites pièces est assuré par deux centres d'usinage se faisant face, qui sont chargés et déchargés par un robot fixe. Dans les deux cellules de production, les pièces brutes sont mises à disposition par l'ouvrier sur des bandes de pièces brutes. Les tailles de tampons choisies à chaque fois permettent un passage en pause sans intervention humaine. "La flexibilité est importante pour nous. C'est pourquoi nous voulions un accès libre pour un chargement manuel. Cela nous permet aussi de fabriquer une fois un petit lot d'un ancien type sur l'une des trois machines bi-broches à haut rendement. Pour cela, le concept avec un robot se déplaçant sur le pont est idéal", explique le directeur de l'usine, Michael Cedrola, pour justifier le choix de ce concept.
Industrie 4.0
Les systèmes de production avec un degré d'automatisation correspondant, comme ceux décrits ici, nécessitent une gestion transparente des données. Ainsi, dans le cadre du projet, on a veillé à la traçabilité de l'historique de production de chaque pièce. Les centres d'usinage fournissent toutes les données importantes à des ordinateurs de contrôle supérieurs.
En complément, d'autres systèmes fonctionnant avec des capteurs permettent, entre autres, de surveiller le bris d'outil ainsi que la qualité de l'usinage en ce qui concerne les éventuelles vibrations qui peuvent survenir, jusqu'aux analyses pour les activités de service préventives nécessaires.
Solution intégrée d'un seul fournisseur
Pour Alf Bönisch, responsable de l'équipe Industrial Engineering chez Hengst Filtration, il est important que des projets de grande envergure comme celui-ci puissent être réalisés avec le moins d'interfaces possible. "LiCON livre les installations en tant que solution clé en main avec les dispositifs de montage d’usinage et l'automatisation. Ainsi, tout provient d'une seule source. Le préhenseur de pièces est très complexe. Il porte quatre pièces, deux brutes et deux finies. Avec une interface aussi exigeante pour les deux dispositifs de montage d'usinage, il était utile que les deux – dispositif de montage d'usinage et préhenseur de pièces – soient conçus et fabriqués par le même fabricant. Pour minimiser la durée de mise en service, LiCON a simulé l'ensemble du processus et l'a mis en service virtuellement au préalable. Cela nous a permis de gagner un temps précieux", explique Bönisch pour justifier son choix de LiCON.
LiFLEX II 766 i DL B2 pour l'usinage à 5 axes de boîtiers de filtres de camions
Ici, Hengst Filtration fabrique des boîtiers de filtres pour camions : cellule de production automatisée avec trois LiFLEX II 766 i DL B2 et un robot sur le septième axe