30 Décembre 2015  |  Entraînement
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 10/2015

Puissance de calcul

ABB Turbo Systems produit les aubes de turbine destinées aux turbocompresseurs, de manière rapide et précise, grâce à des centres d’usinage performants et à la solution numérique de Rexroth.

L’histoire prend forme à Winterthour en Suisse, où Alfred Büchi (ingénieur mécanicien EPFZ) est né en 1879. Il y a plus d’un siècle, l’inventeur du turbocompresseur regrettait qu’une grande partie de l’énergie se dissipe sur les moteurs thermiques. Il était donc à la recherche d’une solution qui augmenterait leur rendement. Son principe (breveté en 1905): les gaz d’échappement produits à la combustion mettent en mouvement une aube de turbine qui entraîne un compresseur par l’intermédiaire d’un arbre. Davantage de mélange air/carburant pénètre dans le cylindre, ce qui accroît la puissance du moteur.
A l’heure actuelle, tous les moteurs diesel sont équipés d’un turbocompresseur. L’un des plus grands constructeurs se trouve à Baden en Suisse: ABB Turbo Systems. L’entreprise produit des turbocompresseurs destinés aux navires porte-conteneurs, aux transbordeurs rapides et aux véhicules miniers qui desservent plusieurs étages. Ils multiplient par trois la puissance des moteurs diesel, réduisent les émissions de gaz et économisent près de 10 % de carburant. Pour obtenir un tel résultat, les aubes de turbine doivent fonctionner à la perfection pour des températures pouvant atteindre 600 °C et des vitesses de rotation jusqu’à 14’000 tr/min. La précision de forme et la qualité de l’état de surface des aubes de turbine jouent un rôle essentiel dans le rendement des turbocompresseurs.
 
La fabrication des aubes de turbine implique un travail de précision. La commande numérique et les entraînements coordonnent le déplacement des axes avec des temps de cycle de l’ordre de la milliseconde.
Illustrations : Copyright : Bosch Rexroth
 
40 % plus rapide
ABB Turbo Systems était donc à la recherche d’une solution permettant de produire de manière rapide et fiable des aubes de turbines aux profils d’écoulement parfaits. La solution est venue auprès de Liechti Engineering AG, une fabrique de machines qui se trouve également en Suisse, plus précisément à Langnau, dans l’Emmental bernois. Deux centres d’usinage du type Turbomill 800 g produits par cette entreprise correspondaient exactement à ce qu’il fallait à ABB Turbo Systems. C’est là qu’intervient le savoir-faire de Bosch Rexroth, car le système numérique IndraMotion MTX permet d’accroître largement les performances des machines.
Les aubes de turbine sont à l’origine produites à partir d’une ébauche massive de section rectangulaire en acier spécial allié, qui peut peser jusqu’à 25 kilogrammes. En fonction de sa taille, l’aube de turbine prête à l’emploi est usinée entre 33 et 52 minutes, déjà marquée de son numéro de série gravé, rendant toute finition superflue. Les centres d’usinage peuvent produire à l’heure actuelle des aubes dans six tailles différentes, avec sept angles d’attaque possibles.

>> Nous recherchons un optimum entre durée d’outil et temps de fabrication. <<

Cyrill Arnet

 
Les deux centres Turbomill 800 g produisent de l’usinage avec une très grande précision, car les performances du turbocompresseur seront fonction de la fidélité du profil d’écoulement des aubes. «Avec une tolérance de fabrication de 0,008 millimètre, il nous faut une machine capable de maîtriser pleinement le processus et de produire des pièces avec une répétabilité élevée», explique Cyrill Arnet, responsable pour la partie technique et les projets d’investissement chez ABB Turbo Systems. La réussite tient à la puissance de calcul massive de l’unité IndraMotion MTX à intelligence d’asservissement et d’entraînement répartie de manière décentralisée. La solution complète, qui comprend la commande numérique et les systèmes d’entraînements, coordonne le déplacement des cinq axes à des temps de cycle de l’ordre de la milliseconde. La programmation d’IndraMotion MTX a la particularité de fournir la géométrie, de même que l’avance d’usinage, pour chacune des séquences du programme CNC. Les consignes sont ainsi respectées avec exactitude, ce qui assure une qualité optimale des aubes de turbine. Par ailleurs, ABB Turbo Systems a pu augmenter la cadence de production de 40 %. «Pour nous, la productivité est cruciale, car nous fabriquons en très grandes quantités», précise Cyrill Arnet.
 
L’aube de turbine prête à l’emploi est à l’origine produite à partir d’une ébauche massive de section rectangulaire en acier spécial allié, qui peut peser jusqu’à 25 kg.
 
Durées d’outil plus longues, usure réduite
Hormis la rapidité et la précision, la durée de bon fonctionnement de l’outillage est capitale. L’usinage à vitesse élevée a aussi son coût: «Si nous fabriquons plus vite, l’usure augmente inévitablement. Nous recherchons un optimum entre durée d’outil et temps de fabrication», déclare Cyrill Arnet. Il a été possible d’atteindre un temps d’outil plus long en se basant sur la technique de Bosch Rexroth et ses ressources en matière d’entraînement. L’interaction entre l’électromécanique, l’asservissement des entraînements et «Motion Control» permet des usinages rapides et précis, tandis que les mouvements en douceur et la précision des machines ont pour effet de conserver plus longtemps les outils affûtés. Les coûts d’outillage en sont d’autant réduits.
 
Sur les moteurs destinés aux navires porte-conteneurs, par exemple, le turbocompresseur permet d’économiser près de 10 % de carburant diesel.
 
Simplicité de commande
La simplicité de commande de la Turbomill 800 g satisfait grandement Eduard Kuhn, qui opère sur la machine. Il apprécie la convivialité et la navigation simple du menu. «La visualisation nous permet d’accéder rapidement au résultat en quelques réglages. La configuration par Bosch Rexroth est très réussie». C’est un progrès indéniable dans les tâches journalières. Un seul opérateur suffit pour commander deux machines en incluant les opérations de mesure et les nouveaux venus apprennent très vite. Un changement d’outil ne prend que peu de temps, sans obliger l’opérateur à cliquer sur d’innombrables rubriques. Eduard Kuhn et Cyrill Arnet conviennent que la simplicité de commande d’IndraMotion MTX a aussi été un critère d’achat décisif pour ABB.
 
Source de l’article:
Drive & Control 01/2015
Bosch Rexroth Schweiz AG
8863 Buttikon
Tél. :055 464 61 11
 
Constructeur des centres d’usinage:
Liechti Engineering AG
3550 Langnau
Tél.: 034 409 35 55
www.liechti.com


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