La polyvalence est au cœur de l'efficacité de la production d'hélices de l'atelier

13/5/2020
  • Multi tasking

Whirlwind Propellers, à El Cajon, en Californie, souhaitait se développer et élargir sa gamme de produits, mais la sous-traitance de l'usinage de ses composants d'assemblage de moyeu d'hélice avait gravement entravé les progrès de l'atelier. Non seulement l'atelier n'était pas en mesure de contrôler pleinement ses processus et ses délais de production, mais l'externalisation du travail entraînait une faible rentabilité, ce qui, à son tour, étouffait la conception de nouveaux produits.

Selon Jim Rust, président de Whirlwind Propellers, la gamme de produits du magasin a stagné. Ils ne développaient pas de nouveaux modèles et n'apportaient pas d'améliorations aux produits existants. C'était le cas, précise-t-il, jusqu'à ce qu'ils intègrent la technologie des machines multitâches dans les opérations de production de pièces de l'atelier.

Whirlwind Propellers produit deux types d'hélices : des hélices à vitesse constante pour les avions de voltige et des hélices réglables au sol pour les avions légers simples. Un assemblage de moyeu d'hélice peut comporter jusqu'à 23 pièces différentes. La stratégie de production à faible volume et à forte mixité nécessaire pour répondre à la demande des clients en matière de moyeux d'hélice a fini par rendre l'externalisation pratiquement impossible pour l'atelier.

"Les assemblages de moyeux sont entièrement constitués de pièces de haute précision à tolérances étroites", explique M. Rust. "La plupart sont en aluminium, mais certains sont en acier inoxydable 440C. La plupart d'entre eux sont de forme ronde, mais ils nécessitent un important travail de fraisage à partir de billettes solides. Par exemple, les boîtiers de moyeu sont l'un des plus grands composants de l'assemblage. Au départ, il s'agit d'une pièce ronde de 10 pouces qui pèse environ 85 livres et qui, une fois complètement usinée, ne pèse plus que 7 livres.

Lorsque Whirlwind Propellers sous-traitait les pièces d'assemblage de ses moyeux, les délais d'exécution s'étiraient sur des mois. Aujourd'hui, l'atelier usine toutes les pièces d'un assemblage de moyeu - en 10 heures environ - sur sa propre machine multitâche Mazak INTEGREX i-200S. Le temps de cycle d'usinage le plus court est d'environ une minute, tandis que le plus long est de près de quatre heures.

"La machine Mazak Multi-Tasking a éliminé le besoin de travailler en fonction des horaires de nos fournisseurs d'usinage", a déclaré M. Rust. "Nous ne sommes plus à la merci de fournisseurs extérieurs et nous pouvons contrôler notre calendrier de production. Pour nous, le Mazak a permis de réaliser trois choses. Premièrement, elle nous a permis de consacrer plus de temps au développement des produits, car nous fabriquons désormais toutes les pièces en interne ; deuxièmement, elle a réduit les délais de production des hélices ; et troisièmement, elle nous a permis de mieux contrôler le coût de nos pièces".

Whirlwind Propellers 1
Whirlwind Propellers 2

L'INTEGREX i-200S de Whirlwind Propellers dispose de deux broches de tournage et d'une broche de fraisage d'une puissance égale à celle d'une broche de centre d'usinage vertical.  Dans son encombrement réduit de 157,1" x 110,2", la machine tourne, perce, taraude et fraise de manière productive, tout en offrant un usinage décentré et un usinage simultané complet sur 5 axes. L'atelier dispose ainsi des capacités de traitement des pièces DONE IN ONEÒ qui lui permettent de réduire les délais de production, d'améliorer la précision de l'usinage et de réduire les coûts d'exploitation.

La broche de fraisage montée verticalement sur l'INTEGREX i-200S fournit 30 ch (22 kW), 12 000 tr/min et une plage de rotation de l'axe B de -30° à +240°. Un magasin de 36 outils permet des changements d'outils rapides et fournit suffisamment d'outils pour un traitement continu des pièces. Et comme le magasin d'outils est situé à l'avant, les opérateurs des machines de Whirlwind Propellers peuvent effectuer la programmation et le réglage des outils avec un minimum de mouvements.

Avec des capacités d'alésage mesurant 3" (76 mm) de diamètre, les deux broches de tournage de l'INTEGREX i-200S offrent des performances tout aussi élevées avec des vitesses de broche de 5 000 tr/min et une commande de tournage sur l'axe C. La poupée principale de la machine est équipée d'une broche et d'un moteur intégrés qui peuvent s'adapter à une large gamme d'applications, de la découpe lourde à faible vitesse à la découpe à grande vitesse de l'aluminium et d'autres matériaux non ferreux. La deuxième broche est également équipée d'une broche et d'un moteur intégrés afin de garantir un usinage à haut rendement pour les opérations secondaires. 

Whirlwind Propellers a acquis son INTEGREX i-200S pour une ligne de produits spécifique. Pour ce projet, elle ne pouvait pas se permettre le temps et les coûts liés à l'externalisation des composants. Le temps nécessaire à la conception, au prototypage et à la mise à l'épreuve des pièces aurait été perdu.

"Pour faire face aux délais d'exécution des pièces externalisées, nous avions beaucoup de stocks en attente et commandions des pièces deux mois à l'avance", explique M. Rust. "Mais cela a vraiment nui à nos livraisons de produits et à notre réactivité face aux demandes des clients. L'aspect critique de ces pièces est le maintien de tolérances étroites à des fins d'assemblage et, pour certaines pièces, les tolérances doivent être maintenues à 0,0005" près afin d'éviter les tolérances superposées. Lorsque nous confions ces pièces à différents ateliers, la précision de l'ajustement et de la finition lors de l'assemblage était aléatoire".

L'atelier fabrique désormais toutes ses pièces d'assemblage de moyeu sur son Mazak. La nouvelle ligne de produits comprend des hélices pour les avions en kit les plus populaires construits aujourd'hui, et la production impliquerait normalement trois à cinq réglages sur plusieurs types de machines différentes. "Nous n'étions tout simplement pas disposés à faire cet investissement, non seulement pour les multiples machines, mais aussi pour l'espace qu'elles auraient nécessité dans l'atelier", a déclaré M. Rust. "Ajoutez à cela tout l'outillage et la main-d'œuvre nécessaires pour chacune des machines séparées". Cependant, une fois que la ligne fonctionnera à plein régime, l'INTEGREX i-200S fonctionnera cinq jours par semaine, toute la journée, avec des opérations à réglage unique.

Outre les économies réalisées sur les biens d'équipement, l'INTEGREX i-200S donne à Whirlwind Propellers la flexibilité nécessaire pour modifier son flux de production. "Au lieu de régler la machine pour une pièce particulière et d'en produire des milliers, nous pouvons fabriquer de manière efficace et rentable cinq pièces, trois pièces, 30 pièces et ainsi de suite en fonction des besoins de production", explique M. Rust. "Ce qui rend cela possible, c'est la facilité de réglage et de programmation de l'INTEGREX i-200S grâce à sa commande MAZATROL SmoothX ainsi que sa grande capacité d'outillage."

Rust s'empresse de préciser qu'il n'est pas machiniste de métier à l'origine, mais qu'il avait une certaine expérience des fraiseuses à trois axes. Il programme, règle et utilise désormais l'INTEGREX i-200S et attribue cette courte courbe d'apprentissage au nouveau logiciel CAO/FAO, à la commande avancée de la machine et à la formation et au support d'application que l'atelier reçoit de Mazak.

Whirlwind Propellers produit en moyenne 3 000 pales d'hélice par an et est l'un des deux seuls ateliers au monde à produire des hélices à vitesse constante renforcées de fibres de carbone et de plastique (CFPR). L'atelier, qui compte 14 personnes, a été créé en 1995 et ses activités s'articulent autour de quatre processus principaux : le moulage des composites, le collage des métaux, la finition des composites de classe A, l'électroformage et l'usinage. De tous ces procédés, le plus simple, selon Rust, est l'usinage. Les autres sont très exigeants en termes de main-d'œuvre.

Depuis sa création, l'atelier s'est développé pour produire une gamme complète d'hélices à vitesse constante pour avions légers, d'hélices pour bateaux pneumatiques et d'hélices pour souffleries. Whirlwind est également spécialisée dans le prototypage rapide d'hélices et de ventilateurs pour certaines des plus grandes entreprises aérospatiales du monde. M. Rust s'attend à ce que l'activité continue d'augmenter et à ce qu'il soit nécessaire d'ajouter davantage de technologies de fabrication multitâches Mazak, comme son INTEGREX i-200S, ou, comme il le dit de cette machine, un "robot qui fonctionne pratiquement tout seul".