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La flexibilité, un outil important pour conquérir le marché

Usinage moderne de vilebrequins, nouvel attribut des centres d’usinage de Starrag Group

C’est grâce à des délais de livraison fixés en termes de semaines et non pas de mois que le fabricant de vilebrequins Feuer powertrain a réussi, en moins de dix ans, à conquérir le marché européen et à se faire une place parmi les leaders mondiaux. La clé de ce succès réside dans l’abandon de la production de vilebrequins, jusqu’ici classique, sur des machines spéciales. Celle-ci a été remplacée par des chaînes de production constituées de centres d’usinage (à l’instar du centre d’usinage horizontal HEC 630 D de Heckert) qui apportent rapidité, flexibilité, qualité et rentabilité à la production. 

L’usinage de vilebrequins constitue la « discipline reine » de l’usinage des métaux. Par ailleurs, pour être opérationnel, le composant central d’un moteur à combustion nécessite 20 à 50 processus d’usinage, en fonction de la taille et des besoins du moteur respectif. Feuer powertrain fabrique, en petites et grandes séries, des vilebrequins en fonte et forgés de 300 à 1 400 mm pour les moteurs de voitures de tourisme VW, BMW, Audi, Ferrari, Jaguar, Maserati, GM et d’autres pour les moteurs prestigieux à douze cylindres de Bentley ou Rolls-Royce. Ces vilebrequins ne sont pas seulement sollicités dans l’industrie automobile. Ils sont également utilisés sur les camions, les moteurs industriels, les bateaux et les générateurs. 

Basée à Nordhausen dans le Land de Thuringe, la société qui emploie près de 650 collaborateurs fabrique environ 1,5 million de vilebrequins chaque année et approvisionne de nombreux clients à travers le monde. Pour consolider sa croissance, une nouvelle usine de production a été mise en service cette année à Tunica dans l’État américain du Mississippi pour ravitailler le marché américain. Un site de production est prévu en Asie, et des travaux d’extension du site de Nordhausen sont planifiés. 

C’est dans cet élan que se poursuit la success story de la société. En 2003, le fondateur Dieter Feuer, dont l’entreprise porte le nom, son partenaire Bernd Gulden et le directeur Oliver ont tenu une rencontre dont le but était de révolutionner la fabrication de vilebrequins grâce à leur nouvelle entreprise « Feuer powertrain ». Résumant leur slogan dans la flexibilité et la rapidité, leur objectif était de conquérir le marché et de se hisser au sommet du marché européen avant l’an 2010 : ils y sont parvenus. Avec un chiffre d’affaires annuel d’environ 150 millions d’euros, Feuer powertrain fait actuellement partie des quatre plus grands fournisseurs de vilebrequins au monde.

Centres d’usinage : solution de remplacement de machines spéciales

Les responsables de Feuer powertrain ont en effet réussi à révolutionner la fabrication de vilebrequins. Les machines spéciales ont longtemps été utilisées pour exécuter les différentes opérations d’usinage qu’implique un vilebrequin. Il s’agit entre autres du raccourcissement, du centrage, du tournage, du fraisage et du brochage par rotation, du perçage profond, du galetage et du laminage, du roulage, du meulage par ponceuse orbitale
à tête double, de l’équilibrage, du polissage et du traitement thermique. Par ailleurs, avant que le produit fini ne soit prêt à être expédié, plusieurs processus de mesure et de contrôle doivent être effectués. 

Très coûteuses à l’achat et offrant peu de flexibilité en matière d’usinage, les machines spéciales ne sont avantageuses que dans la production de masse. Pour la production en petites et moyennes séries, les coûts unitaires sont pratiquement inestimables. Les responsables de Feuer powertrain ont donc recherché et trouvé des alternatives : toutes les chaînes de production des cinq usines que compte actuellement le siège social de Nordhausen comprennent essentiellement des centres d’usinage Heckert couplés. La seule différence réside dans leur complexité et le nombre de postes, certaines tâches de réglage n’étant nécessaires que pour les produits haut de gamme. Le degré de mécanisation varie également d’un produit à l’autre. Alors que l’intervention des employés sur certains points se fait manuellement dans les lignes de production de petites séries de 1 000 ou 10 000 pièces, le processus de production à l’usine 2, par exemple, est entièrement automatisé. Les lots usuels qui y sont fabriqués varient entre 10 000 et 100 000 pièces.

Toutes les chaînes de production ont ceci de particulier qu’elles peuvent être converties de manière rapide et avec peu d’efforts. À cet effet, les collaborateurs qualifiés peuvent rapidement faire face aux nouvelles commandes de manière flexible. Hubert Singer, directeur technique, présente l’un des principaux facteurs de succès comme suit : « Alors que le processus de production prend en moyenne six à huit mois chez certains constructeurs, nous sommes prêts à effectuer la livraison en seulement huit semaines. Grâce à notre concept de production qui repose sur nos centres d’usinage, nous essayons de maîtriser l’écart qui existe entre productivité et diversité des produits ».

Machines standard et processus développés en interne

À Nordhausen, plus de 300 machinesoutils fonctionnent en continu, 24 heures/ 24 et 7 jours sur 7. 42 de ces machines portent la marque Heckert. La collaboration date de 2007. Fikret Ersindigil, responsable de l’optimisation des processus, se souvient : « À cette époque, nous avions amorcé la réorientation de la production vers des centres d’usinage. Pour une commande urgente, nous avions impérativement besoin de trois machines pour les travaux de perçage et de fraisage. Heckert a pu nous les livrer au plus vite ». Il s’agissait de centres horizontaux CWK 500 D intégrés par Feuer powertrain dans une solution autonome entièrement automatisée pour une production urgente en petite série. « C’est ainsi que nous avons pu accomplir notre tâche et expérimenter les machines Heckert », a ajouté Fikret Ersindigil. Finalement, ses collègues et lui se sont de nouveau lancés dans la recherche d’équipementiers appropriés pour le nouveau concept. « Une première tentative visant à confier une ligne de production à un fabricant de machines-outils en tant que projet clé en main ne s’est pas déroulée comme nous le souhaitions », a déclaré le spécialiste des processus. « Pour la ligne suivante, nous avons donc décidé de créer et de développer nos propres processus de fa- brication. Pour cela, nous avions besoin de machines de base performantes et fiables ».

Performance et fiabilité

Starrag Group a répondu aux critères recherchés, comme l’affirme Hubert Singer : « La collaboration établie dans le cadre de l’acquisition des machines CWK nous a montré que nous pouvons compter sur nos fournisseurs et que le concept de machine s’adapte parfaitement à notre principe de production ». C’est ainsi que Feuer powertrain a équipé la ligne de production suivante avec le modèle HEC 630 D, successeur du CWK 500 D, qui autrefois était nouveau sur le marché. Le centre d’usinage horizontal sur quatre axes fait certes partie de la petite gamme de machines dynamiques de Heckert, mais il ouvre déjà la voie à la gamme moyenne en raison des « courses XXL » au niveau des axes. Par le passé, cela se reflétait déjà dans le nom de la machine, en l’occurrence HEC 500XXL. Aujourd’hui, elle porte le nom HEC 630 D, montrant ainsi que les performances optimisées de la machine apportent une réelle valeur ajoutée pour le client : la zone de travail offre une surface de serrage de 500×500 mm et garantit un diamètre du cercle perturbateur de la pièce de 1 000 mm. La palette peut recevoir des composants lourds dont le poids peut atteindre 1 000 kg. La forte dynamique sur les axes linéaires est assurée par des servomoteurs AC numériques, en association avec des vis à billes précontraintes logées des deux côtés. Ces éléments permettent des vitesses de 100 m/min ainsi que des accélérations de 10 m/s2 sur tous les axes. Une motobroche avec des vitesses de rotation allant jusqu’à 20 000 tr/min et disposant d’un moteur à arbre creux pour des couples plus élevés peut être utilisée au choix en tant que broche d’usinage. La table tournante NC dispose d’un entraînement direct avec une vitesse de rotation de 100 tr/min, garantissant ainsi un temps de positionnement réduit au minimum, même sur l’axe B. Chez Feuer powertain, les performances d’utilisation ne sont désormais déterminantes qu’en second plan, explique Fikret Ersindigil : « Nous n’exploitons qu’une fraction de la puissance de la broche. Les accélérations de l’axe et le changement rapide d’outils sont pour nous des facteurs cruciaux pour réduire les temps morts. L’utilisation simple du magasin à outils en temps couvert nous convient également ». Pour Fikret Ersindigil, la sécurité élevée des processus et la disponibilité des centres Heckert constituent un gage de qualité et de rentabilité accrues. Il souligne : « Sur le plan conceptuel, les machines sont tellement stables qu’elles résistent indéfiniment à nos applications. Nous disposons au moins de machines qui fonctionnent pratiquement 24 h/24 depuis huit ans déjà et qui n’ont pas encore présenté de traces d’usure importante à ce jour ». 

Sécurité : « Sur le plan conceptuel, les machines sont tellement stables qu’elles résistent indéfiniment à nos applications. »

Polyvalence

Les fonctions du centre d’usinage HEC 630 D s’étendent sur cinq processus différents : le raccourcissement/centrage, l’intégration de canaux à huile, l’allègement du palier, l’allègement de l’axe et l’usinage d’extrémités. L’intégration de canaux à huile est une opération particulièrement délicate. Ceux-ci sont percés du palier principal aux paliers d’axe et de bielle en passant par les flasques de manivelle, afin de garantir la lubrification des vilebrequins aux points importants pendant le fonctionnement. Les canaux ont une longueur de 200 mm et un diamètre de 5 mm. Conscient de la difficulté de ces perçages profonds, Fikret Ersindigil affirme : « Un tel usinage complexe sur un centre d’usinage standard était inimaginable auparavant. Pour obtenir un processus sûr et fiable avec cette machine, nous devions faire preuve d’un important savoir-faire. Mais aujourd’hui, grâce à un dispositif de bridage hydraulique à axes NC intégrés, qui place le composant dans la bonne position, tout se déroule parfaitement. Les centres d’usinage HEC sont équipés de raccords hydrauliques appropriés. En matière de technique de commande, les axes NC peuvent être intégrés à la CNC afin que soit également automatisée l’opération ». 

Les dispositifs utilisés pour des pièces de différentes tailles permettent également l’allègement du palier et de l’axe. Cela s’explique par la réduction du poids obtenue grâce aux perçages dans l’arbre (allègement du palier) et dans les flasques de manivelle (allègement de l’axe) et qui permet d’améliorer les performances. Ces usinages ne sont toutefois efficaces qu’en présence de moteurs hautes performances. 

Service : un composant économique

Pour les cinq processus susmentionnés, Feuer powertrain utilise le centre d’usinage HEC 630 D en version standard légèrement modifiée : en ce qui concerne les machines destinées au perçage des canaux à huile, l’axe X a été rallongé de 50 mm. « Proposé en option par Heckert, cela nous a évité l’utilisation de machines plus grandes », se réjouit Ersindigil, responsable de l’optimisation des processus. Il marque ainsi son entière satisfaction vis-à-vis du service offert par le fabricant de machines-outils basé à Chemnitz : « Cela commence par de précieux conseils donnés avant l’achat, puis se poursuit par une réception professionnelle et des services d’assistance rapide ». Fikret Ersindigil précise : « Lorsque je signale un défaut le matin, la pièce de rechange est généralement livrée au cours de la journée, de sorte que la machine puisse reprendre son fonctionnement en soirée ». En outre, il félicite également le suivi par télémaintenance et par téléphone : « J’ai toujours été mis en relation avec des spécialistes et non pas avec des agents du centre d’appels qui n’ont aucune notion de la technique ». Ceci permet non seulement d’économiser du temps et de l’argent, mais apporte également la sérénité, facteurs importants pour un partenariat durable et efficace. 

Hubert Singer (à gauche), directeur technique, et Fikret Ersindigil (au centre), responsable de l’optimisation des processus chez Feuer powertrain, tout comme le Dr. Michael Fiedler, responsable des ventes et du transport de composants industriels du Groupe Starrag Group, se réjouissent du partenariat fructueux entre les deux entreprises.