L'automatisation permet aux ateliers d'usinage de se développer dans un contexte de forte concurrence

Experts en fabrication de moules

Fondée en 1980 et située à Kalamazoo, Michigan, JK Machining est spécialisée dans la conception et la fabrication de moules par injection plastique. L'entreprise est essentiellement présente dans les secteurs de l'automobile et des dispositifs médicaux. Les clients de JK Machining dans le secteur automobile sont des fournisseurs de niveau 1 et 2 qui produisent principalement des composants intérieurs - sorties de climatisation, collerettes de garniture, porte-gobelets, entre autres.

JK Machining se concentre sur les moules de classe 101 - des moules à très forte production avec des temps de cycle rapides, fabriqués à partir de matériaux de qualité et conçus pour un million de cycles ou plus. Les industries clientes de l'entreprise partagent certaines des mêmes tendances : leurs exigences de qualité nécessitent de meilleures lignes de plans de joint, de meilleures finitions et des tolérances plus étanches. Les enjeux tant pour les clients du secteur automobile que médical sont la qualité, les délais de livraison et le coût.

Réduire les délais de livraison, améliorer la qualité et faire baisser les coûts

"Avant, nous disposions de 18 à 22 semaines pour fabriquer un outil destiné au secteur de l'automobile," explique Henry Kalkman, PDG de JK Machining. "Maintenant, le délai est de 10 à 12 semaines. Tous nos clients veulent commercialiser leurs produits le plus rapidement possible. Les fabricants étrangers ont un avantage en ce qui concerne le coût. Ils cherchent aussi à améliorer la qualité de leurs produits, ce qui en fait nos principaux concurrents."

JK Machining relève ces défis de front grâce à une technologie de pointe et à une équipe de 15 employés dévoués, avec une solide expérience dans la conception et la fabrication de moules. L'entreprise possède un atelier de fabrication équipé de machines-outils dernière génération, notamment des centres d'usinage à grande vitesse, des meuleuses, des fraises et des machines d'électroérosion (EDM).

Des technologies innovantes

Il y a plusieurs années, JK Machining a voulu améliorer ses capacités de conception et de fabrication assistées par ordinateur (CAO/FAO) afin d'optimiser son efficacité et sa compétitivité. L'entreprise a choisi le logiciel NX™ de Siemens Digital Industries Software, qui intègre des capacités de CAO et de FAO innovantes ainsi que des outils spécialisés pour la conception de moules.

Avant cela, JK Machining utilisait des logiciels différents pour la conception et la fabrication des moules. Pour passer de la conception à la production, l'entreprise devait exporter les données du système de conception dans un format d'échange neutre, puis importer les données dans le système de FAO pour la programmation de la commande numérique. Ce transfert et cette traduction de données ont ajouté des étapes supplémentaires et des erreurs dans le processus qui ont entravé la productivité. En outre, les étapes de traduction et de transfert des données ont compliqué le traitement des modifications de conception nécessaires, dont il est difficile d'assurer le suivi et la mise en application correcte dans le cadre d'un processus déjà complexe.

Les anciens logiciels de programmation CN de JK Machining manquaient des fonctionnalités clés, ce qui limitaient les types de tâches que l'entreprise pouvait entreprendre. Lorsque JK Machining a acheté des machines 5 axes à grande vitesse, le logiciel de programmation CN s'est avéré difficile à utiliser et à personnaliser pour répondre aux besoins spécifiques de l'entreprise en matière de vitesse et d'efficacité.

JK Machining a choisi NX sur la base de plusieurs fonctionnalités clés du logiciel. Grâce à ses fonctionnalités totalement intégrées, NX a permis d'automatiser l'ensemble du processus de développement des moules, de la conception à la fabrication. Les outils de CAO de NX disposent de fonctionnalités puissantes pour travailler avec les modèles géométriques des clients, ainsi que de capacités propres aux moules qui contribuent au bon déroulement des opérations de conception des moules. Pour la programmation CN, l'utilisation du logiciel NX CAM avec ses outils de programmation pour les machines à 5 axes à grande vitesse a permis à l'entreprise d'exploiter tout le potentiel de ses machines-outils. Avec ce système intégré, JK Machining a établi une continuité numérique qui lui a permis d'automatiser ses processus tout au long de la conception et de la fabrication.

Soutenu par le partenaire de Siemens, CAM Logic, Inc.

JK Machining fait confiance à CAM Logic, Inc, un partenaire de Siemens Digital Industries Software, pour le développement et la mise en place de ses solutions. "L'assistance de CAM Logic, Inc. est cruciale lorsque nous recevons de nouvelles versions du logiciel," déclare Henry Kalkman, PDG de JK Machining. "Ils nous aident à comprendre les nouvelles fonctionnalités de chaque version et la meilleure façon de les appliquer."

Développer des moules avec NX

Le processus typique de conception de moules chez JK Machining commence lorsque les clients envoient des modèles CAO des pièces qu'ils veulent créer et une demande de devis sur le projet. Les modèles CAO sont habituellement dans le format d'échange neutre STEP, et JK Machining importe les données géométriques dans NX. Pour établir le devis, JK s'appuie sur son expérience dans la conception de moules. "Je sais par expérience ce que coûtera un socle de moule ou un canal chaud," explique M. Kalkman. "Notre expertise nous permet d'établir des devis précis rapidement, ce qui est essentiel dans notre secteur d'activité."

La conception commence dès que JK Machining se voit attribuer un projet. Elle utilise les outils spécialisés NX Mold Wizard pour créer la base du moule et concevoir les empreintes et les cavités, les canaux, les lignes de refroidissement et autres caractéristiques du moule. "La conception sur NX est à des années-lumière de la manière dont je concevais les moules en 2D," déclare Brian, ingénieur concepteur avec plus de 30 ans d'expérience qui utilise NX depuis plus de 10 ans. "Les outils d'analyse des moules sont formidables - je peux facilement identifier les contre-dépouilles ou les endroits où nous avons besoin de plus d'ébauche. Je peux rechercher des parois fines ou épaisses, et calculer automatiquement le poids total du moule et définir son centre de gravité."

Brian est très satisfait des autres fonctionnalités de conception automatisée NX. "Les bibliothèques de conception de moules nous font gagner un temps fou, et nous les avons enrichies au fil des ans," ajoute-t-il. "NX Mold Wizard a simplifié et automatisé les modifications de conception. Lorsque nous recevons un modèle de pièce révisé, il suffit de le déposer, d'ajouter une rétraction, de comparer l'ancienne pièce à la nouvelle, de déterminer ce qui est différent et d'effectuer les mises à jour nécessaires."

" La création de la nomenclature est également automatisée, je n'ai donc pas besoin de passer une journée à la compiler," explique Brian. "Nous gagnons aussi du temps en automatisant un grand nombre de tâches répétitives grâce aux fonctionnalités de journalisation et de macro. Je peux faire une tâche une fois, l'enregistrer dans un journal et la sauvegarder sous forme de macro pour l'utiliser dans mes prochains projets, ce qui accélère considérablement le processus de conception."

Fabrication de moules avec NX

JK Machining utilise NX CAM pour programmer toutes les opérations de fraisage nécessaires à la fabrication des moules. Le site de production de l'entreprise dispose de deux machines Milltronics qui sont principalement utilisées pour les cycles de perçage et l'ébauche, et de deux centres d'usinage verticaux Röders à grande vitesse, l'un à 3 axes et l'autre à 5 axes, utilisés pour la finition des cavités de moules et la découpe des électrodes pour l'usinage par électroérosion.

Les programmeurs de commande numérique (CN) de JK Machining travaillent directement à partir du modèle CAO du moule et utilisent les fonctions de conception NX pour préparer les modèles pour l'usinage et pour concevoir les électrodes. Les outils de CAO sont fréquemment utilisés pour extruder, unir et combler les intervalles. "Il y a beaucoup de choses à exploiter dans un modèle," dit Rick, programmeur senior chez JK Machining. "Par exemple, si nous voulons supprimer toutes les conduites d'eau ou les trous de boulons, nous pouvons le faire d'un seul clic. La technologie synchrone dans NX est très facile et intuitive. Nous utilisons la fonctionnalité d'optimisation de la face pour corriger la géométrie des pièces que nous recevons de nos clients, et c'est beaucoup plus facile que de passer par un processus de correction en plusieurs étapes. Nous pouvons facilement déplacer, remplacer et décaler les faces."

La conception de moules et l'usinage entièrement intégrés de NX peuvent nous faire gagner des heures sur les projets. "Nous pouvons facilement éditer la CAO et naviguer entre la CAO et la FAO," explique Mitch, programmeur CNC chez JK Machining. "Avec notre ancien logiciel, nous concevions un moule, l'exportions depuis le système de CAO, l'importions dans la FAO, et quand ça n'allait pas, nous devions tout recommencer."

Les fonctionnalités avancées de programmation CN de NX améliorent la compétitivité de JK Machining. "Lorsque l'on nous montrait une pièce, les capacités de notre ancien logiciel étaient telles que nous doutions souvent de pouvoir la fabriquer," explique Rick. "Mais ça, c'était avant. Nous pouvons désormais relever n'importe quel défi - pièces complexes, poches creuses - nous savons que nous avons la capacité de les programmer."

Usinage à haute vitesse

L'usinage à grande vitesse est une technologie essentielle pour les fabricants de moules, une vitesse de broche et une avance plus élevées permettent de réaliser des surfaces fraisées avec une finition proche du miroir. "NX est conçu pour l'usinage à grande vitesse," ajoute Rick. "Avec les rayons automatiques et les approches et sorties de trajectoires d'outils, le logiciel permet d'obtenir des coupes très rapides et régulières. La machine peut atteindre des vitesses de rotation et d'avance élevées, tout en éliminant les coins vifs, les arrêts soudains et les interruptions sur l'acier ou le graphite."

"Les finitions sont tout simplement géniales," continue Rick. "Avec les machines Röders, nous obtenons une finition de surface parfaite à chaque fois. Quand on fait usiner un moule, il n'y a pas besoin de travaux d'établi. Cela permet de gagner beaucoup de temps et d'améliorer la satisfaction des clients."

Utiliser CAM Express Fraisage 5 axes

Les programmeurs CN de JK Machining apprécient particulièrement les commandes d'inclinaison des outils NX CAM, qui permettent notamment une meilleure utilisation de l'usinage 5 axes. Il convertit automatiquement les parcours d'outils 3 axes en 5 axes pour usiner les moules à cavités profondes plus efficacement L'inclinaison permet à JK Machining d'utiliser des outils plus courts pour réduire les vibrations, minimiser la déviation de l'outil et améliorer la finition de surface. "Sans inclinaison, nous devrions amener l'outil à la meule et soulager la gorge," ajoute-t-il. "Quand vous coupez une électrode avec une fraise de moins d'un millimètre de diamètre suspendue à quatre centimètres de hauteur , vous devez ralentir la vitesse d'avance d'un tiers et faire des coupes plus petites. Tout est plus lent avec une méthode d'usinage traditionnelle. Mais avec la méthode d'inclinaison des outils 5 axes dans NX CAM, nous améliorons la qualité des moules tout en réduisant jusqu'à quatre fois le temps d'usinage." Mitch partage également cet avis : "L'inclinaison de l'axe de l'outil est géniale. L'impact est énorme. Nous sommes capables de faire tellement de choses, nous pouvons entreprendre des projets sur lesquels nous ne pouvions pas travailler auparavant."

Une programmation CN puissante, flexible et polyvalente

Avec un niveau de contrôle important pour l'utilisateur et de nombreuses options, le fraisage avancé 5 axes de NX donne aux programmeurs de JK Machining une plus grande flexibilité pour atteindre des vitesses de déplacement plus élevées et des finitions soignées. "La méthode par bi-tangence, que nous utilisons pour le fraisage de résidus, est tout simplement parfaite pour l'usinage des moules," explique Rick. "Il y a énormément d'options pour obtenir la bonne trajectoire - vous pouvez commencer par le haut ou travailler à partir du bas ; travailler de l'extérieur vers l'intérieur ou de l'intérieur vers l'extérieur. Nous ne pouvions pas obtenir les mêmes résultats avec notre ancien logiciel. Avec NX, nous avons toujours une bonne trajectoire de coupe."

Gagner du temps et optimiser l'efficacité de la programmation grâce à l'automatisation

NX dispose de nombreux outils que JK Machining utilise pour automatiser et personnaliser la conception et la fabrication des moules. Les modèles de processus aident les programmeurs CN d'assurer que les méthodes de coupe et les outils utilisés fonctionnent bien. "Avec les modèles de processus, je ne m'inquiète jamais de devoir entrer les mêmes paramètres pour chaque tâche, comme les diamètres ou les profondeurs de coupe, ou les avances et les vitesses," ajoute Rick. "Je peux réutiliser des modèles sauvegardés pour lancer un chemin d'outil en quelques minutes, au lieu d'une heure où je dois penser à la profondeur, à la paroi latérale et à la taille de la crête. Nous disposons d'une bibliothèque de modèles de cycles d'usinage déjà testés, notamment l'ébauche, la semi-finition et la finition, la programmation CN est donc automatisée. L'usinage est ainsi beaucoup plus rapide."

Adaptation des fonctionnalités, automatisation des tâches répétées.

JK Machining accorde aussi beaucoup d'importance aux outils d'automatisation et de personnalisation ouverts qui permettent à l'entreprise d'adapter NX à ses besoins spécifiques. "J'aime la façon dont NX est compatible avec différents langages de programmation," déclare Rick. "Donc si j'écris un fichier journal pour automatiser des étapes répétées, je peux choisir mon langage favori." La création de programmes CN spécifiques aux machines est un autre aspect important que Rick apprécie : "Quand nous avons reçu la machine à 5 axes, je ne pouvais pas modifier le post-processeur avec les logiciels précédents. NX Post Builder est totalement ouvert et je peux facilement modifier le poste. En utilisant les postes mieux adaptés, nous pouvons utiliser les programmes adéquats et ainsi rendre l'usinage plus rapide et plus efficace."

Le succès à long terme

M. Kalkman résume l'impact que NX a eu sur l'usinage chez JK : "NX est parfait. Nous utilisons le logiciel depuis longtemps et nous avons constaté énormément de changements pendant cette période. Avant, nous n'utilisions que l'usinage 3 axes et maintenant nous sommes passés à l'usinage 5 axes. Nous nous tournons également vers la robotique pour automatiser davantage le processus. L'automatisation et les améliorations continues grâce à NX nous ont permis de nous forger une réputation de fabricant de moules de qualité, que nous livrons toujours dans les délais. Voilà comment nous restons compétitifs et développons nos activités.