Serrage sécurisé sous vide pour petits panneaux

La société ASSTEC Assembly Technology GmbH & Co. KG est spécialisée dans le développement et la création d’espaces de travail ergonomiques. Sa gamme de produits et services couvre l'ensemble des besoins, de la fourniture de composants individuels pour la fabrication de postes de travail d'assemblage, de test et d'expédition, à la conception et à la fabrication de cellules de production monobloc pour la production industrielle à grande échelle.

Lors de la fabrication de plateaux de table, de revêtements, ou d'éléments tels que des présentoirs, des goulottes, des tiroirs et des étagères, ASSTEC utilise généralement des panneaux en stratifié haute pression (HPL), qu'ils usinent sur une machine CNC. Ces panneaux sont fixés sur une table aspirante.

Pour générer le vide, ASSTEC utilise une pompe à vide à becs rotatifs MINK de Busch. La pompe à vide génère un vide poussé constant, permettant ainsi de maintenir en toute sécurité même les petites pièces usinées.

À propos d’ASSTEC

Les différents départements basés au siège d'ASSTEC à Rottweil (Ateliers, Outils, Conception, Mise en œuvre) travaillent tous à atteindre l'efficacité dans les différents processus de production à travers les nombreux secteurs de l'industrie manufacturière. Ils proposent également un programme de conseil incluant des ateliers spécialisés sur des thèmes tels que la planification de l'agencement et des flux de matériaux, la réduction des temps de changement d'outillage, la conception ergonomique des postes de travail, et la gestion d'atelier.

En résumé, ASSTEC se concentre sur tout ce qui rend la production plus rapide et plus efficace, tout en améliorant l'ergonomie et la sécurité des postes de travail. Après avoir travaillé avec ses clients pour développer un concept, ASSTEC utilise des prototypes en carton à taille réelle (échelle 1:1) pour effectuer des tests. Cette étape est suivie par la conception et la fabrication des postes de travail individuels (fig. 1) ainsi que de leur équipement.

Panneaux de fixation

Pour l'usinage des panneaux, ASSTEC utilise principalement des stratifiés haute pression (HPL) de différentes épaisseurs, qu'ils travaillent ensuite sur une machine de découpe CNC (Fig. 2). Cette machine de découpe est également utilisée pour fraiser ou graver du polycarbonate, d'autres plastiques, ainsi que des panneaux en aluminium.

Le fabricant a installé quatre ventilateurs d’aspiration sur la machine CNC. Chacun de ces ventilateurs alimentait l'un des quatre quadrants dans lesquels la table de travail avait été divisée. Chaque quadrant mesurait 3 000 x 500 millimètres. Cela permettait à la machine demaintenir en toute sécurité des panneaux de dimensions allant jusqu'à 2 x 3 mètres. Le vide généré par les ventilateurs d'aspiration était également suffisamment puissant pour maintenir les panneaux couvrant un des quatre quadrants de la table. Cependant, la force de maintien était insuffisante pour les pièces plus petites, ce qui les faisait souvent glisser sur la table pendant l'usinage.

Dans une tentative de remédier à ce problème, l'entreprise a essayé de réduire la vitesse d'avance du routeur, mais cette solution s'est révélée insuffisante. Marc Blessing, directeur général d’ASSTEC, a donc cherché une meilleure solution technique et s’est entretenu avec les spécialistes du vide de Busch Solutions de Vide.

La solution de Busch et ses avantages pour le client

Ils ont recommandé d’utiliser une pompe à vide à becs rotatifs MINK MV capable de remplacer les quatre ventilateurs d'aspiration existants.

ASSTEC a décidé de mettre en œuvre cette solution, puis a remplacé les quatre ventilateurs d’aspiration par une pompe à vide à becs rotatifs MINK MV (fig. 3), qui génère désormais une vitesse de pompage suffisante pour couvrir les quatre zones avec du vide – l’ensemble de la table de travail. De plus, leur niveau de vide de 150 millibars (absolu) est nettement supérieur au niveau de vide de 800 millibars (absolu) des anciens ventilateurs d’aspiration (fig. 4).

Les pompes à vide à becs rotatifs MINK MV proposent une maintenance réduite. Seule l’huile de l’engrenage doit être changée tous les deux ans. Grâce au niveau élevé de vide, même les petites pièces peuvent maintenant être serrées en toute sécurité pendant l’usinage.

Les bases physiques du serrage sous vide
La raison d’utiliser une table aspirante pour le serrage, est de permettre un maintien sécurisé d'une pièce plate pendant le processus d'usinage. Un autre avantage est qu'aucun élément de serrage mécanique n'est nécessaire, ce qui signifie qu'aucun temps n'est perdu à fixer les composants, et aucune marque de pression n'est laissée sur les pièces usinées. Une combinaison de différents facteurs détermine si une pièce usinée est correctement maintenue ou non. D'un point de vue physique, ce n'est pas le vide qui maintient les pièces à usiner, mais plutôt la pression atmosphérique. Le système de vide fournit simplement une pression négative suffisante du côté opposé, ce qui permet une efficacité optimale de la pression atmosphérique. Sur le plan technique, la pression entre la pièce et la table d'usinage, ou sa surface de support, est réduite pendant le serrage, car l'air est extrait.

Pression, surface, force de maintien
En physique, la pression se définit comme la force qui s'applique sur une surface donnée ; elle est donc fonction de la force et de la surface (fig. 5). L'exemple ci-dessous montre comment cette fonction est calculée :

Un panneau HPL est placé sur la table à vide de la machine CNC, prêt pour l’usinage. Avec ses 500 x 3 000 millimètres, il correspond exactement aux dimensions de l’un des quadrants. Les trois autres quadrants sont séparés de l’alimentation en vide par des vannes d’arrêt.

Calcul de la force de maintien avec un ventilateur d’aspiration (800 millibars (abs.))



Cela signifie que la pression différentielle de 200 millibars entre la pression atmosphérique et la pression négative générée par le ventilateur d’aspiration entraîne une force de maintien de 30 000 N. Le panneau stratifié haute pression est donc plaqué sur la table d'usinage par un poids de trois tonnes.
Si l’utilisateur souhaite serrer un panneau HPL plus petit pour l’usinage, la force de maintien diminue en utilisant la même formule. Dans ce cas, on suppose que l'espace libre sur la table à vide est hermétiquement scellé et recouvert d'un panneau ou d'un film.
Si un panneau HPL de dimensions 150 x 150 millimètres est serré, la force de maintien n'est que de 450 N, ce qui équivaut à un poids de 45 kilogrammes appuyant le panneau sur la table d'usinage. En fonction de l'opération effectuée sur le panneau, une force de maintien de 450 N peut être insuffisante pour assurer un maintien sécurisé du panneau.
Si ce petit panneau HPL est maintenant serré sur la table d'usinage dans les mêmes conditions, mais avec une pompe à vide à becs rotatifs MINK, la force de maintien est multipliée par plus de quatre. La raison en est l’augmentation de la pression différentielle entre la pression atmosphérique et le vide de 150 millibars généré par la pompe à vide. En termes mathématiques, la force de 450 N générée lors du serrage avec un ventilateur d'aspiration passe à 1 912 N avec la pompe à vide MINK. Le poids exercé sur le panneau passe ainsi de 45 à 191 kilogrammes.

Par conséquent, nous pouvons conclure que plus un panneau HPL est petit, plus la pression différentielle ou le niveau de vide de la pompe à vide doit être élevé.
Ces calculs ne sont valables que si les surfaces de la table à vide qui ne sont pas couvertes par le panneau en cours d'usinage sont hermétiquement scellées. Si ce n’est pas le cas, de l'« air parasite » est aspiré dans le système. Si la pompe à vide est suffisamment puissante et rapide, elle atteindra quand même le niveau de vide requis. Cependant, si les pompes à vide sont sous-dimensionnées, l'air parasite aspiré risque de diminuer le niveau de vide et, par conséquent, la force de maintien.

ASSTEC utilise la pompe à vide à becs rotatifs MINK depuis début 2018. Marc Blessing, directeur général, souligne qu’ils n’ont rencontré aucun problème de serrage depuis son utilisation, et que la pompe à vide fournit un niveau de vide poussé constant à leur entière satisfaction.