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Cependant, si vous voulez vraiment agir de manière durable, vous ne devez pas trop vous concentrer sur ces détails, car vous risquez de passer à côté d’avantages dans l’ensemble du processus.
Le développement durable est un sujet qui, à juste titre, devient de plus en plus important pour nous. Les ressources sont limitées et les coûts pour l’énergie sont de plus en plus élevés. Lors de l’évaluation de la durabilité, il est important de ne pas se concentrer trop étroitement sur un produit, mais de prendre également en compte l’environnement, le cycle de vie du produit et l’ensemble du processus dans lequel le produit est intégré.
L’usinage des métaux présente de nombreuses facettes. En fonction du matériau, de la géométrie des composants et des quantités, une grande variété de machines, d’outils et de dispositifs de serrage sont utilisés. Des facteurs externes tels que le lieu de production, les qualifications du personnel et l’automatisation éventuelle doivent également être pris en compte. Il existe ainsi de nombreuses options de fabrication différentes qui, selon les cas, peuvent contribuer à de meilleures solutions, la plus économique et la plus durable. Il serait difficile, dans ce cas, de ne pas comparer pommes avec poires.
Comment mesurer la durabilité ? Outre les matériaux utilisés, l’efficacité énergétique est probablement le principal facteur qui détermine un processus durable. Une approche prometteuse consiste donc à rechercher les plus gros consommateurs et à optimiser leur utilisation.
Dans le domaine de l’usinage, il s’agit sans aucun doute de la machine-outil, qui consomme la majeure partie de l’énergie utilisée avec ses entraînements de broches et d’axes, ses périphériques et ses unités auxiliaires telles que le refroidissement, la lubrification ou l’alimentation en air comprimé.
Lors de l’achat de nouvelles machines, l’utilisateur peut réduire considérablement la consommation en veillant à utiliser des composants à faible consommation d’énergie. Andreas Haimer, directeur général et président du groupe HAIMER, leader sur le marché de la technologie de serrage d’outils, explique : "Dans notre propre production, nous avons fait l’expérience qu’en remplaçant un ancien centre d’usinage par un nouveau avec le même processus d’usinage, nous utilisons environ 30 pour cent d’énergie en moins." Il ajoute un autre facteur fondamental : "En tant qu’entreprise familiale, nous accordons beaucoup d’attention à la durabilité. Par exemple, nous achetons l’acier pour nos outils en Allemagne, nous utilisons depuis des années de l’électricité provenant exclusivement de sources d’énergie renouvelables et nous investissons dans des systèmes d’énergie solaire et des infrastructures vertes. Au cours du dernier exercice, nous avons investi au total plus d’un million d’euros et économisé plus de 250 tonnes de CO2 par an."
Revenons aux machines, où tous les anciens centres d’usinage ne peuvent pas être remplacés par un nouveau. Des économies peuvent également être réalisées dans le processus d’usinage, par exemple en utilisant des stratégies d’usinage optimisées par la CAO/FAO, telles que le fraisage trochoïdal. Andreas Haimer en donne un exemple concret : "Un client nous a fourni des données sur la manière dont il a pu réduire le temps d’usinage de 75 %, de 71 minutes à 18 minutes par pièce, grâce au fraisage trochoïdal avec nos mandrins de frettage HAIMER Power et nos fraises HAIMER MILL par rapport à l’usinage avec une fraise à surfacer. Le changement de stratégie d’usinage s’est accompagné d’économies d’énergie grâce à une consommation d’énergie nettement inférieure. Alors que la charge de la broche était de 80 à 85 % pour 10 pièces dans l’usinage conventionnel avec une fraise à surfacer, ce qui entraînait des coûts énergétiques totaux d’environ 150 euros, la stratégie de fraisage trochoïdal avec une charge de la broche de 8 à 10 % et un temps de fonctionnement de la machine nettement plus court a réduit les coûts énergétiques à un total de 5 euros pour 10 pièces. Cela signifie un rendement plus élevé avec une consommation d’énergie plus faible par pièce produite, c’est ce que j’appelle durable et efficace".
Si vous considérez l’ensemble de la chaîne de processus, avez-vous déjà réfléchi à la manière dont un porte-outil peut contribuer à la durabilité ? Dans un processus d’usinage où la fraiseuse consomme en moyenne environ 30 kW, auxquels s’ajoute la puissance des dispositifs hydrauliques et pneumatiques, des équipements d’automatisation et des robots, le porte-outil ne joue qu’un rôle secondaire. En effet, le porte-outil est un détail relativement petit, même si le processus de serrage avec un mandrin de frettage consomme une quantité marginale d’énergie.
Si l’on considère d’autres systèmes de serrage, la consommation d’énergie pendant le frettage est plus élevée en utilisation opérationnelle qu’avec un mandrin hydraulique ou un mandrin de fraisage. Si l’on considère l’ensemble du cycle de vie d’un porte-outil, qui comprend la production, l’entretien et la mise au rebut, la situation est tout à fait différente.
La production d’un mandrin hydraulique demande beaucoup plus d’efforts et d’énergie en raison de sa structure plus complexe. Outre l’usinage de haute précision des différents composants, il faut également souder le manchon d’expansion, appliquer un traitement thermique supplémentaire pour empêcher la rupture du joint de soudure, ainsi que les efforts requis pour le nettoyage, l’assemblage et le remplissage d’huile. "D’après notre expérience, l’énergie nécessaire à la production est environ trois fois plus élevée que pour le mandrin de frettage", explique Andreas Haimer. "Outre les mandrins de frettage, nous disposons également de mandrins hydrauliques dans notre large gamme de livraison, bien que leur prix catalogue soit deux à trois fois plus élevé que celui des mandrins de frettage en raison de la complexité du processus de production. Ils constituent la bonne solution pour certaines applications. Cependant, elles ne sont pas plus durables. Nos analyses ont montré que la fabrication d’un mandrin hydraulique nécessite environ 25 kWh d’énergie en plus que celle d’un mandrin de frettage. Inversement, en termes de cycle de vie du produit, cela signifie qu’un mandrin de frettage dont les besoins énergétiques sont de 0,026 kWh par cycle de frettage et de refroidissement peut être fretté près de 1 000 fois avant de nécessiter plus d’énergie qu’un mandrin hydraulique".
Outre l’augmentation des coûts de fabrication, il y a aussi la différence en termes d’entretien. Alors que les mandrins de frettage Haimer ne nécessitent aucun entretien en raison de la qualité particulièrement élevée de l’acier à outils travaillé à chaud et, en combinaison avec la technologie brevetée des bobines et des machines de frettage Haimer, ils peuvent être frettés et démontés un nombre illimité de fois, les mandrins hydrauliques et les mandrins de fraisage doivent être renvoyés au fabricant au plus tard tous les 2 ou 3 ans pour vérifier la force de serrage, lubrifier la vis de serrage ou graisser le système et procéder à un entretien régulier du mandrin en raison de l’usure. L’huile hydraulique ou la graisse contenues rendent également plus difficile une élimination respectueuse de l’environnement que dans le cas des mandrins de frettage, qui ne contiennent pas de composants supplémentaires. Outre le cycle de vie, il existe également des différences significatives en termes de fiabilité des processus : en cas d’usinage à sec ou de refroidissement insuffisant dans le processus d’usinage, les mandrins hydrauliques présentent un risque d’éclatement des chambres de serrage en raison de la forte chaleur dégagée, ce qui entraîne l’arrachement de l’outil et un risque de rebut. Les mandrins de frettage sont plus robustes et plus durables à cet égard ; si vous souhaitez éliminer complètement le risque d’arrachement de l’outil, le système Safe-Lock de Haimer est disponible en option pour les mandrins de frettage, pour une sécurité à 100 %.
Mais comment la consommation d’énergie est-elle réellement calculée pendant le processus de frettage ? Le chauffage d’un mandrin de frettage prend environ 5 secondes avec une machine de frettage HAIMER actuelle. Les utilisateurs expérimentés frettent un outil de coupe usé et frettent un nouvel outil de coupe en une seule opération. Le porte-outil n’est donc chauffé et refroidi qu’une seule fois. La puissance maximale d’une machine de frettage HAIMER Power Clamp avec la bobine NG brevetée est de 13 kW, mais la moyenne est de 8 kW. Cela signifie qu’un processus de frettage complet consomme environ 0,011 kWh. En outre, le refroidissement consomme environ 0,015 kWh, bien que les appareils Haimer puissent refroidir jusqu’à cinq mandrins en parallèle et en même temps avec une consommation d’énergie presque identique. Dans le pire des cas, cela donne un total de 0,026 kWh pour l’ensemble du processus. Si un kilowattheure coûte 20 centimes, le frettage et le refroidissement d’un outil ne coûteront que 0,5 centimes.
Et comment classer la consommation d’énergie dans le processus d’usinage, où la consommation d’énergie d’une fraiseuse avec tous les entraînements auxiliaires est d’environ 30 kW ? Si l’on part du principe qu’un outil est utilisé pendant environ une heure et que l’on peut économiser ne serait-ce qu’un pour cent du temps d’usinage grâce à la concentricité et à la rigidité élevées ou à l’amélioration des stratégies de fraisage en raison de la finesse du contour, cela représente une économie d’énergie de 0,3 kWh. Cela représente environ 11 fois la quantité d’énergie utilisée pour le frettage. Andreas Haimer résume la situation : "La consommation d’énergie par processus de serrage joue un rôle négligeable par rapport aux questions du cycle de vie, de la fiabilité du processus et de la stratégie d’usinage. Les stratégies modernes de fraisage optimisées par la CAO/FAO permettent d’économiser 75 % du temps d’usinage. Les machinistes doivent se concentrer sur ces processus améliorés s’ils veulent être durables et productifs. Dans un deuxième temps, ils doivent choisir le porte-outil le plus adapté et le plus fiable pour ces stratégies".
