Dans le domaine de la fabrication des moteurs industriels haute tension (10 kV et plus), le carter du moteur sert de support porteur pour le noyau du stator. La tolérance du diamètre d'arrêt, la perpendicularité de la face d'extrémité par rapport à l'axe, ainsi que la cylindricité de la chambre de palier influencent directement la stabilité du fonctionnement du moteur (la norme nationale GB/T 1993-1993 exige que la tolérance du diamètre d'arrêt soit de classe IT7, la perpendicularité ≤ 0,05 mm/m, et la cylindricité de la chambre de palier ≤ 0,008 mm). Un grand fabricant de moteurs industriels rencontre un goulot d'étranglement lié à un procédé traditionnel lors de l'usinage du carter de moteur en fonte ductile (QT500-7) de Φ 300-600 mm : il doit passer par trois étapes : « tournage brut sur tour horizontal → alésage de précision sur perceuse verticale → usinage des trous de fixation sur perceuse à bras oscillant ». Plusieurs serrages entraînent une coaxialité entre l'arrêt et la chambre de palier dépassant 0,1-0,15 mm, et l'intensité des vibrations pendant le fonctionnement du moteur dépasse 1,8 mm/s (valeur acceptable ≤ 1,1 mm/s), avec un cycle d'usinage unitaire pouvant atteindre 75 minutes ; par ailleurs, l'impact intermittent généré lors de l'usinage de la fonte ductile réduit la durée de vie des outils en alliage dur à seulement 40-50 pièces/lame, ce qui fait que le coût de l'outil d'usinage par carter de moteur dépasse 50 yuans.
Scénarios d'utilisation client
Pour surmonter ce dilemme, l'entreprise a introduit le tour vertical CNC Kede CNC VTC70 et mis en place un système de fabrication exclusif pour les boîtiers de moteurs, combinant un usinage rigide lourd avec un processus de serrage unique. L'équipement adopte un bâti monobloc en fonte de qualité aéronautique (avec une épaisseur de paroi de 90 mm), ayant subi un double traitement de relaxation des contraintes par « vieillissement naturel de 12 mois + vieillissement vibratoire de 72 heures », associé à des rails de guidage hydrostatiques à quatre points d'appui (capacité de charge ≥ 50 kN), et une rigidité structurelle optimisée par analyse par éléments finis. La raideur radiale à l'usinage atteint 35 kN/mm, permettant de supporter stablement la charge d'impact radial de 22 kN pendant l'usinage de fonte ductile ; équipé du système CNC FNK et d'une commande entièrement en boucle fermée avec règle de mesure par réseau optique (résolution de 0,05 μm), il atteint une précision de positionnement de ± 0,007 mm et une répétabilité de ± 0,01 mm, répondant précisément aux exigences de tolérance de niveau H6 de la chambre de palier. En réponse aux caractéristiques de coupe intermittente de la fonte ductile, l'équipement est doté d'une broche haute puissance (45 kW) et d'un système de refroidissement double haute pression (pression de refroidissement interne de 1,2 MPa, débit de refroidissement externe de 40 L/min), combiné à des outils de coupe en alliage WC Co à grains ultrafins (avec ajout de phase renforçante NbC, ténacité au choc ≥ 15 MPa·m¹/²), supprimant efficacement l'écaillement des outils.
Serrage du boîtier moteur
En matière d'innovation technologique, l'équipement a réalisé une double percée dans le traitement du boîtier de moteur en termes d'« intégration de processus + découpe stable renforcée » : en intégrant un mandrin hydraulique à quatre mors synchrones de Φ 800 mm (force de serrage jusqu'à 150 kN), une tourelle servo-motrice à 8 postes (temps de changement d'outil de 1,6 seconde) et une tête d'outillage motorisée radiale (couple de sortie de 350 N·m), il permet d'effectuer en une seule opération le tournage de précision de la circonférence extérieure du boîtier de moteur (tolérance niveau IT6), le alésage de précision de la chambre de palier (cylindricité ≤ 0,006 mm), le façonnage de l'arrêt (tolérance de diamètre ± 0,015 mm), le fraisage de la face terminale (planéité ≤ 0,03 mm), ainsi que le perçage et le taraudage de 20 à 24 trous de fixation (tolérance de position ≤ 0,1 mm). Face à la difficulté de maîtrise de la coaxialité, nous adoptons de manière innovante la « méthode intégrée de traitement par référence » : en prenant les alésages aux deux extrémités du boîtier de moteur comme référence de positionnement, des données de traitement en temps réel sont collectées via un système de mesure en machine (précision de mesure ± 0,001 mm), permettant de compenser dynamiquement la déformation due au poids de la pièce, ce qui garantit une coaxialité stable entre l'arrêt et la chambre de palier à ≤ 0,04 mm. Pour des structures complexes telles que les nervures de dissipation thermique, l'équipement utilise une interpolation combinée des axes Y et C afin de réaliser en une seule passe le façonnage de surfaces tridimensionnelles, évitant ainsi les marques d'outil liées aux transferts de procédés traditionnels.
Les résultats de la mise en œuvre sont entièrement conformes aux normes des moteurs industriels haute tension : le cycle de traitement par pièce a été réduit de 75 minutes à 42 minutes, et la capacité de production journalière est passée de 120 jeux à 220 jeux ; la cylindricité de la chambre de palier du carter de moteur est ≤ 0,006 mm, la coaxialité entre l'arrêt et la chambre de palier est ≤ 0,04 mm, et la perpendicularité de la face d'extrémité par rapport à l'axe est ≤ 0,03 mm/m, satisfaisant pleinement aux exigences des normes GB/T 1993-1993 "Méthodes de refroidissement pour machines électriques tournantes" et IEC 60034-1 ; l'intensité des vibrations pendant le fonctionnement du moteur est passée de 1,8 mm/s à 0,8 mm/s, et le taux de dépassement des vibrations est passé de 22 % à 1,5 % ; la durée de vie des outils a été prolongée de 60 % (jusqu'à 65 à 80 pièces/lame) grâce à une conception résistante aux chocs, et le coût unitaire de l'outil pour carter de moteur a été réduit à 32 yuans ; le système de diagnostic intelligent intégré à l'équipement permet de surveiller en temps réel l'accélération des vibrations de la broche (fréquence d'échantillonnage 1 kHz) et les fluctuations de l'effort de coupe. Combiné à un modèle de prédiction de l'usure de l'outil, cela a permis d'augmenter le taux d'utilisation global de l'équipement de 76 % à 93 %, et de réduire les arrêts annuels de 480 heures.
Le VTC70 résout la contradiction entre « usinage lourd et contrôle de précision » de notre boîtier électrique haute tension. Le chef ingénieur de l'entreprise a déclaré : « Notre moteur haute tension de 20 MW a non seulement obtenu la certification CE, mais répond également à l'exigence de 100 000 heures de fonctionnement sans panne pour les équipements utilisés dans des domaines clés tels que les centrales nucléaires et les grandes industries chimiques. Cela nous confère une compétitivité clé pour conquérir les marchés haut de gamme ». Ce cas illustre que le tour vertical CNC est devenu un équipement essentiel pour surmonter les goulots d'étranglement en qualité et en efficacité dans le domaine de la fabrication de boîtiers électriques industriels haute tension, grâce à la collaboration approfondie entre « conception structurelle renforcée + innovation intégrée de procédé + contrôle intelligent de précision ».
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