L’usinage complexe remplace la fonderie pour les composants en deux pièces des prototypes de pistons
L’entreprise Achates Power de San Diego, en Californie, utilise Mastercam pour créer des pièces prototypes pour un moteur à essence à allumage par compression et à pistons opposés, respectueux de l’environnement. Cette recherche collaborative est le fruit du travail d’Achates, de l’Argonne National Laboratory et de Delphi Technologies. Elle a été réalisée grâce au financement du programme ARPA-E du ministère américain de l’énergie.
En bref
- Product Used: Mill, Port Expert, Dynamic Milling
- Industrie : Transport
Détails du projet
- The Challenge: Machine prototype parts that mimic the performance of production-ready steel using billet rather than casting them. Undercuts and cavities are difficult to cut on two-piece piston assemblies.
- The Solution: Mill, Port Expert, Dynamic Milling
- Avantages :
- Module complémentaire Port Expert pour les trajectoires de portage de culasses de moteurs sur les surfaces de port ou les données solides. Il utilise des sucettes et effectue des contrôles de collision pendant la programmation.
- Parcours d’outils dynamiques de fraisage 5 axes pour les géométries complexes et l’ébauche : parcours d’outils multiaxes d’isoparamétrie, de fraisage en roulant et d’ébauche.
- La fonction Verify permet aux programmeurs de confirmer les parcours d’outils avant l’usinage. Ils peuvent ainsi programmer les parcours d’outils et les avoir prêts lorsque le travail précédent est terminé.
One engine stood out at the 2018 North American International Auto Show in Detroit, Michigan: the new eco-friendly, gasoline compression ignition, opposed-piston engine from Achates Power in San Diego, California. The collaborative research was the work of Achates, Argonne National Laboratory, and Delphi Technologies. It was produced using funding from the U.S. Department of Energy’s ARPA-E program. The revolutionary design results in an engine which requires no cylinder heads, reducing heat loss and increasing efficiency. Achates, a design company that licenses the technology, is currently prototyping the green engine’s parts.
Les pistons de production seront des pièces en deux parties, coulées puis soudées. Leurs prototypes sont usinés à l’aide de Mastercam. Sergio Ramirez, chef d’atelier chez Achates, explique que la fonderie de prototypes est inefficace ; chaque prototype de piston est testé minutieusement, puis la conception est légèrement modifiée. Avec autant de petits changements de conception, la fonderie de prototypes est tout simplement prohibitive en termes de coûts. Malheureusement, les matériaux de prototypage rapide ne résistent pas aux cycles de chauffage et de refroidissement associés à ce processus. M. Ramirez utilise donc des billettes en acier 4140 et 4340.
« L’usinage de cet assemblage a été le plus grand défi en raison des cavités profondes et des rayons dans les coins ; les petits outils de coupe n’aiment tout simplement pas cela. De plus, chaque fois que vous soudez deux pièces ensemble, un mode de défaillance est possible. Vous ne voulez pas que le piston se brise pendant l’usinage, et encore moins dans un moteur. Mais nous l’avons dépassé et nous n’avons eu aucune défaillance. C’est probablement le plus grand défi que nous ayons eu à relever : essayer d’imiter les performances d’un piston en acier prêt à la production en utilisant des billettes », a déclaré M. Ramirez.
Machining undercuts and cavities in the two-part pistons is more difficult than casting them. Once welded, the underside of the crown is difficult to reach. Trevor Bailey, technical support specialist at San Diego CAD/CAM sat down with Ramirez to find a solution. Together, they redesigned the process so that the two pieces were not welded together until the crown’s undercuts were made. Then came the delicate machining.
Once the piston crown is welded to the bottom piece, machining the internal cavities is a matter of precision. At Bailey’s suggestion, Ramirez decided to use Port Expert, a Mastercam add-on that uses collision checks during machining to avoid tool and material damage.
« Port Expert nous permet d’incliner davantage l’outil dans une trajectoire de coupe tangente le long de la surface. Nous avons un meilleur contrôle de la vectorisation de l’outil et nous sommes en mesure d’utiliser les surfaces optimales des goujures de coupe sur les fraises en bout », a déclaré M. Ramirez.
M. Ramirez s’attend à ce que le nouveau moteur soit testé sur route dès cette année. « D’ici à la fin de l’année 2019, nous aurons effectué des milliers d’heures d’essai et parcouru des milliers de kilomètres avec ce moteur », a-t-il déclaré. Les licences de fabrication seront ensuite vendues aux fabricants pour la production.
Le moteur à pistons opposés de M. Achates devrait coûter 1 000 dollars de moins que les moteurs diesel comparables et sera étonnamment efficace pour un moteur de camionnette de grande taille, avec une consommation de 37 miles par gallon. Les consommateurs peuvent se réjouir de disposer d’un moteur respectueux de l’environnement et de leur portefeuille.
« Je pense que Mastercam vous permet de personnaliser à peu près tout jusqu’aux postes et aux préférences personnelles. L’année dernière, nous avons acheté une machine dont la configuration était différente de toutes les autres. Avec la combinaison de 5 axes différents qui sont dans des plans différents de ceux des autres machines, vous avez besoin d’un poste pour pouvoir générer du code G. Il n’y avait pas de poste existant pour cette machine. Il n’existait pas de génération du code pour cette machine. Pouvoir générer des codes et des paramètres, en utilisant tous les différents réglages de Mastercam, a été facile pour moi et très utile. »
Sergio Ramirez, chef d’atelier à l’alimentation Achates, San Diego, Californie
