Pompe à engrenages haute pression NIDEC (Japon), pompe auto-amorçante bidirectionnelle

Pompe à engrenages haute pression NIDEC (Japon), pompe auto-amorçante bidirectionnelle

 

Ansix La technologie au service des pompes nouvelle génération de NIDEC grâce au moulage par injection de précision

 

Dans le secteur hautement concurrentiel des composants industriels et automobiles, la transition du métal vers les plastiques haute performance est une quête incessante, motivée par les exigences de réduction de poids, de résistance à la corrosion et de géométries complexes et intégrées. Cette transition est particulièrement cruciale pour les systèmes de gestion des fluides, où les composants doivent résister à des pressions, des températures et des expositions chimiques extrêmes. Ansix Tech, spécialiste du moulage par injection et de la fabrication de moules de pointe, est à la pointe de cette évolution et a récemment mené à bien un projet majeur pour Japan NIDEC Corporation, leader mondial des moteurs et pompes de précision.

Le développement réussi et la production en série de composants plastiques essentiels pour la nouvelle pompe à engrenages haute pression et la pompe auto-amorçante bidirectionnelle de NIDEC illustrent parfaitement la synergie entre une conception de produit innovante et une expertise de fabrication de pointe. Ce projet répond non seulement aux exigences rigoureuses de l'industrie japonaise, mais il répond également aux normes industrielles japonaises les plus strictes. normes mais démontre également comment l'optimisation stratégique des matériaux et des procédés peut réduire considérablement les coûts des composants tout en améliorant les performances et la fiabilité.

 

Projet Genesis : Répondre à la demande du marché avec précision

Les nouvelles familles de pompes NIDEC sont conçues pour les applications exigeantes de la gestion thermique automobile, des machines industrielles et des appareils à haut rendement. Le marché, dépendant de dispositifs plus compacts, plus légers et plus économes en énergie, repousse les limites de la technologie des pompes. La pompe à engrenages haute pression est conçue pour un dosage précis des fluides dans les systèmes de lubrification et d'alimentation en carburant, et requiert une stabilité dimensionnelle exceptionnelle ainsi qu'une résistance à la déformation induite par la pression. La pompe auto-amorçante bidirectionnelle, souvent utilisée dans les circuits de refroidissement, doit supporter des cycles de pression rapides et résister à l'érosion par cavitation.

 

Les deux pompes utilisent une conception de type encapsulé, où le rotor est scellé dans un boîtier en résine, ce qui présente des avantages considérables en termes de poids et de coût par rapport aux boîtiers métalliques traditionnels. Cependant, cette conception soulève d'importants défis : le boîtier en plastique doit résister à des pressions hydrauliques internes élevées sans se fissurer, fuir ou se déformer, ce qui pourrait compromettre l'étanchéité essentielle entre le stator et le rotor.

 

Ansix Tech a été engagée non seulement comme fournisseur de pièces, mais aussi comme partenaire de développement, chargée de transformer les concepts de conception de NIDEC en composants fiables et produits en série. Le projet couvrait l'ensemble de la chaîne de valeur : de la vérification de la conception du prototype et de la sélection des matériaux à la conception et à la fabrication de composants ultra-performants.Moule de précisions, optimisation des processus et, enfin, production de masse certifiée.

 

Le plan de réussite : du prototype à la production certifiée

Le projet a suivi un processus de développement rigoureux, structuré en phases :

 

Conception de prototypes et analyse de fabricabilité (DFM) : L’équipe d’ingénierie d’Ansix Tech a réalisé une analyse DFM complète des modèles 3D initiaux des corps de pompe et des engrenages internes. Grâce à un logiciel de simulation avancé, elle a identifié des problèmes potentiels tels que des retassures, des lignes de soudure (particulièrement critiques car elles peuvent devenir des points de rupture sous pression) et une épaisseur de paroi non uniforme. Une collaboration précoce a permis d’apporter des modifications à la conception, améliorant considérablement la moulabilité sans compromettre la fonctionnalité.

 

Vérification de la fabrication : Des outils de prototypage rapide ont été conçus pour produire des échantillons initiaux à partir des plastiques techniques sélectionnés. Ces échantillons ont subi des tests fonctionnels rigoureux dans les laboratoires du NIDEC, simulant des millions de cycles de pression, des chocs thermiques et une exposition à des produits chimiques. Les données issues de ces tests ont validé la conception et le choix des matériaux, ouvrant la voie au développement de moules à grande échelle.

 

Certification de production en série : Avant de lancer la production en série, Ansix Tech a mené à bien un processus complet d’approbation des pièces de production (PPAP). Ce processus comprenait la production de pièces à partir du moule de production final, la réalisation d’études de capabilité sur les dimensions critiques et la soumission d’une documentation exhaustive. L’obtention de cette certification témoigne de la robustesse de la conception, du moule et du processus.

 

L'essentiel : la sélection stratégique des matériaux

Le choix du matériau plastique constituait la décision technique la plus cruciale. Les composants devaient rivaliser avec le métal en termes de résistance et de durabilité. Ansix Tech a évalué plusieurs polymères haute performance et a finalement sélectionné les matériaux en fonction d'exigences fonctionnelles précises.

 

Composant principal (Modèle) Caractéristiques clés et justification

Carter de pompe à engrenages haute pression en sulfure de polyphénylène (PPS) renforcé de fibres de verre (par exemple, Toray Torelina®). Stabilité dimensionnelle exceptionnelle (absorption d'eau 260 °C). Le renforcement en fibres de verre assure la résistance à la traction et la rigidité nécessaires pour contenir les pressions internes.

Roue et engrenages de pompe bidirectionnelle en polyétheréthercétone (PEEK) renforcé de fibres de carbone (ex. : Victrex 450CA30). Combinaison inégalée de résistance mécanique, de résistance à la fatigue et de faible frottement. Idéal pour les composants dynamiques soumis à des forces de cisaillement élevées. Son pouvoir lubrifiant intrinsèque réduit l’usure et améliore le rendement.

Boîtiers et connecteurs en polyoxyméthylène thermostabilisé (POM/acétal) (ex. : DuPont Delrin®). Excellent compromis entre rigidité, ténacité et résistance au fluage. Offre une bonne étanchéité, une faible absorption d’humidité et une excellente usinabilité pour les opérations de post-moulage.

Cette stratégie de choix des matériaux a permis d'éviter les surcoûts liés à l'utilisation du PEEK pour toutes les pièces, en l'appliquant uniquement là où ses propriétés haut de gamme étaient indispensables, optimisant ainsi le coût global du système.

 

La conception du moule : un chef-d'œuvre de précision

Le moule est le moteur de la production de masse. Pour ce projet, Ansix Tech a conçu et réalisé un système de moules multicavités à canaux chauds intégrant une technologie de pointe en matière de fabrication de moules.

 

Analyse de l'écoulement du matériau dans la cavité (DFM) : Avant la découpe de l'acier, une analyse détaillée de l'écoulement du matériau a été réalisée. Cette simulation a permis de prédire l'écoulement du plastique fondu dans la cavité, permettant ainsi aux ingénieurs d'optimiser l'emplacement du point d'injection afin d'assurer un remplissage homogène et de minimiser les lignes de soudure. Elle a également guidé la conception du système de refroidissement pour garantir une extraction thermique uniforme, essentielle pour maîtriser le temps de cycle et éviter le gauchissement des pièces.

 

Choix de l'acier pour moules : Pour les cavités et les noyaux, un acier inoxydable pré-trempé (par exemple, Stavax ESR) a été sélectionné. Il offre une excellente aptitude au polissage pour une finition lisse des pièces, une haute résistance à l'usure pour une longue durée de vie face aux plastiques renforcés abrasifs, et une bonne résistance à la corrosion.

 

Conception des systèmes critiques :

 

Système de refroidissement : Un système de canaux de refroidissement conforme a été usiné par frittage laser, épousant les contours complexes de la pièce. Ce système assure un refroidissement plus rapide et plus uniforme que les canaux percés traditionnels, réduisant le temps de cycle de plus de 15 % et améliorant la régularité des pièces.

 

Système de canaux chauds et de vannes à commande individuelle : Un système de canaux chauds avec vannes à commande individuelle a été utilisé. Ceci élimine les pertes par canaux froids, permet un remplissage séquentiel pour optimiser le garnissage et autorise un dégrippage automatique, essentiel pour la manipulation des dents d'engrenage délicates.

 

Système d'éjection : Une combinaison de broches d'éjection de précision, d'éjecteurs à manchon et d'éjection assistée par air a été conçue pour garantir que les pièces complexes et embouties soient libérées du moule sans déformation ni dommage.

 

Surmonter les défis de la fabrication

Le chemin vers une production irréprochable était semé d'embûches techniques :

 

Défi n° 1 : Respect des micro-tolérances. Les profils des engrenages et les tourillons des paliers devaient respecter des tolérances de ±0,02 mm. Tout écart aurait entraîné du bruit, des fuites ou une baisse de rendement. Ansix Tech a relevé ce défi grâce à un usinage CNC ultra-précis du moule, suivi d’un polissage méticuleux et d’une vérification en cours de production par machine à mesurer tridimensionnelle (MMT).

 

Défi n° 2 : Gestion du gauchissement. L’association de matériaux chargés de fibres de verre et d’épaisseurs de paroi irrégulières présentait un risque important de gauchissement. La solution a consisté en une double stratégie : l’optimisation de la conception du point d’injection et du système de refroidissement par simulation, et la mise au point d’un procédé de conditionnement post-moulage précis afin de réduire les contraintes internes.

 

Défi 3 : Usure due aux plastiques renforcés. Les fibres de verre et de carbone contenues dans les plastiques sont très abrasives. Afin d’obtenir une durée de vie du moule supérieure à un million d’injections, les surfaces critiques ont été traitées par dépôt physique en phase vapeur (PVD) avec des revêtements avancés, tels que le nitrure de titane et d’aluminium (TiAlN), ce qui améliore considérablement la dureté et la résistance à l’usure.

 

Le processus de moulage par injection : une symphonie de contrôle

Sur la chaîne de production, l'accent a été mis sur l'optimisation des processus pour gagner en efficacité et maîtriser les coûts.

 

Optimisation du procédé : grâce à la méthode des plans d’expériences (DOE), les ingénieurs ont optimisé quatre paramètres critiques : la température de fusion, la vitesse et la pression d’injection, la pression de maintien et le temps de refroidissement. L’objectif était de trouver le point d’équilibre optimal permettant de produire des pièces aux dimensions parfaites dans les délais les plus courts. Par exemple, l’optimisation du profil de maintien a permis de réduire la variation de poids des pièces à moins de 0,5 %, ce qui se traduit directement par des économies de matière.

 

Efficacité et maîtrise des coûts : Le système de canaux chauds intégré et le refroidissement conforme ont permis de réduire le temps de cycle de 20 % par rapport aux essais initiaux. De plus, grâce au recyclage et à la réutilisation responsable des carottes et des canaux d’alimentation (lorsque les propriétés des matériaux le permettaient), Ansix Tech a atteint un taux d’utilisation des matériaux supérieur à 98 %, réduisant ainsi considérablement les coûts de matières premières par pièce.

 

La recherche intransigeante de la qualité

La qualité est intégrée à chaque étape de la production. Le processus de production comprend :

 

Surveillance en temps réel : des capteurs contrôlent en temps réel la pression, la température et la vitesse d’injection dans la cavité. Tout écart par rapport aux limites de contrôle strictes déclenche une alarme automatique.

 

Inspection optique automatisée à 100 % (AOI) : Chaque pièce produite subit une inspection AOI pour vérifier les défauts visuels, les bavures et les défauts de fabrication.

 

Contrôle statistique des processus (SPC) : Les dimensions critiques sont mesurées sur une base d'échantillonnage et les données sont reportées sur des cartes de contrôle pour garantir que le processus reste stable et performant (Cpk > 1,67).

 

Tests fonctionnels : un pourcentage de pièces de chaque lot est soumis à des tests d’étanchéité et à des tests d’éclatement sous pression dans le laboratoire d’Ansix Tech, reproduisant ainsi les normes de NIDEC.

 

Conditionnement : Les pièces sont nettoyées dans un environnement contrôlé, emballées dans des conteneurs antistatiques compartimentés pour éviter les dommages pendant le transport, et étiquetées avec des données de traçabilité complètes (numéro de lot, cavité du moule, horodatage).

 

La promesse d'une livraison rapide : de la commande au quai

Le modèle intégré « guichet unique » d'Ansix Tech a été essentiel pour répondre aux exigences strictes de NIDEC en matière de délais de commercialisation. L'ensemble du processus, de la finalisation de la conception à la préparation du premier lot de production pour l'expédition, a été condensé en un temps record de 14 semaines. Ce résultat a été obtenu grâce à une ingénierie des flux de travail parallèles : la conception du moule a débuté pendant que les certifications finales des matériaux étaient en cours ; les composants de base du moule ont été précommandés à l'aide de bibliothèques standardisées ; et la planification de la production pilote a été réalisée simultanément à la fabrication du moule. Cette intégration parfaite de la conception, de la fabrication du moule et de la planification de la production constitue un avantage concurrentiel majeur.

 

Ansix Tech : Fournir fiabilité et valeur tangible

Ce projet avec NIDEC témoigne de la solide expérience industrielle d'Ansix Tech. Il va bien au-delà de la simple fabrication d'une pièce conforme aux plans. La valeur ajoutée de l'entreprise réside dans sa capacité à réduire considérablement le coût total des composants pour ses clients grâce à trois leviers clés :

 

Sélection intelligente des matériaux : guider les clients vers le matériau le plus rentable qui réponde à tous les critères de performance, en évitant le surdimensionnement.

 

Excellence en matière d'optimisation des processus : réduire le coût par pièce grâce à des cycles plus rapides, des rendements plus élevés et une réduction des rebuts.

 

Partenariat de conception pour la fabrication : Proposer des modifications de conception qui simplifient le moulage, améliorent la qualité et éliminent les opérations secondaires.

 

« Collaborer avec Ansix Tech a été une véritable transformation pour ce programme de pompes », a commenté un ingénieur d'approvisionnement senior chez NIDEC. « Leur expertise technique nous a non seulement permis d'atteindre nos objectifs de qualité et de performance, mais leur souci d'optimisation des coûts tout au long du cycle de vie a également généré des économies inattendues. Ils sont un véritable prolongement de notre équipe d'ingénierie. »

 

Conclusion : Établir une nouvelle référence

La livraison réussie de la pompe à engrenages haute pression NIDEC et des composants de la pompe auto-amorçante bidirectionnelle souligne une tendance majeure de la fabrication avancée : la convergence de la science des matériaux, de la simulation numérique et de l’ingénierie de précision. Ansix Tech a démontré qu’avec le bon partenaire, la transition du métal vers les plastiques haute performance pour les applications critiques est non seulement réalisable, mais aussi commercialement et techniquement supérieure.

 

Alors que les industries du monde entier recherchent une efficacité et une durabilité accrues, la capacité à produire des composants en plastique plus légers, plus résistants et plus complexes deviendra primordiale. Grâce à des projets comme celui-ci, Ansix Tech ne se contente pas de remplir des moules ; elle contribue à façonner l’avenir de la technologie hydraulique et pneumatique, une pièce de précision à la fois.

Ansix Tech Co Ltd

Si vous avez des projets concernant les pompes à engrenages haute pression NIDEC (Japon) et les pompes auto-amorçantes bidirectionnelles, n'hésitez pas à nous contacter. Nous concrétiserons vos idées, vous aiderons à réaliser vos ambitions et à obtenir d'importantes commandes. Vous pouvez nous joindre à l'adresse info@ansixtech.com ou contacter notre directeur technique, stephen@ansixtech.com.

 

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