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Les outils de perçage de trou innovants augmentent la rentabilité de l'industrie automobile
Les outils de perçage de trou innovants augmentent la rentabilité de l'industrie automobile


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Paul Best & Todd Cox
Allied Machine & Engineering

Le perçage de trous joue un rôle prépondérant dans la construction automobile. Des centaines de trous doivent être percés pour chaque véhicule fabriqué, notamment ceux qui concernent les arbres de transmission, les blocs moteurs, les chambres de propulsion pour air bag, les arbres à cames et d'autres parties internes du moteur. Sur toutes les lignes de production de pièces pour véhicules automobiles, les tapis roulants fonctionnent sans interruption et l'efficacité des outils représente un aspect majeur de la profitabilité. Chaque minute qui s'écoule sans qu'un trou soit percé par la broche, ou sans que l'évacuation des copeaux formés par le perçage s'effectue correctement, est une minute perdue en termes de profits. Les constructeurs doivent tirer parti de changements d'outillage qui peuvent paraître minimes mais qui peuvent modifier considérablement le rendement du perçage. Des technologies innovantes peuvent désormais être intégrées en douceur à des processus existants sans interrompre la production. L'adoption d'innovations de ce type, qui permet de réduire les coûts, peut faire grimper très fortement la marge de l'entreprise.

Intégrer de nouveaux outils dans la construction automobile
Par le passé, toutes les grandes opérations en masse de perçage et de découpe de métal dans l'industrie automobile étaient effectuées par le biais de chaînes-transferts sur des machines spéciales. Ces machines aux vitesses de fonctionnement fixes étaient reliées à de grandes chaînes qui transportaient les pièces entre les postes d'usinage, où elles attendaient l'opération à réaliser. Un nombre déterminé de pièces pouvait être percé chaque jour, et si l'une des machines tombait en panne, c'est toute la ligne qui se retrouvait bloquée. Il n'y avait aucun intérêt à mettre en place des outils de perçage ou de découpe pouvant accélérer les opérations, car la ligne ne pouvait fonctionner qu'à sa vitesse maximale normale.

Cette approche dépassée de la construction automobile a continué à persister dans les années 1970 et 1980, mais a commencé à évoluer lentement dans les années 1990, avec l'arrivée des machines à commande numérique par ordinateur (CNC). Les constructeurs automobiles modernes d'aujourd'hui utilisent des équipements CNC flexibles ; si des pièces arrivent plus rapidement sur une machine, elles peuvent avancer plus rapidement vers la suivante, ce qui peut offrir un avantage qui se traduit à terme par une hausse des revenus. Avec ces nouvelles lignes de transferts CNC, les constructeurs peuvent gagner en flexibilité en opérant des changements et en tirant parti des nouveaux outils régulièrement mis sur le marché. Ils sont en mesure d'intégrer à leurs solutions des outillages innovants qui les aident à augmenter leur production et leurs bénéfices. Les acteurs de l'industrie de l'outillage sont donc à la recherche permanente d'outils nouveaux et innovants qui peuvent permettre d'accélérer la partie la plus lente – celle qui ralentit les autres opérations – pour entraîner potentiellement des économies de coût générales importantes.

Les tendances qui touchent la découpe de métaux dans l'industrie automobile
L'un des facteurs majeurs qui touche la découpe de métaux depuis 30 ou 40 ans est la disparition à long terme des métaux qui ne nécessitent pas de machine, qui peuvent être découpés facilement, qui permettent l'enlèvement de matière en donnant une finition satisfaisante à peu de frais et qui ne provoquent pas d'usure de l'outillage. Avec l'élimination du plomb dans les métaux et le remplacement de la fonte classique par de la fonte à graphite vermiculaire (compactée), les métaux utilisés dans l'industrie automobile, autrefois faciles à usiner, sont devenus désormais très durs à travailler sur les machines. Cela signifie que l'outillage doit être repensé de façon à améliorer le contrôle des copeaux, allonger la durée d'outil et rendre les trous plus droits. Dans ce secteur, les autres changements observés en matière d'outils de perçage de trous sont amenés par les lois sur l'environnement, qui limitent l'utilisation du chlore et du soufre dans les systèmes de lubrification pour le perçage de trous. (La problématique est différente en Europe, qui exige un usinage à sec, dans lequel aucun lubrifiant, ou très peu, est utilisé, car l'élimination des déchets de lubrifiant est interdite par les lois anti-pollution.) La suppression du chlore et du soufre s'est traduite par la hausse des problèmes d'amoncellement de copeaux sur l'outil de coupe, d'adhérence des copeaux et de raccourcissement de la durée de vie de l'outil.

En fin de compte, les fabricants d'outillage doivent rivaliser d'ingéniosité pour trouver de nouvelles manières de faire en tenant compte de ces évolutions. Les fabricants d'outils ont dû innover pour améliorer les performances de leur matériel. Certaines entreprises s'ouvrent au forgeage près de la cote désirée pour contourner ces problématiques, mais en réalité, des problèmes vont persister puisque les pièces fabriquées différeront toujours d'un fabricant à l'autre.

Des outils innovants font fonctionner des machines anciennes comme les nouvelles
En réaction à ces tendances de la construction automobile, de l'économie, de l'environnement et de la réglementation, le marché est en quête d'innovation dans le tournage et le perçage – qu'il s'agisse de machines ou d'outillage. Dans les faits, ce sont ces innovations qui génèrent des bénéfices pour un constructeur automobile.

Par exemple, les nouvelles machines de tournage et de perçage qui arrivent sur le marché sont caractérisées par leur capacité à passer très rapidement d'un outil à l'autre et par la plus grande précision de leurs broches d'outil de type HSK (queue conique creuse). Les opportunités de conception d'outils permettant de combler les lacunes des machines plus anciennes sont également nombreuses. La pose d'outils du XXIe siècle sur des machines datant du XXe peut vraiment améliorer l'efficacité de la fabrication et augmenter la profitabilité, en faisant fonctionner des machines plus anciennes comme si elles étaient neuves. Le fait d'améliorer une immobilisation existante peut apporter un gros avantage, puisqu'il est parfois difficile de financer de grands achats de nouveaux équipements via une demande en capital. Grâce à la flexibilité des nouvelles machines CNC, de nouvelles améliorations en matière d'outillage peuvent être intégrées en douceur, sans interrompre la ligne de production.

Dans un exemple, Allied Machine & Engineering a réalisé un travail d'ingénierie et de conception pour le fournisseur de niveau 1 d'un grand constructeur automobile, qui concernait un arbre de transmission produit en masse en alliage d'acier, un matériau présentant des performances peu satisfaisantes en matière de formation de copeaux. L'outil existant était caractérisé par un système de lubrifiant à basse pression et de petits cônes de broche. Il entraînait la formation de copeaux très gros et abrasifs, qui se retrouvaient piégés dans la partie extérieure du corps du foret, au fond du trou, sans qu'ils puissent être évacués. Avec une mauvaise finition de surface de trou, l'outil pouvait percer seulement entre 200 et 400 trous par insert et coûtait environ 20 000 $ en déchets par mois.

C'est dans son propre laboratoire qu'Allied a mené ses recherches sur la formation des copeaux – et non sur la ligne de production ni sur la broche du fabricant, afin de ne pas freiner la production. Le laboratoire de recherche d'Allied Machine a la capacité de reproduire à l'identique les conditions machine et la pression des pompes du fabricant, pour chercher comment l'évacuation des copeaux peut être améliorée.

L'outil mis au point par Allied est un porte-outil spécial surnommé T-A® Stealth Drill (en raison de son fonctionnement très silencieux), qui permet à l'outil du client de percer des trous plus droits, pendant plus longtemps, de réaliser des trous plus conformes et de mieux répartir l'usure. Le T-A Stealth Drill comprend un ergot de guidage réglable qui augmente la précision de l'outil, un diamètre de palier augmenté sur le porte-outil et des sorties d'arrosage supplémentaires dans la surface portante en carbure brasé du porte-outil de triple foret 3/4. Ce design permet de diminuer le dégagement entre le porte-outil et la lame, mais d'augmenter le soutien de la plaque d'usure.

Le T-A Stealth Drill a été utilisé en combinaison avec une lame spéciale nouvellement développée, surnommé lame T-A Ultra, qui réduit l'arête rapportée. Le T-A Ultra a apporté au constructeur automobile une formation de copeaux supérieure, une durée d'outil améliorée, une charge de broche réduite et une arête de coupe plus lisse.

Le T-A Ultra, allié à la technologie Stealth Drill, a permis de faire fonctionner les machines à basse pression de manière bien meilleure, les faisant parvenir au niveau des machines de lubrifiant haute pression modernes. À présent, la formation de copeaux est faible et facilement gérable, les copeaux sont évacués dans les goujures du porte-outil et tout le rayage sur la dimension interne de l'arbre a été éliminé. Le nouvel équipement donne un excellent état de surface, a permis d'économiser environ 240 000 $ par an en déchets, et a augmenté la durée d'outil de 280 pour cent. Chaque insert peut percer 1200 trous environ, soit 3 à 6 fois plus qu'avec l'ancien outil.

Autre exemple d'innovation, l'application de perçage de trous pour chambre de propulsion d'air bag sur laquelle Allied s'est récemment penché sur une opération qui permet de produire 7 millions d'unités chaque année. L'entreprise en question rencontrait elle aussi des problèmes de formation de copeaux ; la taille de copeau entraînait la formation d'une véritable « montée en spirale » à l'intérieur de la pièce, ce qui se traduisait par la nécessité de jeter un grand nombre de pièces.

Les chercheurs du laboratoire Allied ont étudié le problème pour en comprendre les symptômes, puis ont mis au point un outil adapté aux opérations et au matériel de l'entreprise. Ils ont créé un embout spécialement conçu avec la bonne géométrie pour la formation de copeaux, afin de créer des copeaux de taille optimale pour permettre l'évacuation hors du trou. À l'aide de la technologie T-A Stealth Drill et de l'insert de perçage sur mesure, le client gagne trois secondes par pièce, et 7 millions multipliés par 3 secondes, cela fait beaucoup de temps et d'argent gagnés.

Cet outillage innovant a depuis été utilisé dans diverses autres applications automobiles à travers le monde, notamment sur un outil conçu pour fabriquer les extrémités des vilebrequins. Parmi les autres exemples récents dans lesquels l'outillage est mis à profit, on trouve un nouvel outil de fraise à fileter ou encore une tête d'alésage à changement rapide innovante.

Avec des équipements de fabrication CNC modernes, toutes les améliorations et innovations en matière d'outillage mises sur le marché peuvent être facilement intégrées. En évitant un réaménagement complet, qui nécessiterait d'énormes dépenses en capital et la désorganisation du site pour installer de nouveaux équipements, les fabricants peuvent faire de grandes économies et améliorer leurs résultats.
 


Pour plus d'informations, contactez votre ingénieur local de support sur le terrain Allied.