Les VTL inversés facilitent le flux d'une seule pièce

Peu d'entreprises d'usinage disposent d'un produit phare avec le facteur "cool" de l'Argo, un véhicule tout-terrain (VTT) amphibie qui a été utilisé dans l'exploration, la recherche et le sauvetage, les activités industrielles et récréatives depuis la fin des années 60. Cependant, au cours des cinq dernières années seulement, le fabricant Ontario Drive and Gear (ODG) a investi plus de 10 millions de dollars dans de nouveaux équipements pour soutenir une partie plus importante de ses activités :les services de fabrication d'engrenages qu'il a commencé à fournir en 1985 pour capitaliser sur les leçons appris de la conception et de la fabrication de la transmission de l'Argo. Parmi ces équipements se trouve un groupe de machines qui a eu des effets particulièrement importants sur la fabrication d'engrenages chez ODG :quatre tours à tourelle verticale inversée (VTL) EMAG pour lesquels l'automatisation n'est pas un accessoire, mais une partie intégrante de la conception. Ces machines ont été l'un des principaux moteurs de l'évolution vers une stratégie de fabrication cellulaire à flux unique qui a considérablement amélioré le débit, la flexibilité et la qualité des pièces pour une partie essentielle de la gamme de produits de l'entreprise. La règle du 80/20 Célébrant maintenant ses 50 ans d'activité, ODG exploite deux usines à New Hamburg, en Ontario :l'une dédiée à la production de VTT, l'autre pour le côté engrenage et transmission de l'entreprise, qui comprend la conception des engrenages et des systèmes, l'assemblage de la transmission et les tests de performance. ODG Gear a emménagé dans cette dernière installation en 2000. Il s'étend sur 56 300 pieds carrés d'espace de fabrication à température contrôlée qui abrite une gamme de fraises-mères, de façonneuses et de meuleuses d'engrenages CNC ainsi que de tours et de fraiseuses CNC. Les 115 employés de l'usine travaillent à la production de plus de 850 références distinctes dans des quantités allant de 1 à 75 000. Environ la moitié de l'équipement de l'usine est utilisée pour les opérations précédant le traitement thermique, et l'autre moitié est dédiée au post-traitement thermique. Les quatre VTL EMAG brillent dans les deux rôles, déclare Joel Wright, directeur général chez ODG. Ils sont actuellement jumelés en deux cellules pour les opérations de tournage avant et après traitement thermique, respectivement. Le travail principal des machines consiste en des engrenages en acier cémenté relativement petits et plats qui ne mesurent pas plus de 2 pouces d'épaisseur et 6 pouces de diamètre. Ces composants ne représentent que 40 références différentes. Cependant, comme c'est le cas pour de nombreux fabricants, ces 40 pièces différentes représentent une part importante du travail de la division des engrenages. « Dans l'ensemble, environ 20 % des pièces représentent 80 % du volume ici », explique M. Wright. S'arrêter et partir L'importance de ce travail en a fait une cible privilégiée pour l'amélioration de l'efficacité. Néanmoins, la séquence des opérations reste essentiellement la même qu'avant l'installation des VTL. La production commence par deux opérations de tournage ("Op 10" et "Op 20"), une pour chaque côté d'une ébauche de roue dentée. Les pièces procèdent au brochage pour créer les cannelures internes nécessaires, puis au taillage pour former les dents de l'engrenage. Après ébavurage, ils sont envoyés pour traitement thermique avant de retourner à l'usine pour les opérations de tournage dur sur chaque face et de finition-rectification finale. Maintenant, cependant, le temps requis pour l'ensemble de ce processus est mesuré en heures au lieu de semaines. M. Wright explique que la principale différence n'est pas la séquence de production, mais une nouvelle stratégie sur la manière dont les pièces circulent dans cette séquence, une stratégie facilitée par les VTL. Avant l'installation de ces machines, une approche de production de type batch et file d'attente rendait l'inefficacité pratiquement inhérente au processus. "Nous effectuions des opérations de tournage initiales sur un lot de 600 ou un millier environ, puis nous nous arrêtions et déplacions tout sur la machine à brocher, et ainsi de suite sur toute la ligne", explique M. Wright. « C'était toujours un homme, une machine, avec chargement et déchargement manuels. Aussi fort qu'ait pu être n'importe quel combo opérateur-machine, le fait que tout était toujours totalement dépendant de l'opérateur était un inconvénient majeur. Même des pauses justifiées pour le café ou le déjeuner peuvent affecter directement la durée du cycle. Les exigences strictes de contrôle statistique des processus (SPC) qui imposaient de fréquentes inspections en cours de processus n'ont pas aidé les choses. De plus, alors que les erreurs n'étaient en aucun cas courantes, de simples erreurs pouvaient avoir des effets d'entraînement sur toute la ligne. Par exemple, M. Wright dit qu'il se souvient de quelques cas où des opérateurs ont mal chargé des pièces dans les mandrins des tours horizontaux utilisés avant les VTL. Laisser couler ODG a acheté son premier EMAG VTL, un VL3 avec un mandrin de 8 pouces, en 2010. À l'époque, l'entreprise était en train de remplacer l'équipement vieillissant, une routine qui se reproduit toutes les quelques années, explique Ed Das, responsable du développement des procédés. Il s'est avéré que les éléments de conception de la série VL ont déclenché une refonte du processus de production problématique par lots et files d'attente. Fin 2011, l'atelier avait intégré trois VL5, dotés de mandrins de 10 pouces. "Ce n'est pas que les EMAG nous y aient amenés par eux-mêmes, mais leur empreinte compacte et leur automatisation intégrée nous ont amenés à adopter une approche plus cellulaire de la fabrication", déclare M. Das. Cette approche commence par les opérations initiales de tournage en douceur Op 10 et Op 20, chacune étant effectuée sur un VL5 distinct. Toutes les machines de la série VL sont équipées de convoyeurs intégrés qui transportent les pièces vers et depuis la zone de travail. Contrairement au processus précédent, qui nécessitait plusieurs étapes de chargement/déchargement chronophages pour chaque ébauche d'engrenage, les opérateurs peuvent mettre en place jusqu'à 14 pièces à la fois sur le premier convoyeur du VL5. C'est rapide et facile grâce aux prismes porteurs hexagonaux à chaque station qui assurent un chargement constant, dit M. Das. Tant qu'une pièce est placée quelque part dans le prisme, explique-t-il, elle s'emboîtera dans les coins créés par la forme hexagonale, quelle que soit sa forme ou sa taille. À l'intérieur de la zone de travail, la broche orientée verticalement de la machine descend par le haut pour saisir les pièces et les présenter à une tourelle d'outils de type disque à 12 stations dans la base de la machine pour le tournage Op 10. La construction verticale garantit que les copeaux et le liquide de refroidissement tombent loin de l'outil et de la pièce, note M. Das. Ensuite, les pièces se déplacent automatiquement vers le deuxième convoyeur du VL5 via une simple station de retournement qui relie les deux machines. Lorsque les pièces sortent sur le convoyeur de la deuxième machine après l'opération 20, l'opérateur les déplace vers un convoyeur différent qui conduit au brochage, au taillage et à d'autres processus en aval, effectuant parfois une inspection à une station de mesure avant de le faire. « Les pièces ne s'arrêtent pas, elles passent simplement d'un processus à l'autre », dit-il. « Les programmes ne s'exécutent pas plus rapidement, mais l'automatisation et la cohérence des machines, par opposition à un opérateur, permettent des taux de production qui sont généralement 40 % plus rapides qu'auparavant. Il recrache juste des parties comme du pop-corn. Peut-être tout aussi important est le fait que l'automatisation intégrée à la machine permet à l'entreprise de décomposer cette cellule dédiée à volonté pour s'adapter à l'évolution des exigences de production. A titre de comparaison, M. Das cite l'exemple d'un centre de tournage bibroche. Le passage de pièces entre la broche principale et la sous-broche pourrait offrir les mêmes avantages que la station de retournement qui rejoint les VL5. De même, un chargeur à portique ou accessoire similaire pourrait jouer le même rôle que les convoyeurs intégrés. Cependant, cette solution n'aurait pas l'avantage d'avoir des broches à fonctionnement indépendant qui peuvent être facilement séparées et déplacées vers différentes sections de l'usine sans perdre la capacité automatisée. Comme le dit M. Wright, "Nous pouvons les combiner et les recombiner comme des Legos." Les VTL ont également contribué à l'amélioration de la qualité des pièces. En fin de compte, c'est tout aussi important que les gains de temps, bien que dans ce cas, les deux vont de pair, dit M. Wright. Dans un sens direct, la construction rigide des VL3 et VL5 utilisées pour le tournage post-traitement thermique permet des tolérances de +/- 0,0005 pouce, par opposition à +/- 0,001 pouce avec les systèmes précédents. Cependant, il convient également de noter les améliorations indirectes de la qualité résultant de l'évolution vers un flux automatisé en une seule pièce. Cela permet aux opérateurs de passer moins de temps à s'occuper du processus et plus de temps à inspecter les pièces. "Si vous pouvez créer une meilleure ébauche d'engrenage, vous aurez finalement de meilleures références et vous ferez un meilleur travail de taillage, de meulage d'engrenage et ainsi de suite", conclut M. Wright. "Les machines EMAG ont considérablement amélioré notre capacité à cet égard."