Portiques vs Montages : Différences clés et insights de conception pour l'excellence manufacturière

Quelle est la différence entre portique (jig) et montage (fixture) ? On les voit souvent ensemble. Pourtant, ils ne sont pas interchangeables malgré leurs objectifs comparables. Examiner comment ils améliorent la qualité de fabrication, réduisent les coûts de production et automatisent le travail aide à mieux comprendre les nuances entre ces technologies de fabrication.

Des concepts manufacturiers innovants — Production Allégée (Lean), Fabrication Cellulaire, Changement Rapide d'Outillage (SMED), Analyse du Temps de Takt — ont été intégrés aux processus de production. Pour ces approches, une multitude d'instruments efficaces, peu coûteux et de dispositifs de maintien de pièce est nécessaire. Lisez la suite pour en savoir plus sur la différence entre portique et montage.

Qu'est-ce qu'un portique (jig) ?

Les portiques sont des outils utilisés pour maintenir et positionner la pièce pendant le processus de production, ainsi que pour guider les outils de coupe.

En d'autres termes, un portique maintient la pièce et guide l'outil pour augmenter la reproductibilité, la précision et la productivité des pièces fabriquées.

Un portique de perçage (drill jig) est un exemple courant. Il guide la perceuse pour faire des trous aux emplacements souhaités. L'utilisation de portiques de perçage accélère considérablement la fabrication.

Types de portiques

Voici les principaux types de portiques :

1. Portique gabarit (Template jig)

Le modèle le plus simple. La plaque, qui a deux trous, sert de gabarit pour la pièce à usiner et y est fixée. Les trous du gabarit guident la perceuse, et les trous sur la pièce sont percés aux mêmes positions relatives que ceux du gabarit.

2. Portique à plaque (Plate jig)

Le portique à plaque d'angle améliore le gabarit : des trous de perçage sont ajoutés sur la surface du gabarit. Avec ce portique, un espacement précis des trous peut être maintenu lors du perçage de composants massifs.

3. Portique à canal (Channel jig)

Un portique à canal a une section transversale en forme de canal. Tourner le bouton moleté positionne et serre le composant à l'intérieur du canal. La douille de perçage guide l'outil.

4. Portique à diamètre (Diameter jig)

Le perçage de trous radiaux sur une pièce cylindrique ou sphérique peut se faire avec un portique à diamètre.

5. Portique à volet (Leaf jig)

Le chargement et le déchargement s'effectuent grâce à un volet sur le portique.

6. Portique annulaire (Ring jig)

Pour percer des trous dans des pièces à brides circulaires, on utilise un portique annulaire. Les trous sont percés en guidant l'outil à travers les douilles tandis que la pièce est solidement fixée au corps de perçage.

7. Portique boîte (Box jig)

Ce type a une conception en forme de boîte dans laquelle la pièce est maintenue fermement pour pouvoir être percée ou usinée sous divers angles simultanément.

Qu'est-ce qu'un montage (fixture) ?

Les montages sont des outils de fabrication qui permettent l'automatisation du processus de production. Dans les processus industriels automatisés, on en trouve partout. Ils maintiennent et guident les automobiles pendant le soudage et l'assemblage.

Par exemple, ils sont nécessaires sur une ligne d'assemblage automobile. Pour contrôler la qualité des processus de fabrication, ils peuvent aussi maintenir un produit en place pendant qu'un scan optique ou laser l'examine. Il est presque impossible de traverser une usine sans rencontrer un montage.

Types de montages

1. Montage de tournage (Turning fixture)

Les tours ont des dispositifs de maintien typiques : mors, porte-outils, entre-pointes, mandrins ou plateaux, facilitant le maintien de pièces régulières. Mais maintenir des pièces de forme complexe peut être un défi.

Dans un mandrin à 4 mors ou avec des mors souples formés, des pièces complexes simples peuvent aussi être maintenues. En revanche, les pièces aux formes complexes doivent être maintenues par des montages de tournage. Les pièces sont fixées par ces montages, généralement montés sur le nez de la broche ou un plateau.

2. Montage de fraisage (Milling fixture)

Les pièces sont maintenues par des montages de fraisage, couramment fixés sur le nez de la broche ou un plateau. La table est déplacée et positionnée par rapport à la fraise pour obtenir le résultat souhaité. Avant le processus, les pièces sont placées dans la base du montage et serrées.

3. Montage de brochage (Broaching fixture)

Pour positionner, maintenir et supporter les pièces pendant des opérations comme le brochage de clavettes ou de trous, ces montages sont utilisés sur divers types de machines à brocher. Brochage de trous traversants à traction interne avec plaque de serrage comme montage.

4. Montage de rectification (Grinding fixture)

Les rectifieuses utilisent divers montages pour positionner, maintenir et supporter les pièces pendant le rectifiage. Des dispositifs de maintien comme mandrins, mandrins, etc. peuvent être utilisés conjointement.

5. Montage d'alésage (Boring fixture)

La construction de ce montage n'a pas besoin d'être aussi robuste que les montages de fraisage car il ne subit pas les mêmes charges de coupe lourdes.

6. Montage d'indexage (Indexing fixture)

Plusieurs composants doivent être usinés sur diverses surfaces pour que leurs surfaces ou formes usinées soient uniformément espacées. Pour usiner autant de surfaces que possible, ces éléments doivent être indexés un nombre correspondant de fois. Un mécanisme d'indexage approprié est intégré dans les dispositifs de maintien (portiques ou montages). Un montage d'indexage est un montage incluant un dispositif d'indexation.

7. Montage de taraudage (Tapping fixture)

Pour couper des filets internes dans des trous percés, les montages de taraudage sont conçus pour maintenir et stabiliser des pièces identiques. Les pièces de forme irrégulière et déséquilibrées nécessitent toujours des montages spécifiques, surtout pour le taraudage en série.

8. Montage duplex (Duplex fixture)

Un montage maintenant deux pièces identiques simultanément et permettant leur usinage simultané à deux stations différentes est appelé montage duplex.

9. Montage de soudage (Welding fixture)

Les montages de soudage maintiennent et supportent les divers composants pour éviter la distorsion des structures soudées. Le serrage doit être léger mais ferme, et les pièces de serrage placées assez loin de la zone de soudage. Pour résister aux forces de soudage, le montage doit être extrêmement solide et rigide.

10. Montage d'assemblage (Assembly fixture)

Le but de ces montages est de maintenir les diverses pièces de l'assemblage dans leurs positions relatives correctes.

Portiques vs Montages : Quelle est la différence ?

Portique vs montage, quelle est la différence ? Deux instruments principaux sont utilisés en production de série : portiques et montages. On les confond souvent, pourtant ils remplissent des fonctions distinctes.

Les portiques guident l'outil de coupe vers un point précis sur la pièce, prédéfini. Un montage soutient et positionne la pièce. Contrairement au portique, le montage ne guide pas l'outil sur la pièce.

Comparés aux montages, les portiques sont plus compacts et nécessitent moins de poids pour être stables sous de fortes pressions de coupe et vibrations. Contrairement aux montages, les portiques peuvent être tenus ou fixés à une table selon la tâche et ne nécessitent pas d'outils supplémentaires.

Pourquoi les portiques et montages sont-ils importants en usinage CNC ?

Une sélection soignée des portiques et montages améliore significativement l'économie du processus de fabrication en permettant un fonctionnement fluide, une production simplifiée et une transition rapide. Ils compensent les limites de la machine CNC sur une pièce. Ils sont conçus pour fournir un montage sécurisé et maintenir la fiabilité de la position de la pièce pendant l'usinage. Voici les différents rôles de l'outillage et du montage pour l'usinage CNC sur mesure :

1. Maintien de la pièce

Un objectif principal est de fournir un montage sécurisé de la pièce pendant l'usinage. Ils sont conçus sur mesure pour s'adapter à la pièce usinée. Ils offrent un maintien personnalisé quand la pièce doit être tenue à un angle spécifique ou serrée selon une forme particulière.

Un montage personnalisé fiable est crucial pour prévenir les imprécisions dues aux vibrations et à l'arrachement d'outil. Exemples : étaux, mandrins, pointes, montages de fraisage, diverses plaques de maintien.

2. Protection des pièces

Les portiques et montages protègent la pièce pendant l'usinage. Ils aident à maintenir la finition de surface désirée et le dépassement radial (runout) correct.

Les manchons, bagues et montages de masquage sont conçus pour pièces sur mesure où la finition de surface est contrôlée. Cela protège la surface de la pièce finie des copeaux/barbotes métalliques des différents processus d'usinage. De plus, les centres d'usinage personnalisés sont conçus pour pièces sur mesure avec des tolérances strictes sur le runout global.

3. Contrôle de position / Prévention d'erreurs (Fool Proofing)

Portiques et montages sont essentiels pour maintenir la précision dimensionnelle et de position. Ils maintiennent la pièce au bon emplacement et orientation pendant l'usinage. Pour ces raisons, les montages sont un moyen pratique d'incorporer la prévention d'erreurs (poka-yoke) pour minimiser les erreurs dues aux facteurs humains.

Les montages contrôlent la position, l'orientation et la stabilité en contraignant les degrés de liberté de la pièce. Cela se fait avec des goupilles, serrages, plans et fixations dans la conception du montage. Les plans supportent la pièce, les serrages permettent un montage ajustable tout en restant démontables, et les goupilles assurent un contrôle précis de position pour des caractéristiques spécifiques.

En usinage de pièces sur mesure, des caractéristiques comme trous et rainures sont contrôlées à des positions précises où l'usinage peut être difficile à cause de contraintes de montage, d'où la conception de montages. Les montages sont le moyen le plus fiable d'usiner des caractéristiques de pièce difficiles.

4. Cohérence des pièces

Les montages permettent d'usiner plusieurs pièces sur mesure tout en maintenant leur qualité. Ils assurent la cohérence de pièce en pièce. Exemples de contrôles de caractéristiques nécessitant de la cohérence : planéité, parallélisme, perpendicularité.

5. Réduction des temps de préparation

Les montages éliminent le processus fastidieux d'inspection lors du chargement d'une pièce. Un montage conçu pour une pièce spécifique rend tout le processus CNC « plug-and-play ». Le travail de l'opérateur se limite à charger la pièce car tout le contrôle de position et le référencement sont déjà gérés dans le montage. De nombreux fabricants CNC font cela pour gagner du temps de préparation précieux pour d'autres processus à valeur ajoutée. Exemples : montages SMED (échange de matrice en une minute), montages de fraisage, mors souples, montages de fraisage hexagonaux, etc.

Méthodes et étapes de base pour concevoir portiques et montages

Préparation préalable à la conception incluant :

1. Notice de conception, plans de pièce finie, plan de brut, gamme de fabrication et autres informations techniques. Comprendre les exigences technologiques de chaque opération, programme de positionnement/serrage, contenu de l'opération précédente, état du brut, machine-outil utilisée, outils, moyens de contrôle, surépaisseur et conditions de coupe.
2. Comprendre le volume de production et le besoin en portiques/montages. Déterminer approximativement le nombre nécessaire.
3. Connaître les principaux paramètres techniques de la machine-outil : performances, spécifications, précision, dimensions de la partie de raccordement du portique.
4. Stock de matériaux pour portiques et montages. Matériaux utilisés : acier trempé, fonte grise, plastique, carbure, résines époxy, acier inoxydable, bronze, alliage à bas point de fusion. Choisir selon le projet.

Considérations de conception des portiques et montages

La conception a généralement une structure unique, donnant l'impression d'une complexité limitée, surtout avec la vogue des montages hydrauliques qui simplifient la structure mécanique. Mais sans étude détaillée, des problèmes inévitables surviennent. Points à considérer :

1. Surépaisseur du brut : Si la taille du brut est trop grande, il y aura interférence. Préparer un plan de brut avant conception. Laisser assez d'espace.
2. Évacuation des copeaux : L'espace limité de la machine conduit à des montages compacts, souvent en oubliant l'évacuation des copeaux dans les zones mortes. Cela peut aussi gêner l'écoulement du fluide de coupe, créant des problèmes ultérieurs. Considérer ces problèmes dès le début. Le but est d'améliorer l'efficacité et de faciliter l'opération.
3. Accessibilité globale : Négliger l'accessibilité rend le chargement difficile pour l'opérateur, chronophage et pénible.
4. Principe théorique de base : Chaque portique/montage subit d'innombrables cycles de serrage/desserrage. Il peut répondre aux exigences au début, mais doit avoir une tenue de précision dans le temps. Ne pas concevoir contre les principes. Même si ça marche momentanément, ce ne sera pas durable. Une bonne conception résiste à l'épreuve du temps.
5. Remplaçabilité des éléments de positionnement : Les éléments de positionnement s'usent sévèrement. Prévoir un remplacement rapide et facile. Éviter de les intégrer à de grosses pièces.