Maximiser le ROI grâce à l'automatisation intelligente : choisir le bon chargeur de barres

Le défi de la main-d'œuvre qualifiée

La pénurie de main-d'œuvre qualifiée, son coût et les questions de responsabilité associées préoccupent au plus haut point les fabricants, alors que les taux de chômage continuent de chuter. Les propriétaires d'ateliers cherchent des moyens créatifs d'augmenter la productivité et de réduire la dépendance à la main-d'œuvre, et l'automatisation est envisagée dans chaque nouveau projet. Pour les opérations de tournage, le chargement de barres offre le meilleur rapport coût-efficacité, mais il faut sélectionner le type de chargeur de barres le mieux adapté aux besoins de l'atelier.

Panorama du marché

Selon la plupart des estimations, les chargeurs de barres courts sont les plus populaires, représentant environ la moitié des unités vendues aux États-Unis et 35 % du chiffre d'affaires total. Les chargeurs de barres de type magasin pleine grandeur comptent pour 30 % des ventes d'unités et 35 % du chiffre d'affaires. En Europe, la tendance s'inverse : les chargeurs pleine grandeur sont la norme, les modèles courts étant rares. Ces chiffres sont intéressants, mais ne suffisent pas à guider le choix. Les tailles de séries, diamètres de pièces, types de matériaux, exigences de précision, besoin de capacités d'usinage sans surveillance et autres critères détermineront le chargeur optimal pour chaque atelier. Chaque type présente des avantages uniques à pondérer selon les besoins spécifiques. Voici les principaux critères de décision.

Taille des séries

Quelles tailles de séries seront typiquement usinées sur le tour ? Si le tour CNC est destiné principalement à des séries courtes avec changements fréquents de réglage, le chargeur de barres à longueur de broche est le choix le plus logique. Sur ces chargeurs, toute la longueur de la barre est introduite dans la broche du tour dès le départ. Pour de petites séries, un volume élevé de matière n'est pas critique, la capacité limitée d'un chargeur à longueur de broche suffit généralement.

Le chargeur court peut convenir pour de grandes séries lorsque des matériaux extrudés ou profilés doivent tourner à haut régime et que la rectitude pose problème. Lorsque de courtes longueurs de tels matériaux sont entièrement contenues dans la broche, elles peuvent être usinées à plein régime sans vibration, toute la barre étant maintenue dans la broche. En général, le chargeur court tolère mieux les extrusions déséquilibrées (non symétriques) et les barres courbées ou voilées qui causeraient sinon des vibrations.

Si les quantités de production sont importantes et que la productivité et l'optimisation de la matière sont prioritaires, le chargeur de type magasin de 12 pieds (3,66 m) sera plus avantageux. Du point de vue de la productivité, l'utilisation de barres longues réduit les coûts de main-d'œuvre car la machine peut tourner sans surveillance plus longtemps. Un opérateur peut surveiller deux ou trois telles machines. Les risques d'arrêt par manque de matière — 10 minutes ici, 15 minutes là — sont réduits.

Facteurs de gaspillage matière

Lorsque l'optimisation de la matière est cruciale, le chargeur de 12 pieds est préférable car toute la barre est convertie en pièces utilisables, à l'exception d'un seul rebut. En revanche, lorsqu'une barre de 12 pieds est coupée en trois ou quatre longueurs pour un chargeur à longueur de broche, un nombre équivalent de rebuts est produit, ce qui signifie moins de pièces par barre de 12 pieds et plus de rebuts.

Longueur de la broche du tour

La longueur de la broche n'est pas un facteur pour un chargeur de 12 pieds. En revanche, elle est déterminante pour un chargeur à longueur de broche. De nombreux tours à barres CNC ont des broches acceptant des barres courtes jusqu'à 4 pieds (1,22 m). Ces tours peuvent accueillir des longueurs de 3 et 4 pieds coupées dans des barres standard de 12 pieds. La perte matière due aux rebuts des barres courtes est plusieurs fois supérieure à celle d'une barre continue de 12 pieds.

Considérations sur la longueur des pièces

Le chargeur de type magasin de 12 pieds offre généralement une meilleure utilisation de la matière que le chargeur à longueur de broche. Quelle que soit la longueur de la pièce, la perte matière d'une barre continue de 12 pieds se limite à un rebut. Cependant, à mesure que la longueur de la pièce augmente sur un tour servi par un chargeur à longueur de broche, les rebuts laissés par chacune des trois ou quatre barres courtes coupées dans une barre continue de 12 pieds peuvent représenter un pourcentage significatif de la barre.

Si le travail concerne des pièces de type rondelle, une barre de 3 pieds peut durer une heure. Mais pour des arbres de moteur, le tour peut épuiser une barre de 3 pieds en quelques minutes, puis doit s'arrêter le temps de charger la barre courte suivante. Le temps de chargement des barres courtes peut faire chuter les cadences de production.

Conception du magasin

Les ateliers prévoyant de faire tourner leurs tours CNC sans surveillance la nuit, les week-ends et jours fériés font face à d'autres contraintes. L'usinage sans surveillance impose la capacité d'alimenter la machine en assez de matière première pour la durée prévue. Le temps de fonctionnement sans surveillance, toutes choses égales par ailleurs, dépend de la capacité du magasin du chargeur.

Implantation atelier

Lorsque l'espace au sol est limité, le chargeur à longueur de broche est généralement préféré car il n'occupe que la moitié de l'espace d'un chargeur de 12 pieds. L'économie d'espace peut être modeste pour un seul chargeur, mais pour une installation multi-machines, elle peut permettre d'installer un ou plusieurs tours et chargeurs supplémentaires.

Beaucoup d'entreprises achètent des chargeurs à longueur de broche pensant manquer de place pour un modèle de 12 pieds. Pourtant, une fois que les acheteurs potentiels calculent les gains de productivité et l'amélioration de l'utilisation matière du chargeur de 12 pieds, ils trouvent souvent l'espace pour l'unité plus grande.

Vitesses de coupe

Historiquement, les ateliers utilisant des tours à barres ont eu du mal à contrôler le fouet et les vibrations d'une longue barre en rotation à haute vitesse. Les causes principales : difficulté à contrôler une barre étroitement confinée tournant jusqu'à 10 000 tr/min et manque d'uniformité de la matière. Paradoxalement, tandis que les constructeurs augmentaient les vitesses de broche pour améliorer la productivité, les propriétaires devaient les réduire pour limiter les effets des vibrations sur la précision, l'état de surface et la durée de vie des outils.

Aujourd'hui, la situation s'est grandement améliorée. Une meilleure conception des chargeurs et l'usage plus répandu de barres rectifiées sans centre permettent aux chargeurs de 12 pieds d'alimenter des barres jusqu'à 2 pouces (50 mm) de diamètre à vitesse maximale ou quasi maximale. Les utilisateurs n'ont plus à sacrifier la vitesse de broche pour obtenir productivité et bonne utilisation matière.

Minimisation des temps d'arrêt de broche

Le temps nécessaire pour reconfigurer le chargeur sur un autre diamètre de barre est un critère important. Le chargeur à longueur de broche a l'avantage grâce à son fonctionnement plus simple. Il peut généralement être reconfiguré pour un autre diamètre en 5 à 10 minutes, si la chemise de broche de la bonne taille est disponible. La majeure partie de ce temps est consacrée au retrait de la chemise de la broche du tour et à son remplacement par une autre correspondant au diamètre de la barre du prochain travail.

Ce temps de reconfiguration rapide est un atout majeur pour les ateliers faisant beaucoup de séries courtes. Les barres courtes sont plus légères, moins encombrantes et moins fatigantes à manipuler que des barres de 12 pieds, ce qui accélère aussi le changement.

Sur un chargeur de type magasin de 12 pieds, le changement de diamètre peut prendre de 45 minutes sur les anciens modèles à 5 minutes sur les nouveaux. Cela dépend principalement de la nécessité de changer le canal de guidage qui supporte et confine la barre en rotation. Si le diamètre du prochain travail est proche du précédent, le même canal peut être utilisé, réduisant le temps de réglage. S'il faut le changer, le réglage peut doubler, mais les nouvelles technologies visent à réduire ce temps et sa fréquence.

Logistique d'atelier

Les ateliers doivent tirer le meilleur parti de leurs employés, et une étape clé consiste à offrir un environnement qui maintient l'intérêt au travail et minimise les risques de blessures. Comme la manutention manuelle des barres est moindre avec les chargeurs de type magasin pleine longueur, les opérateurs subissent moins d'écrasements de doigts, de maux de dos et blessures similaires. Avec les chargeurs de paquets actuels, un paquet de 5 000 livres (2 268 kg) de barres peut être livré par pont roulant directement au chargeur sans être touché par le personnel. Les opérateurs sont libérés pour des tâches plus productives : surveiller plusieurs machines, contrôler la qualité des pièces.

Coût de possession

Pour les ateliers programmant régulièrement des séries courtes et devant accepter une gamme de diamètres, le chargeur à longueur de broche convient bien et s'adapte à la plupart des budgets. Si le chargeur de type magasin de 12 pieds coûte environ deux fois plus cher à l'achat, les ateliers à gros volumes peuvent le trouver plus rentable car il maintient des prix compétitifs grâce à de bons taux de production et de faibles taux de rebut.

Un atelier peut utiliser un chargeur à longueur de broche pour de gros volumes (beaucoup le font), pensant que l'économie à l'achat compense un rendement légèrement inférieur par barre de 12 pieds et une cadence un peu plus lente. Comme le montre le graphique ci-dessus, cependant, pour de gros volumes, le retour sur investissement moyen du chargeur à longueur de broche égale celui du chargeur de 12 pieds à six mois. La comparaison avec un modèle de 6 pieds montre une différence encore plus marquée, avec un point mort à seulement deux mois.

La décision finale

Pour les ateliers cherchant un chargeur de type magasin, ces critères devraient aider à choisir correctement entre un chargeur à longueur de broche et un chargeur de 12 pieds. Il faut examiner attentivement ses besoins spécifiques par rapport aux avantages de chaque type et à l'impact relatif de telles solutions d'automatisation sur la main-d'œuvre avant de s'engager dans l'investissement.