Accélérer la production : Stratégies éprouvées pour réduire le temps de cycle dans l'usinage automobile

Le défi d'améliorer le temps de cycle dans les opérations de machine et de coupe amène souvent les machinistes à chercher de nouvelles solutions. Voici comment les ateliers gèrent les gros volumes, les contrôles de processus stricts et la haute qualité que l'industrie automobile exige.

Il y a une vision associée à l'usinage automobile, qui inclut des machines-outils dédiées produisant des pièces en acier et en fonte par milliards.

Cette vision a quelque peu changé au cours de la dernière décennie alors que les constructeurs automobiles et leurs fournisseurs sont passés à des systèmes de fabrication flexibles et à des matériaux avancés.

Mais le fait reste que les quantités de production sont significativement plus élevées dans l'automobile que dans d'autres industries.

Les ateliers souhaitant poursuivre un tel travail doivent avoir leurs crayons extrêmement affûtés, leurs niveaux d'assurance qualité en parfait ordre, leurs records de livraison à temps juste cela — à temps — et par-dessus tout, être prêts à réduire de quelques points de pourcentage leur prix à la pièce chaque année.

Pour y parvenir, il faut — entre autres — les bons outils de coupe, ainsi que la connaissance d'application nécessaire pour atteindre les temps de cycle les plus courts et la meilleure durée de vie d'outil possible.

Garder vos outils de coupe constants

Cette connaissance est précieuse pour tout fabricant, même ceux qui se spécialisent dans le travail à haut mélange, faible volume typique de la plupart des ateliers de sous-traitance. La question devient alors : quels sont ces outils de coupe, et quels attributs ont-ils qui les séparent de l'outillage plus générique ?

Adam Glover, directeur de district chez OSG USA Inc., explique que les fabricants à haut volume recherchent la constance dans leurs forets et fraises en bout plutôt qu'une géométrie, nuance ou revêtement spécifique.

« La conception et les caractéristiques d'usinage de l'outillage automobile seront assez similaires à celles utilisées par les ateliers de sous-traitance, mais quand vous produisez un million de pièces par an de quelque chose, vous ne pouvez tolérer aucune surprise », dit Glover.

« Vous avez besoin d'une durée de vie d'outil prévisible, et quand il est temps de changer un foret ou un autre outil monobloc — ou n'importe quel cutter, d'ailleurs — vous voulez le mettre en place et appuyer sur cycle start », ajoute-t-il. « C'est la priorité absolue, c'est pourquoi les constructeurs automobiles sélectionnent toujours les outils de la plus haute qualité disponibles, quel que soit le prix. »

Équilibrer le budget

Mais attendez — quiconque a coté des pièces usinées pour l'industrie automobile sait que le bon de commande va généralement au fournisseur qui peut offrir le prix à la pièce le plus bas. Cela ne suggère-t-il pas alors que les ateliers devraient être économes lors de la planification de leurs budgets d'outillage ? Pas vraiment, dit Brent Marsh, responsable du développement commercial pour la zone automobile nord-américaine chez Sandvik Coromant Inc.

« La nature répétitive de l'usinage automobile à haut volume exige que la variation dans les processus, les machines-outils, le serrage, les gabarits, et surtout les outils de coupe soit maintenue au minimum sur une plus longue période », dit Marsh.

« Tout nécessite une bonne capacité de processus, avec moins de dépendance aux opérateurs intervenant manuellement pour obtenir les résultats finaux souhaités », ajoute-t-il. « Ce sont ces facteurs qui déterminent le prix à la pièce le plus bas, quel que soit ce que vous usinez. »

C'est bien beau pour les constructeurs automobiles avec leur affinité pour la fonte, l'acier et l'aluminium, mais qu'en est-il de tous les autres ? Les ateliers de sous-traitance usinent tout, de l'acier inoxydable à l'Inconel, des composites aux alliages à haute résistance. La prévisibilité est certainement importante ici aussi, mais payer un prix premium pour un outillage monobloc premium pourrait être moins acceptable étant donné le besoin de changements plus fréquents — dans cet environnement, les outils de coupe sont parfois utilisés pour une fraction de leur durée de vie potentielle puis mis sur l'étagère ou dans la boîte à outils d'un machiniste. L'outillage premium en vaut-il encore la peine ?

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Au-delà de la fonte

Chad Hefflinger pense que oui. Ingénieur d'applications senior chez Kennametal Inc., il se spécialise dans l'outillage en diamant polycristallin (PCD) et nitrure de bore cubique polycristallin (PCBN), et passe beaucoup de temps à soutenir les fabricants d'équipement d'origine (OEM) et les fournisseurs de rang 1 de l'automobile.

Hefflinger est d'accord que le coût le plus bas par pièce est souvent livré avec les outils de coupe les plus chers.

« En raison de la longévité que ces outils offrent et de la nature exigeante du travail automobile, il est très facile de justifier le coût plus élevé du PCD et du PCBN », dit-il.

Mais n'oubliez pas le carbure, ajoute Hefflinger. Bien que l'outillage PCD soit couramment utilisé pour fraiser et aléser les blocs moteurs, culasses et boîtiers de transmission en aluminium coulé, et que le PCBN soit le choix pour les composants en fonte et acier trempé, le carbure reste un choix populaire pour certains des matériaux plus récents, y compris la fonte à graphite compacté (CGI) et les aciers d'alliage à haute résistance, tous deux voyant une utilisation accrue dans l'espace automobile.

Adam Glover d'OSG note que l'acier inoxydable et d'autres alliages sont en hausse aussi, et que le carbure règne toujours en maître pour quiconque usine ces métaux.

« Je travaille avec quatre ateliers qui fabriquent des composants de rampe de carburant, qui sont généralement en 316 inoxydable, mais je vois aussi du 304 inoxydable, du 2205 duplex, des aciers d'alliage 4140 et 8620 — c'estpretty much across the board », dit-il. « Nous voyons même une certaine utilisation de composites, comme avec le cadre intérieur du pare-chocs sur la nouvelle Corvette. Quoi que les constructeurs automobiles usinent, cependant, les exigences sont fondamentalement les mêmes — longue durée de vie d'outil, haute productivité et qualité constante. »

Quand les secondes comptent

Chacun des experts interrogés pour cet article dit que les outils personnalisés sont assez courants dans les applications automobiles.

« Nous voyons beaucoup de demandes pour les aléseuses à lames réglables utilisées dans les applications de superfinition, forets à degrés combinés et outils de lumière, fraises PCD à veines et une foule d'autres solutions personnalisées », dit Brent Marsh de Sandvik Coromant. « Les secondes comptent dans cet environnement, donc les constructeurs automobiles feront tout ce qu'il faut pour offrir le temps de cycle le plus court, ce qui à son tour mène au coût par pièce le plus bas. »

Hefflinger de Kennametal appuie ce dernier point, ajoutant une mise en garde : « C'est hautement spécialisé, vrai, mais il y a aussi des points communs », dit-il. « Chaque moteur a des collecteurs d'admission et d'échappement, des ports d'injection de carburant, des trous de bougies — ce sont tous d'excellentes applications pour des forets et aléseuses personnalisés car les mêmes conceptions d'outils peuvent être utilisées sur de nombreux numéros de pièces différents. »

Tout cela est bon pour les constructeurs automobiles, mais qu'est-ce que cela signifie pour les ateliers qui ne fabriquent pas des millions de pièces par an ? Peut-être rien, sauf une chose : les ingénieurs qui travaillent chez Ford, Chevy, GM et tous les autres savent que le travail numéro un dans tout processus de fabrication est de développer le processus le plus stable possible.

Les surprises sont un tueur, ils vous le diront, et la meilleure façon d'éviter les retards de production et les problèmes de qualité qui en résultent est d'acheter l'outillage de la plus haute qualité disponible, quel que soit la quantité de pièces ou le matériau usiné.

Quels défis avez-vous rencontrés lors de l'usinage de matériaux automobiles ? Quelles solutions uniques avez-vous trouvées ?