Optimiser la durée de vie des outils avec les données machines : un guide moderne

Le coût de l'outillage combiné au rebut des pièces défectueuses rend l'extension de la durée de vie des outils un objectif important pour les entreprises de coupe de métal. L'usinage traditionnel reposait sur des réglages déterminés expérimentalement pour déterminer la durée de vie d'un outil machine. Les opérateurs pouvaient consigner les compteurs de pièces jusqu'à ce qu'un outil défaillisse ou commence à développer des pièces hors spécifications. La moyenne de ces compteurs de pièces pouvait être utilisée pour établir un seuil pour la durée de vie de l'outil. Alternativement, ils pouvaient utiliser le compte de pièces fourni par l'OEM de l'outil machine pour établir la cadence de changement d'outil.

Ces solutions sont inexactes, menant à l'une de deux choses :

• Un outil est sous-utilisé, signifiant qu'un outil est remplacé avant d'avoir atteint sa fin de vie
• Un outil est sur-utilisé, résultant en pièces rebutées et temps d'arrêt

La surveillance d'outils permet aux fabricants de surveiller et d'optimiser la durée de vie de leur outillage pour s'assurer qu'ils peuvent obtenir le meilleur ROI de leurs outils sans subir les conséquences d'une défaillance catastrophique d'outil.

Qu'est-ce que la durée de vie d'un outil ?

La durée de vie d'un outil fait référence à la vie utile d'un outil machine. Elle peut être exprimée en quantité de bonnes pièces qu'un outil donné est capable d'usiner. Une fois qu'un outil est usé au point que les pièces créées sont hors spécifications, sa vie est effectivement terminée et l'outil devrait être remplacé.

L'usure d'outil, la défaillance d'outil et la durée de vie d'outil sont une réalité de l'usinage CNC. Tous les outils subissent l'usure et finiront par défaillir s'ils continuent à travailler. Cependant, c'est en gérant efficacement la durée de vie de l'outil que les fabricants peuvent piloter l'utilisation la plus efficace de leurs outils machine.

La seule façon possible d'augmenter la durée de vie d'un outil machine tout en prévenant les pièces rebutées et les défaillances est de collecter les données d'outil machine et de les utiliser pour déterminer quand un changement d'outil devrait avoir lieu.

Tous les outils ont des courbes de durée de vie prévisibles – la période pendant laquelle un outil est censé durer et produire des pièces selon les standards de qualité souhaités. Cependant, la durée de vie d'un outil peut être difficile à déterminer avec précision, surtout si fait manuellement, en raison de la grande variété de facteurs qui affectent la durée de vie d'un outil. Par exemple, le matériau travaillé, le type de coupe, les vitesses et avances, etc.

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7 façons d'améliorer la durée de vie des outils

Bien qu'aucun outil ne dure éternellement, il y a de nombreux facteurs affectant la durée de vie des outils. Voici quelques méthodes pour réduire l'usure :

1. Utiliser des vitesses et avances appropriées

Pendant que l'outil de coupe tourne, alèse ou coupe à une vitesse de coupe définie, il traverse également le long de la pièce. L'utilisation des bons réglages de vitesse et d'avance augmentera significativement la durée de vie de l'outil. Bien que le temps de coupe réel soit toujours une considération, les bons réglages pour la vitesse et l'avance peuvent prolonger la vie de l'outil.

2. Appliquer du fluide de coupe

Le processus de coupe génère beaucoup de chaleur due au contact métal-métal. Le bon type de fluide de coupe et la bonne quantité d'application de fluide prolongeront la durée de vie de l'outil.

3. Ne pas réusiner les copeaux

Les copeaux sont le moyen d'avoir le matériau métallique retiré de la pièce après la coupe. Ils évacuent aussi l'excès de chaleur généré pendant la coupe. Mais les réglages doivent être corrects pour prévenir la réusinage des copeaux résultant en augmentations d'usure de flanc, d'usure de cratère, et autres causes d'usure d'outil.

4. Utiliser les bons outils

La complexité de la pièce, la rugosité de surface, la précision d'usinage requise, les exigences de tolérance pour la pièce finie, et d'autres considérations sont critiques. Par exemple, certaines pièces peuvent être assez solides pour nécessiter un outil en acier rapide. Connaître ces paramètres aidera à sélectionner le bon outil pour la combinaison de facteurs.

5. Répartir l'usure sur le bord de coupe

Les programmes et plans de coupe devraient être conçus pour utiliser autant que possible le bord de coupe. Une concentration continue sur une partie de l'outil de coupe peut augmenter l'usure de l'outil.

6. Contrôler le faux-rond

L'âge de l'équipement peut affecter le faux-rond en usinage. Les machines modernes peuvent avoir un porte-outil automatisé. Ce porte-outil assure le positionnement et la sécurisation corrects de l'outil. Pour les machines plus anciennes, le faux-rond vient du mauvais alignement ou de la sécurisation du centre de l'arbre de l'outil par rapport à la ligne centrale de l'axe central et peut résulter en pièces rebutées et durée de vie d'outil plus faible.

7. Contrôler la déflexion

Alors que la chaleur s'accumule et que la coupe est en cours, d'énormes forces de coupe se produisent car les caractéristiques des matériaux affectent à la fois l'outil et la pièce. Les copeaux formés alors que le métal est retiré et sortent de la pièce repoussent quand ils s'accumulent. Si les variables ne sont pas correctes, cela peut plier ou dévier l'outil.

Facteurs influençant la durée de vie des outils

En utilisant un calcul de courbe de durée de vie d'outil comme l'Équation de Durée de Vie d'Outil de Taylor, différents facteurs peuvent être tracés pour projeter différentes courbes de durée de vie d'outil pour un outil selon la combinaison de variables qui s'applique. Ceux-ci incluent :

Vitesse de coupe

Plus rapide n'est pas toujours mieux. La dureté de la pièce, les différents matériaux d'outil, la complexité des coupes, et d'autres facteurs signifient un taux optimal pour chaque combinaison de facteurs.

Taux d'avance et profondeur de coupe

Comme la vitesse de coupe, le taux d'avance et la profondeur de coupe peuvent aussi être optimisés. Et ce point optimal sera déterminé par l'agressivité de la coupe requise.

Dureté de la pièce

Les outils utilisés pour couper des matériaux très durs s'useront plus vite que ceux utilisés pour couper des métaux plus tendres. La dureté différente de la pièce peut déclencher différents types d'usure d'outil. L'arête rapportée peut se produire dans les métaux tendres comme l'aluminium. Des métaux comme le titane peuvent causer une défaillance catastrophique à un outil incorrect.

Matériau de l'outil

Comme la dureté de la pièce, le matériau de l'outil doit avoir des caractéristiques de performance qui rencontrent ou dépassent la pièce coupée. Certains outils peuvent être spécialement durcis pour travailler avec de l'acier durci ou des métaux exotiques comme le titane. Mais ils doivent aussi être conçus pour travailler avec des métaux qui ont une mauvaise finition de surface.

Type de coupe

Certains outils de coupe impartent une abrasion légère pour créer une finition de surface. D'autres sont plus agressifs. Comme la vitesse de coupe et le taux d'avance, le type de coupe doit être considéré dans le traçage des courbes de durée de vie d'outil et la réduction de l'usure.

Utiliser MachineMetrics pour étendre et optimiser la durée de vie des outils

La surveillance d'outils MachineMetrics capture les données machines directement depuis le contrôle machine, fournissant des données précises et en temps réel sur la performance et la santé de la machine. Les données peuvent être collectées pour surveiller l'outil machine et développer des seuils pour quand la défaillance d'outil est imminente.

Utilisation de seuils pour déterminer quand un outil atteint sa fin de vie pour qu'il puisse être changé.

De plus, ces données peuvent être utilisées pour développer des algorithmes pour prédire et prévenir les défaillances catastrophiques d'outils machine. Plutôt que de collecter manuellement les compteurs de pièces ou d'utiliser la recommandation de durée de vie d'outil de l'OEM, les utilisateurs peuvent exploiter les données d'outil machine précises pour établir des paramètres de durée de vie d'outil plus efficaces.

L'analytique d'outil machine peut être exploitée pour optimiser les processus autour de la machine, permettant la communication et l'automatisation qui soutiennent la maximisation de la durée de vie d'outil. Par exemple, les opérateurs peuvent être notifiés d'une défaillance d'outil imminente pour remplacer proactivement l'outil machine.

Cela assure plusieurs bénéfices majeurs :

• Les défaillances catastrophiques d'outils peuvent être évitées
• Réduction des temps d'arrêt dus aux défaillances d'outils ou défaillances excessives
• Durée de vie d'outil maximisée pour assurer le meilleur ROI de votre investissement en outillage
• Produits de plus haute qualité avec un meilleur rendement au premier passage

Étude de cas : Comment BC Machining prédit et prévient la défaillance d'outil

« Auparavant, nous perdions souvent un tiers des pièces de notre quart de travail, sans parler de passer au moins une heure à trier les pièces pour identifier les rebuts. Depuis l'utilisation de la technologie de prédiction de casse d'outil de MachineMetrics, ce gaspillage a été éliminé. »

- Mike Driskell, Ingénieur de Fabrication, BC Machining

BC Machining, un fabricant de pièces métalliques fabriquées, produisait de telles quantités de rebuts qu'ils étaient forcés de faire tourner leurs machines à 200 % de capacité juste pour atteindre leurs objectifs de production. Sans insight sur quand les outils étaient usés ou sur le point de casser, BC Machining accumulait des coûts significatifs de production de rebuts et de remplacement d'outils cassés.

Pour prévenir la production de rebuts et maximiser la durée de vie des outils, ils ont fait appel à MachineMetrics. Lisez notre étude de cas pour apprendre comment BC Machining a virtuellement éradiqué les rebuts dus à l'usure des outils, réduit significativement leurs temps de changement de série, et économisé 72 000 $ par machine annuellement.

Lisez l'étude de cas complète.