Un Projet Dédié Aux Outils De Coupe

Le 01/06/2012 à 14:00  

L'essentiel

Le projet Edge vise à réduire les délais de fabrication des outils de coupe spéciaux de trois semaines à un jour, et à montrer comment obtenir des outils de caractéristiques identiques.

Pour cela, il est nécessaire de mettre en place une chaîne numérique complète dans la gamme de fabrication : de la conception de l'outil à son contrôle micro et macrogéométrique, en passant par sa réalisation.

La cible visée par le projet concerne aussi bien les utilisateurs que les fabricants d'outils de coupe.

L'outil de coupe joue un rôle fondamental dans les opérations d'usinage. Il existe sur le marché plusieurs types d'instruments pour en contrôler la qualité. Parmi eux, des systèmes optiques basés sur la variation focale, qui mesurent à la fois la forme et les états de surface des outils.

Alicona

C'est le tout premier projet initié par le consortium Intercut Network. Ce groupement, né en 2009, rassemble plusieurs acteurs reconnus pour leurs travaux de recherche et de transfert de technologie dans le domaine de l'usinage: le Cetim (Centre technique des industries mécaniques), le CTDEC (Centre technique du décolletage), l'Enise (Ecole nationale d'ingénieurs de Saint-Étienne) et les Arts et Métiers ParisTech de Cluny. En lançant le projet Edge, ces partenaires ont souhaité proposer aux fabricants d'outils des solutions concrètes pour optimiser leur production et en accroître la qualité. L'idée est née de plusieurs constats. Tout d'abord, la nécessité de s'intéresser aux outils de coupe spéciaux. «Au début des années 2000, les fabricants français produisaient environ 80 % d'outils standard, et 20 % d'outils spéciaux à forte valeur ajoutée, destinés à répondre à des besoins d'usinage spécifiques. Aujourd'hui, cette proportion s'est inversée » , explique François Laforce, ingénieur en charge du projet au Cetim. En cause, la délocalisation vers les pays à bas coûts et la croissance du marché asiatique dans la fabrication d'outils standard… Dans un contexte de crise, et devant la nécessité de faire face à une concurrence de plus en plus rude, les fabricants français n'ont d'autres choix que montrer leurs différences et apporter leur savoir-faire dans la production d'outils de coupe spéciaux. Or cette fabrication offre de nombreuses pistes d'amélioration. «Aujourd'hui le délai moyen d'obtention d'un outil spécial est supérieur à 3 semaines. Il peut même se prolonger à 6 ou 8 semaines si l'on considère les outils spéciaux en carbure monobloc à forte valeur ajoutée » , indique Christophe Claudin, ingénieur de recherche à l'Enise. Pourtant la production de l'outil proprement dite ne nécessite pas plus d'une heure. Les raisons expliquant de tels délais sont multiples. Il y a d'abord de nombreux temps morts inexploités entre le moment où l'industriel exprime son besoin, et celui où il obtient l'outil. Par ailleurs, la conception d'un outil spécial (à la géométrie parfois complexe) nécessite le plus souvent une programmation particulière des machines, avec des gammes de fabrication quasiment sur mesure, et des contrôles spécifiques.

L'autre constat dressé par les membres du projet est lié à la qualité des outils produits. Il est très difficile, à l'heure actuelle, d'obtenir des qualités constantes au sein d'un même lot, parmi des outils semblables. « Il y a des problèmes de stabilité dans le process conduisant à l'obtention d'outils spéciaux , souligne Christophe Claudin (Enise). En utilisant deux outils apparemment identiques, les performances peuvent être très différentes : dans certains cas, l'un d'entre eux pourra usiner jusqu'à 3 000 pièces,alors que l'autre cassera au bout de 600 pièces » . Des durées de vie très différentes que l'on n'explique pas forcément, et qui sont quasiment impossibles à prévoir. Les conséquences, en revanche, sont bien connues: la casse d'un outil de coupe entraîne l'arrêt de la chaîne de production, et la pièce produite doit être réusinée voire mise au rebut (avec la perte de temps et les coûts que tout cela engendre). Bref, une machine de production ne peut être utilisée au mieux de ses capacités qu'avec un outil de coupe performant.

10 outils en un jour

Forts de ces constats, les partenaires du projet Edge ont articulé celui-ci autour de deux objectifs principaux: réduire de façon drastique le délai moyen d'obtention d'un outil spécial, et assurer une production de qualité constante. Le projet devrait aboutir cet automne à la mise en place d'un démonstrateur industriel constituant en quelque sorte la “chaîne de production idéale”. Celle-ci rassemblera en un seul lieu les moyens nécessaires de conception, réalisation et contrôle, afin de fabriquer des outils spéciaux en un temps très bref. A travers cette réalisation, les acteurs du projet comptent montrer qu'il est possible de produire dix outils haut de gamme en une journée (contrôle compris), et donner aux industriels les clés pour y parvenir.

Le projet Edge concerne aussi bien les utilisateurs que les fabricants d'outils coupants. Côté utilisateurs, il y a tout d'abord les grands comptes de l'automobile ou de l'aéronautique, qui cherchent à réduire leurs temps de production. Ces contraintes de temps de cycle les poussent à privilégier l'outil spécial (qui remplace à lui seul plusieurs outils standard). Ils souhaitent obtenir celui-ci rapidement, et bénéficier de produits de qualité identique. Autres types d'utilisateurs, les PME de la mécanique. « Ces dernières sont souvent amenées à utiliser des outils spéciaux pour réaliser des prototypes. Dans ce cas, ce n'est pas le temps de cycle qui importe, mais surtout le temps nécessaire pour répondre aux appels d'offres. Les délais d'approvisionnement en outils spéciaux doivent donc être très courts » , explique Christophe Claudin (Enise).

L'une des machines utilisées dans le projet Edge vise à réaliser une analyse géométrique de la forme globale des outils spéciaux. Le contrôle s'effectue à l'aide d'une caméra numérique et d'un éclairage spécifique.

Zoller

L'objectif du projet Edge consiste à former une chaîne numérique complète dans le processus de fabrication des outils spéciaux. Elle s'étend de la conception de l'outil au rapport de contrôle, en passant par la génération des trajectoires sur les machines d'affûtage et les opérations de mesure à plusieurs échelles.

Cetim

Les fabricants d'outils spéciaux ont eux aussi tout à gagner s'ils assurent une production haut de gamme de manière rapide, avec un process stable. Parmi eux, il y a bien sûr les professionnels du décolletage. « Les décolleteurs sont particulièrement intéressés car ils fabriquent en interne leurs propres outils coupants, et sont en quelque sorte garants du résultat » , note Ephraïm Goldschmidt, ingénieur R&D au CTDEC . Le projet étant financé essentiellement par des organismes rhônalpins, il s'adresse en priorité aux industriels de la région Rhône-Alpes. (En ne comptant que les fabricants d'outils, ce secteur représente à lui seul près de 3 500 emplois dans la région). Mais rien n'empêche d'autres utilisateurs ou fabricants d'outils de profiter également des travaux qui auront été réalisés.

Une chaîne numérique complète

Le projet Edge comporte trois volets. Un premier axe deR&D fondamentale a pour objectif de valider les paramètres géométriques des outils, ainsi que les gammes de fabrication, les méthodes de préparation d'arête, et les conditions d'affûtage. Un second axe, plus applicatif, vise à déterminer les moyens de contrôler efficacement les outils à plusieurs échelles (macro et microgéométrique).Enfin viendront la mise en place et l'utilisation du démonstrateur industriel.

Les différents partenaires se sont réparti les tâches. Le Cetim, de son côté, est le chef du projet. Il assure la coordination entre les différents acteurs, l'interface avec les industriels, et participe à la mise en place du démonstrateur. Les Arts et Métiers sont chargés de la validation des paramètres géométriques. L'Enise, quant à lui, gère les tâches liées à l'optimisation des gammes de fabrication, à la préparation d'arêtes et aux conditions d'affûtage. Enfin le contrôle des outils est placé sous la responsabilité du CTDEC.

A travers le démonstrateur qui sera mis en place, les experts souhaitent valider le fonctionnement d'une chaîne numérique complète du processus de fabrication des outils. Cette chaîne s'étend de leur conception au rapport de contrôle, en passant par la génération des trajectoires sur les machines d'affûtage. Elle devrait permettre de lancer directement la production d'un outil à partir d'une programmation logicielle en amont, un peu comme si celui-ci était standard… En établissant un lien entre les différents moyens matériels et logiciels, la chaîne numérique participera aussi à la structuration d'une profession relativement morcelée. « Pour le fabricant d'outils coupants,il y a plusieurs étapes incontournables : l'approvisionnement en barreau de carbure, le taillage, la préparation de l'arête et le revêtement de l'outil.Le plus souvent,ce ne sont pas les mêmes entreprises qui s'en chargent, et il n'y a pas de relation entre elles… Avec le projet Edge, nous travaillons sur le taillage des barreaux de carbure et la préparation d'arête. Sur le plan technique, l'objectif est de voir comment relier ces procédés pour que l'outil obtenu au final ait la qualité attendue » , précise François Laforce (Cetim). « Nous souhaitons rassembler des forces et fédérer une profession autour d'un projet commun.La tâche n'est pas aisée, car certains fabricants hésitent à franchir le pas, craignant la perte de connaissances » , constate Chrisophe Claudin (Enise).

Certains moyens de mesure sont utilisés à la fois pour contrôler la forme de l'outil à l'échelle macrogéométrique et l'état de surface dans des endroits difficilement accessibles (arêtes, goujures, etc.).

Alicona

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