Quand un logiciel d’optimisation de programmes CN améliore l’efficacité de production d’un mouliste

iMFlux, entreprise américaine de conception et de fabrication de moules d’injection plastique, a mis à l’épreuve Force, module logiciel d’optimisation des programmes CN de Vericut. En voici les principaux résultats.

De tous les secteurs manufacturiers, la fabrication de moules à injection plastique est l’un des plus difficiles. Les matériaux sont généralement durs, les géométries assez complexes et les tolérances extrêmement serrées. Avec des moules multi-cavités finis qui se vendent souvent à des dizaines, voire des centaines de milliers de dollars, les enjeux sont extrêmement élevés, ce qui explique pourquoi les entreprises qui rivalisent dans ce domaine ont besoin de ce qu’il y a de mieux en termes de personnel, de logiciels, d’outillage et de machines. C’est le cas par exemple d’iMFlux, une entreprise de conception, de fabrication et de technologie de moules implantée à Hamilton, dans l’Ohio, et filiale à 100 % du géant multinational des biens de consommation Procter and Gamble. 

Après des années d’efforts intensifs, l’équipe de cette société a non seulement mis au point une technologie exclusive de contrôle des processus qui améliore considérablement les résultats des opérations de moulage par injection, mais elle a également construit une installation de fabrication de moules très performante et largement automatisée. Mais étant toujours à la recherche d’une plus grande efficacité de fabrication, iMFlux a récemment évalué un module logiciel afin de réduire les temps de cycle de 50 % ou plus, tout en augmentant la durée de vie des outils et la qualité des pièces. Son nom ? Le logiciel d’optimisation Force de CGTech, développeur du logiciel de simulation, de vérification et d’optimisation de parcours Vericut.

L’atelier d’iMFlux dispose d’un équipement CN impressionnant (centres d’usinage OKK et Hurco quatre ou cinq axes, machines électro-érosion à fil Makino, MMT automatisées et dotées d’une cellule Erowa ainsi que des systèmes de vision d’Hexagon et Micro-Vu…). Mais la fabrication de moules nécessite plus qu’un bon outil de production. La réussite réside dans le personnel bien sûr, mais aussi dans un outil permettant d’accéder à l’ensemble des informations d’usinage et de programmation. Pour ce faire, iMFlux a investi dans le logiciel de simulation et d’optimisation des parcours d’outils Vericut. 

Premiers résultats concluants

Le récent développement de Vericut Force par CGTech présente un module logiciel d’optimisation de programme CN reposant sur la physique analyse ; celui-ci est capable d’optimiser les conditions de coupe tout au long des opérations du programme CN. Ce module offre d’importantes possibilités de réduction du temps de cycle et d’amélioration de la durée de vie des outils. Jonathon Edwards, programmeur, et le reste du groupe de la direction de fabrication ont alors pris une autre décision : vérifier si les affirmations audacieuses du développeur du logiciel tenaient la route. Utilisant la même approche scientifique que celle appliquée au reste des activités de l’entreprise, ils ont mis de côté le temps et les ressources nécessaires pour mettre Force à l’épreuve.

L’équipe a effectué neuf tests d’usinage distincts, évaluant chaque temps de cycle, la durée de vie de l’outil de coupe et les températures de l’outil et de la pièce. Des stratégies de fraisage trochoïdal et de réduction radiale des copeaux ont été utilisées tout au long de ces essais, réalisés sur différents équipements Hurco, OKK et Makino. Voici quelques résultats notables. Le premier fait référence sur l’usinage d’une pièce en acier inoxydable 420 thermiquement traitée à 48 HRc. Force a réduit le temps de cycle de 7:51 à 4:55, soit une amélioration de 37 %. L’opérateur a utilisé le mot « impressionnant » pour décrire le parcours généré par Force. Sur une autre pièce fabriquée dans le même matériau, le temps de cycle a diminué de plus de deux heures, ce qui a permis à l’entreprise de faire des économies sur une seule commande multi-pièces.

Plusieurs pièces présentant des parcours d’outils relativement simples ou un grand nombre de trous de perçage ont généré des économies comprises entre 9,7 % et 19,9 %. Des mesures aléatoires des copeaux ont montré qu’ils étaient « étonnamment cohérents ». Lors du fraisage dur de surfaces complexes dans du Stavax 52 HRc, un type d’acier pour moules, Force a réduit les temps de cycle de 51 %. L’opérateur a déclaré que c’était « la meilleure sonorité d’un usinage en ébauche que j’ai entendue dans notre atelier ». L’usinage d’une pièce d’essai en P20 a permis une réduction de 30 %. Le programmeur a noté que Force allait « nous faire gagner beaucoup de temps et d’argent sur les outils et les interventions sur la machine ».

Usure moindre et aucun émoussement associé aux parcours d’outils non optimisés

Force a également été appliqué à un programme précédemment optimisé. Cela a non seulement permis de gagner une heure sur un cycle de six heures, mais aussi de détecter et de supprimer un pic de chargement de l’outil qui aurait presque certainement entraîné la rupture de la fraise.

Après l’inspection minutieuse des outils de coupe sous un grossissement de 72x, à l’exception d’un seul cas, les arêtes des outils optimisés par Force présentaient une usure bien moindre, sans aucun émoussement associé aux parcours d’outils non optimisés. Dans l’un des tests où une défaillance s’est produite, il a été déterminé qu’une opération d’usinage précédente avait provoqué un écrouissage, entraînant l’écaillage d’une des arêtes de la fraise à quatre lèvres – sur l’outil sans optimisation de Force, les quatre lèvres étaient endommagées.

Outre un chargement plus cohérent de l’outil de coupe et l’élimination des pics qui conduisent souvent à la rupture, Force a également réduit la génération de chaleur. En mesurant à l’aide d’un thermomètre infrarouge, l’équipe d’iMFlux a constaté que les pièces testées – usinées à sec – n’ont jamais dépassé 32°C (90°F) et que les outils de coupe sont restés en dessous de 82°C (180°F), une température idéale. En comparaison, les pièces usinées avec des parcours d’outils « hors-Force » atteignaient régulièrement 300°F (149°C), créant très probablement l’émoussement précédemment mentionné. Des conditions de coupe plus maîtrisées signifient également moins de chaleur dans la pièce et la machine-outil, deux facteurs importants pour la précision des pièces. Outre une charge plus régulière de l’outil coupant et l’élimination des pics qui conduisent souvent à des fonctionnements moins stabilisés, Force a également réduit la production de chaleur.

Améliorer la confiance des opérateurs d’iMFlux

Pour Gary Bare, ingénieur en fabrication avancée, « le module Force de Vericut a permis d’économiser au moins 17 %, même sur les géométries de pièces les plus basiques. Sur celles considérées comme plus complexes, des réductions allant jusqu’à 45 % étaient typiques. » Force a également amélioré de manière significative la durée de vie des outils, avec peu ou pas d’écaillage ou d’usure des arêtes, tandis que les températures de coupe plus basses ont réduit le gradient thermique. Enfin, les processus plus stables de Force Optimisation ont eu tendance à améliorer la confiance des opérateurs d’iMFlux et ceux-ci estiment que le retour sur investissement de Vericut n’a été que de 1,4 mois et que se passer de l’utilisation de l’optimisation Force coûterait à l’entreprise 21 000 dollars par mois.

« Nous avons examiné de nombreuses alternatives, et je suis très heureux que nous ayons persisté avec Vericut, compte tenu surtout de ce que nous avons vu avec l’optimisation Force, affirme l’ingénieur. Nous avons tout mis sur la table, nous avons coché les cases de ce qui fonctionnait et de ce qui ne fonctionnait pas, puis nous avons réduit nos champs d’action. Malheureusement, nous avons perdu du temps lors de la mise en œuvre initiale, mais c’est une bonne chose que nous ayons conservé Vericut dans l’équation. Ça a été le bon choix pour nous ». 

EQUIP PROD • N°128 Juin 2021