Meulage et finition intelligents dans l'atelier de fabrication de métaux

Aug 20, 2023

FIGURE 1. Un opérateur meule avec un abrasif aggloméré.

Le département de meulage et de finition reste l'un des domaines les plus manuels et les plus mal compris de l'atelier de fabrication. Un fabricant peut examiner minutieusement l'imbrication pour optimiser le rendement du matériau, régler les paramètres de découpe pour obtenir ce bord découpé au laser ou poinçonné parfait, puis examiner la formation pour une qualité optimale et une répétabilité de l'angle de pliage. Après cela, les pièces affluent vers le département de meulage et de finition où, trop souvent, les travailleurs ont du mal à utiliser des outils inappropriés et des techniques inefficaces dans un environnement qui entrave la qualité et le débit.

Comment un atelier de fabrication peut-il changer les choses et augmenter la productivité dans ce qui reste le plus manuel de tous les processus de fabrication de métaux ? Cela commence par l'objectif à l'esprit, y compris le métal que les broyeurs doivent enlever et les surfaces que les finisseurs doivent atteindre.

Tous les abrasifs enlèvent de la matière, mais comment et pourquoi les abrasifs sont utilisés varient considérablement en fonction de ce qu'une opération doit accomplir. L'utilisation d'abrasifs dans la fabrication de métaux relève de l'un des trois domaines suivants : le meulage fonctionne bien pour l'enlèvement de métaux lourds, comme lors du meulage de soudures (voir la figure 1) ; le mélange aide à mélanger différentes zones de la pièce (voir la figure 2), comme lors du mélange de soudures avec le métal de base ; et la finition prépare une surface avec un motif de rayures spécifique.

Pour la plupart, ces meulages utilisent des abrasifs liés pour un enlèvement de matière agressif et efficace, tandis que ceux qui mélangent utilisent des abrasifs enrobés, qui ont des grains abrasifs similaires mais avec un chiffon en dessous qui aide à améliorer la finition de surface. Ceux qui effectuent la finition utilisent une variété de supports en fonction de ce qu'ils doivent accomplir, des abrasifs enduits aux non-tissés et autres matériaux de conditionnement de surface, ainsi que des disques de coupe, des tambours de polissage et des pâtes à polir conçus pour créer une finition miroir esthétique.

Un autre élément fondamental consiste à examiner le débit global d'une opération de meulage et (surtout) de finition. Le débit n'est pas seulement régi par la rapidité avec laquelle un abrasif enlève le matériau. Changer de support abrasif prend du temps, un fait qui ne doit pas être ignoré.

La finition consiste à créer des motifs de rayures spécifiques sur les surfaces des matériaux. Pour les atteindre, les opérateurs peuvent passer par différentes étapes, progressant progressivement à travers des grains de plus en plus fins. Cela semble logique. Après tout, lorsque les opérateurs passent à un abrasif plus fin, ils remplacent les rayures légèrement plus grossières par des rayures légèrement plus fines.

En supposant que les finisseurs aient utilisé la bonne technique, le processus de finition lui-même, c'est-à-dire le temps pendant lequel le média abrasif entre en contact avec la surface du matériau, pourrait être assez efficace. Mais qu'en est-il de l'ensemble du processus, y compris le changement de support et le nettoyage entre les étapes ? Ce temps s'additionne et les étapes supplémentaires peuvent compliquer toute l'opération.

Observer des finisseurs expérimentés peut révéler ce qui est possible. Ils peuvent commencer avec un média extra-grossier, un produit à grain moyen, puis un produit à grain fin, après quoi (si l'application l'exige) ils commenceront à polir. Ils peuvent passer plus de temps avec chaque produit abrasif, mais ils ne passent pas autant de temps à changer leur média de finition ou à nettoyer. Et ce n'est pas parce qu'ils passent moins de temps à nettoyer entre les étapes ; ils ont juste moins d'étapes.

Comment y parviennent-ils exactement ? Une partie consiste à apprendre à travailler les supports de finition; une autre partie consiste à oublier ce qu'ils ont appris dans le département de meulage.

Les broyeurs peuvent remonter jusqu'au département de finition. C'est un cheminement de carrière naturel, mais ceux qui passent de l'un à l'autre peuvent développer de mauvaises habitudes. Ce qui fonctionne dans le meulage ne fonctionne pas nécessairement pour la finition. Les deux processus sont vraiment des animaux différents.

Considérez les meules comme les roues d'une voiture ; dans les deux cas, les bords font la majeure partie du travail. Les meuleuses abordent le travail à haut régime et avec un angle d'attaque élevé, ce qui leur permet d'entrer en contact avec le travail à grande vitesse et à haute pression. Considérez les disques abrasifs comme des freins à disque sur une voiture. La majorité de la surface du disque effectue un certain niveau de travail. Cela nécessite un angle d'attaque plus plat (voir Figure 3).

Si vous entrez dans un département de finition et entendez des outils gémir, avec une hauteur de ton montante et descendante, quelque chose ne va probablement pas. Les opérateurs de finition novices peuvent conserver ce qu'ils ont fait pour le meulage, c'est-à-dire aborder le travail à un angle d'attaque élevé avec beaucoup de pression. Maintenant, dans le département de finition, ils creusent dans le métal avec un produit abrasif qui n'a pas été conçu pour creuser du tout. Dans le même temps, leur excès de pression crée des rayures plus profondes qui nécessiteront des étapes supplémentaires pour être supprimées. De plus, les opérateurs se fatiguent rapidement lorsqu'ils poussent leurs outils électriques plus fort que nécessaire, de sorte que leur travail devient moins cohérent. En travaillant plus dur, ils créent plus de travail pour eux-mêmes.

Les disques de finition abrasifs (voir figures 4 et 5) sont conçus pour être appliqués doucement (par rapport au meulage) sur la surface pour éliminer les rayures plus grossières et les remplacer par des rayures plus fines. Les opérateurs expérimentés visent à les utiliser à leur régime nominal optimal, et non maximal. Ceux qui débutent dans la finition pourraient lire la cote "RPM maximum" sur l'étiquette et penser que le réglage sera le moyen le plus rapide de finir un produit, mais l'inverse est vrai. Une cote de régime maximale indique la vitesse à laquelle un opérateur peut utiliser le produit en toute sécurité ; le RPM optimal montre où il peut être le plus efficace pour de nombreuses applications.

Un outil de 10 ampères conçu pour contenir des supports jusqu'à 5 po de diamètre. peut moudre à 11 000 tr/min mais effectuer des étapes de finition entre 5 000 et 7 000 tr/min. Cela dit, le meilleur régime à utiliser dépend du produit en cours de finition et des amplis disponibles d'un outil électrique.

La vitesse change également avec le diamètre du disque. Les abrasifs près de la circonférence extérieure du disque tourneront plus vite (c'est-à-dire qu'ils auront une vitesse linéaire plus élevée) que les abrasifs près du centre, et le changement devient plus prononcé plus le disque est grand. Abrasif près du bord d'un 7-in.-dia. le disque tournant à 5 000 tr/min se déplace plus rapidement que l'abrasif près du bord d'un disque de 4,5 pouces. disque. Leurs rotations par minute sont les mêmes ; l'abrasif sur le 7-in. le disque a juste besoin de parcourir une rotation plus longue.

Cette différence est la raison pour laquelle vous verrez souvent des finisseurs expérimentés ajuster la pression qu'ils appliquent très légèrement lorsqu'ils se déplacent dans les coins, pour mélanger le motif de rayures sur toute la pièce. Plus précisément, ils pourraient alléger leur pression lorsqu'ils se déplacent dans un coin. Au centre de la pièce, le disque entier applique un motif de rayures, de sorte que toute différence de vitesse d'abrasion s'annule à peu près. Mais dans le coin, la situation change. Seul l'abrasif près du bord du disque peut atteindre le coin, de sorte que la "vitesse moyenne" des grains abrasifs effectuant le travail augmente. Ainsi, le finisseur expérimenté s'allège un peu pour compenser.

En général, ces ajustements de pression sont minutieux et subtils. En fait, pour tout processus utilisant des supports abrasifs (meulage, mélange ou finition), la cohérence est primordiale. Quelqu'un qui peut maintenir une pression optimale tout au long est généralement le plus efficace. Encore une fois, l'écoute est importante. Entendez le gémissement d'un outil électrique qui monte et descend continuellement, et il y a de fortes chances qu'un finisseur inexpérimenté n'applique pas une pression constante.

La régularité dans le mouvement est également importante, une leçon apprise dans de nombreux départements de meulage qui produisent des pièces bleuies. Le bleuissement se produit à cause de la surchauffe, et pour l'éviter, une meuleuse maintient l'outil constamment en mouvement.

Le choix de l'abrasif compte également ici. Les abrasifs agglomérés se décomposent continuellement, donc si un opérateur déplace la meule de manière cohérente et constante sur le travail, la chaleur s'évacue. Les abrasifs appliqués, quant à eux, n'ont qu'une seule couche de support appliquée sur le disque. Ainsi, la génération de chaleur peut être assez intense si l'opérateur ne suit pas le bon schéma de mouvement pour évacuer la chaleur à travers la pièce.

Les abrasifs appliqués modernes, en particulier les disques de ponçage, sont devenus l'un des outils les plus mal utilisés dans la fabrication des métaux. Ironiquement, une partie de cela est liée au bon fonctionnement des supports abrasifs modernes.

FIGURE 2. Un opérateur utilise un abrasif appliqué pour le mélange.

Les grains en céramique et de forme précise ont tendance à avoir des taux d'enlèvement de métal extrêmement élevés au cours des cinq premières minutes d'utilisation. Ensuite, leur efficacité diminue un peu, pas de façon spectaculaire, mais suffisamment pour que de nombreux opérateurs prennent le temps de remplacer leur disque. La vérité est que le disque a probablement une heure ou plus de vie utile avant que son taux d'élimination ne chute de façon spectaculaire et que le disque ait vraiment besoin d'être remplacé.

Le remplacement des supports augmente si souvent les coûts d'abrasif. On pourrait avancer l'argument selon lequel le maintien de ce taux d'enlèvement ultra élevé vaudrait tous les coûts de consommables supplémentaires, mais cet argument n'intègre pas les effets du temps de changement d'outil. Cela revient à regarder l'ensemble du cycle de finition. Terminer légèrement plus lentement avec moins de changements d'outils remporte la course.

Personne ne gagne la course s'il ne dispose pas des bons outils. Cela inclut de recevoir le bon média abrasif et le bon outil électrique. Supposons que quelqu'un tente de placer un certain motif de rayures sur une pièce tout en utilisant un outil électrique sans contrôle de vitesse variable. Ou, malgré leur technique appropriée, ils constatent qu'ils doivent continuellement changer de taille de grain, mais un disque à lamelles plus polyvalent (avec un grain agressif sur les lamelles complété par un support plus doux en dessous) pourrait mieux répondre à leurs besoins.

Les facteurs environnementaux jouent également un rôle. Les supports ne doivent pas être stockés dans des environnements excessivement secs ou humides. Le travail doit être exempt de contaminants, en particulier si une opération traite à la fois de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone. Idéalement, l'inox et le carbone doivent être traités et (surtout) stockés séparément, non seulement sur des tables ou des racks différents dans la même cellule, mais dans des zones entièrement différentes de l'usine.

Un fabricant d'acier inoxydable a récemment passé du temps à résoudre un problème de rouille. L'opération a duré 24 à 48 heures pour s'assurer que l'inox était complètement passivé, et pourtant de la rouille apparaissait encore sur une partie du produit livré. Le département de meulage et de finition était propre et bien organisé, avec de l'air filtré. Le département de finition n'était pas le coupable ; cela avait à voir avec la façon dont les travaux en cours étaient stockés. L'inox en cours de finition avait été stocké sur des râteliers en acier au carbone après le découpage.

N'oubliez pas non plus la lumière. Les opérateurs doivent voir ce qu'ils font. Trop souvent, les ateliers de fabrication ne se rendent pas compte que les pièces n'ont pas la finition que tout le monde attend jusqu'à ce que ces pièces soient placées près du quai d'expédition, avec de la lumière provenant de l'extérieur. Pourquoi personne n'a remarqué ? Blâmez le mauvais éclairage dans le département de finition.

Le type de lumière et le niveau de luminosité peuvent être des facteurs, mais la considération la plus importante est généralement la provenance de la lumière, c'est-à-dire sa direction. Idéalement, la lumière devrait provenir de plusieurs directions, permettant aux opérateurs d'inspecter le motif de rayure final sous tous les angles.

Le rendement dans le meulage et la finition consiste à prêter attention aux détails. De cette façon, l'opération ressemble un peu à la cuisson d'un gâteau. Oubliez un ingrédient et le résultat ne sera pas aussi savoureux.

À cette fin, de nombreuses exploitations documentent leurs pratiques de broyage et de finition en élaborant des recettes. Ils détaillent les étapes de finition requises - ni trop, ni trop peu - le temps à prendre à chaque étape, la technique (angle d'approche à plat, schéma de mouvement, pression, RPM), le nettoyage requis entre chaque étape (la solution de nettoyage à utiliser avec un chiffon en microfibre), le média abrasif et les réglages de l'outil électrique.

Ensuite, combinez ces recettes avec une bonne cuisine (magasin propre et bien éclairé avec les bons outils) et quelques chefs qui ne cessent d'apprendre (formation et documentation sur la bonne technique et les étapes de finition). Mélangez tous ces ingrédients ensemble de la bonne manière, et la qualité et le débit global s'amélioreront à coup sûr.