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Fabriquez vos moules plus vite

Mirel Scherer

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- Des logiciels de FAO innovants, une approche pour réaliser en quelques jours seulement les empreintes de moules..., autant de sources de profit pour les ateliers de mécanique.

Le salut des ateliers de mécanique français tient en une phrase : réduire continuellement les coûts de production. Plusieurs solutions, dévoilées en octobre à l'EMO de Milan par quelques fournisseurs de logiciels de FAO (fabrication assistée par ordinateur), arrivent donc à point nommé pour les aider à répondre à cet impératif.

On commencera avec Surfware, un éditeur américain de FAO. Il a mis au point une nouvelle stratégie logicielle qui améliore considérablement le temps d'usinage d'ébauche des moules.

Un temps de programmation réduit

En règle générale, les ateliers de fabrication des moules et modèles usinent ces pièces en commençant avec des gros outils de coupe qui dégrossissent, et terminent l'ébauche avec des outils plus petits avant de passer à la finition proprement dite. Petit problème : le passage de chaque outil est programmé évidemment comme une opération distincte. Les spécialistes de Surfware ont développé une nouvelle façon de programmer les usinages d'ébauche des moules. Baptisée Step reduction milling (SRM ou réduction progressive du fraisage), cette trouvaille fait des merveilles en divisant par deux, selon ses inventeurs, le temps d'usinage d'ébauche. Ce n'est pas tout. Le temps de programmation fond lui aussi comme neige au soleil : 90 % de réduction !

Pour un outil, deux passages successifs

Le secret de cette méthode révolutionnaire ? Simple, mais encore fallait-il y penser : au lieu de programmer une série de trajectoires d'outils indépendantes pour chaque outil, la SRM programme l'ensemble du processus d'usinage. Autrement dit, la méthode imaginée par Surfware programme simultanément toutes les trajectoires d'outils et permet à un même outil d'effectuer deux passages successifs : l'un assure l'ébauche, l'autre enlève les effets d'escalier (et élimine ainsi le besoin d'usinage avec un outil de petit diamètre).

Bien sûr, la méthode conçue par Surfware définit les outils nécessaires pour l'usinage d'une pièce en constituant une base de données qui précise les limites et la capacité de chacun des outils de coupe. Après quoi le logiciel se charge du calcul des trajectoires d'usinage. Une simulation de l'usinage permet à l'utilisateur de vérifier si le scénario est bien celui qui correspond à ses besoins.

La solution de Surfware présente, enfin, d'autres avantages : une profondeur d'usinage constante, qui améliore la qualité, la facilité de programmation, qui permet aux opérateurs moins expérimentés d'affronter des pièces complexes, une augmentation de la durée de vie des outils...

Appelé à se prononcer sur cette approche, le cabinet américain d'analyse de marché CIMData confirme qu'elle « peut réduire, voire éliminer, la nécessité des ateliers à faire appel à des logiciels d'optimisation d'usinage ou de finition des opérations d'ébauche ».

Sauvegarder et réutiliser des paramètres

L'éditeur anglais Delcam s'est, lui aussi, attaqué à la réduction du temps d'usinage après ébauche avec un développement important dans la dernière version de son logiciel PowerMill. L'objectif : enlever un maximum de matière à chaque passage de l'outil. Un avantage important dans l'usinage avec une longue série d'outils de petit diamètre mais qui s'accroît progressivement.

Le logiciel de l'éditeur anglais permet également d'enlever des épaisseurs différentes en fonction de la partie de la pièce qui est traitée. Une approche particulièrement intéressante dans la fabrication aéronautique confrontée à l'usinage des pièces avec des poches profondes et des parois fines. Ou dans la fabrication des électrodes qui nécessitent des usinages axial et radial différents.

Troisième voie d'accélération, celle mise au point par Missler Software et intégrée à son logiciel TopSolid/Cam. Présentée à l'EMO, cette solution s'attaque au problème que pose la mémorisation du savoir-faire engrangé au cours des années sur les gammes d'usinage. Un défi important pour tout bureau des méthodes et particulièrement pour les PME.

L'approche de Missler Software consiste à prévoir la mise en place de procédés d'usinage paramétrés. « En fait, la difficulté réside dans la sauvegarde de ce savoir-faire et son réemploi lorsque la pièce varie en dimension, ou lorsque sa forme est légèrement modifiée », expliquent les spécialistes de l'éditeur français.

Jusqu'à présent, la majorité des logiciels d'usinage n'offrait d'autre alternative que celle de redéfinir la même gamme sur la nouvelle pièce qui avait variée, en ressaisissant un très grand nombre d'informations et de paramètres. TopSolid/ Cam permet aujourd'hui de mémoriser une gamme d'usinage appliquée sur une pièce martyre (ou pièce modèle) et de la réutiliser sur toutes les pièces de la même famille paramétrée. Mieux encore, les paramètres qui doivent être nécessairement modifiés peuvent être redemandés interactivement à l'opérateur. Au lieu de répondre à 50 questions, celui-ci ne répond plus qu'à une ou deux, et le programme d'usinage est réalisé. Le gain de productivité est sensible, principalement en mécanique générale.

Les gisements de profits ne se trouvent pas que dans la FAO, et le processus de fabrication rapide des moules d'injection, mis au point par le spécialiste américain du domaine Protomold, le prouve. Son approche innovante, qui concurrence le prototypage rapide (le logiciel de Protomold automatise le travail nécessaire en amont pour définir le moule), permet de passer d'un modèle 3D complexe à la pièce finie en seulement cinq jours au lieu de dix à quinze jours habituels.

Cotation des pièces consultable sur le Net

Comment cela fonctionne- t-il ? Le client envoie son modèle de pièce (créé avec l'un des programmes standard de modélisation solide comme SolidWorks, IGES, Parasolid, ACIS) via Internet à www.protomold.com. Le logiciel mis au point par l'entreprise l'analyse alors, génère une cotation, crée le programme CAO du moule nécessaire pour fabriquer la pièce. Le programme du moule est retourné chez le client sous 24 heures via Internet pour modification et validation. Il est accompagné de certains points sensibles à préciser pour la fabrication sur une machine-outil : la forme des coins à usiner par exemple. Le système de cotation demande aux ingénieurs du bureau d'études du client de choisir une finition de surface intérieure et extérieure, le nombre de cavités de la pièce, le matériau plastique, la quantité à fabriquer et le délai de fabrication.

Dès que le client donne son feu vert, Protomold réalise le programme d'usinage ainsi que celui de planification des opérations de production. Ensuite, le moule en aluminium est fabriqué sur une de ses machines-outils trois axes d'usinage à grande vitesse.

Plusieurs sociétés américaines comme John Deere, Interlink ou Shure ont fait appel au système mis au point par Protomold et la cotation de leurs pièces peut être examinée sur le site Internet de ce dernier.

Le système connaît actuellement quelques limitations comme la complexité ou la taille des empreintes, voire le niveau de finition des surfaces à usiner. Selon les spécialistes de John Deere, qui l'ont utilisé pour réaliser des prototypes fonctionnels complexes, les bureaux d'études peuvent cependant adopter des démarches de conception adaptées aux impératifs de cette solution. Et gagner ainsi en temps et en coût. Les spécialistes de Protomold travaillent d'ailleurs à la mise au point d'un nouveau logiciel plus performant. Ces développements permettront, entre autres, la réalisation des empreintes et du surmoulage.

Seul point noir : le service proposé par le mouliste américain n'est disponible, pour le moment, qu'aux États-Unis...

FAO : NEUF LOGICIELS AU BANC D'ESSAI

Les éditeurs ont encore des progrès à faire : deux logiciels seulement, ceux de Tebis, le champion, et de Delcam, ont mis moins de deux heures pour usiner la pièce test. Quel outil de programmation choisir pour fabriquer plus vite mais sans rien sacrifier en qualité d'usinage ? Pour aider les entreprises, le Cetim (Centre technique des industries mécaniques) propose ce qui est devenu désormais une tradition : son banc d'essai. Chaque année, les spécialistes du centre proposent aux principaux fournisseurs de logiciels de FAO de soumettre leur produit à la question. La sélection 2003 s'est ainsi affrontée sur l'usinage d'une matrice de moule d'injection (dimensions 150 x 150 x 90 mm) en matière 40 CrMnMo8 traitée à 1 100 Mpa (voir ci-dessus). La pièce programmée a été usinée sur une fraiseuse 3 axes KX 10 de Huron (broche Fischer de 18 kW et 24 000 tr/min) qui équipe la plate-forme UGV (usinage à grande vitesse) du Cetim à Senlis (Oise). Des différences de qualité d'usinage Premier constat : trois fournisseurs, Delcam, Tebis et Missler, affichent un temps d'usinage inférieur ou égal à deux heures. Les autres ont mis au moins trois heures, avec des approches d'ébauche parfois pénalisantes en temps. Quant à la qualité, certains logiciels ont moins bien fonctionné que d'autres en laissant des marques de raccordement entre surfaces usinées ou des vibrations. « Des précautions s'imposent dans l'interprétation de cette étude, avertit cependant Christophe Desplatz, ingénieur au service production-usinage du Cetim. Un même programme passé sur une machine différente peut donner d'autres résultats. » Pour avoir des informations détaillées sur ce banc d'essai : Christophe Desplatz, ingénieur au service production-usinage du Cetim (Christophe.Desplatz@cetim.fr)

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