Aperçu de l'industrie pour un perçage efficace dans une plaque métallique : laser, plasma ou perçage

H&H Metals trouve des gains d’efficacité dans ses machines laser CO2 car il peut changer facilement différentes tailles et formes de trous et la précision de la coupe. H&H Métaux.

Il y a plus d’une façon d’écorcher un chat, dit l’adage. Visuel horrible mis à part, l’expression ne pourrait pas être plus appropriée pour la fabrication de trous dans le métal de construction. Je ne veux pas énoncer l’évidence, mais il existe une multitude de façons de fabriquer un trou dans la plaque. Les fabricants ont de nombreuses voies viables pour y arriver: ferronniers, perceuses, presses à emboutir et découpeuses plasma, laser et jet d’eau. Choisir quelle route prendre se résume généralement à laquelle fera le trou le plus efficacement.

Trois fabricants, SCW Contracting Corp., H&H Metals et Ultratech Tool and Design, ont partagé leurs approches de fabrication de trous, leurs processus de réflexion et les raisons pour lesquelles ces méthodes sont les meilleures pour leurs applications.

Basée à Fallbrook, en Californie, depuis 1980, SCW Contracting Corp. est un fabricant, un monteur et un installateur d’acier de construction. L’entreprise possède également une division qui fabrique des produits pour les infrastructures d’eau et d’eaux usées.

Le directeur des opérations, Steven Scrape, a déclaré que la société appelait sa machine de forage et de découpe plasma automatisée Voortman V310 de 8 pieds sur 20 pieds son « cheval de bataille ». Il attribue son efficacité à sa capacité d’exécuter l’exercice sans surveillance.

« Nous avons trouvé beaucoup d’économies en étant en mesure de le faire fonctionner essentiellement sans personnel », a-t-il déclaré.

« Il a fonctionné 200 jours de travail par an – 800 au cours des quatre dernières années – sans personnel. Il y a eu un moment où nous faisions fonctionner la machine 16 à 20 heures par jour. Nous n’avons eu aucun problème avec cela.

Scrape a déclaré qu’il ne s’inquiétait pas des problèmes survenant sans surveillance parce que c’est un système intelligent. Son logiciel est programmé pour arrêter la production et envoyer des notifications en cas de problème. « S’il y a une erreur ou si la tête applique trop de pression parce que la pointe est usée, il arrêtera la production et lancera un code d’erreur vous avertissant de changer la pointe de forage. Il ne s’autodétruira pas.

« Nous exécuterons le cycle de forage sur notre V310 pendant notre quart de nuit. Essentiellement, nous allons mettre en place l’assiette, exécuter le programme et partir. Il fonctionnera toute la nuit, perçant tous les trous, faisant tous les marquages... Tout ce dont nous avons besoin, juste sur cette seule unité de forage.

L’entreprise utilise la fonction de perçage de la machine pour la fabrication de trous simples, puis utilise la découpeuse plasma pour effectuer des coupes plus compliquées par la suite. « Pour faire des trous qui ne sont qu’un trou rond standard, nous utiliserons le forage parce qu’il est plus rapide, plus efficace et coûte moins cher que la découpeuse plasma. Et c’est à ce moment-là que le plasma entre en jeu, pour couper des formes ou un trou fendu. »

Le découpeur plasma a une tête de biseautage, de sorte qu’il peut biseauter à 45 degrés et couper à une rotation de 360 degrés, inversé ou dehors. Scrape a ajouté que la nouvelle version de la machine a maintenant la capacité de fraiser des trous fendus.

SCW Contracting Corp. est un fabricant, un monteur et un installateur d’acier de construction. Le directeur des opérations, Steven Scrape, appelle sa machine de forage et de découpe plasma automatisée Voortman V310 de 8 pieds sur 20 pieds son « cheval de bataille ». Il attribue son efficacité à sa capacité d’exécuter l’exercice sans surveillance. Il a fonctionné 800 jours de travail au cours des quatre dernières années sans personnel. SCW Contracting Corp.

« Vous pourriez donc avoir une plaque avec cinq trous; trois étant des trous ronds typiques et deux trous fendus. Le logiciel dirigera automatiquement la perceuse sur les trous ronds, puis lorsqu’un trou fendu est nécessaire, une fois le cycle de forage terminé, il déploiera ensuite le plasma pour faire les trous fendus. C’est donc une machine de traitement de plaques très polyvalente. »

SCW coupe 1/8 po. à une plaque de 3 po d’épaisseur sur la machine.

Scrape a déclaré qu’il avait acheté la machine après avoir fait des recherches approfondies à FABTECH 2018. Il est vraiment content qu’ils aient acheté la machine avec deux capacités. « Nous sommes allés chez FABTECH et avons examiné chaque entreprise sous le soleil. Tout le monde disait : « Vous n’avez pas besoin d’une unité de forage. » Mais nous avons pensé que si les entreprises mettent une unité de forage sur une table, il y a une raison.

« Après d’autres enquêtes exploratoires, nous avons réalisé que le forage est beaucoup plus efficace. C’est plus propre. Cela coûte moins cher, en raison des économies réalisées grâce à la possibilité de faire fonctionner la perceuse dans une fonction entièrement automatique.

Scrape a déclaré que le coût des consommables du forage est nettement inférieur à celui du plasma. Sur certaines pointes de forage, SCW peut faire 1 600 trous; Il est capable de couper moins de trous sur un découpeur plasma avant d’avoir à changer les consommables. « Nous avons même eu des tiges de forage qui ont fait 4 000 trous en utilisant le refroidissement interne avec la perceuse. Cela prolonge la durée de vie de la pointe de forage. »

Scrape a cité un projet récent à titre d’exemple. « Il y a quelques semaines à peine, nous avons installé une plaque de 3/8 po d’épaisseur, de 8 pi de large par 20 pi de long sur la machine. Il y avait un cycle de forage de 10 heures. Notre opérateur a installé la plaque, a commencé ce cycle de forage à la fin de la journée, a appuyé sur « run », a éteint les lumières et est parti. Il est arrivé le lendemain matin, a nettoyé les puces, a appuyé sur « démarrer » et il a commencé à utiliser le plasma.

Cela seul a permis de gagner du temps sur la main-d’œuvre – une économie de coûts significative – par rapport à l’utilisation du plasma, a déclaré Scrape. Il a ajouté que quelqu’un doit être présent pendant que la torche à plasma est utilisée parce qu’elle est combustible.

« Nous avons donc constaté que cette perceuse/machine plasma est tout simplement très efficace. Ce n’est rien d’autre qu’un succès absolu pour notre entreprise. »

H&H Metals, Thornton, Colorado, est un fabricant familial de métaux architecturaux et un fabricant de pare-soleil et d’étagères lumineuses en aluminium. Fondée en 1980, H&H fabrique des tôles et des tôles destinées principalement à l’industrie de la construction, mais elle effectue également des travaux d’atelier pour les équipementiers et les fournisseurs. Ses produits sont expédiés dans tout le pays et se retrouvent même dans l’espace.

Le président Chad Huff a déclaré que la société trouvait des gains d’efficacité en utilisant le laser CO2 de Cincinnati de la société en raison de la flexibilité permettant de changer facilement la taille des trous et de la précision qu’il rend pour couper des trous dans les plaques. Le laser, acheté en 2016, coupe jusqu’à 1 po d’épaisseur en acier au carbone, bien que la plupart des travaux du fabricant soient de 1/4 à 1/2 po. épais.

L’épaisseur du matériau dans cette pièce, un renfort de montage de pare-chocs arrière pour une camionnette, est en acier de 60 KSI de 1/8 po. Ultratech Tool & Design imprimera 200 000 pièces par an pendant 10 ans. L’entreprise estime que l’estampage est le moyen le plus efficace de former les trous et les caractéristiques de la pièce. Outil et conception Ultratech

« Nous devions faire des trous dans des tôles plus épaisses que ce que nous pouvions faire efficacement en utilisant nos poinçonneuses unitisées ou nos machines de ferronnerie », a déclaré Huff.

« Les problèmes étaient que nous avions tellement d’épaisseurs de plaques et de conceptions de plaques différentes. Le simple fait de les exposer a créé des défis. Le fait que nous devions avoir des poinçons spécifiques pour chaque trou de taille différente a freiné notre efficacité. Les clips de parasol fabriqués par l’entreprise varient selon chaque projet. Il n’y a pas deux projets identiques, a-t-il déclaré.

Ce qui a compliqué les choses, c’est que même lorsqu’un trou spécifique est nécessaire pour un travail, différents poinçons étaient nécessaires en fonction des revêtements spécifiés, chacun modifiant le diamètre du trou. « Si vous faites juste un trou dans une plaque brute sans post-traitement, vous voulez que le trou corresponde exactement à la dimension. Cependant, si vous allez le galvaniser, le trou doit avoir un certain diamètre plus grand que la taille finale du trou, car la galvanisation ajoute de l’épaisseur. Ensuite, si vous allez peindre cette plaque, elle doit aussi être un peu différente.

« Si vous frappez un 1/2-in. trou, vous pourriez vraiment avoir besoin d’un 17/32-in. trou, donc vous avez besoin d’un 17/32-in. punch. Vous avez besoin d’un 5/8-in. Mourir pour le bon dégagement de la matrice. Nous avons constaté trop souvent que nous n’avions jamais les bonnes combinaisons de poinçons et de dés, en particulier sur les poinçons unitisés. Nous devions acheter des multiples si nous avions une opération à succès multiples. Et parfois, les coups de poing se cassaient. » H&H s’est rendu compte qu’elle avait besoin d’un nouveau processus basé sur le temps perdu à attendre les commandes d’outillage et le coût élevé de l’outillage de poinçonnage.

« L’efficacité que nous réalisons maintenant avec la technologie laser est qu’elle nous permet de changer la taille des trous et de faire exactement ce dont nous avons besoin sans avoir à avoir différents poinçons dans plusieurs tailles. Nous pouvons passer d’un trou rond à un trou fendu simplement en changeant la conception dans le logiciel. »

Huff a expliqué que la société avait envisagé la découpe au plasma, mais avait trouvé que l’angle de râteau sur la coupe était trop sévère pour les spécifications des clients.

« Nous voyions un angle d’inclinaison d’environ 7 degrés sur un plasma, ce qui était un problème, en particulier sur les plaques de base structurelles. Sur un laser, nous ne voyons qu’environ un demi-degré de râteau. »

Huff a déclaré que pour les plaques de base structurelles que H & H fabrique pour l’industrie de la construction, les spécifications ne permettent pas un trou « trop effilé ». Les spécifications structurelles exigent une coupe droite parce que les trous doivent accepter une fixation, comme un boulon d’ancrage, et la fixation doit maintenir une connexion appropriée.

H&H fabrique une multitude de clips pour l’industrie du verre et du vitrage afin de maintenir de grands murs-rideaux aux bâtiments à plusieurs étages. La plupart des clips sont soudés sur le côté du bâtiment, puis le système de fenêtre y est accroché. « Parfois, ce sont des trous ronds pour les clips à charge morte ; D’autres fois, lorsque les fenêtres montent aux étages supérieurs, elles ont besoin de fentes verticales pour les clips de charge de vent qui permettent la déviation du sol, de sorte que le verre ne se brise pas.

« C’est pourquoi nous avons opté pour un laser. Le trou est vrai et la conception du clip peut être facilement adaptée au besoin.

Il a admis que la technologie de découpe au plasma a progressé pour compenser la conicité.

Une autre façon dont le laser fournit à H & H une efficacité est de permettre à l’entreprise de faire des trous plus petits que l’épaisseur du matériau, a lié Huff. « Une règle empirique lorsque vous percez un trou est de ne pas percer un trou d’un diamètre inférieur à l’épaisseur du matériau. Le problème est, ce qui se passe lorsque vous devez faire 1/8-in.-dia. trou dans une plaque épaisse? Vous avez recours au forage. Huff a déclaré que le fabricant est invité à faire de petits trous dans les pièces pour l’industrie du verre et du vitrage pour les encastrements en béton. « Plutôt que de percer de minuscules trous dans des milliers de plaques épaisses, nous pouvons facilement découper au laser. Bien que les très petits trous ne soient pas parfaits, ils fonctionnent souvent bien comme un trou de clou pour coller la pièce à une forme en béton ou pour permettre à la pièce d’être suspendue pour un processus de finition, comme la peinture ou la galvanisation.

Huff a déclaré que lorsqu’il a acheté le laser CO2 en 2016, la technologie des fibres était limitée dans l’épaisseur du matériau qu’elle pouvait couper. Même si les progrès de la technologie laser à fibre ont augmenté les épaisseurs de matériau qu’il peut couper et augmenté les vitesses de coupe, il trouve le CO2 utile pour couper des pièces 3D.

« Là où ça devient un peu plus difficile avec le laser, c’est quand vous devez faire des trous dans les tubes et dans les angles. Évidemment, il existe des lasers à tubes pour cela, mais ils représentent un investissement important et prennent énormément d’espace au sol.

Parce que le dessus de la machine laser CO2 est ouvert, les opérateurs peuvent y déposer des sections structurelles. « Vous ne pouvez pas faire cela avec un laser à fibre parce qu’ils doivent être totalement fermés. »

Huff a ajouté que l’entreprise n’effectue qu’un seul quart de travail. Il ne prévoit pas de remplacer le CO2 de sitôt, principalement en raison de l’avantage qu’offre la conception à toit ouvert. « Bien que la technologie de la fibre ait rapidement évolué, il y aura toujours une place pour le CO2 », a-t-il déclaré. H&H prévoit d’investir dans un laser à fibre à l’avenir, mais pour l’instant, le CO2 suit les besoins de production actuels.

Les fabricants ne pensent peut-être pas à la technologie d’estampage pour faire des trous dans les matériaux d’épaisseur de plaque, mais Ultratech Tool and Design, Fond du Lac, Wisconsin, emboutit des trous et d’autres caractéristiques dans des plaques ou du métal épais jusqu’à 1/2 po. épais environ un quart du temps.

L’entreprise est équipée de presses jusqu’à 1 000 tonnes avec des tailles de lit allant jusqu’à 148 po. par 84 po. et les conduites d’alimentation robustes qui traitent des épaisseurs de matériaux allant jusqu’à 0,400 po, y compris les conduites à faible teneur et faible alliage (HSLA); acier à ultrahaute résistance (UHSS); et les matériaux multiphasiques, déclare la société.

« Lorsque vous réfléchissez à la méthode à utiliser, cela dépend vraiment du volume », a déclaré Andy Melang, directeur du développement commercial. « Bien que l’emboutissage nécessite un outillage initial, ce qui a un coût, il sera facilement rentabilisé si les volumes sont suffisamment élevés. »

Melang a déclaré que le seuil de volume – lorsqu’il est logique d’estampiller – est probablement d’environ 40 000 pièces. « Ensuite, il est tout à fait rentable de l’estampiller. Avec 20 000 pièces, vous êtes en marge. »

Un composant que Ultratech Tool and Design est actuellement en acier 60-KSI 1/8 po est un renfort de montage de pare-chocs arrière pour une camionnette qui nécessitera environ 200 000 pièces par an pendant 10 ans. C’est une composante gauche, droite. « Il était donc évident pour nous que le choix le plus efficace était d’opter pour l’emboutissage plutôt que vers une autre technologie. »

Melang estime que la fabrication de trous dans les matériaux de plaque via l’estampage des filets est efficace de quatre manières: vitesse de production, économies de coûts d’achat de matériaux, utilisation des matériaux et répétabilité.

Vitesse de production. L’une des façons dont l’efficacité des filets d’estampage est simplement sa vitesse. « L’estampillage est rapide. Vous pouvez tamponner 20 à 90 coups par minute sur une presse mécanique standard; encore plus rapide sur une presse à grande vitesse, bien que ce soit généralement pour les petites pièces électriques », a-t-il déclaré. « C’est plus rapide que trois trous/pièces terminées par seconde. »

En outre, vous pouvez faire plusieurs trous à l’aide d’une matrice à plusieurs trous / plusieurs parties, telle qu’une matrice « cinq sorties » pour accélérer la sortie.

Coût des matériaux. Une autre considération lors de la détermination de la méthode la plus efficace est la façon dont le matériau est acheté, a déclaré Melang. « Dans de nombreux cas, la bobine est plus rentable à l’achat qu’une bobine vierge parce que moins de traitement est impliqué. Donc, du point de vue du coût des matériaux, l’estampage a un avantage. »

Utilisation des matériaux. La nature de l’emboutissage facilite une excellente utilisation des matériaux et de faibles taux de rebut, a déclaré Melang. « Il y a moins de déchets dans l’estampage que dans la découpe au laser ou au jet d’eau, car même lorsque ces technologies de découpe utilisent l’imbrication, il y a plus de déchets. Dans un matériau de 4 à 10 mm d’épaisseur, l’estampage crée environ 30% de déchets en moins, a-t-il ajouté.

Répétabilité. Les poinçons sont devenus plus durables avec les revêtements et durent plus longtemps, de sorte qu’il y a moins de fluctuation dans le dimensionnement géométrique et le tolérancement (GD & T), a déclaré Melang.

L’estampage du métal structurel n’est cependant pas sans limites.

« Une fois que vous commencez à entrer dans la plage de 1/2 po d’épaisseur, il est assez difficile d’estampiller, surtout de trouver des lignes d’alimentation pour pouvoir dérouler ce matériau. C’est à ce moment-là que quelqu’un pourrait emprunter la voie à blanc ou choisir une méthode différente de découpe de trous », a-t-il déclaré.

Le défi avec une plaque d’estampage aussi épaisse est la probabilité accrue qu’elle provoque des bavures. « Ce que nous avons remarqué parfois sur le métal épais, c’est que nous obtiendrons une pointe de bavure - une bavure triangulaire causée par le traînement de matériau sur l’échappée qui pourrait vraiment causer des dommages si vous passiez votre main dessus. » L’élimination de ces défauts nécessite un ébavurage manuel ou automatisé ou un culbutage vibratoire.

Il est utile que le fabricant d’emboutissage fabrique ses propres outils et matrices, car il peut concevoir et fabriquer des outils pour faciliter de meilleurs trous et moins de bavures.

« Parfois, la bavure peut être frappée dans l’outil pour faire tomber la bavure. Dans d’autres domaines de la conception, nous mettons généralement une cisaille de toit sur le poinçon, qui agit avec un mouvement de ciseaux lors de la découpe d’un trou. Cela réduit une partie du tonnage inversé, ce qui contribue à prolonger la durée de vie de la matrice et de la presse, a-t-il ajouté.

La même règle empirique concernant le rapport entre le diamètre du trou et l’épaisseur du matériau qui s’applique au poinçonnage s’applique à l’estampage. L’épaisseur du matériau ne doit pas dépasser le diamètre du trou.

« Cela affecte simplement l’intégrité et la durabilité du poinçon, qui ne peut pas supporter autant de choc et de charge dans une si petite zone. Et donc, si vous devez faire de petits détails, cela doit généralement être fait hors ligne », a déclaré Melang.

Comme la roue simple mais profondément utile, l’humble trou a été amélioré et affiné au fil du temps, mais jamais réinventé. Les méthodes pour en fabriquer un dans les assiettes ont proliféré à mesure que la technologie évoluait.