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 coupe. H&H Métaux.

Il y a plus d'une façon d'écorcher un chat, dit l'adage. Visuel macabre mis à part, l'expression ne pourrait pas être plus appropriée pour la fabrication de trous dans le métal de construction. Sans vouloir énoncer une évidence, mais il existe une multitude de façons de fabriquer un trou dans une plaque. Les fabricants ont de nombreuses voies viables pour y arriver : les ferronniers, les perceuses, les presses à emboutir et les découpeuses au plasma, au laser et au jet d'eau. Le choix de la route à emprunter se résume généralement à celle qui fera le trou le plus efficacement.

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

Basé à Fallbrook, en Californie, depuis 1980, SCW Contracting Corp. est un fabricant, monteur et 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 son Voortman V310 automatisé de 8 x 20 pieds. machine de forage et de découpe au plasma son "cheval de bataille". Il attribue son efficacité à sa capacité à exécuter l'exercice sans surveillance.

"Nous avons trouvé beaucoup d'économies en pouvant le faire fonctionner essentiellement sans pilote", a-t-il déclaré.

« Elle a fonctionné 200 jours ouvrables par an, soit 800 au cours des quatre dernières années, sans personnel. Il fut un temps où nous faisions fonctionner la machine 16 à 20 heures par jour. Nous n'avons eu aucun problème avec elle.

Scrape a déclaré qu'il ne s'inquiétait pas des problèmes qui se produisent sans surveillance, car il s'agit d'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 informant de changer la pointe du foret. Il ne s'autodétruira pas.

"Nous exécuterons le cycle de forage sur notre V310 pendant notre quart de nuit. Essentiellement, nous installerons la plaque, exécuterons le programme et partirons. Il fonctionnera toute la nuit, forant 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 faire des trous simples, puis utilise le découpeur 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 car il est plus rapide, plus efficace et coûte moins cher que le découpeur au plasma. Et c'est alors que le plasma entre en jeu, pour découper des formes ou un trou oblong."

Le coupeur plasma a une tête biseautée, de sorte qu'il peut biseauter à 45 degrés et couper à une rotation de 360 ​​degrés, inversé ou vers l'extérieur. Scrape a ajouté que la dernière version de la machine a désormais la capacité de fraiser des trous oblongs.

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

« Ainsi, vous pourriez avoir une plaque avec cinq trous ; trois étant des trous ronds typiques et deux trous oblongs. Le logiciel dirigera automatiquement la perceuse sur les trous ronds, puis là où un trou oblong est nécessaire, une fois le cycle de perçage terminé, il déploiera alors le plasma pour faire les trous oblongs. C'est donc une machine de traitement de plaques très polyvalente.

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

Scrape a déclaré avoir acheté la machine après avoir fait des recherches approfondies à FABTECH 2018. Il est vraiment content qu'ils aient acheté la machine à double capacité. "Nous sommes allés à FABTECH et avons examiné chaque entreprise sous le soleil. Tout le monde a dit : '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 investigations exploratoires, nous avons réalisé que le forage est beaucoup plus efficace. C'est plus propre. Cela coûte moins cher, en raison des économies réalisées en pouvant faire fonctionner la foreuse dans une fonction entièrement automatique."

Scrape a déclaré que le coût des consommables de forage est nettement inférieur à celui du plasma. Sur certaines pointes de forage, SCW peut faire 1 600 trous ; il est capable de percer moins de trous sur un découpeur plasma avant de devoir changer les consommables. "Nous avons même eu des pointes 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 comme exemple. "Il y a quelques semaines à peine, nous avons placé une plaque de 3/8 de pouce d'épaisseur, 8 pieds de large sur 20 pieds de long sur la machine. Elle avait un cycle de forage de 10 heures dessus. 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 s'est éloigné. Il est arrivé le lendemain matin, a nettoyé les copeaux, a appuyé sur "start" 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 importante - par rapport à l'utilisation du plasma, a déclaré Scrape. Il a ajouté que quelqu'un doit être présent pendant l'utilisation de la torche à plasma car elle est combustible.

"Nous avons donc découvert que cette perceuse/machine à plasma est tout simplement très efficace. Elle n'a été qu'un succès absolu pour notre entreprise."

H&H Metals, Thornton, Colorado, est un fabricant de métal architectural familial et un fabricant de pare-soleil et d'étagères lumineuses en aluminium. Fondée en 1980, H&H fabrique des plaques 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 Cincinnati de la société en raison de la flexibilité de changer facilement la taille des trous et de la précision qu'il rend pour couper des trous dans la plaque. Le laser, acheté en 2016, coupe l'acier au carbone jusqu'à 1 po d'épaisseur, bien que la plupart des travaux du fabricant aient une épaisseur de ¼ à ½ po.

L'épaisseur du matériau de cette pièce, un renfort de montage de pare-chocs arrière pour une camionnette, est de 1/8 po, en acier 60-KSI. Ultratech Tool & Design estampillera 200 000 pièces par an pendant 10 ans. La société estime que l'emboutissage 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 plaques plus épaisses que nous ne pouvions faire efficacement en utilisant nos machines de poinçonnage ou de ferronnerie unitisées", 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 disposer a créé des défis. Le fait que nous devions avoir des poinçons spécifiques pour chaque taille de trou différente a nui à notre efficacité." Les clips de parasol fabriqués par la société varient en fonction de chaque projet. Il n'y a pas deux projets pareils, dit-il.

Ce qui a compliqué la question, c'est que même lorsqu'un trou spécifique est requis 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 soit exactement à la dimension. Cependant, si vous allez le galvaniser, le trou doit être d'un certain diamètre supérieur à la taille du trou final car la galvanisation ajoute de l'épaisseur. Ensuite, si vous allez peindre cette plaque, elle doit également être un peu différente.

« Si vous poinçonnez un trou de ½ po, vous aurez peut-être vraiment besoin d'un trou de 17/32 po, vous avez donc besoin d'un poinçon de 17/32 po. Vous avez besoin d'une matrice de 5/8 po pour obtenir le bon dégagement de matrice. H&H a réalisé qu'il avait besoin d'un nouveau processus basé sur le temps perdu à attendre l'arrivée des 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 de plusieurs tailles. Nous pouvons passer d'un trou rond à un trou oblong en changeant simplement la conception dans le logiciel."

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

"Nous voyions un angle de râteau 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 fabriquées par H&H pour l'industrie de la construction, les spécifications ne permettent pas un trou "trop ​​conique". Les spécifications structurelles exigent une coupe droite car 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 sur des 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 de charge permanente ; d'autres fois, lorsque les fenêtres montent aux étages supérieurs, elles ont besoin de fentes verticales pour les clips de charge du vent qui permettent la déviation du sol, afin 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 selon les besoins."

Il a concédé que la technologie de coupage au plasma a évolué pour compenser la conicité.

Une autre façon dont le laser offre à H&H des gains d'efficacité consiste à permettre à l'entreprise de faire des trous plus petits que l'épaisseur du matériau, a rapporté Huff. "Une règle d'or lorsque vous percez un trou est de ne pas percer un trou d'un diamètre inférieur à l'épaisseur du matériau. Le problème est que se passe-t-il lorsque vous devez percer un trou de 1/8 de pouce de diamètre dans une plaque épaisse ? Vous avez recours au perçage." Huff a déclaré que le fabricant est invité à faire de petits trous dans des pièces pour l'industrie du verre et du vitrage pour les intégrations de béton. "Plutôt que de percer de minuscules trous dans des milliers de plaques épaisses, nous pouvons facilement découper au laser à la place. Bien que de très petits trous ne soient pas parfaits, ils fonctionnent souvent bien comme un trou de clou pour fixer la pièce à un coffrage en béton ou pour permettre à la pièce d'être accrochée 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 de la fibre était limitée dans l'épaisseur du matériau qu'elle pouvait couper. Même si les progrès de la technologie laser à fibre ont élargi 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 cela 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 tube 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 car ils doivent être totalement fermés."

Huff a ajouté que l'entreprise ne gère qu'un seul quart de travail. Il ne prévoit pas de remplacer le CO2 de si tôt, 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 répond aux besoins de production actuels.

Les fabricants ne pensent peut-être pas à la technologie d'emboutissage pour faire des trous dans des matériaux d'épaisseur de plaque, mais Ultratech Tool and Design, Fond du Lac, Wis., emboutit des trous et d'autres caractéristiques dans des plaques ou du métal épais jusqu'à ½ po d'épaisseur 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 pouces sur 84 pouces et de lignes d'alimentation robustes qui traitent des épaisseurs de matériaux jusqu'à 0,400 pouce, y compris des matériaux à haute résistance et faiblement alliés (HSLA); acier à ultra haute résistance (UHSS); et des matériaux multiphases, 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, qui a un coût, il sera facilement amorti si les volumes sont suffisamment élevés."

Melang a déclaré que la coupure de volume - lorsqu'il est logique de tamponner - est probablement d'environ 40 000 parties. « Dans ce cas, il est totalement rentable de l'estampiller. À 20 000 pièces, vous êtes à la limite.

Un composant qu'Ultratech Tool and Design est actuellement en train d'emboutir en acier 60-KSI de 1/8 de pouce est un renfort de support de pare-chocs arrière pour une camionnette qui nécessitera environ 200 000 pièces par an pendant 10 ans. C'est un composant gauche, droite. "Ainsi, il était évident pour nous que le choix le plus efficace était de choisir la voie de l'emboutissage plutôt qu'une autre technologie."

Melang estime que la réalisation de trous dans les matériaux de plaque via des filets d'emboutissage est efficace de quatre manières : vitesse de production, économies sur les coûts d'achat de matériaux, utilisation des matériaux et répétabilité.

Vitesse de fabrication. Une façon dont l'efficacité des filets d'estampage est simplement sa vitesse. "L'estampage est rapide. Vous pouvez estamper 20 à 90 coups par minute sur une presse mécanique standard ; encore plus vite sur une presse à grande vitesse, bien que ce soit généralement pour de petites pièces électriques", a-t-il déclaré. "C'est plus rapide que trois trous/pièces terminées par seconde."

De plus, vous pouvez faire plusieurs trous à l'aide d'une matrice à plusieurs trous/multiparties, telle qu'une matrice « à cinq sorties », pour accélérer la sortie.

Coût matériel. 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, l'achat d'une bobine est plus rentable qu'une ébauche car il nécessite moins de traitement. Ainsi, du point de vue du coût des matériaux, l'emboutissage présente un avantage."

Utilisation du matériel. 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'emboutissage que dans la découpe au laser ou au jet d'eau, car même lorsque ces technologies de découpe utilisent l'emboîtement, il y a plus de déchets. Dans un matériau de 4 à 10 mm d'épaisseur, l'emboutissage 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, il y a donc moins de fluctuation dans les dimensions géométriques et les tolérances (GD&T), a déclaré Melang.

L'emboutissage du métal structurel n'est cependant pas sans limites.

"Une fois que vous commencez à entrer dans la plage de ½ pouce d'épaisseur, il est assez difficile d'estamper, en particulier juste pour trouver des lignes d'alimentation pour pouvoir dérouler ce matériau. C'est alors que quelqu'un peut emprunter la voie vierge ou choisir une autre méthode de découpe de trous", a-t-il déclaré.

Le défi avec une plaque d'emboutissage aussi épaisse est la probabilité accrue qu'elle provoque des bavures. "Ce que nous avons remarqué parfois sur du métal épais, c'est que nous obtenons une pointe de bavure - une bavure triangulaire causée par le glissement de matériau sur la rupture qui pourrait vraiment faire des dégâts 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 forgée dans l'outil pour l'abattre. Dans d'autres domaines de la conception, nous mettons généralement une cisaille sur le toit sur le poinçon, qui agit avec un mouvement semblable à celui d'un ciseau lors de la découpe d'un trou." Cela réduit une partie du tonnage inverse, 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'emboutissage. 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 chocs et de charges 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 en plaque ont proliféré à mesure que la technologie a évolué.