Les vertus de la simulation de pliage pour les presses plieuses et l'aide en aval d'un atelier

Zhak YaroslavPhoto/iStock/Getty Images Plus

Les tentacules du pliage atteignent toutes les parties d'un atelier de tôlerie de précision. Le métal s'allonge lorsqu'il est formé, et si vous ne tenez pas compte correctement de cet allongement, la taille de l'ébauche est incorrecte en amont et vous pourriez avoir un mauvais ajustement pour le soudage et l'assemblage en aval.

Si le pliage est un gâchis, presque tout le reste l'est aussi, d'où l'importance d'une bonne planification, de la documentation des processus et de toute stratégie qui peut aider à rendre le pliage de la tôle plus prévisible. À cette fin, la simulation de flexion est passée au premier plan. Ces dernières années, les fabricants ont utilisé de telles simulations pour numériser efficacement la préproduction et détecter les problèmes plus tôt, même dans les devis, avant qu'ils ne se transforment en quelque chose de plus grand et ne créent le chaos dans l'atelier.

Le pliage peut se transformer en gâchis à bien des égards, surtout si les ingénieurs ne tiennent pas compte de l'outillage et des tolérances nécessaires à chaque pliage. Changez le rayon de courbure à l'air, et vous devez changer l'ouverture de la matrice et, par la suite, tous les calculs de courbure nécessaires pour obtenir la taille de flan correcte.

« De nombreux fabricants peuvent obtenir une mise à plat d'un client », a déclaré Doug Wood, directeur des ventes, solutions de tôlerie, Amérique du Nord, pour le logiciel Radan d'Hexagon, Forest Lake, Minn. « Ils pourraient penser qu'ils n'ont pas besoin de déplier des modèles 3D. Et oui, vous pourriez obtenir la mise à plat du client, mais à quelle fréquence devez-vous le modifier ? Celui qui a conçu ce composant, connaît-il les presses plieuses et l'outillage dont vous disposez ?

Cela revient en grande partie aux principes fondamentaux du pliage de la tôle. Dans le pliage à l'air, une largeur de matrice différente modifie le rayon et la tolérance de pliage résultants (longueur d'arc du rayon le long de l'axe neutre décalé, avec la position de l'axe définie par le facteur k), ce qui à son tour modifie la dimension finale de la pièce formée ; cela modifie à son tour la déduction de courbure et la taille d'ébauche requise pour obtenir la dimension de pièce moulée souhaitée. Le pliage de tôle n'est hélas pas simple. Se tromper de rayon annule presque tout le reste, laissant les opérateurs lutter pour « le faire fonctionner » devant la machine.

"Dans le monde de la programmation, plier vient avant couper", a déclaré Anupam Chakraborty, directeur commercial américain chez Lantek, une société de logiciels basée en Espagne. "La raison est très simple. Vous créez la mise à plat en fonction de l'outillage de la presse plieuse que vous utilisez."

Toujours courante, la programmation de la presse plieuse sur machine place toute la responsabilité de la configuration de l'outil et du développement de la séquence de pliage sur le chef de file ou l'opérateur de la presse plieuse. "Cela conduit souvent à beaucoup d'essais et d'erreurs et à beaucoup de rebuts", a déclaré Chakraborty, ajoutant que l'opérateur ou le conducteur du frein n'étaient pas en faute. Le défi vient de la façon dont les ateliers ont traditionnellement traité les travaux de pliage, mettant la charrue avant les boeufs et poussant une commande à l'atelier avant que toutes les variables aient été prises en compte.

Même lorsque la programmation sur machine se passe bien, cela représente toujours du temps improductif. Lorsque les vérins de presse plieuse ne bougent pas et ne produisent pas de bonnes pièces, ils ne rapportent pas d'argent. Un travail difficile peut retarder d'autres travaux. Une mauvaise communication entre les opérateurs et entre les quarts de travail crée plus d'incertitude. Et une variabilité globale excessive dans le formage peut jeter une clé dans d'autres opérations dans l'atelier.

Si les opérateurs reçoivent une pièce qui n'est pas conçue autour des outils disponibles et d'une méthode de cintrage (généralement le cintrage à l'air), les opérateurs pourraient simplement accomplir un travail. Ils modifient une séquence de pliage pour pousser l'erreur dimensionnelle vers une partie différente et moins critique d'une pièce. Ils modifient une configuration pour éviter une collision d'outils ou mettent en œuvre une stratégie de jaugeage unique pour s'assurer que la pièce peut être maintenue de manière stable et précise tout au long du programme de pliage. La façon dont les opérateurs documentent tout cela varie, et quoi qu'il en soit, ce n'est qu'un pansement couvrant un problème plus vaste : les pièces n'ont pas été conçues en tenant compte des outils disponibles.

Plus tôt une opération peut vérifier qu'une pièce peut être pliée et que la conception tient compte des outils et des méthodes de pliage utilisés dans l'atelier (que ce soit le pliage à l'air ou le fond), mieux c'est. De plus, un assemblage pourrait-il être formé en un seul composant éliminant tous les coûts de soudage, de fixation et d'assemblage ? Comme l'ont expliqué des sources, les devis automatisés et la simulation de pliage aident les ateliers à répondre à ces questions plus tôt et, idéalement, à distinguer un fabricant de la concurrence. Poser ces questions tôt et souvent peut transformer un fournisseur de pièces en un partenaire de fabrication.

La simulation hors ligne d'un pli permet de détecter rapidement les problèmes de fabricabilité et d'intégrer les outils réels disponibles sur le sol, tels que les largeurs de matrice et les géométries de poinçon, y compris les reliefs pour les dégagements de pli. Systèmes Lantek Inc.

Les inefficacités dans le pliage proviennent de ces silos métaphoriques entre les ventes, les devis, l'ingénierie, le magasin et (surtout) les clients eux-mêmes. Le personnel chargé des devis et les jockeys CAO/FAO de l'atelier de fabrication peuvent recevoir un fichier SolidWorks, Inventor, STEP ou un autre fichier riche en données pour certains travaux. Pour d'autres travaux, ils peuvent simplement avoir un PDF.

"En échangeant des informations, le magasin de fabrication devrait être en mesure de réduire ses coûts", a déclaré Wood. "En fin de compte, vous devrez modifier la mise à plat en fonction de votre outillage. Ainsi, bien que vous puissiez obtenir une mise à plat dépliée par SolidWorks, vous feriez peut-être mieux de demander un fichier d'échange intermédiaire comme un fichier STEP ou, mieux encore, le fichier de modèle SolidWorks [ou autre CAO 3D]. De cette façon, vous pouvez appliquer la presse plieuse et l'outillage de votre atelier, et lui faire mettre à jour les métadonnées dans le modèle SolidWorks lui-même. "

De là viennent les problèmes de base de conception pour la fabrication (DFM), comme les caractéristiques proches ou sur une ligne de pliage ou une bride très étroite et difficile à former. De plus, la conception a-t-elle les reliefs nécessaires (encoches de soudure) entre deux coudes perpendiculaires ?

"Si vous n'avez pas d'encoche [correcte], le métal se déformera mal lorsque vous le plierez. Ce n'est qu'un des nombreux problèmes de conception dont vous devez vous écarter dès le départ. Cela peut inclure appeler le client et lui demander d'ajouter du relief. Il s'agit d'avoir ces discussions dès le départ, le plus tôt possible. "

C'était Scott Sawyer, co-fondateur et directeur de la technologie chez Paperless Parts, basé à Boston, une plate-forme de devis et d'opérations basée sur le cloud. La plate-forme n'est pas un simulateur de pliage spécifique à la machine, mais les ingénieurs qui citent peuvent modifier divers "seuils" pour les vérifications DFM. Il a ajouté que la définition de ces seuils implique de trouver le juste équilibre. Placez trop de garde-corps et l'entreprise pourrait manquer des travaux rentables.

Avant que DFM ne puisse commencer en erneast, les ingénieurs chargés des devis doivent déterminer la fidélité du fichier CAO 3D lui-même. Un ingénieur peut utiliser un package de tôlerie dans SolidWorks qui déplie une pièce en une mise à plat. Ce n'est peut-être pas parfait (il se peut qu'il ne tienne pas compte des largeurs de matrice disponibles dans un magasin, par exemple), mais c'est un bon point de départ.

Cependant, des problèmes surviennent lorsque l'atelier doit traiter des fichiers CAO sans les informations appropriées (c'est-à-dire qu'il ne tient pas compte des particularités de la tôlerie). Il pourrait également avoir subi plusieurs conversions, "et maintenant il a perdu une certaine fidélité", a déclaré Sawyer. "De plus, certains packages CAO ont du mal à déplier des pièces qui n'ont pas été initialement créées dans ces packages CAO. Après des années de dépliage de pièces, nous avons traité de plus en plus de cas étranges." Les arêtes et les faces peuvent ne pas se connecter comme elles le devraient, ou une arête droite peut en fait être une spline (une collection de minuscules segments), ce qui brouille le traitement du fichier de conception dans son ensemble.

"Essentiellement, le fichier de conception a l'air bien, mais nous trouvons toutes sortes de choses étranges sous les couvertures", a déclaré Sawyer, ajoutant que la capacité du logiciel à déplier la tôle s'améliore constamment.

Sawyer a ajouté qu'un bon dépliage permet une meilleure imbrication, particulièrement critique pour les travaux de production. Bien sûr, un travail à court terme ne sera probablement pas gagné ou perdu si la taille du blanc n'est pas parfaitement prédite. Mais lorsque les volumes augmentent, "le matériau devient alors une grande partie du coût du travail. Il y a peut-être un tas de composants qui ont la même épaisseur, et vous pouvez imbriquer tous ces composants ensemble." Une mauvaise taille de flan peut modifier le rendement du matériau lors de l'imbrication. Il peut s'agir d'une petite différence, mais pour les offres compétitives, il peut s'agir de la différence entre gagner et perdre.

Selon la conception, même avec le modèle complet disponible, la standardisation peut encore faire défaut. Les légendes peuvent varier, y compris la façon dont les tolérances d'angle et dimensionnelles sont spécifiées. Un rayon peut être spécifié, mais le client se soucie-t-il vraiment de ce qu'est le rayon, ou une autre dimension spécifiée est-elle critique ?

Les chiffres indiquent la séquence de pliage pour cette pièce de tôlerie complexe et riche en fonctionnalités. Radan, logiciel de production Hexagon

Dans les petits magasins à travers le pays, un estimateur ou un ingénieur commercial entre dans le bureau de quelqu'un ou dans l'atelier, avec des imprimés en main. Pouvons-nous former cela? Ce trou près de la ligne de pliage posera-t-il un problème ?

La bonne nouvelle est qu'au moins les questions sont posées tôt, avant qu'une offre ne soit soumise. La mauvaise nouvelle est que l'effort prend du temps, en particulier lorsqu'un service de devis travaille sur un arriéré. Trop souvent, les fab shops perdent du travail non pas parce qu'ils établissent un devis trop élevé, mais parce qu'ils établissent un devis trop tard.

D'où l'intérêt de citer un logiciel et une simulation de pliage, en particulier lorsque des fichiers de conception numériques sont disponibles. Certains logiciels de devis peuvent être personnalisés pour insérer certains drapeaux rouges : un trou ou une autre caractéristique proche d'une ligne de pliage, une bride trop étroite pour la largeur de matrice optimale, peut-être un problème d'interférence d'outil avec une bride de retour.

Certains magasins vont plus loin et envoient en fait la pièce à travers une simulation de pliage initiale. "Vous pouvez effectuer une programmation de pliage hors ligne assez rapidement", a déclaré Dakota Baird, propriétaire des produits SigmaNest et SigmaBend basé à Cincinnati, Ohio. "Certains outils vous permettent de faire ces simulations sans avoir à savoir utiliser tous les éléments du logiciel. Vous y chargez des parties, le logiciel passe en revue et dit si c'est possible ou non. Si ce n'est pas possible, c'est à ce moment-là que quelqu'un avec un peu plus d'expérience [en programmation de virages] devrait s'impliquer."

De telles simulations offrent une vérification rapide pour voir si le travail peut effectivement être formé avec l'outillage disponible. Si non, la stratégie de virage pourrait-elle être modifiée (quelque chose qu'un programmeur de freinage expérimenté saurait) ? Ou un nouvel outillage d'un catalogue de fournisseur fera-t-il l'affaire, comme un col de cygne avec un relief plus profond pour le dégagement de la bride de retour, ou peut-être une matrice à ailettes pour atténuer la distorsion lors de la flexion près d'un trou ou de la formation d'une bride étroite ? Pour faciliter la réponse à cette question, les packages de simulation de pliage intègrent les catalogues des principaux fournisseurs d'outillage.

Plus il est possible d'accomplir de travail DFM à ce stade, mieux c'est. Cela inclut, encore une fois, la conception de pièces autour des outils utilisés par l'atelier. "Si la pièce est conçue autour d'un rayon spécifique, votre ensemble d'outils doit être sélectionné pour atteindre ce rayon", a déclaré Chakraborty. "Les simulations de pliage calculent, sur la base de ces outils, qu'un certain rayon sera atteint. Que ce soit acceptable ou non est décidé, non pas dans l'atelier, mais lors de la simulation de pliage."

La profondeur de plongée d'un ingénieur de devis dans DFM dépend des pratiques commerciales et de la stratégie de devis d'un magasin. Les questions semblent interminables. Le travail relève-t-il de la capacité de base de l'atelier, c'est-à-dire, l'atelier dispose-t-il d'une capacité de formage redondante (outillage commun et cintrages nécessitant une longueur de lit conventionnelle) ? Si la pièce est grande, un seul opérateur peut-il la manipuler à plusieurs reprises, ou cet opérateur aura-t-il besoin d'aide (ce qui à son tour affecte les coûts de main-d'œuvre d'un travail) ? Un opérateur en difficulté crée des problèmes de sécurité et d'ergonomie sur le sol ainsi que des problèmes de qualité : les plis reproductibles sont difficiles à réaliser lorsque la gravité pèse sur une grande pièce non supportée.

Ou le travail implique-t-il un long virage qui nécessite une longueur de lit minimale ou un certain style de presse plieuse : un cadre en C avec un dégagement sur les côtés, par exemple, au lieu d'un frein à cadre en O ? Les fonctions des pièces nécessitent-elles un outillage spécial ? Y a-t-il des problèmes de tonnage, en particulier pour les travaux plus épais qui pourraient nécessiter une ouverture de matrice étroite ? Y a-t-il des longueurs de bride courtes à craindre ? Y a-t-il des problèmes esthétiques ou de marques, que ce soit à partir de la pointe du poinçon ou des épaules de la matrice, et des outils ou du ruban adhésif en uréthane seront-ils nécessaires ? L'atelier peut avoir des outils et les bonnes machines disponibles, mais à quelle fréquence sont-ils disponibles ?

Beaucoup aiment faire un devis aussi complet que possible et considérer toutes les ramifications, mais encore une fois, le devis le plus rapide remporte souvent l'enchère. Plus les données sont introduites dans le processus de devis et plus le logiciel de devis et de simulation s'améliore, plus les devis les plus rapides peuvent être précis et complets.

Une fois le travail remporté, le traitement et la planification de la commande commencent sérieusement, y compris la simulation de pliage. Ici, la simulation de pliage prend en compte le matériau, le style de la machine (action vers le haut ou vers le bas, cadre en O, cadre en C, longueur du lit, capacité de tonnage) et l'outillage (poinçon, largeur de matrice, utilisation de rallonges d'outillage pour atteindre les hauteurs d'ouverture nécessaires), la séquence de pliage optimale, la profondeur de pénétration et le tonnage de formage résultant, garantissant qu'il est en toute sécurité inférieur à la capacité de tonnage de la machine.

Le logiciel simule une séquence de flexion, incorporant les capacités de la butée arrière multiaxe. SigmaNest

"Tous ces facteurs et bien d'autres sont pris en compte lors de la simulation", a déclaré Chakraborty. "Cela conduit à la sélection correcte non seulement des outils mais aussi de la séquence de pliage."

Certains programmeurs peuvent identifier les outils "favoris" dans le logiciel, généralement un groupe d'outils couramment utilisés que le magasin a généralement à sa disposition. De plus, ils peuvent prendre quelques fichiers de conception et faire en sorte que le logiciel les traite automatiquement pour plusieurs presses plieuses afin de voir lesquelles peuvent les former et lesquelles ne le peuvent pas, compte tenu de l'outillage, des longueurs de lit, des capacités de butée arrière et des tonnages disponibles.

Dans de nombreuses opérations, certains travaux peuvent être simulés puis envoyés pour être coupés et pliés sur une machine (généralement neuve) avec un contrôle avancé. L'opérateur télécharge le programme et commence le cintrage. Et selon les préférences et les meilleures pratiques de l'entreprise, certains logiciels permettent aux opérateurs de choisir, dans certaines contraintes, une séquence de pliage préférée.

Les nouvelles presses plieuses offrent des simulations de pliage 3D directement au niveau du contrôle, le tout avec une détection d'erreurs intégrée, avec des surfaces supérieure et inférieure colorées différemment à l'écran et des instructions visuelles étape par étape. Les machines plus anciennes avec des commandes plus anciennes peuvent ne pas avoir cela, mais comme l'ont expliqué les sources, cela ne signifie pas qu'elles ne peuvent pas être simulées.

Un frein plus ancien peut être modélisé afin qu'un programmeur puisse exécuter une simulation à travers lui. Ce qui se passe ensuite dépend des exigences de la machine et de l'application. Parfois, un programmeur peut exporter un programme de travail et le transférer vers l'ancien contrôleur, en fonction du support que ces anciens contrôleurs reçoivent. D'autres fois, la simulation permet au programmeur de créer des feuilles de configuration détaillées, étape par étape, avec des images d'accompagnement. Quoi qu'il en soit, le programme a fait ses preuves hors ligne, éliminant ou au moins rationalisant la programmation sur machine, même sur les presses plieuses les plus anciennes.

"Sur les machines plus anciennes, les programmes de pliage ne sont généralement pas très longs", a déclaré Wood, "vous avez donc les neuf dixièmes de la bataille gagnée si vous êtes en mesure de fournir des images et des instructions étape par étape, les bonnes données, les paramètres de la butée arrière et toutes les données pertinentes pour traiter ce travail. "

Pour certaines pièces, ou pour les freins équipés d'une mesure d'angle en cours de fabrication, la première pièce s'avère être une bonne pièce. Certains ajustements peuvent être nécessaires, mais quoi qu'il en soit, le test de flexion au niveau du frein devient sans conséquence.

L'opérateur peut prendre des notes de programme, qui sont ensuite renvoyées au fichier de simulation. Une pièce pourrait mieux se plier à partir, disons, de 16-ga. Matériau A36 d'un certain fournisseur (chaque jauge a une zone de tolérance d'épaisseur, et lorsque l'épaisseur change, les résultats de flexion peuvent également changer). Toutes les notes de programme sont stockées pour les exécutions futures, là pour que tout le monde puisse les voir - pas de mauvaise communication entre les différents opérateurs ou les différentes équipes.

Encore une fois, plus la simulation contient de données, mieux c'est, et cela inclut la façon dont un matériau spécifique provenant de fournisseurs spécifiques se forme. Comme l'a expliqué Baird, "Certains fabricants effectuent des tests de coupons. Pour différents types d'acier doux, par exemple, ils prennent des coupons de test carrés, plient différents angles, mesurent certains attributs, puis saisissent des données dans certains champs du logiciel. À ce stade, le logiciel utilise ces données, en utilisant un facteur k spécifique pour un acier doux, mais pour cet acier doux d'un fournisseur différent, c'est un facteur k légèrement modifié."

Armés du bon logiciel, les programmeurs d'aujourd'hui peuvent regarder au-delà de la flexion et se concentrer sur la vue d'ensemble. Qu'en est-il des caractéristiques des ébauches découpées ? S'ils nécessitent des microtabs, ces bords seront-ils ébavurés avant le formage ? Sinon, l'emplacement de ces languettes interférera-t-il avec la butée arrière du frein ? De plus, quelles sont les exigences en matière de direction du grain pour assurer une répétabilité de flexion optimale tout en respectant les exigences esthétiques ? De nombreux packages de simulation partagent des données entre l'imbrication et le formage pour garantir que les variables de coupe ne contredisent pas les variables de pliage.

Le logiciel de devis peut signaler les problèmes de fabricabilité dès le départ, y compris les problèmes de reliefs d'angle et de rayons de courbure serrés. Pièces sans papier

Aussi, quel est l'ordre optimal des tâches ? Les opérateurs de coupe veulent optimiser le rendement des matériaux et regrouper les matériaux similaires ; le soudage et l'assemblage veulent toutes les pièces dont ils ont besoin pour faire avancer un travail dès que possible. Au milieu se trouve le pliage, où les opérateurs souhaitent optimiser le débit avec des configurations communes, c'est-à-dire que plusieurs travaux peuvent être formés avec une configuration d'outillage commune.

"Le logiciel de pliage peut optimiser l'ordre dans lequel vous traitez les pièces", a déclaré Baird. "Il peut examiner les programmes qui ont déjà été résolus, leurs configurations d'outillage, et vous donner essentiellement une ligne directrice quant à la séquence de travail. Par exemple, vous voudrez peut-être vous assurer que toutes les pièces nécessitant des outils de freinage spécifiques sont coupées en premier avant un prochain ensemble de pièces. Ensuite, ces données sont transférées à la découpe, où le logiciel d'imbrication peut les imbriquer dans un ordre qui les fait sortir de la machine de découpe au moment optimal. "

La facilité de planification entre également dans l'équation. Un travail "idéal" - qui nécessite des outils courants et des longueurs de lit conventionnelles sur le frein - pourrait être acheminé par la majorité des presses plieuses de l'atelier. Mais que se passe-t-il si un travail nécessite un outil spécial ou un frein avec un lit large ? Que se passe-t-il si un autre travail nécessite le dégagement latéral d'un frein à cadre en C et, par conséquent, ne peut pas fonctionner sur une machine à cadre en O ?

"La simulation de courbure vous donne une visualisation, mais elle ne remplace pas le monde réel", a déclaré Chakraborty, ajoutant que la simulation fonctionne avec les données qui lui sont fournies, mais comme toute autre technologie, elle ne peut pas prédire tous les résultats potentiels.

C'est là que l'opérateur de freinage expérimenté joue un rôle essentiel. Le logiciel peut signaler certains problèmes, mais l'opérateur de freinage sait que ces problèmes peuvent être résolus. Il peut s'agir d'un problème de collision d'outil pour une grande pièce mince (feuille flexible que l'opérateur peut manipuler sans affecter la précision du pliage). Peut-être y a-t-il un ourlet complexe où l'outillage plie à l'air la double épaisseur du matériau d'un ourlet (l'ourlet n'est probablement pas exactement le double de l'épaisseur du matériau, d'où le défi de prédire le résultat).

Tout cela montre pourquoi la maîtrise des connaissances est plus importante que jamais. La seule chose qui a changé, c'est la façon dont il est appliqué. Au lieu d'avoir des experts en pliage expérimentés travaillant sur une configuration difficile au sol, immobilisant une machine autrement productive, ils exécutent maintenant des simulations, discutent avec les opérateurs de ce qui fonctionne et pourquoi, et examinent comment les pièces sont présentées à partir de l'opération de coupe et s'écoulent en aval après le pliage. C'est un changement culturel, bien sûr, mais cela n'a pas diminué le besoin d'un fabricant de connaissances en flexion.

"L'avenir de la simulation de pliage est l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle", a déclaré Chakraborty, ajoutant que même les tâches les plus difficiles "peuvent être suivies dans l'atelier, intégrées dans l'algorithme d'apprentissage automatique".

Aujourd'hui, les logiciels de contrôle de la production peuvent aider les responsables des opérations d'atelier à exécuter divers scénarios de simulation pour déterminer le meilleur moment pour lancer une commande et le meilleur itinéraire qu'elle pourrait prendre. Une fois le travail exécuté et les données collectées, un cercle vertueux s'enclenche.

"Il s'agit d'avoir un jumeau numérique de votre opération", a déclaré Wood, ajoutant que le logiciel d'aujourd'hui peut transporter des pièces à travers divers scénarios de routage "et si", y compris des "essais virtuels" d'outils de freinage personnalisés et même des butées arrière personnalisées, tous importés directement du programme de CAO 3D sur lequel ils ont été conçus.

Armés d'un logiciel capable de capturer ces données, les responsables des opérations peuvent perfectionner le flux et, pour les travaux futurs, aider à rapprocher les coûts réels des coûts estimés. Lorsque cela se produit, une opération de fab shop personnalisée devient plus prévisible, plus rentable et, en fin de compte, un meilleur lieu de travail.