De nombreuses chaînes de montage sont aujourd'hui confrontées aux mêmes problèmes. Les ingénieurs constatent une qualité de fixation inégale. Ils constatent également une usure rapide des outils. Les systèmes pneumatiques et hydrauliques nécessitent souvent une maintenance fréquente. Ces problèmes réduisent la fiabilité des produits. Ils s'aggravent lorsque les équipes travaillent avec des matériaux minces, légers ou revêtus.
Pour résoudre ces problèmes, de nombreux fabricants utilisent désormais des servopresses. Ces machines fonctionnent avec des moteurs électriques. Elles ne dépendent pas de l'huile ou de l'air comprimé. Le système permet un contrôle précis de la force, de la position et de la vitesse à chaque cycle. Ce niveau de contrôle contribue à la stabilité de la résistance de l'articulation. Il réduit également la durée du cycle. En même temps, il permet au système d'enregistrer les données du processus pour le suivi de la qualité.
Aujourd'hui, les servopresses sont largement utilisées dans diverses industries. Il s'agit notamment de la production automobile, de l'assemblage de batteries de véhicules électriques, de l'aérospatiale et de la fabrication électronique. Dans ces domaines, la qualité constante des joints est importante. Les données de processus et la traçabilité jouent également un rôle clé dans le respect des exigences de sécurité et de conformité.
Qu'est-ce que les opérations de rivetage et de clinchage ?
Le rivetage et le clinchage sont deux méthodes de fixation essentielles qui façonnent les assemblages métalliques modernes. Comprendre le fonctionnement de chaque processus permet de comprendre pourquoi l'asservissement fait une telle différence en termes de cohérence et de qualité.
Rivetage : Création de joints permanents à haute résistance
Rivetage est un procédé de fixation mécanique. Un ouvrier place un rivet dans des trous pré-percés dans les pièces. La presse déforme ensuite le rivet pour verrouiller les pièces ensemble. Cette méthode crée un joint permanent. De nombreux fabricants l'utilisent lorsqu'ils ont besoin d'une grande résistance à la fatigue. Elle fonctionne également bien lorsqu'il s'agit d'assembler différents matériaux, tels que l'acier et l'aluminium ou les alliages de titane.
Dans les industries de précision, telles que l'aérospatiale, le contrôle de la force est essentiel. La presse doit appliquer une force dans une fourchette étroite. Une force trop importante peut provoquer des fissures ou des dommages de surface. Une force insuffisante peut affaiblir le joint. Les presses asservies maintiennent la force de formage à environ ±1% de la valeur cible. Ce contrôle permet de produire des têtes de rivets uniformes.
Clinchage : assemblage sans fixation supplémentaire
Le clinchage est également appelé assemblage à la presse. Il permet d'assembler des tôles en formant un verrouillage local entre les couches. Le processus utilise une déformation contrôlée du matériau. Il ne nécessite ni rivets, ni soudure, ni adhésif. De nombreux fabricants utilisent le clinchage pour l'aluminium et l'acier revêtu. Ce procédé ne génère pas de chaleur. Il évite également les fumées et la contamination des surfaces.
Une servopresse permet aux ingénieurs de contrôler précisément les mouvements. Les ingénieurs peuvent ajuster la courbe de mouvement pour chaque paire de matériaux. Un court temps d'arrêt près du fond, au centre, permet de former un verrouillage complet. Cette étape permet également de protéger les revêtements de surface contre les dommages. Dans de nombreux cas, les joints sertis atteignent environ 80-90% de la résistance des soudures par points. En même temps, le procédé ne crée pas d'éclaboussures et ne nécessite pas de nettoyage ultérieur.
Limites des systèmes de presse traditionnels
Les anciennes presses pneumatiques, hydrauliques et mécaniques peinent à répondre aux normes actuelles de précision et d'efficacité. L'examen de leurs faiblesses met en évidence les raisons pour lesquelles les fabricants adoptent les systèmes à servomoteur.
| Type de presse | Contrôle des forces | Entretien | Consommation d'énergie | Précision typique | Question commune |
|---|---|---|---|---|---|
| Pneumatique | Médiocre (compressibilité de l'air) | Faible à moyen | Modéré | ±10% | Force incohérente |
| Hydraulique | Élevé mais difficile à stabiliser | Élevée (fuites, vieillissement du fluide) | Haut | ±5% | Contamination de l'huile, bruit |
| Mécanique | Courbe fixe, non réglable | Moyen | Moyen | ±5-8% | Pas de contrôle adaptatif |
| Servo (électrique) | Excellent (boucle fermée) | Faible | Faible | ±1% | - |
Presses pneumatiques : Une force irrégulière
Les presses pneumatiques utilisent de l'air comprimé pour générer une force. La pression de l'air varie en fonction de la température et des conditions d'alimentation. Même des changements minimes peuvent entraîner des variations de force allant jusqu'à ±10%. Ce niveau de variation est trop élevé pour les travaux d'assemblage de précision.
En conséquence, la qualité des articulations devient instable. Certains joints peuvent être trop lâches, tandis que d'autres peuvent être trop comprimés. Les défauts d'alignement et les retouches deviennent plus fréquents. Avec le temps, les fuites d'air, l'usure des soupapes et la contamination réduisent encore la fiabilité du système.
Presses hydrauliques : Consommation d'énergie élevée et maintenance lourde
Les presses hydrauliques peuvent générer une force importante. Elles s'appuient sur des pompes qui fonctionnent souvent en continu. Même lorsque la presse est à l'arrêt, le système consomme de l'énergie pour maintenir la pression. Dans de nombreux cas, la consommation d'énergie peut être jusqu'à 70% supérieure à celle d'un système à servocommande.
L'huile hydraulique présente également des risques. Les fuites d'huile peuvent contaminer les pièces et les zones de travail. Les changements de température affectent la viscosité de l'huile. Ce changement modifie la force de pression et réduit la cohérence du processus au cours de la production.
Presses mécaniques : Une vitesse élevée mais un contrôle limité
Les presses mécaniques utilisent un mouvement de manivelle fixe. Le profil du mouvement ne peut pas changer pendant la course. Ces presses fonctionnent bien pour le formage à grande vitesse. Cependant, elles manquent de la flexibilité nécessaire pour les tâches d'assemblage délicates.
Le mouvement fixe rend difficile le contrôle de la force sur les matériaux fins ou les joints en couches. Un impact important en fin de course peut augmenter l'usure de l'outil. Il peut également entraîner des variations dans les pièces au fil du temps.
Comment la technologie des servopresses change-t-elle la donne ?
La technologie servo remplace l'air et l'huile par la précision numérique. Voyons comment le contrôle en boucle fermée et le mouvement programmable permettent d'obtenir une qualité stable, un fonctionnement plus propre et une efficacité de production accrue.
Contrôle précis de la force, de la position et de la vitesse
Les servopresses utilisent un système de contrôle en boucle fermée. Le système combine des encodeurs de moteur pour le contrôle de la position et des cellules de charge pour la mesure de la force. Le contrôleur compare les valeurs en temps réel avec les paramètres programmés. Il ajuste la sortie toutes les quelques millisecondes pour maintenir la stabilité du processus.
Ce contrôle permet une très grande précision. Les servopresses peuvent atteindre une précision de position de ±0,01 mm. Elles peuvent également maintenir la répétabilité de la force à ±1%. Les presses pneumatiques présentent souvent des variations de force allant jusqu'à ±10% dans les mêmes conditions.
Pour les ingénieurs, cela signifie que la presse peut exécuter des profils de mouvement complexes :
- Approche rapide pour réduire les temps morts.
- Phase de formation lente près du fond, au centre, pour éviter une surcompression.
- Période d'attente pour permettre l'écoulement du matériau ou la solidification (en cas d'assemblage assisté par la chaleur).
- Rétraction en douceur pour minimiser le retour élastique ou le mouvement de la pièce.
Grâce à cette flexibilité, une seule servopresse peut effectuer plusieurs tâches d'assemblage. Elle peut effectuer un clinchage léger et un rivetage profond sur la même machine. Aucun changement mécanique n'est nécessaire.
Surveillance en temps réel et enregistrement des données
Chaque coup de servopresse crée un enregistrement numérique. Cet enregistrement est une courbe force-déplacement. La courbe illustre le comportement du joint tout au long du processus de pressage. Les ingénieurs utilisent cette courbe comme référence de qualité. Lorsque des problèmes surviennent, tels qu'un mauvais alignement de la pièce, un rivet manquant ou des changements dans l'épaisseur du matériau, le système les détecte immédiatement.
Les opérateurs peuvent définir des bandes de tolérance pour le processus. Ces bandes définissent les limites supérieures et inférieures de la force à différents stades de la course. Lorsque la courbe sort de la plage autorisée, la presse réagit automatiquement. Elle peut arrêter le cycle ou marquer la pièce pour inspection. Ce contrôle précoce empêche les joints défectueux de passer au processus suivant. Il permet également de réduire les reprises et les risques de garantie.
Le système enregistre également les données du processus pour chaque cycle. Ces données permettent une traçabilité totale et contribuent à la conformité aux normes telles que IATF 16949 et AS9100. La presse peut stocker des données telles que la durée du cycle, la force, la position, l'identifiant de l'opérateur et l'identifiant de la pièce. Les données peuvent rester sur la machine ou être transférées vers un système MES de l'usine.
Efficacité énergétique et fonctionnement propre
Les systèmes asservis ne consomment de l'énergie que lorsque la presse est en mouvement. Les presses hydrauliques font fonctionner des pompes en permanence. Lorsqu'une presse asservie est à l'arrêt, la consommation d'énergie est proche de zéro. Pendant la décélération, le moteur peut récupérer de l'énergie et la renvoyer au système d'alimentation. L'efficacité globale s'en trouve améliorée.
Dans les lignes de production réelles, cette conception permet souvent de réaliser des économies d'énergie de 30-70%. Les économies exactes dépendent de la vitesse du cycle et de la force requise. Les servopresses n'utilisent pas non plus d'huile hydraulique. Cela élimine le risque de fuites, de contamination des pièces ou d'odeurs d'huile. Elles éliminent également les variations de force causées par les changements de viscosité de l'huile liés à la température.
L'entraînement électrique est beaucoup plus silencieux. Les niveaux de bruit sont souvent inférieurs de 10 à 15 dB à ceux des presses traditionnelles. Cet avantage est important dans les salles blanches. Il améliore également le confort et la sécurité des opérateurs dans l'atelier.
Programmation flexible pour différents types d'articulations
Chaque produit a des besoins d'assemblage différents. L'épaisseur de la tôle peut varier. La dureté du matériau et les revêtements de surface varient également. La géométrie des pièces ajoute encore à la complexité. Une servopresse gère ces changements par le biais d'un logiciel de contrôle.
Les ingénieurs peuvent créer plusieurs programmes de presse à l'avance. Chaque programme définit la vitesse, la force, le temps d'arrêt et la distance de rétraction. Les opérateurs peuvent passer d'un programme à l'autre instantanément. Aucun réglage mécanique n'est nécessaire. Cette flexibilité convient à la production de faibles volumes et de mélanges importants. Elle fonctionne également bien dans les lignes automatisées avec une variété de types de pièces.
Les servopresses plus perfectionnées permettent l'intégration directe des systèmes. Elles peuvent se connecter à des robots et à des systèmes de contrôle par l'intermédiaire de réseaux industriels standard. Lorsqu'un robot charge une nouvelle pièce, la presse peut sélectionner automatiquement le programme adéquat. Cela réduit les erreurs de configuration. Cela permet également d'obtenir des résultats cohérents pour différents produits.
Applications dans tous les secteurs d'activité
Les systèmes de servopresse sont devenus essentiels dans les industries où la précision, la répétabilité et la propreté sont primordiales. Voyons comment ces avantages se traduisent en résultats concrets.
Assemblage de véhicules automobiles et de véhicules électriques
Dans la production automobile, la qualité de la fixation a un impact significatif sur la sécurité et la fiabilité à long terme. De nombreuses presses pneumatiques et hydrauliques traditionnelles sont confrontées à des panneaux d'aluminium, à des matériaux mixtes et à des volumes importants qui nécessitent un suivi strict de la qualité.
Les presses asservies résolvent ces problèmes. Elles maintiennent le contrôle de la force à ±1% à chaque cycle. Cette stabilité garantit une résistance uniforme des joints, même sur des centaines de milliers de pièces. Dans l'assemblage des batteries de véhicules électriques, le clinchage servocommandé permet d'éviter la déformation des panneaux. Il permet également de sceller avec précision les modules de batterie sensibles.
Les servopresses s'intègrent également bien dans les lignes de production automatisées. Les robots chargent les pièces et la presse vérifie chaque articulation à l'aide de sa courbe force-déplacement. Lorsqu'un joint sort des limites fixées, le système le signale immédiatement.
Aérospatiale et électronique
Les pièces aérospatiales nécessitent des tolérances très serrées et des conditions d'assemblage propres. Lors du rivetage ou du clinchage d'aluminium, de titane ou de matériaux composites, le contrôle de la force est essentiel. Même une légère augmentation de la force peut provoquer des microfissures ou une séparation des couches.
Les servopresses réduisent ce risque grâce à un mouvement programmable et à un retour d'information en temps réel. Les ingénieurs peuvent ralentir la phase finale de formage d'environ 30-50% près du point mort bas. Ce mouvement plus lent aide le matériau à se déformer uniformément. Il limite également les contraintes sur les structures fines ou en couches.
Dans l'assemblage électronique, la propreté est tout aussi importante. Les circuits imprimés et les pièces revêtues doivent être exempts d'huile et de débris. Les servopresses fonctionnent sans huile hydraulique et produisent peu de bruit. Leur conception compacte et propre permet de travailler dans des salles blanches de classe ISO 8.
Intégration de l'automatisation et de la robotique
De nombreuses usines modernes utilisent désormais des servopresses à l'intérieur de cellules robotisées automatisées. Ces presses sont connectées à des robots, des convoyeurs et des systèmes de vision via des réseaux industriels standard. Cette connexion permet à tous les équipements de fonctionner comme un système unique et coordonné.
Dans une configuration typique, un robot localise et positionne la pièce à l'aide d'une caméra. La servopresse effectue ensuite l'opération d'assemblage avec un mouvement contrôlé. Parallèlement, la presse enregistre la courbe force-déplacement. Elle vérifie si la courbe reste dans les limites définies. Le système envoie ensuite le résultat au système MES ou SPC de l'usine.
Lorsque la presse détecte une courbe anormale, par exemple un pic de force trop faible, la cellule réagit immédiatement. Elle peut arrêter le processus ou marquer la pièce pour examen. Cette vérification en boucle fermée supprime la nécessité d'une inspection manuelle. Elle permet également de réduire les rebuts et d'améliorer en permanence le processus grâce à l'analyse des données.
Qualité du processus et considérations relatives à l'outillage
Même le meilleur système d'asservissement dépend de la qualité de l'outillage et du contrôle des processus. Nous verrons ici comment les ingénieurs garantissent des joints parfaits grâce à une conception intelligente et à la surveillance des données.
Importance de la conception des outils
Dans le domaine du rivetage et du clinchage, la conception de l'outil joue un rôle clé dans la qualité du joint. La forme du poinçon et de la matrice détermine la manière dont le matériau s'écoule et se verrouille en place. Même de petites modifications peuvent avoir de l'importance. Un changement de 0,1 mm dans la profondeur de la cavité de la matrice ou un changement de 2° dans l'angle du poinçon peut affecter sensiblement la résistance du joint.
Des outils bien conçus facilitent un flux de matériaux stable. Cela permet d'éviter les fissures, les déchirures ou les faibles enclenchements. De nombreux ingénieurs utilisent la simulation par éléments finis pour étudier à l'avance la déformation du matériau. Ces simulations permettent d'affiner la géométrie de la matrice avant la fabrication de l'outil.
Pendant la production, la servopresse répète le même profil de mouvement avec une grande précision. Ce mouvement correspond à l'intention de conception de l'outil à chaque cycle. Le contact contrôlé réduit les impacts et les chocs. Par conséquent, la durée de vie de l'outil augmente souvent de 20 à 30% par rapport aux presses pneumatiques ou mécaniques.
Assemblage de matériaux multicouches et dissemblables
De nombreux produits modernes utilisent des structures légères. Ces structures combinent souvent différents matériaux, tels que l'aluminium et l'acier ou des tôles revêtues et du métal nu. Chaque couche a une limite d'élasticité différente. C'est pourquoi la force de formage doit varier au cours de la course.
Les servopresses relèvent très bien ce défi. Elles utilisent un contrôle adaptatif basé sur un retour d'information en temps réel. Lorsque la presse détecte une résistance pendant le formage, elle ajuste le couple du moteur à la volée. Ce contrôle permet de maintenir la déformation du matériau dans la plage souhaitée.
Avec cette approche, le joint se forme de manière complète et cohérente. Les revêtements de surface restent intacts. Les couches plus molles ne sont pas trop comprimées. Il en résulte un joint solide et fiable pour les piles de matériaux mixtes.
Contrôle des courbes force-déplacement
La courbe force-déplacement est un outil de diagnostic essentiel dans le domaine de l'assemblage assisté. Elle montre comment la force augmente et diminue au cours du processus de formage. Chaque course crée sa propre courbe, qui représente le comportement de l'assemblage.
Même de petits changements dans la courbe peuvent signaler des problèmes. Ces changements peuvent indiquer une usure précoce de l'outil, un mauvais alignement de la pièce ou des variations de l'épaisseur ou de la dureté du matériau. En suivant ces courbes dans le temps, les ingénieurs peuvent détecter les problèmes avant qu'ils n'entraînent des défauts ou des temps d'arrêt.
Par exemple :
- UN force maximale inférieure peut indiquer un jeu excessif ou une usure de l'outil.
- UN pente plus forte indique une modification de la dureté du matériau.
- Un premier plateau peut indiquer un chevauchement de deux feuilles ou une orientation incorrecte de la pièce.
En définissant des enveloppes de courbe supérieures et inférieures, les ingénieurs peuvent détecter ces problèmes en temps réel. Certains systèmes classent même les courbes automatiquement à l'aide d'algorithmes d'intelligence artificielle, prédisant ainsi la défaillance de l'outil avant qu'elle ne se produise.
Choisir la bonne servopresse pour le rivetage ou le clinchage
Le choix de la servopresse appropriée implique de trouver un équilibre entre le tonnage, la précision et la capacité d'intégration. Vous trouverez ci-dessous les facteurs les plus importants à évaluer.
Principales spécifications techniques
| Paramètres | Fourchette recommandée | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Force nominale (kN) | 10-100 | Détermine la capacité maximale de formage pour différentes épaisseurs de tôle et tailles de rivets. |
| Longueur de la course (mm) | 50-200 | Définit la flexibilité du mouvement pour les serrages courts et la formation de rivets plus profonds. |
| Précision de la position (mm) | ±0,01 ou mieux | Assure une profondeur de joint constante et compense les variations d'épaisseur. |
| Précision du contrôle de la force | ±1% | Empêche la surpression et garantit la répétabilité de la résistance des joints. |
| Gamme de vitesse (mm/s) | 1-300 | Permet une approche à grande vitesse avec une formation contrôlée à faible vitesse. |
| Sortie de données / Connectivité | EtherCAT, PROFINET, OPC UA | Permet l'intégration avec les systèmes MES, SPC et robotiques pour une fabrication intelligente. |
Précision de la position et de la force
Dans le domaine de la fixation de précision, des erreurs mineures peuvent être à l'origine de gros problèmes. Une erreur de position de seulement 0,05 mm peut entraîner une mauvaise expansion du rivet ou une faible profondeur d'emboîtement. Ces problèmes affaiblissent l'assemblage et réduisent la fiabilité.
C'est pourquoi les ingénieurs doivent choisir des presses dotées de codeurs à haute résolution, souvent de l'ordre de 0,001 mm. Les cellules de charge numériques jouent également un rôle clé. Ensemble, ils permettent de s'assurer que chaque course suit le profil de force et de position prévu.
Certains contrôleurs avancés ajoutent des fonctions d'auto-étalonnage. Ces routines ajustent automatiquement les lectures de la ligne de base. Elles réduisent le temps de configuration et limitent l'impact des variations de l'opérateur sur la précision du processus.
Profil de mouvement et flexibilité du processus
Une servopresse doit offrir des modes de mouvement programmables, notamment le contrôle de la position, le contrôle de la force et le contrôle hybride. Ces modes permettent aux ingénieurs d'adapter le processus à différents matériaux :
- Mode forcé pour une compression constante dans le clinchage de l'aluminium.
- Mode position pour une profondeur de rivet précise.
- Mode hybride pour l'assemblage de matériaux multicouches ou revêtus.
Les courbes multi-segments permettent une personnalisation complète - par exemple, démarrer rapidement, appuyer lentement près du contact, s'attarder brièvement et se rétracter doucement.
Gestion des données et intégration intelligente
Dans les usines modernes, les données de processus sont tout aussi importantes que le produit fini. Une servopresse qui enregistre et exporte les courbes de processus favorise le contrôle de la qualité et la stabilité de la production. Elle aide également les équipes à planifier la maintenance avant que les problèmes ne surviennent.
Grâce aux réseaux industriels standard, la presse peut se connecter directement aux systèmes MES ou SPC. Cette connexion permet un transfert automatique des données sans saisie manuelle. Les ingénieurs peuvent surveiller les performances en temps réel. Ils peuvent également étudier les tendances sur des milliers de cycles afin d'améliorer la stabilité du processus à long terme.
Efficacité énergétique et maintenance
Les servopresses ne consomment de l'énergie que lorsque la presse est en mouvement. Lors de la décélération, le système peut récupérer l'énergie au lieu de la gaspiller sous forme de chaleur. Dans la plupart des applications, cela se traduit par une consommation d'énergie 30-70% inférieure à celle des presses hydrauliques. La réduction de la consommation d'énergie se traduit également par une diminution des coûts d'exploitation et des émissions de carbone.
Les servopresses n'utilisent pas d'huile hydraulique. Il n'y a donc plus de risque de fuites ni de maintenance liée aux fluides. La zone de travail reste propre et le temps de fonctionnement s'améliore. Le système comporte également moins de pièces mobiles et aucune pompe ne fonctionne en arrière-plan. Par conséquent, les intervalles de maintenance augmentent souvent de 30-40%, ce qui contribue à maintenir l'efficacité globale de l'équipement stable au fil du temps.
Conclusion
Les servopresses ont transformé le rivetage et le clinchage de simples étapes mécaniques en processus contrôlés et pilotés par des données. Elles permettent un contrôle précis de la force et de la position. Elles permettent également un fonctionnement propre, en éliminant le besoin d'huile et en réduisant le bruit excessif.
Ces avantages se traduisent par des résultats commerciaux précis. La consommation d'énergie diminue : les retouches et les rebuts diminuent. Au fil du temps, ces gains se traduisent par des résultats mesurables et favorisent une production stable et de haute qualité.
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Hey, je suis Kevin Lee
Au cours des dix dernières années, j'ai été immergé dans diverses formes de fabrication de tôles, partageant ici des idées intéressantes tirées de mes expériences dans divers ateliers.
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Kevin Lee
J'ai plus de dix ans d'expérience professionnelle dans la fabrication de tôles, avec une spécialisation dans la découpe au laser, le pliage, le soudage et les techniques de traitement de surface. En tant que directeur technique chez Shengen, je m'engage à résoudre des problèmes de fabrication complexes et à favoriser l'innovation et la qualité dans chaque projet.
