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Juin 2001

Amélioration

Des

outils coupants

Amélioration des outils

coupants

1 – Présentation

entreprise


coupants

1 – Présentation

entreprise

2 – Cahier des

charges


coupants

v _ Sujet du Projet de Fin

d’Étude.

v _ Le contexte.

v _ Approche de l’étude.

1 – Présentation

entreprise

2 – Cahier des

charges

3 – Conduite de

l’étude


coupants

v _ Recherches bibliographiques.

v _ État des lieux .

v _ Rencontre des fournisseurs .

v _ Propositions d’évolutions process .

v _ Propositions d’évolutions outil .

v _ Propositions d’évolutions

d’organisation .

1 – Présentation

entreprise

2 – Cahier des

charges

3 – Conduite de

l’étude

4 - Bilan


coupants

v _ Synthèse conduite du projet, et planning

général.

v _ Les avancements et actions à suivre.

v _ Conclusion.

1 – Présentation

entreprise

2 – Cahier

des charges

4 - Bilan

Amélioration des

outils coupants

DSM Engineering Plastics Products

_ transformation matières plastiques techniques en

demi produits (ronds, tubes, plaques et feuilles),

produits finis, et sous-ensembles.

_ 2200 personnes dont 1300 en Europe et 900 en

Amérique du Nord.

_ Chiffre d’affaires de 1,5 milliard de francs

français.

_ Siége situé à Bruxelles.

DSM EPP France

_ distribue et usine en France des matières

plastiques techniques.

_ 135 personnes.

_ Chiffre d’affaires de 208 Millions de Francs

français.

_ siège social sur le site de Pusignan.

Site de Balan (01)

_ spécialisé dans la transformation par compression

du polyéthylène haute densité.

_ environ 35 salariés.

Site de Pusignan (69)

_ Usinage de pièces finies ou sous ensembles en

matière plastique technique.

_ 100 salariés dont 25 administratifs et cadres.

Quadrant

_ spécialisé dans la fabrication de pièces

automobiles. (plastiques renforcés pour

remplacement pièces acier).

_ 400 personnes.

_ Chiffre d’affaires de 1,5 milliard de Francs

français.

_ siège social en Suisse.

Quadrant EPP

_ spécialisé dans les plastiques techniques.

_ 2600 personnes.

_ Prévision du Chiffre d’affaires 2001 : 2 milliards

de Francs français.

_ siège social en Suisse.

DSM Engineering Plastics Products

Les principaux clients de DSM sont :

- POMA (télécabines),

- SNCF,

- SNR (roulements à billes),

- ALSTOM (trains),

- HEIDELBERG (machines d’impression).Les principaux concurrents de DSM sont :

- RÖCHLING en France,

- ESSINGER en Allemagne,

- POLYHIGH SOLIDUR aux États Unis.

Site de Pusignant:

2 – Cahier des

charges

1 – Présentation

entreprise

3 – Conduite

de l’étude

4 - Bilan

Amélioration des

outils coupants

Sujet du Projet de Fin d’Etude.

Les objectifs de ce stage sont de :

_ Trouver des outils de coupe plus performants ;

_ Diminuer les temps d’usinage, afin d’augmenter l’engagement machine ;

_ Diminuer la consommation d’outils coupants.

Le contexte.

Les spécificités du secteur plastique :

v _ domaine est relativement

récent ;

v _ matières très

diverses ;

v _ le monde des matières plastiques en perpétuelle

évolution;

v _ la quantité de matière usinée faible par rapport à celle de

l’acier ;

v _ en général, usure d’outil est très faible.

Inexistence de développements d’outils coupants spécifiques au plastique.

Approche de l’étude.

Approche de l’étude.

Recherche

d’informations.

État des lieux dans

l’entreprise.

Rencontre des fournisseurs

référencés dans l’entreprise.

Rencontre de fournisseurs

non référencés entreprise.

Propositions d’évolutions

outil.


process.


d’organisation.

3 – Conduite de

l’étude

1 – Présentation

entreprise

2 – Cahier

des charges

4 - Bilan

Amélioration des

outils coupants

Etape 1v Recherche d’informations :

> Ouvrages bibliographiques :

_ Le CETIM ;

_ Les Techniques de l’ingénieur.

_ Cours MIP2 « Usinage par outil coupant »

(MM. Roumesy et Rigal – édition 99/00)

les vitesses de coupe et les avances préconisées.

> Logiciels et banque de données :

_ Toolight

(Sté Tool).

Ce logiciel permet d’optimiser les couples « Outil – Matière »

_ ne comporte pas d’information sur les plastiques ;

_ aucun développement n’est prévu.

Etape 2vÉtat des lieux chez DSM/Quadrant:

v La matière ;

Les matières utilisées :

_ Recherche des 20% de matières représentant 80% de la production.

_ Regroupement de ces produits par familles.

(limite le nombre d’essai d’usinage).

_ Les thermodurcissables :

Les thermodurcissables sont des matières composites , représentant 10% de la consommation matière annuelle.

_ Les thermoplastiques :

Les thermoplastiques représentent 90% de la consommation matière annuelle.

Cestilène HD 500/ 1000

+ Cestidur 21.6%

Nylatron GSM + NSM 10.7%

Cestilite V20 9.3%

Ertalon 6PLA 8.9%

Ertalon 6SA 7.7%

Ertalon 6XAU+ 4.9%

Ertalon LFX 4.8%

Ertalyte 4.5%

Total 72.5% de la consommation de matière

thermoplastique.

Remarques : Certaines matières plastiques sont sensibles aux variations thermiques et hygrométriques.

CCCeeessstttiiilllééénnneee HHHDDD555000000 /// HHHDDD111000000000 --- CCCeeessstttiiiddduuurrr

Appartenance :

Famille des polyéthylènes très haute densité.

Caractéristiques principales :

Haute résistance aux chocs, même à basse

température ;

Excellentes propriétés anti-colmatant ;

Très faible absorption d’eau ;

Applications principales :

Plaques d’usure, racleurs, isolants électriques,

rambardes de patinoire,…

Etoile de distribution

Appartenance :

Famille des polyéthylènes haute densité.

Les caractéristiques principales :

Très forte résistance à l’abrasion ;

Bonne résistance aux rayonnements UV ;


Pièces soumises aux intempéries et à l’action solaire

directe,…

CCCeeessstttiiillliiittteee VVV222000

Plateau de papeterie en Cestilite V20.

EEErrrtttaaalllooonnn eeettt nnnyyylllaaatttrrrooonnn

>>> EEErrrtttaaalllooonnn 666 SSSAAA :::

Bonnes propriétés mécaniques, électriques, et chimiques

« Secoueurs » sur des machines à vendanger.


>>> EEErrrtttaaalllooonnn 666 PPPLLLAAA :::

Bonne résistance au fluage, à l’usure ainsi qu’une bonne usinabilité.

Poulies de manutention de décor de théâtre.


>>> EEErrrtttaaalllooonnn 666 XXXAAAUUU+++ :::

Bonne résistance au vieillissement.

Couronne d’orientation de tourelle de tir.


>>> EEErrrtttaaalllooonnn LLLFFFXXX :::

Autolubrifiant grâce à un lubrifiant incorporé.

Patins de glissement de wagons.


Godets de convoyeur.

Bon comportement au frottement, à l‘usure, et aux chocs.

>>> NNNyyylllaaatttrrrooonnn GGGSSSMMM :::

EEErrrtttaaalllyyyttteee

Appartenance :

Famille des polyesters thermoplastiques cristallins.

Les caractéristiques principales :

Haute résistance mécanique ;

Coefficient de frottement faible et

constant ;

Très bonne stabilité dimensionnelle.


Pièces de glissement fortement chargées,…

Réa de poulie de mât.

v Le process utilisé ; Le parc machine :

Machines à commandes

numériques.Caractéristiques Avance / Vitesse de rotation :

Machines : S = Vitesse de rotation F = Avance

(tr/min) : (mm/min):

Lea 6000 5000

Lba 6000 6000

Kita 6000 5000

SDC30 6000 5000

Chiron 6000 5000

CMS 18000 15000

SDC10 5000 7000

U5 25000 20000

Évolution et spécificité du process :

_ petites et moyennes série (entre 5 et 500 pièces) ;

_ moyens flexibles.

_ process utilisés pour limiter les reprises d’usinage ;

_ moyens de maintien en majorité par plateaux à dépression.

v Les outils ;

Référence outillage :

=> géométrie de coupe aluminium.

Types de fraises : _ 80 % des outils employés sont des fraises 2 tailles ;

_ 10 % des outils employés sont des fraises 1 taille ;

_ 5 % des outils employés sont des fraises 3 tailles ;

_ 5 % des outils employés sont des fraises hémisphériques.

Matériaux constituants les outils : _ 50 % aciers rapides ;

_ 50 % carbure et plaquettes carbures ;

_ quelques utilisations en diamant

(usinage de composites et matières chargées verre).

Dépouille : 5 à 15°

Angle de coupe :0 à 15°

Rainure brise-copeau

ou cuillère

Caractéristiques géométriques des Fraises :

États de surface pratiqués :

Habituellement, états de surface de Ra 1,6 à 3,2.

Durée de vie des outils :

Longévité importante des outils pour usinage thermoplastiques.

Outils spéciaux :

=> diminuer le nombre de manutentions, ainsi que les reprises d’usinage (déformation des pièces).

vL’organisation ;

Les moyens :

_ une GPAO, => planifier les lancements d’usinage des pièces,…

_ un magasin d’outillage central.

Cheminement d’une pièce :

lors d’une commande :

_ réalisation programme usinage (sce méthodes / l’atelier) ;

_ mise au point machine (opérateur) ;

_ choix et réglage des outils (opérateur) ;

_ alimentation du brut (opérateur) ;

_ contrôle pièce (opérateur / sce qualité).

Interrogations :

Formalisation :

_ difficultés pour retrouver des informations (état des lieux) ;

=> perturbations et manque de traçabilité (chaque début de série).

Temps d’engagement :

_ Temps de changement de séries en moyenne 1h30 ;

_ Temps moyen d’usinage en moyenne 8h00 ;

D’où nous obtenons : 16% du temps est utilisé pour changement de série ;

84% du temps est utilisé pour l’usinage.

Évolutions déjà proposées :

=> méthode SMED (« Single Minute Exchange of Die»).

vAnalyse :

Nb

re

taille

s

Ma

tié

re

Nb

re

lév

res

11078565 1 Plq carbure 5 Walter sans 504000 0,67 6000 942 chi

11860173 1 Plq carbure 4 Walter sans 638000 0,67 12000 2375 U5

Moyenne 6000 0,67 9000 1658

11720023 2 Carbure 1 Belin sans 8 4800 0,80 6000 151 Chi

11138011 2 Carbure 1 Belin sans 9 8000 0,40 20000 565 U5



Moyenne 6700 0,57 12750 462

11123371 2 Carbure 1 Belin sans 15 2000 0,33 6000 283 sdc30

11720023 2 Carbure 1 Belin sans 16 1500 0,30 5000 251 Chi

11860173 2 Carbure 2 Diager sans 16 8000 0,67 12000 603 U5

11070555 2 Carbure 3 Diager sans 20 1500 0,50 3000 188 chi

11121519 2 Carbure 1 Belin sans 20 2800 0,40 7000 440 Cit

Moyenne 3160 0,44 6600 353

Cetim / / / / / / inf à 0,5 1000 /

=> éléments comparaison => infos Cetim => analyse

Vc DSM = 0,3 x Vc Cetim

et f DSM = f Cetim il

semble possible

d'augmenter S et F mais

attention vib et état de

surface


et f DSM =1.3 f Cetim


et f DSM = f Cetim il

semble possible

d'augmenter S et F mais

attention vib et état de

surface

N°

Art

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s

DS

M

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Dia

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m)

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ch

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DS

M)

2 T

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n (

DS

M)

Nylatron GSM (=PA6G+MOS2) + Nylatron NSM (=PA6G+lubrif)

Ty

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d'u

sin

ag

e

Analyse

Ma

ch

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Av

an

ce

(f)

(mm

/tr)

Type d'outil

Av

an

ce

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(mm

/min

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Vit

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(m/m

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Fo

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iss

eu

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ou

til

Analyse générique des tableaux « outil / matière » :

Le surfaçage :

_ Conditions de coupe dans l’intervalle préconisé par le Cetim ;

Rainurage–ébauche :

_ Conditions de coupe dans l’intervalle préconisé par le

Cetim ;

_ vitesse de rotation de broche à 80% du maximum possible

>calculateurs limités ;

>phénomènes vibratoires.

Finition :

_ vitesse d’avance au 1/5ème des capacités machines

_ vitesse de rotation de broches se trouve à la moitié.

Remarques :

_ limites machines atteintes avant celles des outils ;

_ Améliorer le débit de copeau en augmentant la section de coupe;

_ Optimiser avances et vitesses de rotation de broche tout en

conservant le ration actuel d ’avance par tour.

Etape 3vRencontre des fournisseurs :

Contact de 10 fournisseurs

Rencontre de 6 fournisseurs, dont :

_ 5 fournisseurs référencés DSM/Quadrant ;

_ 1 fournisseur extérieur.

Suite à ces rencontres fournisseurs + état des lieux,

=> 3 axes de progrès :

_ process ;

_ outil ;

_ organisation.

Etape 4v Propositions d’évolutions process :

Le tréflage ;

Définition :

_ Dressage d’une face par usinage vertical alternatif à vitesse de rotation et avance importantes.

_ But : > remplacer un outil spécial par un outil standard ;

> éliminer les dispersions par déformation de la fraise.

Plaquettes

Dressage traditionnel : Tréflage :

225

mm

Direction de coupe

Piéce à usiner

Outil spécial Outil standard à plaquettes

Parcours de l’outil

Étude de cas : Caisson blanc en polyéthylène

=> dressage de finition d’une hauteur de 225 mm.

Analyse :

_ l’usinage conventionnel reste plus performant ;

_ tréflage permet des gains de productivité si :

=> avance de tréflage > 100 * avance conventionnel ;

_ avance finition dans plastique de 500 mm/min => besoin de 50000 mm/min !!

NON RENTABLE pour le domaine plastique.

Optimisation des conditions de coupe :

Suite à analyse du process existant:

_ augmenter les vitesses de rotation et avances ;

_ augmenter les profondeurs de passe (avec outils actuels).

Essais menés en conservant les ratios actuels « Avance / Vitesse de coupe ».

=> Cas école avec le « boîtier de munitions ».

Modifications du process :

Finition : _ multiplié par 3 avances et vitesses de rotation broche.

Ébauche : _ diminution du nombre de passe;

Bilan :

_ temps global de 33 minutes, gain de 8 minutes, soit un économie de 25%.

_ Dernière série de 75 pièces à été réalisé dans ces conditions.

Étude rentabilité :

_ gain de 53 Frcs / pièce ;

_ gain annuel de 16 KF.

Actions à suivre :

Mener des études similaires sur l’ensemble des pièces.

Etape 5v Propositions d’évolutions outil :

Fraise à recouvrement :

But: Augmenter la section de coupe, avec conservation d’une coupe aluminium.

Moyen: Société Iscar => essai d’une fraise à recouvrement.

Étude réalisée sur le cas d’usinage de caissons en polyéthylène.

Estimation des puissances de coupe en fonction de la hauteur de coupe

_ But : comportement du moyen d’usinage pour une passe de 40 mm.

_ Résultat :

> Pc 9,5 KW soit environ 65% de la puissance disponible sur la machine ;

> L’essai d’usinage semble réalisable.

_ Constat : puissance réelle de coupe consommée est de l’ordre de 60%.

Fraise actuelle pour ébauche (passes de 10 mm). Fraise actuelle pour finition (outil spécial).

Fraise à recouvrement en essai.

Constat de l’essai :

L ’essai de la fraise à recouvrement est concluant pour l‘ébauche et la finition.

Modification process :

De par la géométrie de l’outil, optimisation du process.

Sur un temps global de 216 minutes, outil + nouveau process = gain de 43 minutes ;

soit un économie de 20% sur le temps global de réalisation du produit.

Etude de rentabilité

Gain / pièce = 475 Frcs / pièce ;

Gain annuel de 170 KFrcs.

Offre de prix :

_ fraise à recouvrement = 6370 Frcs l’unité (commande par deux) ;

_ délais annoncé de 11 semaines (congés annuels).

A vérifier :

Utilisation de cet outil avec une rallonge.

Actions à suivre :

_ négocier l’offre de prix ;

_ commande de la fraise ;

_ vérification des économies escomptées ;

_ usinage de nouvelles pièces à profondeurs de passe importantes

Etape 6v Propositions d’évolutions d’organisation :

Documenter programme usinage

+ prise en compte d’outillage dans l’atelier.

Connaissance planning de fabrication

En temps masqué : préparation outillage + test programme usinage.

En temps masqué : outillage à proximité de la machine.

Démontage outillages précédents

Montage nouveaux outillages

+ chargement programme usinage.

Lancement de production nouvelle série

Critique de la proposition :

Le coté positif : _ meilleur engagement des moyens ;

Le coté négatif : _ organiser cette démarche et suivre son évolution dans le temps.

… des remarques à méditer et à discuter ….

4 - Bilan

1 – Présentation

entreprise

2 – Cahier

des charges

3 – Conduite

de l’étude

Amélioration des

outils coupants

Problématique : amélioration de l’outillage DSM/Quadrant.

Rencontre fournisseurs non

référencés entreprise.

Rencontre fournisseurs

référencés entreprise.

Fraisa

Mitsubishi

Walter

Iscar

Treflage Etude de

faisabilité

Non applicable

dans le plastique.

Grand tourteaux.Essai en cours par une

personne DSM/Quadrant.

Pas de propositions

innovantes .

Fraise à

recouvrement +

cas école du

caisson blanc.

Essai le

25/5/01

=>

positif

Barbor Pas de propositions

innovantes.

Etat des lieux DSM/Quadrant : outil + organisation.

Proposition

évolution Process.

Organisation outils coupants (SMED).

Machine CMS : limité / rigidité tête

(technologie = transmission courroies).

Autres exemples à poursuivre.

Offre de

prix +

Etude de

rentabilité

Commande

et livraison

de l’outil

Vérification

des gains

escomptés.

Cas école :boîtier munitions.

Modification

du parcours

outil.

Pas de propositions innovantes

Etat des lieux DSM/Quadrant : Matière + Process

Augmentation des vitesses

de rotation et des avances.

Proposition évolution Outil.

Proposition évolution Organisation.

Planning général.

Nº Nom de la tâche

1 Rencontre QUADRANT

2 Rédaction plan d'action + planning

3 Etat des lieux

4 Recherche d'info usinage plastique

5 Audit du personnel DSM/QUADRANT

6 Prise de rendez-vous avec fournisseur DSM pour S14

7 Rendez-vous fournisseurs DSM

8 Analyse résultats de l'état des lieux

9 Point d'avancement avec Messieur TEXIER et GONZALES

10 Point d'avancement avec Monsieur ROUMESY

11 Proposition d'évolutions outils et process



14 Essai des nouveaux outils

15 Essai des nouveaux process

16 Depouillement + analyse des essais



19 Rédaction rapport + présentation

20 Présentation chez DSM/QUADRANT

21 Soutenance

05/03 12/03 19/03 26/03 02/04 09/04 16/04 23/04 30/04 07/05 14/05 21/05 28/05 04/06 11/06 18/06 25/06

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Les avancements et actions à suivre.

Etat d'avancement de l'étude

Remarques 25% 50% 75% 100%

Etat des lieux DSM/QUADRANT

fraisage

Matière, Process, Outil, Organisation

Rencontre fournisseur Certains fabriquants sans réponse => intéressant de les relancer.

Propositions d'évolution du processLimiter le nombre de passe + augmenter la hauteur de coupe.

Essais d'amélioration sur produits existant ( Cas du boitier à munition).

Propositions d'évolution des outilsGains de productivités : 20%.

Il reste:

- à finaliser les conditions d'achat.

- Mettre en place le nouvel outil + modifier le parcours d'outil.

Etude évolution de l'organisation Evolution de l'organisation pas dans le cahier des charges de notre projet. Cependant, développer une approche SMED.

Essai fraise d'ébauche ISCAR (cas du caisson blanc)

Avancement du

projet

Réalisé

Axe à suivre: Continuer les essais de coupe en fonction des outils et du

type d'usinage.

Conclusion.

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