Combinez soudage et usinage grâce au changeur automatique d’outil
Chaque seconde compte sur une ligne de production. Et dans cette gestion du temps, le travail d’une pièce est rarement le plus déterminant. Non, ce qui grève l’efficacité de l’usinage c’est le changement d’outils. Les équipes Stirweld se sont attaquées au problème et ont développé une solution totalement automatique. Le changement entre l’outil d’usinage et celui de soudage FSW se fait en moins d’une minute, sans intervention humaine.
Comment ? Pour aller vite lors du changement d’étape, les ingénieurs rennais de Stirweld ont eu l’idée d’un système d’usinage à clipser sur la tête de soudage. « On appelle cela assez simplement un « changeur d’outil » », précise Laurent Dubourg, docteur en ingénierie et cofondateur de l’entreprise. « Le mécanisme est rangé sur le côté du banc de fabrication et, lorsque l’usinage est nécessaire, la tête de soudage prend cet outil pour changer de fonction ».
Soudage et usinage : les points clés
Le soudage par friction malaxage est compatible avec les pièces allant de quelques centimètres à plusieurs mètres. La pièce doit être à plat (en 2 dimensions), ou circulaire (2 dimensions et demie).
Un soudage rapide à la vitesse de 1,5 mètres par minute.
La tête de soudage FSW peut être montée sur toutes machines-outils à commande numérique (MOCN).
Le passage du soudage à l’usinage est fait en moins d’une minute.
Le processus est totalement automatique.
La lubrification est assurée par un mélange huile/eau en circuit fermé.
Les consommables de la tête de soudage tiennent une utilisation en continu pendant 2000 mètres.
Cette automatisation permet au soudage par friction malaxage d’être compétitif dans de nombreux secteurs. Dans l’aéronautique et l’automobile par exemple, l’arrivée de cette soudure standardisée divise par deux voire par trois le coût de production des plaques froides. Ces pièces d’aluminium renfermant un échangeur thermique ont en effet besoin d’un usinage après leurs soudures.
Habituellement, il faut convoyer la pièce en cours de fabrication depuis la zone de soudage vers la zone d’usinage. En rassemblant les deux travaux sur la même machine, les industriels gagnent sur plusieurs tableaux. Ils économisent le déplacement de la pièce mais aussi le besoin d’une deuxième machine.
Le soudage par friction malaxage : la réponse aux besoins de l’industrie automobile
Gagner du temps sur l’usinage après soudage permet d’améliorer le temps de cycle. Un avantage particulièrement important pour l’assemblage de plaques froides indispensables au refroidissement des véhicules électriques et hybrides. On les retrouve en effet dans l’ensemble des gammes de véhicules électriques actuelles.
Ces échangeurs thermiques en aluminium sont remplis d’une eau glycolée. Cette plaque froide est pour l’instant la seule technique à même d’absorber efficacement, et à moindre coût, le trop plein de chaleur généré par les cellules électriques.
Sa fonction est essentielle : elle doit protéger la batterie d’un emballement thermique qui endommagerait les cellules électriques. Elle permet également d’éviter le risque d’embrasement de la batterie.
En permettant une standardisation du soudage d’une pièce cruciale de la mobilité électrique, les ingénieurs Stirweld démontrent que ce gain d’efficacité peut être reproduit sur d’autres pièces nécessitant une soudure précise. Dans l’industrie automobile, bien sûr, mais pas uniquement.
Un gain d’efficacité déjà quantifié dans l’aérospatiale et l’automobile
« L’un de nos clients, dans le secteur aéronautique, fabrique 600 plaques froides chaque année », révèle Laurent Dubourg. « En utilisant notre système de changeur d’outil automatique sur la tête de soudage Stirweld, on est en mesure de produire ces plaques froides en seulement deux jours. On remise ensuite la tête de soudage et le changeur d’outil sur une étagère, et on peut utiliser sa machine d’usinage pour d’autres opérations. Notre changeur automatique d’outil pour tête de soudage FSW rend l’usine plus versatile, plus adaptive, pour un coût très raisonnable puisque la machine, elle, reste la même. Ce soudage par friction malaxage en série à déjà permis de diviser le coût de fabrication par trois. En ajoutant l’usinage sur la même machine, nous estimons que cela divisera encore le coût par deux ». En quelques années, la réduction du coût de fabrication est de 85%. Le tout, sans changer de machine.
Le soudage par friction malaxage, qu’est-ce que c’est ?
Friction Stir Welding (FSW), ou soudage par friction malaxage en français, est une méthode de soudage qui n’a pas besoin d’atteindre le point de fusion des matériaux. Elle a été inventée en 1991 par Wayne Thomas du Welding Institute, au Royaume-Uni. « C’est le contact de la fraise sur le métal qui va ramollir le matériau et mélanger les pièces entre elles », explique Valentin Pecqueur, ingénieur IWE et Responsable du prototyping/Pôle Process chez Stirweld. « C’est totalement contre-intuitif et c’est ce qui rend cette technologie aussi géniale. En fait, la friction fait monter la température à 80% du point de fusion. A cette température, la matière devient comme de la pâte à modeler, ce qui permet de la mélanger ». Et pas d’emballement à prévoir : l’opération ne peut pas atteindre le point de fusion. « Lorsque l’on approche de la température de fusion, le matériau devient de plus en plus malléable et l’outil FSW peut progresser et ainsi créer le cordon de soudure ». Sans frottement, le matériau redescend immédiatement en température.
Les avantages d’une soudure FSW répétable, adaptable et à basse température
Ce gain d’efficacité (et donc de ROI – Retour sur investissement), repose sur trois avantages au cœur de la stratégie de Stirweld.
Le premier avantage, c’est la répétabilité offerte par le procédé de soudure par friction malaxage. Cette technique, inventée en 1991 par Wayne Thomas du Welding Institute au Royaume-Uni, peut être mise en œuvre au moyen d’une machine-outil équipée d’une tête FSW Stirweld. La répétabilité du processus permet d’améliorer la production standardisée de série. Pour donner un ordre de grandeur, seules quelques pièces sont mises au rebut lors d’une production d’un million. C’est bien simple : cela change tout ! La production de masse prend une nouvelle mesure.
Le deuxième avantage du soudage par friction malaxage vient de la technique elle-même : pas besoin d’atteindre le point de fusion des métaux travaillés. Pour l’aluminium, par exemple, à 80% de la température de fusion, le matériau devient aussi malléable que de la pâte à modeler, ce qui permet la soudure. L’intérêt ? Une jonction plus résistante car sans défaut.
Troisième avantage : l’adaptabilité. La tête FSW permet de souder à partir de machines-outils à commande numérique (MOCN) existantes, qu’il s’agisse d’une machine 3, 4 ou 5 axes. La tête de soudage par friction malaxage de Stirweld apport au centre d’usinage les fonctions nécessaires pour le soudage FSW : contrôle et enregistrement de la force, refroidissement, protection de la broche contre les vibrations.
Malgré l’absence de standard au niveau des centres d’usinage, la tête FSW de Stirweld peut s’adapter à l’ensemble des MOCN. L’offre de cet équipement permet de baisser drastiquement le coût d’investissement d’une machine FSW tout en proposant des performances identiques à une machine spéciale de soudage par friction malaxage.
Gain de ROI par rapport à une soudure à ARC suivie d’une opération d’usinage :
Standardisation et automatisation du process,
Soudure lisse et limitation de l’usinage,
Tête de soudage FSW adaptable et démontable.
Comment intégrer la tête de soudage par friction malaxage et son équipement d’usinage ?
Changer un processus de fabrication n’est pas une mince à faire. « Cela peut faire peur », renchérit Gilles Sevestre, CTO Stirweld et co-fondateur. « Nous sommes conscients de cela et nous avons mis en place un accompagnement au changement. Nous réalisons le développement du produit fini chez nous, sur une chaîne pilote, afin de vérifier que tout fonctionnera sans accroc chez nos clients. Le but : intégrer les outils de soudage et d’usinage sans aucun arrêt de production ».
Envie d’en savoir plus sur l’intégration d’une tête de soudage FSW à votre centre d’usinage, consultez notre article.
Que ce soit pour l’automobile ou l’aérospatiale, l’étude industrielle comprend :
En plus de cette réflexion sur l’optimisation la chaîne de production, Stirweld propose également des formations au soudage par friction malaxage. Un usineur peut se former rapidement au soudage FSW et à l’utilisation du changeur d’outil. Cette formation peut se dérouler en présentiel ou à distance. Plusieurs webinars sont proposés par Stirweld pour se former au FSW :
Soudage par friction malaxage : tout ce que vous devez savoir sur le soudage de l’aluminium
Management thermique : plaque froide usinée et FSW
Soudage par friction malaxage : viabilité et rentabilité pour le soudage de l’aluminium
Management thermique : l’avantage du soudage par friction malaxage pour les plaques froides
FSW : un cost-killer pour l’industrie aéronautique
FSW : une technologie innovante de soudage de l’aluminium
Soudage par friction malaxage : soudage de plaque froide en fonderie d’aluminium pour l’e-mobilité
En 2021, Stirweld a formé 453 personnes à la technologie du soudage par friction malaxage à travers le monde.
Notre expertise
L’équipe Stirweld, experte dans le domaine du soudage par friction malaxage, vous accompagne dans la définition de vos paramètres de soudage, dans le choix de votre outil et dans la conception de votre outillage.
Quel risque pour l’opérateur de la machine ?
Une analyse de risque a été menée sur la tête FSW Stirweld et cette dernière est certifiée CE : prise en compte des exigences européennes en matière de santé, sécurité, rendement et protection de l’environnement.
Quel risque pour une machine ?
Intégrer une tête FSW sur une machine existante n’a pas plus d’incidence que l’ajout d’un renvoi d’angle. Autrement dit : il n’y a pas de modification de fond de la machine. La garantie du constructeur n’est donc pas impactée. La tête FSW a été montée à ce jour sur plus de 25 modèles de machines.
En résumé monter une tête FSW accompagnée de son changeur d’outil sur une machine-outil à commande numérique c’est simple, sécurisé et fiable. En effet, avec ses différents systèmes (accouplement à griffe, refroidissement de l’outil et de la tête, roulements, capteur de force), la tête FSW Stirweld et son changeur d’outils sont sûrs pour l’opérateur et sécurisent les équipements.
En plus de cela, intégrer une tête FSW et son changeur d’outil à un parc machine permet :
D’augmenter la flexibilité du parc machine,
D’enregistrer la force de soudage pour assurer le contrôle qualité de la soudure,
D’enregistrer les paramètres de soudage pour un contrôle qualité efficace des pièces,
De passer du soudage à l’usinage sans démonter la tête et de manière automatique.
