En fait, cette pièce ne donne pas du tout l’impression d’être réalisée en tôle. Certains profils présentent une série d'encoches ou de rainures qui donnent l'impression que la pièce a été forgée à chaud ou extrudée, mais ce n'est pas le cas. Il s'agit d'un profilé fabriqué à l'aide d'un procédé de formage à froid sur une machine de profilage, une technologie que les entreprises européennes de Welser Profile ont perfectionnée et brevetée aux États-Unis et dans d'autres pays. Il a déposé son premier brevet en 2007.
"Welser détient des brevets pour l'épaississement, l'amincissement et le formage à froid des rainures des profilés", a déclaré Johnson. « Ce n'est pas de l'usinage, ce n'est pas du thermoformage. Très peu de gens aux États-Unis le font, ou même essayent. »
Le profilage étant une technologie très mature, beaucoup ne s’attendent pas à voir des surprises dans ce domaine. Chez FABTECH®, les gens sourient et secouent la tête lorsqu'ils voient des lasers à fibre extrêmement puissants coupant à une vitesse vertigineuse ou des systèmes de pliage automatisés corrigeant les inadéquations des matériaux. Avec toutes les avancées réalisées ces dernières années dans ces technologies de fabrication, ils s’attendaient à une agréable surprise. Ils ne s'attendaient pas à ce que le profilage les surprenne. Mais, comme le suggère la déclaration des ingénieurs « montrez-moi des fleurs », le profilage dépasse toujours les attentes.
En 2018, Welser est entré sur le marché américain avec l'acquisition de Superior Roll Forming à Valley City, Ohio. Johnson a déclaré que cette décision est stratégique, non seulement pour étendre la présence de Welser en Amérique du Nord, mais aussi parce que Superior Roll Forming partage bon nombre des visions culturelles et stratégiques de Welser.
Les deux sociétés visent à conquérir des domaines spécialisés du marché du laminage à froid avec peu de concurrents. Les deux organisations s'efforcent également de répondre aux besoins de l'industrie en matière de légèreté. Les pièces doivent faire plus, être plus solides et peser moins.
Superior se concentre sur le secteur automobile ; Alors que les deux sociétés servent un large éventail de clients, Welser se concentre sur d'autres secteurs tels que la construction, l'agriculture, l'énergie solaire et les étagères. Dans l'industrie automobile, la légèreté s'est toujours concentrée sur des matériaux à haute résistance, ce qui constitue également un avantage de Superior. La géométrie relativement simple d'un profilé plié passe inaperçue jusqu'à ce que les ingénieurs voient la résistance du matériau plié. Les ingénieurs supérieurs développent souvent des programmes de pièces utilisant des matériaux ayant une résistance à la traction de 1 400, voire 1 700 MPa. Cela représente près de 250 KSI. En Europe, les ingénieurs de Welser Profile ont également abordé le problème de la légèreté, mais en plus d'utiliser des matériaux à haute résistance, ils l'ont également abordé avec un moulage complexe.
Le procédé breveté de formage à froid de Welser Profile convient aux matériaux à faible résistance, mais la géométrie créée par la profileuse contribue à réduire le poids de l'ensemble. La géométrie peut permettre au profil de remplir plusieurs fonctions tout en réduisant le nombre de pièces (sans parler de l'argent dépensé en production). Par exemple, les rainures profilées peuvent créer des connexions imbriquées qui éliminent les soudures ou les fixations. Ou bien la forme du profilé peut rendre l'ensemble de la structure plus rigide. Peut-être plus important encore, Welser peut créer des profils plus épais à certains endroits et plus fins à d’autres, offrant ainsi une résistance là où cela est nécessaire tout en réduisant le poids global.
Les ingénieurs et concepteurs de façonnage traditionnels suivent une règle de transformation qui dure depuis une décennie : éviter les petits rayons, les branches courtes, les coudes à 90 degrés, les géométries internes profondes, etc. "Bien sûr, nous avons toujours eu des années 90 difficiles", a déclaré Johnson.
Le profil ressemble à une extrusion, mais il est en réalité formé à froid par Welser Profile.
Bien entendu, les ingénieurs exigent que les machines de profilage enfreignent ces règles de fabricabilité, et c'est là que les capacités d'outillage et d'ingénierie de l'atelier de laminage entrent en jeu. Plus les ingénieurs peuvent faire progresser le processus (en formant des géométries internes plus denses à 90 degrés et plus profondes) tout en minimisant les coûts d'outils et la variabilité du processus, plus une machine de profilage sera compétitive.
Mais comme l'explique Johnson, le formage à froid dans un laminoir est bien plus que cela. Ce processus vous permet d'obtenir des profils de pièces que la plupart des ingénieurs n'envisageraient même pas d'utiliser le profilage. « Imaginez une bande de tôle qui a subi le processus de laminage, d'une épaisseur d'environ 0,100 pouce. Nous pouvons réaliser une rainure en T en bas au centre de ce profil. doit être laminé à chaud ou usiné en fonction des tolérances et d'autres exigences des pièces, mais nous pouvons facilement rouler cette géométrie.
Les détails du processus sont la propriété de l’entreprise et Welser ne divulgue pas le motif floral. Mais Johnson expose la justification de plusieurs processus.
Considérons d'abord l'opération de gaufrage sur presse à emboutir. «Lorsque vous compressez, vous étirez ou compressez également. Vous étirez donc le matériau et le déplacez vers différentes zones de l'outil [surface], tout comme vous remplissez les rayons d'un outil. Mais [dans le profilage], ce processus de formage à froid] est comme le remplissage de rayons sous stéroïdes.
Le travail à froid renforce le matériau dans certaines zones, ce qui peut être conçu à l'avantage du concepteur. Cependant, la machine à profiler doit également prendre en compte ces changements dans les propriétés des matériaux. « Vous pouvez constater une augmentation significative des performances, parfois jusqu'à 30 % », explique Johnson, ajoutant que cette augmentation devrait être intégrée à l'application dès le début.
Cependant, le formage à froid du Welser Profile peut impliquer des opérations supplémentaires telles que la couture et le soudage. Comme pour le profilage conventionnel, le perçage peut être effectué avant, pendant ou après le profilage, mais les outils utilisés doivent tenir compte des effets de l'écrouissage tout au long du processus.
Le matériau formé à froid dans l'usine européenne de Welser Profile est loin d'être aussi résistant que le matériau laminé à haute résistance dans son usine de Superior, dans l'Ohio. Selon l'application, l'entreprise peut produire des matériaux de formage à froid à des pressions allant jusqu'à 450 MPa. Mais il ne s’agit pas seulement de choisir un matériau présentant une certaine résistance à la traction.
« Vous ne pouvez pas faire cela avec des matériaux à haute résistance et faiblement alliés », a déclaré Johnson, ajoutant : « Nous aimons souvent utiliser des matériaux micro-alliés, qui aident à prévenir la casse. Évidemment, le choix des matériaux est un élément important.
Pour illustrer les bases du processus, Johnson décrit la conception du tube télescopique. Un tube est inséré dans l'autre et ne peut pas tourner, de sorte que chaque tube possède une rainure nervurée à un endroit spécifique autour de la circonférence. Ce ne sont pas seulement des raidisseurs avec des rayons, ils provoquent un certain jeu de rotation lorsqu'un tube entre dans un autre. Ces tubes à tolérance serrée doivent être insérés avec précision et rétractés en douceur avec peu de jeu de rotation. De plus, le diamètre extérieur du tuyau extérieur doit être exactement le même, sans saillies de coffrage sur le diamètre intérieur. A cet effet, ces tubes comportent de véritables rainures qui, à première vue, semblent extrudées, mais ce n'est pas le cas. Ils sont produits par formage à froid sur des profileuses.
Pour former des rainures, l'outil de laminage amincit le matériau à des points spécifiques le long de la circonférence du tuyau. Les ingénieurs ont conçu le processus de manière à pouvoir prédire avec précision le flux de matériau depuis ces rainures « fines » vers le reste de la circonférence du tuyau. Le flux de matière doit être contrôlé avec précision pour garantir une épaisseur de paroi de tuyau constante entre ces rainures. Si l’épaisseur de la paroi du tuyau n’est pas constante, les composants ne s’emboîteront pas correctement.
Le processus de formage à froid dans les usines européennes de profilage de Welser Profile permet de rendre certaines pièces plus fines, d'autres plus épaisses et de placer les rainures à d'autres endroits.
Encore une fois, un ingénieur examine une pièce et peut penser qu'il s'agit d'une extrusion ou d'un forgeage à chaud, et c'est un problème avec toute technologie de fabrication qui défie les idées reçues. De nombreux ingénieurs n’ont pas envisagé de développer une telle pièce, estimant qu’elle serait trop coûteuse, voire impossible à fabriquer. De cette manière, Johnson et son équipe font connaître non seulement les capacités du processus, mais également les avantages d'impliquer les ingénieurs de Welser Profile dans le profilage dès le début du processus de conception.
Les ingénieurs de conception et de laminage travaillent ensemble sur la sélection des matériaux, en sélectionnant stratégiquement l'épaisseur et en améliorant la structure du grain, en partie grâce à l'outillage, et exactement là où le formage à froid (c'est-à-dire l'épaississement et l'amincissement) se produit dans la formation des fleurs. profil complet. Il s'agit d'une tâche bien plus complexe que la simple connexion des parties modulaires d'un outil roulant (le profil Welser utilise presque exclusivement des outils modulaires).
Avec plus de 2 500 employés et plus de 90 lignes de profilage, Welser est l'une des plus grandes entreprises familiales de profilage au monde, avec une main-d'œuvre importante dédiée aux outils et aux ingénieurs utilisant les mêmes outils que ceux utilisés jusqu'à présent. depuis de nombreuses années Bibliothèque Die. Profilage de plus de 22 500 profils différents.
« Nous avons actuellement plus de 700 000 outils à rouleaux [modulaires] en stock », a déclaré Johnson.
« Les constructeurs de l'usine ne savaient pas pourquoi nous demandions certaines spécifications, mais ils répondaient à nos exigences », a déclaré Johnson, ajoutant que ces « ajustements inhabituels » à l'usine ont aidé Welser à améliorer son processus de formage à froid.
Alors, depuis combien de temps Welzer est-il dans le secteur de l’acier ? Johnson sourit. "Oh, presque toujours." Il ne plaisantait qu’à moitié. La fondation de l'entreprise remonte à 1664. « Honnêtement, l'entreprise est active dans le secteur de l'acier. L’entreprise a commencé comme une fonderie, a commencé à rouler et à former à la fin des années 1950 et n’a cessé de croître depuis. »
La famille Welser dirige l'entreprise depuis 11 générations. "Le directeur général est Thomas Welser", a déclaré Johnson. "Son grand-père a lancé une entreprise de profilage et son père était en fait un entrepreneur qui a élargi la taille et la portée de l'entreprise." Aujourd’hui, le revenu annuel mondial dépasse 700 millions de dollars.
Johnson poursuit : « Pendant que le père de Thomas bâtissait l'entreprise en Europe, Thomas s'intéressait vraiment aux ventes internationales et au développement commercial. Il a le sentiment que c'est sa génération et qu'il est temps pour lui de mondialiser l'entreprise.
L'acquisition de Superior faisait partie de cette stratégie, l'autre partie étant l'introduction de la technologie du laminage à froid aux États-Unis. Au moment de la rédaction de cet article, le processus de formage à froid a lieu dans les installations européennes de Welser Profile, d'où l'entreprise exporte ses produits vers les marchés mondiaux. Aucun projet visant à introduire la technologie aux États-Unis n’a été annoncé, du moins pas encore. Johnson a déclaré que, comme tout le reste, le laminoir prévoit d'augmenter sa capacité en fonction de la demande.
Le motif floral du profil de rouleau traditionnel montre les étapes de formation du matériau lors de son passage dans la station de laminage. Étant donné que les détails du processus de formage à froid de Welser Profile sont exclusifs, il ne produit pas de motifs floraux.
Welser Profile et sa filiale Superior proposent du profilage traditionnel, mais toutes deux se spécialisent dans des domaines où aucune spécification n'est requise. Pour Superior, il s'agit d'un matériau à haute résistance, pour Welser Profile, le moulage est une forme complexe qui, dans de nombreux cas, ne rivalise pas avec d'autres machines à rouler, mais avec des extrudeuses et autres équipements de production spéciaux.
En fait, Johnson a déclaré que son équipe poursuivait une stratégie d'extrudeuse d'aluminium. « Au début des années 1980, les entreprises d'aluminium sont arrivées sur le marché et ont déclaré : « Si vous pouvez en rêver, nous pouvons l'éliminer. » Ils étaient très doués pour donner des options aux ingénieurs. Si vous pouvez simplement en rêver, vous payez une somme modique pour l'outillage. Nous pouvons le produire moyennant des frais. Cela libère les ingénieurs car ils peuvent littéralement dessiner n'importe quoi. Nous faisons maintenant quelque chose de similaire – mais maintenant avec le profilage.
Tim Heston est rédacteur en chef du magazine FABRICATOR et travaille dans l'industrie de la fabrication métallique depuis 1998, commençant sa carrière au sein du magazine Welding de l'American Welding Society. Depuis, il s'occupe de l'ensemble du processus de fabrication du métal, depuis l'emboutissage, le pliage et la découpe jusqu'au meulage et au polissage. A rejoint The FABRICATOR en octobre 2007.
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Heure de publication : 22 août 2023