Si vous avez déjà travaillé dans le secteur manufacturier, qu'il s'agisse d'emboutir des pièces automobiles, d'assembler des composants électroniques ou de sertir des dispositifs médicaux, vous savez que le contrôle de la force de presse peut faire ou défaire une pièce. Trop peu de force et vous obtenez un sertissage lâche, un tampon mal aligné ou un produit qui échoue aux tests de qualité sur la chaîne de montage. Trop de force et vous pouvez fissurer un composant fragile, user prématurément l'outillage ou même endommager la pièce de manière irréparable. Pendant des années, les presses pneumatiques ont été la bête de somme pour bon nombre de ces applications, mais au cours de la dernière décennie, les presses servo ont pris de plus en plus de place. En tant que fournisseur de servopresses ayant parlé à des centaines de responsables de production et d'ingénieurs, je ne compte plus le nombre de fois où j'ai entendu cette question : comment ces deux technologies se comparent-elles réellement en matière de contrôle de force ? Décomposons cela avec des exemples concrets, et pas seulement avec des spécifications de manuels, car c'est ce qui compte lorsque vous achetez du matériel pour un atelier.
Tout d’abord, soyons clairs sur ce que fait réellement chaque presse en matière de force. Une presse pneumatique utilise de l'air comprimé pour faire descendre un piston, générant ainsi une force lorsque vous poussez une valve pour libérer de l'air dans le cylindre. La force dépend ici de deux choses principales : la pression de l’alimentation en air et la taille du cylindre. Si le compresseur d'air de votre atelier démarre à 90 PSI, vous obtiendrez une force définie d'un cylindre donné. Si vous avez besoin de plus ou de moins, vous devez régler le régulateur d'air, mais il s'agit d'un réglage manuel, souvent imprécis, et il change lentement. Une servo-presse, quant à elle, utilise un servomoteur couplé à une vis à billes (ou parfois un moteur linéaire) pour générer et contrôler la force. Le moteur ne se contente pas de s'allumer et de s'éteindre comme une valve pneumatique ; il se déplace avec une vitesse et une force précises et programmables, jusqu'à des fractions de Newton. C’est la principale différence, mais examinons plus en détail comment cela se joue dans le contrôle réel.
L’un des plus gros problèmes des presses pneumatiques est leur manque d’ajustement dynamique de la force. Pensez à une application courante : sertir une borne sur un fil pour la batterie d'un smartphone. La force idéale est ici de 1 200 Newtons, mais si vous sertissez dix cosses d'affilée, un frottement dans le cylindre ou une petite baisse de pression de l'air peut faire varier la force de 50, 100, voire 200 Newtons. Cela conduit à ce que certaines bornes soient trop lâches (risquant une déconnexion plus tard) et d'autres trop serrées (étirant les brins de fil jusqu'à ce qu'ils se cassent). Avec une presse pneumatique, vous pouvez définir une force cible, mais vous ne pouvez pas l'ajuster en cours de cycle. Vous êtes coincé avec une valeur de force statique qui ne reste cohérente que si tout dans votre système d'air est parfait – et dans la plupart des magasins, ce n'est pas le cas. Les compresseurs s'allument et s'éteignent, les tuyaux présentent des fuites et différents outils sur la conduite aspirent des quantités variables d'air, de sorte que la pression fluctue.
Les presses servo éliminent presque entièrement ce problème. Étant donné que la force est générée par un moteur doté d'un système de rétroaction en boucle fermée (ce qui signifie qu'il vérifie constamment sa position et sa force des milliers de fois par seconde), vous pouvez programmer un profil de force personnalisé pour chaque pièce. Disons le même sertissage de borne de batterie : vous pouvez régler la presse pour qu'elle descende à 100 mm/s jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec la borne, puis ralentir à 20 mm/s et augmenter progressivement la force de 800 à 1 200 N sur 0,2 seconde, maintenir cette force pendant 0,1 seconde pour vous assurer que le sertissage est uniforme, puis rétracter. Si vous sertissez un terminal différent pour une tablette, vous pouvez modifier ce profil en 10 secondes : aucun outil, aucun réglage de la pression d'air, aucune attente qu'un technicien vienne modifier un régulateur. C'est à ce niveau de contrôle dynamique que les servo-presses brillent, et cela change la donne pour les pièces qui nécessitent des variations précises de la force tout au long de la course.
Attendez, mais qu'en est-il de la précision de la force ? Beaucoup de gens se demandent si les presses servo sont réellement plus précises que les presses pneumatiques, et la réponse est oui, mais la différence est plus dramatique que la plupart ne le pensent. La précision de la force de presse pneumatique est généralement d'environ ±5 à 10 pour cent. Ainsi, si vous le réglez sur 1 000 N, vous pourriez obtenir entre 900 et 1 100 N dans une bonne journée. Lors d'une mauvaise journée, avec une pression atmosphérique fluctuante, celle-ci peut atteindre ± 15 ou 20 pour cent. Pour les applications de faible précision, comme l’insertion d’un simple joint en caoutchouc dans un boîtier, cela peut convenir. Mais pour les dispositifs médicaux, les composants aérospatiaux ou les pièces de moteurs automobiles, cette différence de 5 % peut signifier que la pièce ne répond pas aux normes ISO ou SAE. La précision de la force d'une servopresse est généralement de ±0,5 à 1 pour cent. Cela signifie que si vous le réglez sur 1 000 N, vous obtenez entre 995 et 1 005 N à chaque coup. Pas de conjecture, pas de variation, ce qui signifie que moins de pièces sont rejetées lors des contrôles de qualité et moins de pièces sont envoyées comme défectueuses.
Bien entendu, le contrôle de la force n’est pas seulement une question de précision : c’est aussi une question de répétabilité. Si vous produisez 10 000 pièces par jour, vous ne voulez pas que la première pièce ait 1 000 N et la 10 000ème une pression de 900 N. Les presses pneumatiques ont ici des difficultés à cause de la compression de l'air et de l'usure des cylindres. Au fil du temps, les joints du cylindre s'usent, ce qui entraîne des fuites, il faut donc augmenter la pression de l'air pour obtenir la même force. Il s'agit d'une lente dérive qui peut passer inaperçue pendant des semaines, conduisant à tout un lot de pièces défectueuses. Des presses à servomoteurs ? Leur moteur et leur mécanisme à vis s'usent très peu, et le système de rétroaction en boucle fermée détecte toute dérive avant qu'elle ne devienne un problème. Nous avons eu des clients qui produisent 24h/24 et 7j/7 de bagues de suspension automobile avec notre servopresse H-Frame (lien : /servo-press/h-frame-servo-press.html) qui signalent une variation de force inférieure à 0,3 % sur 100 000 cycles. C'est une répétabilité que vous ne pouvez tout simplement pas obtenir avec la technologie pneumatique.
Mais soyons honnêtes : les presses pneumatiques ne sont pas obsolètes. Il existe encore des applications dans lesquelles ils ont du sens, et leur contrôle de force est « assez bon ». Par exemple, si vous estampez un support métallique décoratif pour lequel la force exacte n'a pas d'importance tant qu'elle est suffisante pour couper le métal, une presse pneumatique est bon marché, rapide et facile à installer. Le problème survient lorsque vous avez besoin d’un niveau de contrôle supérieur. Prenons une autre application courante : l'insertion de roulements dans un carter de boîte de vitesses. Si vous insérez un roulement avec trop peu de force, il vibrera et provoquera du bruit dans la boîte de vitesses finie. Trop de force entraînera une déformation de la bague intérieure du roulement, entraînant une défaillance prématurée du roulement. Avec une presse pneumatique, vous devez soit tester les pièces individuellement, soit accepter une variation de 10 %. Avec une presse servo, vous pouvez définir un seuil de force minimum : si la presse n'atteint pas cette force lors de l'insertion, elle s'arrête et vous avertit d'une pièce défectueuse. Vous pouvez également définir un seuil de force maximale : s'il dépasse ce seuil, il s'arrête également, afin de ne pas endommager le roulement. Il s'agit d'un contrôle qualité en cours de processus, et pas seulement d'une inspection post-traitement, qui permet d'économiser d'énormes quantités de temps et d'argent.
Un autre point clé est le contrôle de la force à travers différentes positions de course. Les presses pneumatiques appliquent une force d'un seul coup lorsque le piston touche la pièce à usiner : il n'y a aucun contrôle sur la manière dont la force se développe tout au long de la course. Si vous travaillez avec une pièce fragile en haut et en bas, comme un isolant en céramique, appliquer immédiatement toute la force peut la fissurer. Les servopresses vous permettent de contrôler la force à chaque point de la course. Pour cet isolant en céramique, vous pouvez régler la presse pour qu'elle applique une force de 20 % pendant les 5 premiers mm de course (pour établir un contact doux), puis augmenter jusqu'à 100 % de force sur les 3 mm suivants, puis maintenir la pression pendant 0,5 seconde avant de se rétracter. Cette application de force douce et échelonnée élimine le choc qui fissure la céramique, ce que vous ne pourrez jamais faire avec une presse pneumatique. Nous avons récemment travaillé avec une entreprise de dispositifs médicaux qui fabrique des composants de stimulateurs cardiaques : elle utilisait des presses pneumatiques et présentait un taux de défauts de 3 % dus à des isolateurs en céramique fissurés. Ils ont opté pour notre servopresse C-Frame (lien : /servo-press/c-frame-servo-press.html) et ont réduit ce taux de défauts à moins de 0,1 %. Il ne s’agit pas d’une amélioration mineure : c’est la différence entre satisfaire aux exigences réglementaires et y échouer.
Maintenant, je sais ce que certains d’entre vous pensent : les presses servo sont plus chères, n’est-ce pas ? Oui, le coût initial est plus élevé qu'une presse pneumatique, mais si l'on prend en compte les économies réalisées grâce à la réduction des rebuts, à la réduction des temps d'arrêt et à la réduction de l'usure des outils, elles sont rapidement rentabilisées. Une presse pneumatique peut coûter entre 5 000 et 10 000 dollars, tandis qu'une presse servo comparable coûte entre 15 000 et 30 000 dollars. Mais si vous produisez 100 000 pièces par mois, les rebuts issus des variations de presses pneumatiques peuvent représenter des dizaines de milliers de dollars par an. De plus, les outils pour presses pneumatiques sont mis à rude épreuve en raison de la force soudaine. Un outillage qui dure un an sur une presse servo peut ne durer que trois mois sur une presse pneumatique, en raison des charges de choc. Au fil du temps, la presse servo devient l’option la moins chère, même si le coût initial est plus élevé.
Parlons également de flexibilité, qui est directement liée au contrôle des forces. Si votre ligne de production fabrique plusieurs pièces, vous ne voulez pas avoir à reconfigurer une presse pneumatique à chaque changement. Le réglage de la pression d'air, le changement des cylindres et la réinitialisation des arrêts prennent du temps, peut-être 30 minutes à une heure par changement. Avec une servopresse, vous pouvez enregistrer 50 ou 100 profils de force et de position différents dans le système de commande. Passer d’une pièce à l’autre est aussi simple que de saisir un numéro de pièce sur l’écran tactile, et la presse est prête à fonctionner en 10 secondes. Il s’agit d’un énorme gain pour une production à faible volume et à forte mixité, qui devient de plus en plus courante à mesure que les clients exigent des produits plus personnalisés.
Bien sûr, il y a encore des moments où les presses pneumatiques constituent le meilleur choix. Si vous avez une application simple et à grand volume où le contrôle de la force doit simplement être « assez bon » et où le coût initial est la principale préoccupation, une presse pneumatique fera très bien l’affaire. Mais si vous travaillez avec des pièces de précision, si vous avez besoin d'un contrôle qualité en cours de processus ou si vous souhaitez réduire les rebuts et les temps d'arrêt, les servopresses sont clairement supérieures en matière de contrôle de force.
En fin de compte, la question n’est pas « qu’est-ce qui est le meilleur ? » Il s'agit de « de quoi votre application a-t-elle besoin ? » Si vous en avez assez de mettre des pièces au rebut en raison d'une force incohérente, de passer des heures à tester et à retravailler ou de faire face aux limites de la technologie pneumatique, une presse servo pourrait être exactement ce dont vous avez besoin. En tant que fournisseur, nous ne proposons pas de presses servo pour chaque tâche : nous travaillons avec nos clients pour évaluer leurs besoins et trouver la bonne solution. Mais nous avons pu constater par nous-mêmes à quel point un contrôle adéquat de la force peut faire une différence pour les lignes de production, la qualité et les résultats financiers.
Si vous êtes prêt à en savoir plus sur la manière dont une servopresse peut améliorer votre contrôle de force, ou si vous souhaitez voir nos modèles H-Frame ou C-Frame en action, n'hésitez pas à contacter notre équipe pour une consultation. Nous pouvons vous aider à évaluer votre processus actuel, à effectuer des tests sur vos pièces et à trouver la presse parfaite pour vos besoins spécifiques. Qu'il s'agisse de sertir des cosses, d'insérer des roulements ou d'emboutir des composants aérospatiaux, nous avons l'expertise pour vous guider.
Références
- Société des ingénieurs de fabrication. (2021).Contrôle de la force dans les presses de fabrication : une analyse comparative. Presse PME.
- VDI 3841. (2020).Systèmes de servopresse : mesures de performances pour le contrôle de force et de position. Association des ingénieurs allemands.
- Bosch Rexroth. (2022).Presses pneumatiques ou servopresses : précision du contrôle de force dans les applications industrielles. Rapport technique.
