Si vous vous êtes déjà tenu à côté d'une presse latérale droite lors d'un cycle d'emboutissage de métal à haute production, vous connaissez ces secousses. Cette vibration faible et grondante rend non seulement l'environnement de travail chaotique, mais elle érode également la longévité de la machine, s'use plus rapidement et peut perturber la précision des pièces au fil du temps. En tant que fournisseur de presses à côtés droits, j'ai passé des années à travailler avec des fabricants de métaux qui m'ont fait appel pour résoudre les problèmes de vibrations précis auxquels vous êtes probablement confrontés : des pièces déformées, des roulements qui brûlent trop tôt ou même une fatigue de l'opérateur due à un balancement constant. La bonne nouvelle est que les vibrations dans les presses à côté droit ne sont pas un défaut inévitable. La plupart de ces problèmes proviennent de lacunes prévisibles et réparables dans la conception, la configuration ou le fonctionnement. Dans cet article, je vais détailler la science des vibrations des presses à côté droit, partager les solutions que nous avons testées pour des centaines de clients et montrer comment un partenariat avec un fournisseur peut faire disparaître définitivement ce problème.
Tout d’abord, comprenons pourquoi les presses latérales droites vibrent plus que les autres types de presses. Contrairement aux presses à cadre à fente, qui ont un dos ouvert qui permet au cadre de se dissiper dans l'air, les presses latérales droites sont construites avec deux cadres latéraux verticaux reliés par des traverses supérieure et inférieure pour gérer un tonnage plus élevé (jusqu'à des milliers de tonnes pour le formage de métaux lourds). Ce cadre rigide est exactement ce qui les rend idéaux pour les pièces volumineuses et à enjeux élevés comme les panneaux de carrosserie automobile ou les boîtiers d'appareils électroménagers, mais c'est également un piège pour les forces d'oscillation générées pendant la course. Chaque fois que le vérin heurte la matrice, le mouvement linéaire de la manivelle ou de l'entraînement excentrique est converti en forces verticales et horizontales qui rebondissent à travers le cadre. Si ces forces ne sont pas équilibrées ou contenues, elles se transforment en vibrations que vous ressentez dans l’usine.
Toutes les presses latérales droites ne sont pas non plus construites de la même manière. Les deux modèles les plus courants sont les presses à double manivelle à côté droit et les presses excentriques à côté droit, chacune avec ses propres déclencheurs de vibrations. Les presses à double manivelle côté droit utilisent deux vilebrequins parallèles synchronisés pour déplacer le vérin de haut en bas ; leur vibration principale provient de décalages mineurs de synchronisation entre les deux manivelles, qui créent une charge inégale de chaque côté du vérin. En revanche, les presses excentriques à côté droit utilisent un seul arbre excentrique pour entraîner le vérin, de sorte que leurs vibrations proviennent souvent d'une masse déséquilibrée dans l'arbre ou de roulements mal alignés qui laissent l'excentrique « vaciller » pendant la rotation. Je ne peux pas vous dire combien de fois des fabricants équipés de presses excentriques plus anciennes nous ont appelés pour nous dire que leurs vibrations augmentaient après l'usure du roulement du moteur d'entraînement, car même un jeu infime permettait à l'excentrique de se déplacer, doublant ainsi les forces d'oscillation.
Passons maintenant aux solutions. La première étape, et souvent la plus importante, consiste à vérifier l'alignement et les fondations de la machine. C'est la partie que la plupart des opérateurs ignorent, mais c'est la cause première de 60 % des problèmes de vibrations persistants que nous constatons. Une presse latérale droite est aussi stable que sa base. Au fil du temps, les sols des usines s'affaissent, surtout si une presse est installée à proximité de forges ou de scies lourdes qui provoquent des vibrations constantes du sol. Lorsque le châssis de la presse n'est pas parfaitement de niveau, le vérin ne se déplace pas droit vers le haut et vers le bas : il s'incline légèrement, ce qui perturbe la répartition de la charge et crée une force horizontale supplémentaire qui secoue l'ensemble de la machine. Nous avons eu des clients qui pensaient que leur presse était cassée jusqu'à ce que nous la nivelions à 0,002 pouce par pied (la norme ISO pour les presses à côté droit) et que nous voyions les vibrations chuter de 30 % en un seul passage.
La conception des fondations est un autre élément clé ici. Si votre presse actuelle repose directement sur une dalle de béton sans isolation contre les vibrations, vous amplifiez essentiellement chaque force générée par la presse. Nous recommandons d'ajouter des isolateurs en élastomère ou à ressort entre la base de la presse et la fondation pour les presses de moyen tonnage, ou une base d'inertie en béton armé pour les modèles de fort tonnage (1 000+ tonnes). La base d'inertie fonctionne comme un contrepoids : sa masse annule les forces d'oscillation du vérin et de l'entraînement. Un client de l'Ohio possédait une presse excentrique latérale droite de 500 tonnes qui secouait toute sa ligne d'estampage adjacente jusqu'à ce que nous installions une base à inertie de 12 000 livres ; ils ont signalé que lors de courses à grande vitesse, les niveaux de vibrations sont passés de 0,8 g (suffisamment élevés pour déclencher les capteurs de vibrations du sol) à 0,2 g, ce qui est impossible à distinguer du bruit ambiant de l'usine.
Parlons ensuite de l’équilibrage et de la maintenance du système d’entraînement. Pour les presses à double manivelle à côté droit, le principal déclencheur de vibrations est une mauvaise synchronisation de la manivelle. Lorsque les deux vilebrequins ne sont pas parfaitement synchronisés, un côté du vérin descend de 0,001 pouce plus loin que l'autre pendant la course descendante. Cela crée une force inégale sur les cadres latéraux, qui fléchissent et vibrent lorsque le bélier rebondit. L'étalonnage de routine (nous le faisons tous les trimestres pour nos clients qui produisent 24h/24 et 7j/7) corrige ce problème. Nous utilisons des outils d'alignement laser pour vérifier la distance entre les deux manivelles en haut et en bas de la course, en ajustant les engrenages de distribution à 0,05 degrés près de synchronisation. Pour les presses excentriques à côté droit, le déséquilibre de masse dans l’arbre excentrique est le principal problème. Les presses les plus récentes sont équipées d'arbres excentriques équilibrés en usine, mais les modèles plus anciens peuvent présenter une accumulation de graisse ou une usure sur l'arbre qui perturbe l'équilibre. L'ajout d'un contrepoids boulonné sur le côté opposé de l'excentrique au vérin réduit les vibrations de rotation jusqu'à 40 %, une solution que nous avons utilisée sur des dizaines d'anciennes presses sans reconstruction complète de l'entraînement.
La configuration des matrices et des outils est un autre domaine dans lequel de petits changements font une grande différence. J'ai vu des fabricants dotés de presses parfaitement calibrées se mettre en vibration parce que leur matrice était montée de manière décentrée sur le vérin. Lorsque la presse applique une force à une matrice déséquilibrée, la charge n'est pas répartie uniformément sur la surface du vérin. Le cadre doit donc compenser, créant ainsi un balancement latéral. La solution ici est simple : utilisez toujours des pinces à matrice qui centrent la matrice à moins de 0,005 pouce de la ligne centrale du vérin et assurez-vous que le centre de gravité de la matrice s'aligne avec l'axe du vérin. Pour les opérations d'emboutissage profond, où la charge est concentrée au centre de la matrice, nous recommandons également d'ajouter des patins de support autour du périmètre de la matrice pour répartir la force sur l'ensemble du vérin. Un fabricant de pièces automobiles du Michigan a réduit ses vibrations de 25 % simplement en resserrant une matrice mal alignée qui provoquait une charge inégale depuis des mois.
Si vous envisagez de mettre à niveau ou de remplacer votre presse, choisir dès le départ la bonne conception élimine les vibrations avant qu'elles ne démarrent. Lorsque je travaille avec de nouveaux clients, je pose toujours des questions sur leurs besoins en production : tonnage, cadence, taille des pièces et temps de disponibilité souhaité. Pour les travaux d'estampage à grande vitesse et de haute précision (comme les composants électriques qui nécessitent des tolérances serrées), nous recommandons souvent une presse à double manivelle droite car son entraînement synchronisé et son cadre rigide produisent beaucoup moins de vibrations que les conceptions excentriques. Pour les tirages plus lourds et plus lents (comme la formation de panneaux de gros appareils électroménagers), une presse excentrique à côté droit avec un entraînement équilibré et une base à inertie est souvent plus rentable sans sacrifier la stabilité. Nous avons récemment aidé un atelier de pièces CVC de Pennsylvanie à remplacer son ancienne presse excentrique déséquilibrée par une presse à double manivelle droite ; ils ont signalé que la durée de vie des matrices avait doublé, que le taux de rejet de pièces avait chuté de 8 % à 1 % et que les plaintes liées à la fatigue des opérateurs avaient presque disparu.
La dernière étape, souvent négligée, est la surveillance et la maintenance. Les vibrations ne sont pas un problème soudain : elles s’accumulent avec le temps à mesure que les pièces s’usent. Si vous attendez que les vibrations soient visibles, vous avez déjà laissé les dommages s'accumuler sur les roulements, les vilebrequins et les cadres latéraux. Nous recommandons d'installer un petit système de surveillance des vibrations abordable sur les châssis latéraux et l'arbre d'entraînement de la presse. Ces capteurs suivent les niveaux de vibrations en temps réel et envoient des alertes lorsque les niveaux dépassent un seuil (généralement 0,3 g pour la plupart des presses) avant que de petits problèmes ne se transforment en pannes majeures. L'un de nos clients utilise ce système pour planifier la maintenance pendant les temps d'arrêt du week-end, afin de ne jamais avoir à interrompre une production complète pour résoudre un problème lié aux vibrations. En deux ans, ils ont réduit les temps d'arrêt imprévus de 35 % simplement en détectant rapidement les problèmes de vibrations.
En fin de compte, réduire les vibrations de la presse latérale droite ne consiste pas à jeter des pièces coûteuses sur le problème, il s'agit de comprendre la cause du tremblement et d'appliquer des correctifs ciblés et fondés sur la science. Que vous ayez une ancienne presse excentrique droite qui commence à trembler pendant le fonctionnement, ou une nouvelle presse droite à double manivelle qui perturbe la précision des pièces, les solutions sont généralement plus simples que vous ne le pensez : niveler les fondations, équilibrer l'entraînement, aligner la matrice et surveiller les changements. Si vous êtes encore en train de dépanner, cela vaut la peine de travailler avec un fournisseur qui connaît parfaitement les presses à côtés droits. Nous avons aidé les fabricants de tous les secteurs à réduire les vibrations, à prolonger la durée de vie des machines et à améliorer la qualité des pièces, et nous pouvons faire de même pour vous. Si vous êtes prêt à arrêter de faire face à ces secousses constantes et à voir ce qu'une presse correctement réglée peut faire, contactez-nous pour entamer une conversation sur vos besoins spécifiques en matière de production et sur la manière dont nous pouvons vous aider.
Références
- ISO 16092-1:2019, Machines-outils – Presses – Exigences de sécurité et vérification – Partie 1 : Exigences générales pour les presses mécaniques
- Vibrations du presseur industriel : causes, impacts et stratégies d'atténuation, Journal of Manufacturing Processes, 2021, Vol. 67, p. 452-463
- Conception de presses à côté droit et optimisation des performances, Fabricating & Metalworking Magazine, 2022, Vol. 58, n° 4, p. 28-33
