Préformes d'usinage : forgeage à chaud, extrusion à froid, frappe à froid, fonderie ou barre

Pourquoi la préforme détermine le coût de la pièce

Le coût d'usinage est dominé par le volume de matière enlevée et le nombre de montages, pas par le prix de la matière première. Une préforme à cotes proches agit sur les deux : moins de matière à couper signifie des temps de cycle plus courts, moins d'outils consommés et moins de déchets à évacuer ; et une préforme qui intègre déjà le bossage, l'âme ou la bride peut supprimer une opération complète de la gamme. La contrepartie, ce sont l'outillage et la quantité minimale de commande, car une matrice de forgeage, un poinçon d'extrusion ou un outil de frittage ne sont rentables qu'au-delà d'un certain volume annuel. En dessous de ce volume, la barre est moins chère, même avec les copeaux en plus. L'intérêt d'examiner la préforme au stade DFM est de déterminer de quel côté de cette ligne se situe la pièce pendant que le plan peut encore être modifié.

Les préformes, et dans quels cas chacune s'impose

• Flan estampé — réalisé en interne. Le découpage, le poinçonnage et le formage sont réalisés sur les presses de Balford de 25 t à 350 t, puis le flan est usiné dans la même usine. Une seule revue couvre les deux étapes et il n'y a pas de transfert entre fournisseurs, ce qui en fait la voie la plus courte pour un profil plat ou légèrement formé comportant une caractéristique usinée.
• Barre ronde. La solution par défaut pour les pièces de révolution à faible et moyen volume : pas d'outillage, pas de minimum de commande, tout diamètre accepté par les embarreurs. Son coût réside dans les copeaux ; une pièce usinée dans la barre qui enlève la majeure partie de la matière est donc le premier candidat à une ébauche à cotes proches.
• Tube en acier. Choisi lorsque l'alésage est déjà un trou — manchons, entretoises, douilles et boîtiers conservent le diamètre intérieur tel qu'acheté et ne finissent que les surfaces fonctionnelles. L'épaisseur de paroi et la concentricité du tube font partie de la revue de plan.
• Forgeage à chaud — un lopin est chauffé jusqu'à incandescence et forgé dans une matrice. Le fibrage suit le contour de la pièce, ce qui lui donne de la résistance dans les directions qui supportent la charge ; cette méthode convient aux pièces avec un bossage, un levier ou un œil forgés qu'il serait coûteux d'usiner dans la masse. Les tolérances brutes de forgeage sont larges comparées à l'usinage, donc les pièces forgées sont normalement usinées de finition sur les surfaces fonctionnelles.
• Extrusion à froid — le lopin est mis en forme à température ambiante. La précision dimensionnelle et l'état de surface obtenus sont bien plus proches du fini qu'avec le formage à chaud, le taux d'utilisation de la matière est élevé, et l'écrouissage augmente la limite d'élasticité en surface. Cette méthode convient aux pièces symétriques : manchons, coupelles, douilles et boîtiers.
• Frappe à froid — un fil est refoulé pour former une tête ou un épaulement à température ambiante. C'est rapide, cela ne produit presque pas de déchets, et c'est la voie standard pour les éléments de fixation, les goupilles, les rivets et les bornes à épaulement. La limite est la forme : la frappe à froid valorise bien la matière lorsque la pièce est essentiellement un corps avec une extrémité élargie.
• Fonderie — fonderie sable, fonderie à la cire perdue ou fonderie sous pression. La fonderie est la seule voie qui produit économiquement des cavités internes complexes, et la fonderie sable n'engage presque aucun coût d'outillage, ce qui en fait la solution adaptée aux pièces unitaires et aux petites séries. En contrepartie, les tolérances sont plus larges que pour les autres voies, et la porosité doit être maîtrisée et contrôlée, et non simplement supposée absente.
• Métallurgie des poudres — la poudre métallique est compactée dans une matrice puis frittée. Cette méthode est proche des cotes finales pour les petites pièces complexes de grande série et peut générer volontairement une porosité maîtrisée, ce qui explique sa prédominance pour les paliers autolubrifiants et certains composants magnétiques. Les limites sont la taille de la pièce, son épaisseur et sa résistance aux chocs, et le coût de l'outillage ne se justifie qu'à partir d'un certain volume.

Lesquels de ces procédés Balford réalise-t-elle, et lesquels sont sous-traités ?

Balford usine en interne et réalise aussi l'emboutissage et l'emboutissage profond en interne. Les flans emboutis sont produits sur nos propres presses ; ainsi, pour cette voie, le flan et l'usinage sont chez un seul fournisseur. Les barres rondes et les tubes acier sont achetés comme matière. Les ébauches quasi nettes que nous ne fabriquons pas sont achetées auprès de sous-traitants qualifiés : forgeage à chaud, extrusion à froid, refoulement à froid, pièces coulées et métallurgie des poudres. Cette répartition est indiquée volontairement, car la chaîne d'approvisionnement des préformes fait partie de la gamme de fabrication que le client valide, et un fournisseur qui ne décrit que les opérations qu'il réalise lui-même ne décrit que la moitié d'une pièce. Balford n'est ni une forge, ni une fonderie, ni une usine de métallurgie des poudres, et cette page ne prétend pas le contraire. La liste de fournisseurs pour ces préformes est en cours d'extension ; la gamme chiffrée pour une pièce indique la préforme utilisée.

Chaque sous-traitant est engagé par écrit à des clauses de confidentialité au moins aussi strictes que celles que le NDA du client impose à Balford, et ne reçoit que les informations nécessaires à son étape de process. La gamme chiffrée pour une pièce indique la préforme et les étapes sous-traitées utilisées, et l'identité du sous-traitant est communiquée sur demande.

Ce qu'il faut envoyer pour l'étude d'une préforme

• Le plan de la pièce finie — le choix de la préforme découle de la géométrie finie, et non de ce que le fournisseur actuel achète par défaut.
• Le volume annuel et la durée de vie prévue du programme — c'est ce qui détermine si l'outillage est économiquement justifiable.
• La matière — certaines nuances ne sont disponibles que sous certaines formes, et une nuance qui ne peut pas être forgée peut très bien se couler.
• L'endroit où la résistance est requise — la direction des efforts et toute exigence de fatigue ou de pression, car c'est ce que le fibrage et la porosité influencent.
• Quelles surfaces sont usinées et quelles surfaces restent brutes de formage — une préforme ne vaut la peine d'être achetée quasi nette que si les surfaces brutes de formage sont acceptables quelque part sur la pièce.
• La gamme actuelle — si la pièce est aujourd'hui usinée dans la barre, la comparaison est simple et, en volume, l'outillage est généralement amorti dès la première année.

Ce que nous ne revendiquons pas

Balford n'est ni une forge, ni une fonderie, ni une usine de métallurgie des poudres ; ces étapes sont achetées auprès de sous-traitants qualifiés et sont désignées comme telles. La gamme de presses de 25 t à 350 t et le diamètre maximal d'emboutissage profond de 250 mm décrivent la partie emboutissage et emboutissage profond de l'usine, pas les préformes sous-traitées. Une tolérance de 0,001 mm n'est indiquée que pour certaines caractéristiques usinées critiques sélectionnées, lorsque le process, la géométrie, la matière et les conditions de contrôle le permettent, et par rapport au plan. La gestion de la qualité est conforme à l'ISO 9001:2015, avec des contrôles alignés sur l'IATF 16949 pour les programmes automobiles que nous servons ; la certification IATF 16949 n'est pas revendiquée.

Balford a réalisé plus de 4 000 matrices d'emboutissage à un seul coup depuis 2000, exploite une usine de 12 000 m² à Zhuji, dans le Zhejiang, avec plus de 500 machines et plus de 120 personnes en ingénierie et production, et produit environ 50 millions de pièces par an. Les plans d'usinage sont étudiés et chiffrés, généralement sous 24 heures, avec des observations DFM renvoyées en même temps que le prix — y compris une recommandation sur la préforme lorsque le volume et la géométrie la justifient.

Envoyez votre plan pour une revue de préforme