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PROCEDES DE TRANSFORMATIONMETALLURGIE : ON PEUT ENCORE GAGNER EN PRODUCTIVITE

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Enquête

PROCEDES DE TRANSFORMATION

METALLURGIE : ON PEUT ENCORE GAGNER EN PRODUCTIVITE



Les technologies apparemment achevées, comme la forge, la fonderie, l'usinage, n'ont pas dit leur dernier mot. Elles peuvent encore réaliser des progrès sur la voie des économies de matières et des gains de productivité. Trois entreprises en témoignent. Ces gains passent par un choix mieux ciblé du métal : aciers à refroidissement contrôlé, aciers " propres " exempts de macro-inclusions, aciers à trempabilité améliorée, aciers microalliés, pour les pièces très sollicitées ; ou encore aciers au soufre et au plomb " super-usinables " pour les pièces de décolletage.

Ils passent aussi par l'amélioration des procédés. Ainsi, un procédé de transformation de l'aluminium associant forge et fonderie a été récemment homologué par plusieurs constructeurs d'automobiles.



RENAULT V.I.

DES TECHNOLOGIES EN CONCURRENCE



Grâce à l'utilisation de nuances d'aciers " propres " et à la remise en cause des procédés de transformation, le constructeur de poids lourds réduit régulièrement son budget d'achat de pièces forgées et moulées. Les démarches de substitution sont le plus souvent réalisées en coopération avec les sous-traitants et fabricants d'acier. "Nous surveillons de près les procédés d'élaboration de l'acier et les technologies de transformation, parce que chaque innovation constitue une source potentielle d'économie. " Jean-Louis Rapin, responsable des pièces de forge et de fonderie au service " achats " de Renault V. I., se livre en permanence à une véritable veille technologique. Son objectif : découvrir de nouvelles nuances d'acier ou des procédés permettant de dimensionner les pièces au plus juste, de supprimer certains usinages ou traitements thermiques, tout en améliorant, si possible, le niveau de qualité des pièces. Une démarche qui contribue de ma- nière significative à la réduction de 2 à 5 % du budget (environ 80 millions de francs) consacré chaque année à l'achat de pièces mécaniques de transmission : boîtes de vitesses et ponts, en particulier. Elle concerne prioritairement les pièces forgées, " pour lesquelles la matière représente souvent 40 % du prix global de la pièce ". Dans le domaine des pignons de boîte de vitesses, le constructeur de poids lourds a ainsi réalisé un gain financier de l'ordre de 25 % en remplaçant les aciers de cémentation à base de nickel-chrome par des aciers à base de manganèse-chrome. Plus cher que le manganèse, le nickel présente en effet un autre inconvénient majeur : son cours d'achat variant constamment en Bourse, les gestionnaires ne peuvent pas faire de prévisions à long terme. En relation avec ses fournisseurs d'acier (Secosar et Ascométal, en particulier), Renault V. I. a défini en 1992 une nouvelle nuance d'aciers de cémentation à base de manganèse-chrome (MCS). Il a de surcroît demandé à ses fournisseurs d'étudier de nouveaux process de fusion permettant de supprimer les macro-inclusions afin d'améliorer la " propreté " de l'acier. Ce point conditionne fortement les quantités de matière utilisées, car, avec l'accroissement régulier de la puissance des véhicules, les boîtes de vitesses - et donc leurs pignons - sont de plus en plus sollicitées en fatigue. Or la propreté de l'acier a une incidence directe sur sa tenue à la fatigue. En garantissant un niveau de propreté élevé de leur acier, les fournisseurs de métal permettent désormais à leurs clients les plus exigeants de dimensionner leur pièces au plus juste et de réaliser des économies de ma- tière. Chez Renault V. I., la démarche de validation, qui a permis d'autre part de mettre au point un nouveau procédé de contrôle par ultrasons des aciers, a duré plus de deux ans, mais a récemment abouti. Début 1996, le constructeur a homologué le process d'élaboration des aciers MC5 d'Ascométal et de Secosar, et s'apprête à le faire pour Ovako Steel (du groupe suédois SKF), spécialisée dans les aciers pour roulements, et UES (du groupe British Steel). Autre exemple d'action : afin de réduire le coût de fabrication d'une nouvelle pièce creuse de grandes dimensions pour boîtes de vitesses, Renault V. I. a délaissé une technique par forgeage - " entraînant trop de perte de matière " - ou par laminage circulaire, au profit d'un procédé de roulage à chaud développé par Ovako Steel. Appliquée à des tubes en acier " à refroidissement contrôlé ", la solution entraîne un gain de matière supérieur à 20 % tout en réduisant le coût global du process. Cet acier de cémentation permet en effet de réduire la consommation d'énergie, car il impose une montée en température plus faible lors du traitement thermique des pièces. Selon le fabricant, il confère de surcroît aux pièces " une structure qui permet de réaliser des gains d'usinabilité de 20 % en vitesse de coupe par rapport aux aciers traditionnels ".

Une réduction sensible du nombre de retouches

Pour optimiser la production de ses engrenages et pièces de transmission, Renault V. I. utilise de plus en plus souvent des aciers à trempabilité contrôlée. " Les pièces étant moins déformées durant les opérations de cémentation, explique Jean-Louis Rapin, on réduit sensiblement le nombre de retouches. " Et, pour ses arbres de boîtes et vilebrequins, le constructeur de Vénissieux a choisi des aciers micro-alliés : bien qu'étant un peu plus chers à l'achat, ils apportent un gain global d'environ 10 % sur le plan financier, car leur haut degré de dureté permet de supprimer les opérations de traitement thermique. Enfin, expérimentée depuis deux ans, la forge à mi-chaud donne elle aussi des résultats encourageants. Entre la réduction du nombre des opérations d'usinage en aval et le gain réalisé sur le plan thermique, le constructeur estime réaliser une économie de 40 % sur certaines pièces.



Remettre en cause les habitudes

Si Renault V. I. a mis du temps pour remplacer le nickel de ses aciers par du manganèse - en Allemagne, la solution était éprouvée depuis de longues années sur les pignons -, c'est parce qu'une démarche de substitution n'est jamais facile. Elle oblige toujours à remettre en cause des habitudes, comme l'explique Jean-Louis Rapin : " Il faut prendre le risque d'abandonner une solution qui fait ses preuves au quotidien pour une autre dont la faisabilité et les performances restent souvent à démontrer a priori. " Dans son cas, une démarche de substitution oblige à trouver des partenaires fournisseurs d'aciers motivés, à piloter les phases de validation, à convaincre l'environnement concerné du bien-fondé du changement. D'après Jean-Louis Rapin, les phénomènes d'inertie freinent souvent le développement de nouvelles technologies pourtant intéressantes, comme la forge à froid ou à mi-chaud, par exemple.



BOSONNET

DECOLLETAGE : L'USINABILITE DES ACIERS S'AMELIORE



Grâce aux progrès des aciers contenant des inclusions lubrifiantes (plomb, soufre, sélénium, tellure), les décolleteurs ont accru les vitesses d'usinage de 40 % en vingt ans. "L'utilisation d'aciers incluant du soufre et du plomb nous fait gagner du temps et de l'argent au niveau de l'usinage. " Jean-Louis Vaissier, responsable technique de l'entreprise grenobloise Bosonnet, apprécie le niveau de qualité des nuances d'acier commercialisées depuis le début des années 90. Grâce à elles, les tours travaillent sensiblement plus rapidement que dans les années 80, " sans pour autant compromettre la qualité des pièces ", d'après les dirigeants de l'entreprise spécialisée dans la production de bouchons de carters, de raccords hydrauliques, de pignons de chaînes, etc. Bosonnet est d'autant plus concernée que ses tours automatiques de grosse capacité (jusqu'à 152 millimètres) et ses centres de tournage robotisés lui permettent de réaliser des séries parfois supérieures à 1 million de pièces.

Connaître précisément les caractéristiques des aciers

Chaque fois qu'il doit répondre à un nouveau devis, Jean-Louis Vaissier est évidemment soucieux de choisir l'acier le mieux adapté. Pour ce faire, il utilise fréquemment les fiches éditées par le Centre technique du décolletage, à Cluses (Haute-Savoie), qui évaluent l'usinabilité des multiples nuances d'acier présentes sur le marché. C'est, d'après lui, un moyen de réduire les risques d'erreur : " Quand on connaît préci- sément les caractéristiques des aciers, on peut faire des comparaisons intéressantes entre nuances, mais aussi définir l'outil et la machine le mieux adaptés au problème. " Pour répondre aux attentes de la profession, qui désire étalonner l'usinabilité des multiples nuances d'acier présentes sur le marché, le centre de Cluses a défini, dans les années 70, un essai type qui permettait d'évaluer les caractéristiques des nouveaux aciers. A raison de cinq ou six essais par an, il a déjà testé plus d'une centaine de nuances. Une dizaine de grands aciéristes européens lui demandent régulièrement d'évaluer leurs nouvelles nuances. " Notre essai standard, qui met en oeuvre un couple outil/matière normalisé Afnor, demande en moyenne deux cents heures ", explique Robert Ragon, responsable de cette activité au sein du centre.

Les aciers " super-usinables " continuent de progresser

Bien qu'existant depuis de nombreuses années, les aciers " super-usinables ", contenant des inclusions lubrifiantes (soufre, plomb, en particulier, mais aussi tellure et sélénium), continuent de progresser. Durant son essai type, dans les années 70, le centre parvenait à produire 600 pièces dans la journée. Dix ans plus tard, en 1985, il en produisait 750. A l'heure actuelle, il en produit un millier, soit une progression de 40 % en vingt ans. L'amélioration des performances résulte des efforts réalisés par les aciéristes pour optimiser les process d'élaboration de l'acier et les méthodes de contrôle. Les aciéristes français contribuent à faire progresser le secteur, " car ils disposent d'une solide compétence dans le contrôle inclusionnaire des structures, dit-on au Centre du décolletage. L'entreprise Bosonnet regrette néanmoins que les grands aciéristes tendent à standardiser leur offre : " L'absence de nuances, correspondant précisément à notre demande, nous oblige parfois à allonger le process d'usinage. " M. Q.



SAINT-JEAN INDUSTRIES

PIECES EN ALUMINIUM : 30 % D'ECONOMIE GRECE AU PROCEDE COBAPRESS



En associant forge et fonderie le procédé Cobapress, développé par Saint-Jean Industries, limite les opérations d'usinage, économise la matière et permet d'utiliser de l'aluminium de fonderie moins cher. Permettant de réduire par deux ou trois le poids d'une pièce, l'aluminium intéresse les constructeurs d'automobiles, mais le coût élevé de sa mise en oeuvre les conduisait souvent à conserver les solutions traditionnelles, à base de fonte ou d'acier. Aussi les pièces en aluminium représentent-elles seulement 6 % en moyenne du poids des véhicules. Le procédé Cobapress, développé depuis une dizaine d'années par la fonderie Saint-Jean Industries, à Belleville (Rhône), devrait les inciter à franchir le pas plus souvent, puisqu'il permet de réduire de 10 et 30 % les coûts de production des pièces en aluminium. Cette technologie, protégée par brevet, associe pour la première fois deux métiers qui s'ignoraient jusqu'ici : la forge et la fonderie. La pièce en aluminium est d'abord coulée, puis estampée afin de renforcer sa structure métallurgique et sa résistance mécanique. Au lieu de matricer une billette, le forgeron transforme une ébauche de fonderie, en moule sable ou en moule métallique. Premier constructeur à comprendre l'intérêt du procédé, PSA l'a testé sur un triangle de suspension de Citroën ZX dès 1992. La comparaison avec les technologies concurrentes (tôlerie, fonderie, forge) étant favorable au Cobapress, il a homologué la technologie et a acheté à Saint-Jean Industries le droit de l'exploiter. Aujourd'hui, industrialisée en série, elle est utilisée pour fabriquer un support d'articulation équipant l'essieu arrière de la 406. " Ce procédé permet de réduire le poids de la pièce de moitié par rapport à la fonte GS ferritique dans des conditions économiques intéressantes ", expose Gérard Leborgne, chef du service recherche-matériaux-technologie. La pièce en aluminium étant d'abord coulée, " on lui donne des formes optimales en économisant la matière ". L'estampage permettant d'obtenir une géométrie de pièce précise, " on limite au minimum les opérations d'usinage ".

Un niveau de fiabilité satisfaisant

D'après Saint-Jean Industries, Cobapress permet d'obtenir des performances proches de celles réalisées par la forge sur aluminium, mais à un coût réduit : " L'emploi d'alliages de fonderie se révèle 30 % moins onéreux que les aluminiums corroyés utilisés en forge. " Le niveau de fiabilité atteint est satisfaisant : " Elles ont une structure métallurgique compacte et fine en peau. " PSA a constaté une amélioration des propriétés par rapport au moulage coquille traditionnel : " Les qualités de surface contribuent à améliorer d'environ 15 % la résistance à la fatigue des pièces. " Ce constat s'est d'ailleurs traduit dans les normes PSA par un accroissement des propriétés minimales garanties utilisées lors des calculs de pièces. La mise en oeuvre du procédé Cobapress ne nécessite pas de moyens spécifiques, comme le rappelle Thomas Di Serio, P-DG de Saint-Jean Industries : " On peut utiliser des machines de coulée classiques, puisqu'on réalise les opérations de finition par estampage. " Mais il ne permet pas de réaliser toutes les géométries, reconnaît Thomas Di Serio : " Les pièces présentant des creux, en particulier, restent réservées à la fonderie traditionnelle. " Le choix des nuances d'aluminium est de surcroît limité aux alliages de fonderie. La technologie est adaptée aux productions en grandes séries, comme dans l'automobile. Les petites séries sont en effet insuffisantes pour réaliser des économies d'échelle et amortir l'investissement initial. Afin de développer dans de bonnes conditions son procédé, Saint-Jean Industries a concédé une licence d'exploitation au groupe Sofcor, l'un des leaders français de la forge, puis s'est associé avec lui en 1994. Ce dernier vient d'investir 35 millions de francs dans une nouvelle unité à Andrézieux-Bouthéon (Loire) dédiée aux applications automobiles. Saint-Jean Industries mise aussi sur le partenariat engagé avec SMV, à Villeurbanne, dans le domaine de l'usinage des pièces. La filiale de Renault, qui réalise près de 1 milliard de francs de chiffre d'affaires dans les pièces de liaison, fournit non seulement sa maison mère, mais aussi General Motors, Matra et Volvo. M. Q.



Un procédé homologué par plusieurs constructeurs

Spécialisée dans les pièces aluminium en coquille par gravité, certifiée ISO 9002 et classée " A " par l'automobile, Saint-Jean Industries, qui emploie 170 salariés dans son unité de Belleville (Rhône), est dopée par les retombées du procédé Cobapress : son chiffre d'affaires est passé de 80 millions de francs en 1994 à 103 millions de francs en 1995, puis à 120 millions cette année. Outre PSA, d'autres constructeurs ont homologué son procédé : General Motors, qui l'utilise pour produire les pivots et bras de suspension de la Corvette dans une usine de Detroit, mais aussi BMW, Audi et Volvo.

USINE NOUVELLE N°2565

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