Une nouvelle définition de la précision dans le laminage des tôles

Chicago Metal Rolled Products dispose de 11 laminoirs de plaques et de tôles entre ses sites de Chicago et de Kansas City, dans le Missouri. Ce 2 par 87 pouces. plaque roulée dans un 10 pieds. L'anneau avec des biseaux à chaque extrémité et soudé par points est un exemple du travail qu'il fait. Images : Produits laminés en métal de Chicago

"Je me considère assez jeune", a déclaré Ken Pecho, ingénieur des opérations techniques pour Chicago Metal Rolled Products (CMRP). À 37 ans, il n'a pas tort, mais aux yeux de nombreux fabricants de métaux, il pourrait être considéré comme un vétéran grisonnant de la fabrication d'acier de charpente.

Il a été impliqué dans le formage de tôles et de poutres, de tubes, de canaux et d'angles en acier de construction pendant environ 15 ans, ce qui lui a donné beaucoup de temps pour voir les demandes changeantes des clients de longue date dans l'industrie du bâtiment et de la construction et les demandes difficiles des nouveaux clients dans les segments de fabrication. Les délais de réalisation des projets se sont raccourcis. Les clients ont des visions plus grandes et plus audacieuses pour leurs projets. Les matériaux évoluent et deviennent de plus en plus difficiles à travailler.

Mais l'équipe du CMRP n'est pas intimidée. L'entreprise, fondée en 1908, a développé sa réputation en fournissant des résultats alors que d'autres ne veulent même pas s'embêter avec la difficulté. CMRP a la capacité de former des tubes ronds, rectangulaires et carrés de 3/8 à 24 po de diamètre extérieur ; barres jusqu'à 36 par 12 po ; poutres jusqu'à 44 po à la dure (contre l'axe fort); plaque jusqu'à 2 po d'épaisseur, 12 pi de largeur et 30 pi de longueur; et d'autres formes structurelles, telles que des angles et des canaux. Ce type d'expérience alimente la confiance. Entreprendre des missions extraordinaires et repousser les limites des compétences est désormais devenu une habitude quotidienne pour l'équipe du CMRP.

La formation d'éléments structuraux lourds est la façon dont CMRP s'est fait un nom dans l'industrie de l'acier de construction, et il n'est pas étranger aux projets de grande envergure. Par exemple, en 2020, il a géré le formage de l'acier de construction creux incurvé utilisé dans la fabrication de deux auvents de 864 pieds de long qui faisaient partie de la revitalisation de l'aéroport international Hartsfield-Jackson d'Atlanta et a également roulé bon nombre des 1 500 pièces d'acier à larges brides incurvées trouvées dans un 166 000 pieds carrés. installation de bateaux de croisière près de Miami. (Les travaux de fabrication de l'aéroport d'Atlanta ont remporté un International Design Excellence Awards 2020 de l'Industry Designers Society of America.) Ce ne sont là que quelques-uns des projets que Modern Steel Construction de l'American Institute of Steel Construction présente régulièrement dans ses pages.

Le CMRP entretient des relations de travail étroites avec l'AISC, l'organisme directeur des normes de construction en acier aux États-Unis. L'entreprise siège au comité Bender Roller de l'association, qui fournit des conseils et des informations sur les tolérances de fabrication et les spécifications figurant dans le code de pratique standard de l'AISC pour les bâtiments et les ponts en acier. (Le Bender Roller Committee comprend également des fabricants de machines comme DAVI.)

Ce qui est amusant, c'est que de nombreux architectes peuvent avoir leurs propres idées sur les tolérances et les spécifications. Il est devenu courant pour CMRP de collaborer sur des demandes où une fabrication massive - disons un tube de 60 pieds de long avec 20 pouces de diamètre - est spécifiée avec une tolérance de 1/8 de pouce.

"De toute évidence, plus l'élément structurel est grand, plus le problème de tolérance est important. Mais il est toujours courant de voir ces types de demandes comme 1/8 de pouce", a déclaré Pecho.

Mais le défi de la précision ne s'arrête pas là. Comme toute entreprise, CMRP a diversifié ses activités au cours des dernières années en cherchant à éviter d'être trop étroitement lié à un ou deux segments de l'industrie. Cet effort de diversification de la clientèle a conduit CMRP à gagner de nouvelles affaires dans des domaines tels que l'aérospatiale, l'agriculture et le développement énergétique. Cela a également conduit à de nouveaux défis de production.

"Alors que nous entrons dans ces nouveaux domaines, nous constatons des exigences de tolérance de +/- 1/16 ou 1/32. Cela nous a mis au défi alors que nous travaillons pour atteindre ces tolérances plus strictes", a déclaré Pecho.

Considérez le travail que CMRP a effectué pour un important fabricant de matériel agricole. Le client exige que ses pièces robustes répondent à des spécifications de conception et de qualité strictes, car les agriculteurs qui achètent l'équipement s'attendent à un look de voiture de luxe avec la robustesse et la longévité des camions agricoles. De grandes attentes viennent avec le prix élevé de ces produits.

Quelle est la précision requise lorsque l'on travaille avec une plaque ? Le CMRP a formé 68 000 livres. de limons en plaques de 2 pouces d'épaisseur et de 16 pouces de profondeur pour créer la forme hélicoïdale de l'escalier du Drexel University Integrated Sciences Building à Philadelphie. Les plats en acier ont été laminés à 4 pieds, 4 pouces. rayon intérieur avec un pas de 33,25 degrés pour les limons d'escalier intérieurs et ont été roulés à 9 pieds. rayon intérieur avec un pas de 16,92 degrés pour les limons extérieurs de l'escalier.

Pecho a déclaré que cela avait récemment été ramené à la maison alors qu'il passait devant des bras tubulaires qui seraient utilisés pour supporter le godet d'une rétrocaveuse.

"Je passais devant l'opérateur qui fabriquait ces pièces et j'ai dit : "Wow, je ne peux même pas dire où commence le virage. Il n'y a aucune déformation dans ce tube. C'est absolument parfait", se souvient-il. "Ça m'a un peu époustouflé, parce que je travaille avec Chicago Metal depuis 15 ans et j'en ai vu beaucoup. Mais c'était un travail de qualité."

Arriver à ce point de pouvoir livrer des pièces de précision, qu'elles soient surdimensionnées ou tout simplement grandes, a été un voyage pour CMRP. L'expérience joue un rôle énorme, mais la communication et la technologie ont également aidé.

Tous les emplois n'exigent pas de rassembler d'autres aspects de l'atelier, mais quand quelque chose de difficile est sur le point d'arriver dans l'atelier, c'est le moment où CMRP rassemble l'équipe, y compris des représentants des achats, de la conception, de la fabrication et de la qualité.

Si la portée du projet est suffisamment grande, comme 300 pièces, le service des achats pourrait être en mesure d'aller à l'usine et de moduler son pouvoir d'achat, en demandant du métal du même lot de chaleur et de la même bobine. Cela aide à contrôler quelque peu la consistance du matériau, ce qui devrait éliminer une certaine variabilité lors du traitement du matériau. Former des matériaux larges et épais est déjà assez difficile, mais devoir faire face à des matériaux qui réagissent différemment d'une pièce à l'autre rend un travail difficile encore plus difficile.

Les membres de l'équipe doivent avoir une conversation honnête avec les ingénieurs et les programmeurs pour déterminer la meilleure façon de former les pièces, quel équipement utiliser et peut-être le meilleur opérateur pour le travail. (Certains techniciens de machines ont une affinité pour certains équipements. Cela peut être particulièrement visible chez les opérateurs expérimentés qui se sentent plus à l'aise avec des équipements plus anciens avec des manettes comme interface de commande au lieu d'équipements de formage plus récents avec des commandes à écran tactile.) Dans certains cas, les programmeurs peuvent également exécuter des simulations pour voir comment la pièce formée pourrait se concrétiser et s'il y a des problèmes à résoudre.

CMRP a cité un travail hypothétique avec 150 à 200 poutres courbes. Cela fait beaucoup de formulaires similaires qui peuvent prendre beaucoup de temps s'ils sont rédigés manuellement. La réunion de planification offre donc l'occasion de poser la question : existe-t-il une capacité dans l'atelier pour résoudre ce problème, ou une sorte d'arrangement est-il nécessaire ? Ces types de discussions ont conduit à des investissements agressifs dans les nouvelles technologies. Pour ce scénario hypothétique, une petite machine à rouleaux angulaires DAVI pourrait avoir du sens. Il fournit non seulement la cohérence nécessaire pour fournir des formes incurvées conformes aux spécifications, mais également le débit nécessaire pour effectuer le travail en temps opportun.

Les responsables de la société CMRP ont souligné que le travail de fabrication qu'elle fournit est marqué par de faibles marges. Cela signifie que des emplois sont perdus pour une question de 100 $ ou 200 $. De plus, les prix des matériaux sont en constante évolution. C'est pourquoi l'entreprise s'est engagée à investir dans des biens d'équipement qui l'aident à fabriquer des pièces dans les délais et dans les limites du budget.

Pecho a ajouté que la planification initiale offre la possibilité de parler de la manière dont les attentes en matière de qualité sont gérées. De quoi le client a-t-il besoin et quelles mesures CMRP prendra-t-il pour répondre à ces attentes ? Les contrôles de qualité qui en résultent peuvent être aussi simples que des contrôles de mesure ou la fabrication réelle d'appareils compatibles/non conformes qui qualifient le formulaire.

Ce type d'intervention précoce est une caractéristique de l'activité CMRP. L'entreprise fait pression depuis très longtemps pour une implication précoce dans les projets d'acier de construction.

Le CMRP peut également rouler la plaque en cônes. Cet exemple de cône est de 2 pouces. plaque roulée dans un cône avec un 20-in. rayon mineur et un 30-in. grand rayon.

"Plus tôt nous entrons dans ces conversations avec ces gars-là, plus les goulots d'étranglement seront efficaces et moins chers", a déclaré Pecho. "Ce que nous ne voulons pas qu'il se produise, c'est que le bâtiment soit achevé à environ 98 % sur les plans de construction, et tout d'un coup, nous découvrons quelque chose et nous nous demandons : 'Comment allons-nous faire cela ?' ou 'Ce n'est pas possible.'"

Cette dernière déclaration est la plus coûteuse. L'ensemble du projet peut s'arrêter jusqu'à ce que quelqu'un trouve une méthode alternative pour concrétiser la vision de l'architecte. Par exemple, il est courant pour un client de demander qu'un très grand élément de structure soit plié d'une manière tout simplement trop serrée.

Lorsqu'un fabricant de métaux s'implique tôt, il peut guider une conception beaucoup plus réalisable et abordable. Une grande pièce formée très difficile peut-elle être remplacée par deux pièces plus faciles à former qui peuvent être assemblées pour remplir la même fonction de support ? Les poutres de support peuvent-elles être conçues de manière à ouvrir le travail à plusieurs fabricants de métaux au lieu d'une poignée d'équipements et de compétences spécialisés ? Que peut-on faire pour éviter une courbure serrée et la déformation qui en résulte dans une section structurelle creuse ? Lorsque ces questions reçoivent une réponse précoce, les surprises et les retards peuvent être minimisés, ce qui permet de respecter les délais et le budget d'un projet. La planification est payante.

Un fabricant comme CMRP avec une expérience de pliage et de formage profond a les outils pour faire des conceptions complexes une réalité et des travaux simples plus efficaces. Pour illustrer ce point, Pecho a décrit le processus de réflexion consistant à entreprendre un travail impliquant un matériau très difficile à former - une plaque résistante à l'abrasion (AR).

La plaque AR a une limite d'élasticité incroyable. (Pecho a décrit l'une des premières fois qu'il a vu une plaque AR avec une limite d'élasticité de 140 000 PSI se former comme "bizarre". Lorsque le matériau sortait du rouleau, il semblait léger, il pourrait commencer à se courber et former un "C", mais il s'est redressé. Ses qualités inhérentes de retour élastique ont défié les pressions de cette machine à rouler les plaques de la première génération.) Cela soulève des questions liées à la géométrie et au rayon de la pièce et à la quantité de presse nécessaire pour accomplir le rouleau final.

"Lorsque nous voyons des géométries trop extrêmes et des rayons trop serrés, nous suggérons que le matériau soit formé par bosses sur une presse plieuse. C'est quelque chose dans lequel Chicago Metal excelle vraiment", a déclaré Pecho.

Pour les formes laminées de plaques AR ou d'autres matériaux qui n'ont pas d'exigences extrêmes, une machine à rouler les plaques à axe variable peut gérer le travail. C'est là que les choses deviennent intéressantes. Même si la presse plieuse et le rouleau de plaque à géométrie variable semblent très différents, ils ont quelque chose en commun : chacun traite des matériaux difficiles à former de la même manière.

Les opérateurs des deux appareils veulent transmettre le rayon le plus tôt possible dans le matériau. Dans une presse plieuse, le matériau repose sur une matrice en V et un vérin est enfoncé dans le matériau pour créer la forme. Dans une machine à rouler les plaques à géométrie variable, le rouleau supérieur est entraîné dans le matériau qui repose sur deux rouleaux inférieurs, qui peuvent en fait se déplacer sur les côtés, reproduisant l'action d'une matrice de presse plieuse à ouverture en V variable. Différents équipements sont influencés par certains des mêmes principes de formage. C'est là que l'expérience de formage d'un opérateur aide à transformer une technologie de formage utile en machines-outils efficaces et productives.

"C'est ce que vous offre l'équipement CNC : quantité et répétabilité", a déclaré Pecho. "Vous gardez les choses cohérentes dans les travaux à volume élevé et les travaux répétables."

Le CMRP continue d'examiner de nouvelles technologies et de nouvelles façons de former des éléments structuraux et des tôles fortes. L'un de ses investissements récents les plus intéressants était une cintreuse à induction qui gère jusqu'à 12 pouces. tube. Cela semblait un moyen facile de tester les eaux avant de se lancer dans le type de travail à induction thermique. C'est un gros problème pour un atelier qui s'est concentré sur le cintrage à froid pendant la majeure partie de son existence.

Lorsque votre atelier est celui que les gens appellent après avoir appelé tout le monde au sujet de travaux de formage complexes, il est logique de se familiariser avec les derniers outils technologiques du métier.