Le changement rapide des mors de mandrin s'impose sans conteste dès que l'on doit produire par tournage une grande diversité de pièces. Un atelier a, ainsi, déterminé son bon choix pour la production de familles de pièces en moyennes séries.

C'est tellement fondamental qu'il s'avère fort difficile de savoir par où commencer. Débutons donc par le commencement. Après tout, pourquoi pas? II y a seulement deux façons pour qu'une machine-outil soit véritablement concernée. La première, c'est quand elle produit pour sortir des pièces. La seconde, c'est quand elle ne produit pas. Ne froncez pas les sourcils. C'est une évidence, bien sûr. Mais, ce qu'il y a de particulier, c'est qu'elle est d'importance car il y a bien des manières et des raisons pour que des pièces ne sortent pas. Et, dans nombre d'ateliers, on passe beaucoup de temps à en traquer les raisons et à les analyser. Si c'est votre cas, inutile alors de poursuivre la lecture de cet article car vous savez probablement où vous en êtes. Pour les autres, il existe une vérité toute simple. Lorsque la machine fabrique des pièces, elle produit, aussi, de l'argent. Lorsque la même machine ne sort pas de pièces, elle perd de l'argent. Ayant à l'esprit cet axiome, il n'y a aucune raison pour qu'un investissement raisonnable dans une machine capable de faire des pièces la majorité de son temps ne permette, de la même manière, de produire aussi de l'argent.

La question est, alors, de savoir qu'est-ce qui est raisonnable? Là aussi, restons simple. Si l'investissement réalisé rapporte plus qu'il n'a représenté de mise initiale, alors c'est un bon investissement. Prenons, par exemple, le changement rapide des mors de mandrins. Admettons, ainsi, que le coût horaire de la machine soit de 500 francs pour avoir un chiffre rond et qu'il faille compter une demi-heure en moyenne pour changer de mors. Cela signifie que l'opération coûte 250 "balles". Comparativement, si un changement rapide de mors permet de réduire le temps de cette opération à cinq minutes seulement, le calcul est simple: vous récupérez sur la valeur du temps machine 200 francs à chaque changement de mors. Comptez donc le nombre de changements de mors que vous effectuez par an et vous serez certainement très surpris du chiffre élevé obtenu! Allez, ne perdez pas de temps à essayer de savoir combien de fois se répètent les changements de mors, le tableau de la page suivante suffira amplement à vous mettre "dans le bain".




Fig. 1- Le changement rapide de mors sur les mandrins de tours devrait être systématiquement appliqué pour tout type de production dans lequel il y a une grande diversité de pièces, et pas uniquement pour des lots très importants.

Certes, certains ateliers ont opéré le calcul. Ils ont constaté, bien évidemment, que le changement rapide de mors était un bon moyen de gagner de l'argent, non seulement pour de petits lots de pièces mais, également, pour des lots de moyenne importance, il convient de le souligner. Ce n'est pas tout, d'ailleurs, et il est facile de le constater. Un changement rapide contribue responsabiliser de manière plus aiguë le personnel.

- Le schéma sur la droite montre le principe de déverrouillage et de reverrouillage des mors du mandrin à changement rapide illustré ci-dessous, faisant appel à un déplacement tangentiel de la crémaillère et à l'action d'une clé transversale.

< La clé ne peur être retirée que si la denture du mors est correctement engagée

Fig. 2 - Les mandrins à changement rapide de mors permettent de réaliser un réglage radial de ces derniers pour les ajuster aux diamètres différents à serrer grâce à un déplacement tangentiel, pour ce modèle, de la crémaillère servant, aussi, au dégagement et au réengagement instantanés lors des changements. Le système schématisé en cartouche assure un verrouillage de sécurité.

Organisation de la production
Dans un atelier pris comme exemple ayant fait l'investissement, on produit des bagues d'étanchéité destinées à équiper des arbres. Elles sont destinées à retenir des gaz liquéfiés autour d'arbres en rotation et à les protéger contre toutes possibilités d'introduction de polluants externes éventuels. On retrouve ce type de produit dans de nombreuses industries, notamment dans l'industrie pétrolière, chimique, du papier, alimentaire, des générateurs de puissance, de l'eau et, bien entendu, dans l'industrie automobile. Cette entreprise prise comme exemple occupe une bonne soixantaine d'opérateur dans un atelier exploitant vingt-six tours à CNC. Si, au début de son activité elle fabriquait les bagues d'étanchéité en faisant appel à une combinaison de travail réalisé sur machines manuelles et sur tours à CNC et si les lots moyens économiques étaient considérés comme devant comporter plusieurs centaines de pièces, aujourd'hui, comme dans beaucoup d'autres entreprises à la fin des années 80, il y a eu un changement de cap. On a cherché, à cette époque, un moyen de diminuer les en-cours et, surtout, les inventaires. Le moyen adopté pour y parvenir a consisté à déterminer les lots de pièces en fonction des commandes ou des prévisions à court terme plutôt que de se baser sur le principe des quantités économiques. Par là même naquit la nécessité de réduire les temps de préparation avec, pour résultat inévitable, d'aboutir à des changements sur machines plus fréquents du fait de la réduction progressive de la taille des lots de pièces. II a fallu, alors, obligatoirement changer quelque chose dans les habitudes de l'atelier, ceci d'autant plus qu'elles étaient fort ancrées avec la préparation d'une machine pour usiner le premier côté des pièces, puis d'une seconde machine pour finir l'autre côté. C'est ainsi que la décision a été prise d'améliorer systématiquement les capacités de production en tournage à la fin des années 80. Bien sûr, pour y parvenir il fallait, aussi, changer de machines.





Comparaison des coûts engendrés par l'emploi d'un mandrin normal et d'un autre à changement rapide de mors dont le temps de permutation ne demande, en moyenne, que rarement plus d'une minute. A titre d'exemple, on a pris comme base de coût machine les mêmes 80 e heure que dans l'exemple cité dans l'article.

Nouvelles méthodes et machines
Le choix a porté, pour commencer, sur l'acquisition d'un centre de tournage d'origine Okuma avec passage dans la broche pour des barres de 115 mm de diamètre, ce qui ouvrait pour l'atelier la possibilité de tirer le maximum de pièces de la barre. Ce premier point acquis, il fallait aussi que la machine réponde à un autre aspect, celui de pouvoir aisément passer d'une dimension de pièces à une autre. C'est ainsi qu'il fut décidé d'équiper la machine d'un mandrin à changement rapide de mors. Ce mandrin (fig. 2) présente une denture sur la semelle de chaque porte-mors, les mors étant bloqués par cette denture venant en prise sur une crémaillère de déplacement par un simple quart de tour d'une clé de serrage de sécurité. Pour changer le diamètre de prise de pièce, l'opérateur a tout juste à déverrouiller les mors, à les faire glisser sur leur rampe en position requise et à les reverrouiller. Cela ne prend littéralement que quelques secondes, moins d'une minute.

Tout aussi important est le fait que le changement rapide de prise de pièce permet, pratiquement, d'éliminer un deuxième passage sur une autre machine. Cette solution a été adoptée pour procéder aux deux étapes d'usinage avec un seul jeu de mors, l'une pour la première opération et l'autre pour la seconde. Ainsi, dès la fin de la première opération, l'opérateur n'a plus qu'a repositionner les mors le long de leur course pour qu'ils soient prêts à permettre le tournage de la seconde face des pièces.

A partir de là, il est clair que l'atelier a considérablement augmenté sa capacité de tournage en commande numérique, pratiquement toutes les machines ayant été équipées de mandrins à changement rapide de mors, neuf de 380 mm et douze de 305 mm de capacité. Mais, cela n'empêche pour autant pas l'atelier de continuellement rechercher à améliorer ses procédures d'usinage afin de diminuer autant que faire se peut les temps de préparation et de montage. Par exemple, pour la plupart, les machines sont dédiées exclusivement à un nombre relativement restreint de tailles de matières, ce qui diminue les besoins de changement, tant pour les prises de pièces que pour les avances de barres. Qui plus est, chaque machine est chargée en barres de la taille correspondant aux pièces à usiner planifiées, s'arrangeant pour rapprocher les lots de même dimension ou très voisine dans toute la mesure du possible. Ainsi, chaque lundi matin on débute avec les matières des plus petits diamètres pour passer progressivement à celles de diamètres supérieur durant la semaine.




Fig. 3- Voici un exemple de pièces de type bagues d'étanchéité d'arbres réalisées par un atelier ayant opté pour l'adoption d'un système de mandrins à changement rapide de mors sur des centres de tournage de production.

Production efficace en petits lots
Sans doute l'un des rôles majeurs joué par l'utilisation de mandrins à changement rapide de mors est-il la flexibilité. Certaines machines, organisées en cellules de production baptisée "adaptatives", permettent, ainsi, de satisfaire très rapidement la demande. La cellule comprend sept centres de tournage, tous prévus pour des travaux en petits lots. La flexibilité est devenue ici souveraine avec l'usinage de lots de seulement une à trois pièces dont les livraisons sont spécifiées comme devant être "aussi rapides que possible".




Fig. 4 - Beaucoup de pièces ont des parois fines et nécessitent des mors enveloppant. Ces mors doux sont conçus pour permettre de serrer une pièce sur pratiquement 360 degrés pour des opérations d'ébauche et de finition.

Dans la plupart des cas, la nécessité de réaliser l'usinage de la première comme de la seconde face des pièces sur la même machine implique le passage de mors durs pour le premier côté à des mors doux pour le second, puis le remontage des mors durs pour la première opération sur la pièce suivante et ainsi de suite. Sur des mandrins habituels, ce changement de mors exige systématiquement quelque quinze minutes d'immobilisation de la machine et, souvent, trente minutes de plus pour réaléser les mors doux une fois remontés du tait d'une mauvaise répétabilité due à la difficulté d'obtenir un repositionnement partait. Sur l'ensemble des travaux effectués, chaque remontage tait perdre, en moyenne, aisément une demi-heure de temps de production. Avec les mandrins 8 changement rapide de mors, les permutations ne demandent guère plus de deux minutes et le montage complet ne nécessite, en moyenne, que cinq minutes. Considérant qu'environ huit montages sont nécessaires par équipe et par machine dans cette "cellule adaptative", il est facile de réaliser le partait retour sur investissement. SI l'on admet qu'un changement représente 1,2 € la minute et que l'on "économise" 25 minutes sur un seul montage, on peut rapidement calculer le gain réalisé eu égard aux huit changements à effectuer en moyenne sur les sept machines constituant la cellule. Faites le calcul, c'est vertigineux !

Autre avantage de ce type d'investissement, c'est également la fiabilité et la répétabilité que l'on en retire. En effet, depuis les nombreuses années que les systèmes de changement de mors ont été mis sur le marché, ils ont été largement éprouvés et leurs constructeurs proposent, aujourd'hui, des solutions permettant de travailler en toute sécurité, notamment quant à la répétabilité et à la pression de positionnement et de serrage des pièces. Le faux-rond sur des pièces usinées de 50 à 75 mm de longueur ne dépasse généralement pas entre dix et quinze microns. Chaque fabricant fournit, d'ailleurs, des procès-verbaux de contrôle en ce sens et la précision des mandrins et de leurs mors, à présent, ne nécessite plus que très rarement de procéder à un réalésage des mors doux lorsque l'on en utilise.

Une conclusion est-elle nécessaire ?
II est apparaît clairement, s'il était encore besoin de le souligner, que, comme le montre une fois de plus l'exemple mis en avant dans ces lignes, faire appel à des méthodes et des moyens de fabrication modernes permet d'améliorer la qualité des produits mais, en même temps, la productivité des ateliers et leur flexibilité. Autant d'exigences impératives dans le contexte économique actuel. Cela représente, certes, des investissements non négligeables mais, avant de les réaliser il faut bien appréhender le fait qu'ils nécessitent, avant tout, de sérieux chargements d'habitudes. L'augmentation de l'efficacité, de la flexibilité et des gains financiers passent par ces changements. Pour cela, encore faut-il être concerné d'avantage, par conséquent devenir encore, plus responsable. Néanmoins, cela en vaut largement la chandelle. Tous ceux ayant franchi le pas sont là pour en témoigner, bien sûr sauf cataclysme indépendant de leur volonté.

Parmi les fournisseurs  de mandrins à changement de mors, on peut citer les
fabricants : Forkhardt – Chatel Gallay - Gamet –Kitagawa - Pratt Burnerd - Röhm - Schunk Intec et SMW Autoblok.