Homogénéité des formes pour les pièces automobiles en acier AHSS : vers une approche globale

Alors que la résistance des nuances d'acier AHSS/UHSS est toujours meilleure — permettant à la fois des géométries optimisées et complexes (pour mieux résister aux collisions, par exemple) et des épaisseurs plus fines (pour la légèreté) — il est de plus en plus difficile pour les équipementiers de produire des pièces de forme exactement identique.

Les tolérances pour la forme des pièces peuvent être strictes de ±0,2 à 0,5 mm pour garantir un soudage robotisé de précision et répondre au besoin de prévoir des cavités pour de plus en plus de composants électroniques, câbles et capteurs. Lorsque la forme des pièces n'est pas homogène, les fabricants prennent des risques sur quatre fronts :
1) Le gaspillage de ressources de production pour former les pièces non conformes.
2) Le gaspillage de ressources de main d'œuvre pour identifier les pièces non conformes.
3) Le gaspillage de matière mise au rebut, bien plus important, le temps passé à comprendre pourquoi des matières AHSS/UHSS pourtant conformes produisent des formes hors tolérances.
4) Le gaspillage de ressources aux méthodes et un rendement de production généralement inférieur en raison de ralentissements et arrêts de production.

Si le problème ne vient pas de votre procédé de formage, vos non conformités pourraient-elles être dues à des variations de qualité de vos aciers AHSS/UHSS ?

Lorsque l'on parle d'homogénéité des aciers AHSS/UHSS, cela comprend, de toute évidence, leur épaisseur et leur planéité. D'autres considérations sont moins évidentes. Par exemple, les incohérences dans les propriétés de la matière (limite d'élasticité, résistance à la traction, allongement, etc.) peuvent conduire à des problèmes tels que des contraintes élévées qui, à leur tour, entraînent des problèmes de planéité. Ces irrégularités peuvent aussi conduire à un comportement non voulu ou non prévu au niveau du retour élastique. Un acier AHSS/UHSS peut respecter toutes ses spécifications de dimensions et de propriétés mécaniques — mais le fabricant des pièces peut malgré tout se retrouver avec des formes hors tolérances. Que se passe-t-il ici ?

Dans cette situation, le fabricant de pièces peut se demander quels sont les facteurs qui poussent les pièces hors tolérances. Si c'est le cas, pouvons-nous compenser en réglant différemment la machine de formage ? 

Si la réponse est oui, la question suivante est de savoir si ces ajustements de compensation fonctionnent sur toute la longueur de la bobine AHSS/UHSS ? (En d'autres termes, y a-t-il des variations dans une même bobine ?) Et y a-t-il des variations d'une bobine à l'autre ? 

Il est quasiment certain qu'il y aura des variations si les bobines proviennent de fournisseurs d'aciers AHSS/UHSS différents. Donc, l'équipementier doit prévoir des ensembles d'outils distincts pour chacun de ses fournisseurs. Cette approche peut vite devenir compliquée et susceptible de générer des différences à chaque réglage de l'outil.

Ce qu'il faut retenir : Plus la matière AHSS est homogène, plus il est facile d'obtenir une pièce finale dans les tolérances.

Lorsque la planéité de l'acier AHSS/UHSS n'est pas homogène, les pièces risquent plus facilement d'être hors tolérances de forme. Les problèmes de tolérance pour les formes concernent souvent la rectitude du profil, l'angle de l'arrondi, des problèmes de position, ou de trous parfois non alignés entre l'avant et l'arrière de la pièce. Les planeuses de précision peuvent-elles aider ?

Les planeuses de précision servent à régler des problèmes de planéité dans les bobines AHSS, de type cambrure, arc et « poches de chaleur ». Les planeuses de précision ont leur place dans la métallurgie, mais pour citer un récent article de WorldAutoSteel :

« Pour corriger les ondulations des bords et les distorsions, il faut dépasser la limite d'élasticité de la bande d'acier (AHSS) à des niveaux atteignant au moins 50 % de la coupe transversale de la bande. Cela peut augmenter le potentiel d'écrouissage de la bande d'acier, affectant négativement sa formabilité. La limite d'élasticité de plus en plus élevée des aciers AHSS complique le travail des redresseurs et planeuses de précision qui n'ont pas été conçus pour travailler des matières à haute limite d'élasticité. »

La limite d'élasticité de plus en plus élevée des aciers AHSS complique le travail des redresseurs et planeuses de précision qui n'ont pas été conçus pour travailler des matières à haute limite d'élasticité.

Les planeuses de précision sont des machines de grande taille qui peuvent être difficiles à placer avant les opérations de découpe. Quant à externaliser le planage de précision, cela présente des inconvénients : Le fabricant de la pièce ne peut pas être certain de la non altération des propriétés mécaniques de l'acier AHSS/UHSS par la planeuse externe (il peut y avoir écrouissage par exemple).

SSAB affine continuellement ses méthodes en aciérie pour éviter que les destinataires de nos bobines en acier AHSS/UHSS Docol® doivent passer par une planeuse de précision. Sachant qu'une moins bonne planéité peut créer des contraintes dans la matière pendant la trempe, pour les « poches de chaleur » par exemple, nous avons mis au point plusieurs opérations qui permettent de réduire ces contraintes et qui sont propres à nos aciéries. 

SSAB vous également de convertir ses bobines AHSS/UHSS en tôles ou bobines refendues, avec une extrême précision et suivant nos propres spécifications Docol, pour que l'écrouissage et la moindre ductilité qui en découle,  soit minimisés. Nos clients apprécient ce service, particulièrement utile pour nos nuances martensitiques à haute limite d'élasticité.

« Souvent, on constante que des problèmes ne peuvent pas être entièrement réglés par les spécifications des constructeurs automobiles », indique José Puente Cabrero, Responsable produit SSAB pour les aciers AHSS laminés à froid Docol. « Lorsque l'on se penche sur toute la chaîne de production, les spécifications AHSS ne représentent peut-être que 20 % de ce que la matière doit pouvoir montrer.
 
« Nous pouvons discuter des exigences du constructeur pour l'allongement ou la pliabilité d'une pièce et nous rendre compte que ce qui compte vraiment, c'est comment la pièce se comporte pendant les crash tests. C'est quelque chose qui est très difficile à exprimer en une simple spécification.

« Au lieu de spécifications, SSAB, en tant que fournisseur d'acier AHSS, doit vraiment comprendre la fonction de la pièce. Nous devons comprendre comment cette pièce fonctionnera avec les pièces autour. Comment va-t-elle être assemblée ? Quels types de collision sont concernés ? Quelles sont les charges pendant les essais de collision ? Quels sont les critères à retenir pour ces tests ?

« Le scénario idéal, c'est quand le constructeur, l'équipementier et le producteur d'acier AHSS/UHSS travaillent ensemble dès les premières étapes de la conception d'une voiture. En d'autres mots : Quels sont les objectifs finaux du constructeur pour cette pièce ? Si nous connaissons l'objectif final du constructeur, nous pouvons travailler à partir de la source, de sorte  à pouvoir, ensemble, trouver les géométries et le type de formage à retenir, sans compter la nuance d'AHSS à utiliser.

« L'expérience de SSAB montre que lorsqu'une tolérance est faible, nous devons demander : « Qu'est-ce qui justifie cette exigence ? » Le constructeur automobile cherche-t-il à régler un problème de production — obtenir une forme toujours rigoureusement identique — en réduisant les tolérances dans ses spécifications aux fournisseurs ?

« Ce qui fonctionne le mieux pour tout le monde — pour l'ensemble des opérations et pour les résultats de la pièce finie — c'est, dès les toutes premières étapes de la conception d'une pièce, pouvoir penser à la matière qui sera utilisée, à la manière dont la pièce va être fabriquée et à la façon dont elle va répondre aux opérations de formage. Lorsque les designers pensent ainsi, leurs conceptions sont vraiment optimisées — le formage et la forme de la pièce finale aussi. »

Puente Cabrero poursuit : « Plus notre acier Docol AHSS est homogène, plus on évitera les problèmes tout au long de la chaîne d'approvisionnement et d'assemblage.

« Notre objectif en tant que fabricant d'acier AHSS est d'obtenir des résultats homogènes d'un cycle de production à l'autre. SSAB dispose d'avantages qui lui sont propres : Notre source de minerai de fer, dans le nord de la Suède, est d'une qualité extrêmement élevée et constante. Et chaque nuance Docol est répétée avec une grande fidélité — quelle que soit l'aciérie SSAB dans laquelle elle est produite.

« Nos clients nous disent que l'AHSS Docol est vraiment très homogène. Et comme nous sommes à l'ère du numérique, nous nous préparons à offrir davantage. Pouvons-nous, par exemple, dépasser la norme actuelle de l'industrie sur la limite des courbes de formage ? Que se passerait-il si nous pouvions prédire avec précision les propriétés de l'acier AHSS de manière à créer des « jumeaux numériques » pour nos clients ? 

« Imaginez : Chacune de nos bobines AHSS aura son jumeau numérique. Les fabricants pourraient donc, en utilisant le jumeau, modifier les paramètres d'outilllage pour obtenir une homogénéite de forme finale encore plus précise.

« Restez à l'écoute », conseille Puente Cabrero.