Élimination du broutage dans l'étirage de tubes à froid dans la fabrication de métaux

Les fabricants de métaux ne devraient pas attendre d'entendre des bavardages lors des opérations d'étirage à froid. La détection électronique peut éviter à un magasin toutes sortes de problèmes avant qu'ils ne commencent.

Les opérations d'étirage de tubes peuvent grandement bénéficier de la prévention du broutage et de l'atténuation de l'erreur humaine lors de sa détection.

Au lieu d'attendre que le broutage s'intensifie et endommage potentiellement vos pièces et outils, il est préférable de détecter le broutage à ses débuts et de réduire immédiatement la vitesse de dessin.

Mais qu'est-ce que le bavardage exactement et comment l'empêcher ?

Au fil des ans, l'étirage à froid est devenu un processus standard incontournable pour créer des diamètres de tube et des épaisseurs de paroi précis. Les tubes avec des diamètres plus grands que la taille ciblée sont tirés à travers une filière conique pour réduire leur diamètre extérieur et intérieur. En plus de fournir des résultats géométriques précis, le formage à froid augmente les propriétés importantes des matériaux telles que la limite d'élasticité, la résistance à la traction et la dureté.

Pour mieux contrôler la qualité de l'ID, un mandrin fixe ou flottant est souvent positionné à l'intérieur du tube, où la matrice conique déforme le métal (voir Figure 1). Un agent d'étirage est utilisé pour faciliter l'étirage en douceur et améliorer la qualité de surface.

Souvent, lorsque le mandrin est tiré dans la matrice, la tige fixe le tire en arrière avant qu'il ne soit repoussé par le rebond. Ce mouvement du mandrin entraîne de fortes vibrations audibles de la machine, parfois pendant plusieurs secondes - le fameux bavardage.

Cet effet laisse des marques annulaires périodiques indésirables (marques de broutage) sur les surfaces intérieure et extérieure du tube. Les tubes avec des marques de broutage ne répondent pas aux spécifications géométriques, et soit la section affectée doit être découpée, soit le tube est entièrement jeté. Lors des chaudes journées d'été, en raison des changements de viscosité de l'agent d'étirage, des vibrations peuvent se produire plusieurs fois par heure, entraînant des interruptions de processus, des taux de rebut élevés et un travail supplémentaire pour les opérateurs de machines.

Non seulement le broutage augmente la quantité de matériau mis au rebut, mais il peut également causer des dommages irréversibles à la matrice. Dans certains cas extrêmes, le mandrin et le tube se déchirent et se soudent à froid à la matrice par les immenses forces de traction.

L'étendue des dommages au tube dépend de l'intensité et de la durée du claquement, soyez donc toujours prêt à ralentir la vitesse de dessin dès que vous l'entendez.

Chaque fois qu'un bavardage se produit, vous devrez inspecter visuellement le produit pour détecter tout dommage. Il est très courant d'avoir plusieurs pieds de matériel défectueux même après avoir ralenti la machine. Il peut être tentant d'exécuter l'ensemble du processus à une vitesse d'étirage nettement inférieure pour éviter tout bavardage, mais cela augmente le temps de production, réduit l'utilisation de la machine et réduit potentiellement les résultats de l'entreprise.

FIGURE 1. Il s'agit d'une coupe transversale d'une matrice d'étirage équipée d'un mandrin fixe. Le tube entre par la gauche et sort par la droite avec un diamètre plus étroit.

Un système d'analyse des vibrations à grande vitesse est un moyen de détecter le broutage avant qu'il n'endommage durablement les tubes. Il analyse les données à haute fréquence en temps réel et traduit les résultats en une recommandation de réduction de vitesse pour la machine à dessiner.

Dans ce type de système de mesure, des capteurs piézoélectriques enregistrent les ultrasons transmis par le corps. Idéalement, un capteur doit être monté à proximité de la source du signal pour un meilleur rapport signal sur bruit et pour ne pas avoir à le déplacer en cas de modification de la configuration de la machine. En pratique, les capteurs sont souvent placés sur un support de matrice au-dessus de l'anneau de verrouillage.

Des automates analogiques ou numériques déclenchent le début et la fin de l'analyse des données. Pendant le temps d'étirage, la sortie du capteur est échantillonnée à une fréquence de 400 à 800 kHz, en fonction de la composition acoustique du processus. Les données sont ensuite transformées en un spectrogramme (temps x fréquence x amplitude) pour mieux séparer le bruit des signaux de broutage.

Le bavardage ne se produit pas instantanément. Au contraire, son intensité augmente généralement de manière mesurable sur plusieurs centaines de millisecondes. Dans le spectrogramme, le bavardage apparaît initialement sous la forme d'ondes faibles à large bande s'étendant sur une large gamme de fréquences enregistrées, régulièrement espacées dans le temps (voir Figure 2). L'intensité du broutage augmente souvent rapidement jusqu'à ce qu'il devienne audible et laisse des marques irréversibles sur le tube.

Des algorithmes peuvent être conçus pour détecter les signes avant-coureurs qui précèdent le bavardage. Étant donné que les données sont traduites en spectrogramme, vous pouvez concentrer votre analyse sur les fréquences dans lesquelles le rapport signal sur bruit est favorable.

Dans la figure 2, l'algorithme de détection de bavardage est réglé sur des fréquences supérieures à 150 kHz. L'algorithme compte le nombre d'événements de chatter dans le spectrogramme de chatter enregistré. Plus les événements satisfont aux limites de détection soigneusement définies, plus le nombre est élevé. À un moment donné, il dépasse un seuil - 200 à 300 millisecondes peuvent s'écouler après la détection initiale du bavardage mais avant que l'effet ne devienne perceptible - et c'est à ce moment-là que la machine à dessiner reçoit l'appel à ralentir.

Ce ralentissement peut être obtenu soit par une réduction progressive - en ralentissant le plus rapidement possible jusqu'à une vitesse ciblée - soit par une réduction progressive qui dépend de l'intensité du broutage (principalement parce que plus de broutage entraîne des réductions de vitesse plus importantes). Dans la pratique, la réduction de la vitesse de 10 % à 25 % en 1/2 seconde a montré des résultats efficaces d'atténuation du broutage (voir Figure 3). Une fois le broutage disparu, la vitesse de tirage réduite sera maintenue pendant quelques secondes supplémentaires avant que la machine ne revienne à sa vitesse précédente.

La détection de broutage basée sur les vibrations, associée à un contrôle prédictif de la vitesse de la machine, peut offrir une multitude d'avantages :