Contrôle qualité du laminage des moteurs : SPC pour l'estampage des lamelles et les dimensions des empilements

A laminage estampé peut respecter toutes les dimensions indiquées et pourtant donner un résultat médiocre.

L'alésage se déplace après le verrouillage. La hauteur de la pile varie d'un lot à l'autre. Une voie de bandes présente des bavures plus rapidement que l'autre. La largeur des dents reste dans les limites de tolérance, mais elle varie depuis plusieurs heures.

Le contrôle final porte sur une pièce. Le contrôle statistique des processus doit porter sur le processus qui a permis de la fabriquer : bobine, alimentation en bande, matrice, laminage individuel, opération d'assemblage et pile finie.

Un plan SPC efficace relie ces différentes étapes. Un plan de contrôle de grande envergure ne le fait pas automatiquement. Parfois, il ne fait que générer davantage de chiffres.

Quelles dimensions faut-il contrôler ?

Gérez quatre groupes de caractéristiques :

• Matières premières : épaisseur de la tôle, état du revêtement et largeur de la bande
• Géométrie fonctionnelle : alésage ou diamètre extérieur, largeur de dent, ouverture de fente, emplacement de la fente, pas, concentricité et faux-rond
• Indicateurs de l'état de l'outil : hauteur de la bavure, profil de l'arête, progression de l'avance et dimensions sélectionnées en fonction du poinçon
• Résultats de la pile : hauteur sous une charge définie, parallélisme des faces, faux-rond de l'alésage ou du diamètre extérieur, inclinaison et état d'engrènement

Une cote doit être intégrée dans le contrôle statistique de qualité (SPC) de routine lorsqu'elle permet de prédire le fonctionnement du produit, de détecter l'usure des outils, d'identifier un problème au niveau de l'alimentation ou des cavités, qu'elle s'accumule lors de l'empilage ou qu'elle entraîne un coût élevé en cas de non-conformité.

Pourquoi de bons laminages peuvent donner lieu à une mauvaise pile

Une pile ne correspond pas simplement à l'épaisseur d'une feuille multipliée par le nombre de couches.

H_stack = somme(t_i + c_i + b_i + e_i) - compression_set

Où ?

• t_i = épaisseur de la feuille de base
• c_i = contribution effective du revêtement
• b_i = contribution due aux bavures ou au contact des arêtes
• e_i = déformation par jonction ou par emboîtement
• compression_set = hauteur retirée par la charge indiquée

Il ne s'agit pas d'une équation de conception. C'est simplement un rappel : une épaisseur de tôle constante ne garantit pas une hauteur de pile constante.

Le poinçonnage modifie la zone de coupe par déformation, contraintes résiduelles, rupture et formation de bavures. Les bavures peuvent endommager l'isolation ou provoquer un contact entre des tôles adjacentes lorsque la pile est comprimée. La bavure est donc une variable de processus, et non pas seulement un défaut visuel.

Liste de contrôle SPC pour le laminage des moteurs

Il s'agit d'une architecture, et non d'un plan de contrôle universel. Les piles collées, emboîtées et soudées n'accumulent pas les variations exactement de la même manière.

Ne pas copier les numéros universels des fraises

“ La bavure doit toujours être inférieure à 10 micromètres ” : cela semble utile. Mais cela peut ne pas s'appliquer au produit que vous avez sous les yeux.

La limite admissible dépend de l'épaisseur de la tôle, de la nuance du matériau, du revêtement, du sens des bavures, de l'emplacement des bords, de la compression de l'empilement, de la méthode d'assemblage, de la validation électrique, des exigences du client et de la méthode de mesure.

Utilisez deux limites lorsque le risque le justifie :

1. Limite du produit : la cote de dessin ou la limite d'acceptation validée.
2. Déclencheur de maintenance : un seuil interne inférieur qui déclenche l'inspection de l'outil avant le rejet.

Une usine peut décider de fixer le seuil d'intervention de maintenance entre 60% et 80% de la limite du produit, après avoir analysé ses propres données sur la durée de vie des outils. Il s'agit là d'un exemple de politique d'entreprise, et non d'une règle imposée par le secteur.

Utiliser les normes sans pour autant les laisser se substituer à l'ingénierie

La famille de normes ISO 22514 fournit des méthodes relatives à la capacité des procédés, aux performances et à la capacité des procédés de mesure. L'édition actuelle de la norme ISO 22514-2 traite des caractéristiques continues ; la norme ISO 22514-7 détermine si un procédé de mesure est adapté à une tâche définie.

La série de normes CEI 60404 porte sur les aciers électriques, les essais de propriétés magnétiques, les nuances, les caractéristiques géométriques et les exigences de contrôle. La norme CEI 60404-8-4, par exemple, s'applique à l'acier électrique non orienté laminé à froid et entièrement traité, dans des épaisseurs nominales spécifiées. Elle ne remplace pas le plan de laminage final ni la spécification validée de la pile.

Les normes définissent les méthodes et la terminologie. Le plan de contrôle définit les critères d'acceptation. Le plan de contrôle définit à quel moment il faut intervenir.

Élaborer le plan d'échantillonnage en fonction des événements liés aux processus

Effectuez toujours une inspection après une mise en place de matrice, un entretien de matrice, un changement de bobine, un réenfilage de bande, un bourrage de presse, un réglage de l'alimentation, un réglage de l'empileur, un changement de jonction ou une révision du programme de calibrage. Chaque événement peut entraîner un nouvel état du processus.

Pour l'estampage à grand volume, il est souvent judicieux de commencer par un sous-groupe de trois à cinq laminages consécutifs. Veillez à ce qu'ils proviennent de la même période courte, de la même ligne, de la même cavité et des mêmes conditions de processus. Ne constituez pas de sous-groupe à partir du début, du milieu et de la fin d'une équipe ; cela introduirait des variations temporelles dans une même plage.

Ajoutez des contrôles basés sur le nombre de contacts ou sur la durée. Définissez l'intervalle en fonction de l'historique de la durée de vie de l'outil, de la vitesse de pressage, de la tolérance, du taux de dérive antérieur, de la durée de mesure, du coût de confinement et de la gravité d'un éventuel déversement. “ Toutes les deux heures ” peut être une bonne fréquence. L'historique devrait en expliquer la raison.

Distinguez clairement l'échantillonnage des pièces de celui des piles. Les données relatives aux pièces fournissent des informations sur le comportement des matrices et de l'alimentation. Les données relatives aux piles fournissent des informations sur l'accumulation, l'assemblage, la compression et l'indexation. Reliez ces deux types de données par bobine, voie, cavité, plage de frappe, empileur et lot.

Choisissez le graphique qui correspond aux données

Utilisez un Diagramme Xbar-R lorsque plusieurs valeurs consécutives peuvent être mesurées en tant que sous-groupe. Cela s'applique souvent à la largeur des dents, au diamètre de l'alésage, à l'ouverture de la fente, à l'épaisseur et à la hauteur d'empilement répétitive.

Utilisez un Graphique I-MR lorsqu'un seul résultat est pertinent à chaque intervalle, comme le profil des bavures, le faux-rond de l'empilement complet, la mesure du gauchissement, un essai destructif ou un empilement en petite série.

Utilisez un tableau des attributs pour les nombres ou les proportions, tels que les verrouillages manquants, les dommages au revêtement ou les piles rejetées.

Ne regroupez pas dans un même schéma les lignes de production, les cavités, les matrices ou les empileurs simplement parce que les pièces partagent la même référence. Un schéma doit représenter un seul flux de processus. En règle générale.

Commencez par valider le processus de mesure

Le bruit de mesure peut ressembler à une variation du processus.

Définissez le système de référence, le dispositif de fixation, la force, les points d'appui, les conditions de température, les règles relatives aux bords optiques, le sens de suivi des bavures, la force de compression de la pile, le temps de maintien, la méthode de l'opérateur et la résolution de la jauge avant de collecter les données de référence.

Un résultat de hauteur de pile sans charge spécifiée est incomplet. Une mesure de bavure sans emplacement défini est difficile à comparer. Un programme optique avec des seuils de bord variables ne constitue pas un processus de mesure stable.

Formules de capacité en texte brut

Ne calculez la capacité qu’une fois que le processus est suffisamment stable.

Cp = (USL - LSL) / (6 * sigma_within)

Cpk = min(
  (USL - moyenne) / (3 * sigma_within),
  (moyenne - LSL) / (3 * sigma_within)
)

Pp = (USL - LSL) / (6 * sigma_global)

Ppk = min(
  (USL - moyenne) / (3 * sigma_global),
  (moyenne - LSL) / (3 * sigma_global)
)

USL et LSL sont les limites spécifiées. sigma_within estime la variation à court terme. sigma_global tient compte des variations observées au cours de la période sélectionnée.

Exemple détaillé : largeur d'une dent

Les chiffres ci-dessous ne constituent qu'un exemple pédagogique.

Valeur nominale = 5,000 mm
LSL = 4,960 mm
USL = 5,040 mm
Moyenne = 5,014 mm
sigma_within = 0,006 mm

Cp = (5,040 - 4,960) / (6 * 0,006)
Cp = 2,22

Cpk supérieur = (5,040 - 5,014) / (3 * 0,006) = 1,44
Cpk inférieur = (5,014 - 4,960) / (3 * 0,006) = 3,00

Cpk = min(1,44, 3,00)
Cpk = 1,44

Le Cp est élevé car la dispersion est relativement faible. Le Cpk est plus faible car le processus présente un décalage vers la limite supérieure. Avant de régler la matrice, vérifiez le graphique de contrôle, la ligne de production, la cavité, la stabilité des jauges et les événements récents liés à l'outillage.

Exemple : le regroupement des données peut masquer un problème

Considérons une bande à deux voies dont les largeurs moyennes hypothétiques sont les suivantes :

La moyenne combinée semble parfaite. Aucune des deux voies ne se comporte de manière idéale.

Des graphiques distincts peuvent mettre en évidence des conditions différentes en matière d'usure, d'alignement ou de jeu. Le même phénomène de masquage se produit lorsque les données provenant de plusieurs cavités ou empileurs sont regroupées.

Plan d'intervention en cas de signal hors de contrôle

1. Contient les données issues de la dernière vérification réussie.
2. Vérifiez le signal à l'aide de l'instrument de mesure et de la méthode définis.
3. Identifiez la bobine, la ligne, la cavité, la plage de frappe, la presse, l'empileur et le lot.
4. Vérifiez les caractéristiques associées ; comparez, par exemple, la fraise avec les dimensions de la fente et le profil des arêtes.
5. Vérifiez les éléments susceptibles d'être à l'origine du problème : le système d'alimentation, le poinçon pilote, le poinçon, le jeu de la matrice, le dispositif d'extraction, le dispositif de fixation, le poste de verrouillage ou les réglages d'assemblage.
6. Corrigez la cause et vérifiez que les sous-groupes suivants sont conformes.
7. Libérer ou trier les matières contenues en appliquant une règle documentée.
8. Notez la cause, la mesure prise et le point de redémarrage vérifié.

Ne recalculez pas les limites de contrôle simplement parce qu'un point a dépassé une limite. Modifiez-les uniquement après un changement réel et bien compris du processus.

Les questions que les acheteurs devraient poser à un fournisseur de services d'estampage et de pelliculage

Demander plusieurs valeurs Cpk :

• Données relatives aux capacités de séparation par voie et par cavité
• Données issues du système de mesure pour les contrôles de l'alésage, des dents, des bavures et de l'empilement
• Hauteur exacte de la pile, temps de maintien et méthode de fixation
• Cartes de burr et déclencheurs d'entretien des matrices
• Traçabilité depuis la bobine jusqu'au lot de laminage, puis jusqu'à la pile
• Règles relatives aux réactions, au confinement et aux modifications de processus
• Preuve que les enregistrements au niveau des pièces et au niveau des piles sont liés

Un tableau de bord « vert » ne suffit pas. Ce qui compte, c'est le processus qui se cache derrière chaque chiffre.

FAQ

Quelles sont les dimensions SPC les plus importantes pour les tôles magnétiques de moteurs ?

Commencez par l'épaisseur de la tôle, l'alésage ou le diamètre extérieur, la largeur de dent, l'ouverture et l'emplacement de la fente, le faux-rond, la hauteur des bavures, la planéité, la géométrie d'emboîtement, la hauteur d'empilement, le parallélisme des faces et l'inclinaison. Adaptez cette liste aux modes de défaillance du produit.

Faut-il établir un graphique de contrôle pour chaque cote de dessin ?

Non. Certaines cotes ne nécessitent qu'une validation de la configuration ou un audit périodique. Le contrôle statistique de processus (SPC) de routine doit se concentrer sur les caractéristiques fonctionnelles, les indicateurs d'usure, les cotes à haut risque et les caractéristiques qui s'accumulent dans la pile.

Existe-t-il une limite universelle pour la hauteur des meules ?

Non. La limite approuvée doit être déterminée en fonction du dessin technique, du système de revêtement, de la compression de la pile, de la validation électrique, des exigences du client et de la méthode de mesure convenue.

À quelle fréquence faut-il vérifier la hauteur des meules ?

Effectuez une vérification après l'installation et l'entretien, puis à des intervalles déterminés en fonction du nombre de chocs et du taux d'usure observé. Mesurez les zones fixes à haut risque, et non pas simplement le bord le plus facile d'accès.

Pourquoi la hauteur de la pile peut-elle varier alors que l'épaisseur de la tôle reste stable ?

Le revêtement, les bavures, l'ondulation, les débris, la déformation par emboîtement, les conditions d'assemblage, le nombre de pièces, la réponse à la compression, la charge de mesure et le temps de maintien peuvent tous jouer un rôle.

Qu'est-ce qui est le plus important, le Cp ou le Cpk ?

Le Cp reflète la capacité potentielle en fonction de la dispersion. Le Cpk reflète également le centrage. Aucun de ces deux indices n'est fiable sans un processus stable et une méthode de mesure adaptée.

Un bon laminage SPC peut-il garantir un noyau de moteur de bonne qualité ?

Non. Une fois assemblé, le paquet doit encore faire l'objet de contrôles portant sur la hauteur, le faux-rond, le parallélisme, le gauchissement, les jonctions, l'état de l'isolation, ainsi que des essais de performance spécifiques au produit.

Une règle pratique

Contrôler les dimensions qui permettent de prédire le fonctionnement. Surveiller les mesures qui révèlent l'usure. Vérifier l'ensemble fini dans des conditions définies.

Veillez à classer les données en fonction de leur source réelle : bobine, ligne, cavité, outil, presse et empileur.

C'est ainsi que le SPC détecte un changement dans le processus avant que le contrôle final ne doive expliquer un lot défectueux.

Demander un examen SPC concernant le laminage

Pour une analyse pertinente de la fabricabilité ou d'un devis, veuillez fournir les plans de stratification et d'empilement, la référence et l'épaisseur des matériaux, le revêtement, le volume annuel, la méthode d'assemblage, la charge de mesure de la hauteur d'empilement, les exigences en matière de bavures et de planéité, les exigences relatives à l'inclinaison, les indices de capacité requis et les attentes en matière de traçabilité.

Un devis gagne en précision lorsque la méthode de contrôle est définie dès la conception de la pièce, et non ajoutée une fois la production lancée.