Choix d'un procédé d'usinage pour une pièce prismatique
Une entreprise doit fabriquer une série de 200 pièces en aluminium 2017A. La pièce est un boîtier parallélépipédique de 120 mm x 80 mm x 50 mm avec une poche rectangulaire de 60 mm x 40 mm sur 20 mm de profondeur, des rainures de 6 mm de largeur et des trous Ø8 H7. Les tolérances dimensionnelles sont de ±0,05 mm et l'état de surface Ra 1,6 µm sur les portées fonctionnelles. L'atelier dispose d'un centre d'usinage 3 axes, d'une fraiseuse conventionnelle et d'un tour. Le temps unitaire estimé sur centre d'usinage est de 12 min, sur fraiseuse conventionnelle de 25 min. Le coût horaire est de 40 € pour le centre et de 25 € pour la fraiseuse. On demande de choisir le procédé le plus économique et de vérifier la capabilité pour les trous H7.
1. Comparer le coût de production pour les 200 pièces entre le centre d'usinage et la fraiseuse conventionnelle. Quel procédé choisir ? Justifier en intégrant les critères de qualité.
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Coût sur centre d'usinage : temps unitaire 12 min = 0,2 h. Coût unitaire = 0,2 * 40 = 8 €. Pour 200 pièces : 200 * 8 = 1600 €. Coût sur fraiseuse conventionnelle : 25 min = 0,4167 h. Coût unitaire = 0,4167 * 25 = 10,42 €. Pour 200 pièces : 200 * 10,42 = 2084 €. Le centre d'usinage est plus économique (1600 € contre 2084 €). De plus, il permet d'atteindre les tolérances de ±0,05 mm et l'état de surface Ra 1,6 µm plus facilement, car la fraiseuse conventionnelle nécessite plus de reprises et est moins précise. Les trous Ø8 H7 peuvent être réalisés par perçage puis alésage sur le centre, tandis que sur fraiseuse conventionnelle, il faudrait un montage spécifique. Donc le centre d'usinage est le choix recommandé.
2. Vérifier la capabilité du procédé de perçage-alésage pour les trous Ø8 H7 sur le centre d'usinage. On dispose des données suivantes : moyenne mesurée 8,012 mm, écart-type 0,004 mm. La tolérance H7 pour Ø8 est de 0 à +0,015 mm. Le procédé est-il capable ? Que faire si ce n'est pas le cas ?
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Pour un diamètre nominal de 8 mm, la tolérance H7 est de 15 µm (0 à +0,015 mm). La moyenne mesurée est 8,012 mm, soit un décalage de +12 µm par rapport à la cible 8,0075 mm (milieu de tolérance). L'écart-type est de 0,004 mm. L'indice de capabilité Cp = (IT) / (6σ) = 0,015 / (6*0,004) = 0,015 / 0,024 = 0,625. C'est très inférieur à 1,33, donc le procédé n'est pas capable. De plus, le décalage est important : Cpk = min((8,015-8,012)/(3σ), (8,012-8,000)/(3σ)) = min(0,003/0,012, 0,012/0,012) = min(0,25, 1) = 0,25. Le procédé est non capable et décalé vers la limite supérieure. Il faut recentrer le procédé (réduire le diamètre moyen) et réduire la dispersion (usure de l'outil, vibration). On peut aussi augmenter la fréquence de contrôle et utiliser un alésoir plus précis.