Le mécanosoudé : une solution efficace, mais qui peut devenir complexe

Un ensemble mécanosoudé est généralement constitué de plusieurs composants métalliques assemblés par soudage.

Cette approche présente de nombreux avantages. Elle permet notamment de réaliser des structures de grandes dimensions, d’adapter facilement une conception ou encore de produire certaines pièces sans avoir recours à un outillage de fonderie.

Mais sa pertinence économique dépend fortement de la géométrie de la pièce, de son niveau de complexité et des quantités à produire.

Prenons le cas théorique d’un composant constitué de plusieurs tôles, plaques, renforts ou éléments usinés.

Avant d’obtenir la pièce finale, plusieurs étapes peuvent être nécessaires :

• approvisionnement des différents composants ;
• découpe et préparation des éléments ;
• mise en forme ;
• positionnement dans un montage ;
• pointage et soudage ;
• contrôle des soudures ;
• éventuelles reprises ;
• traitements de finition ;
• usinage des surfaces fonctionnelles ;
• contrôle final.

Pris séparément, chacun de ces postes peut sembler maîtrisé.

Mais c’est l’addition de toutes ces opérations qui détermine le coût réel de la pièce.

Et plus le nombre de composants augmente, plus la fabrication devient complexe à piloter.

Et si plusieurs pièces pouvaient n’en devenir qu’une ?

C’est précisément là que la fonderie aluminium peut apporter une réponse intéressante.

Le principe consiste à partir de la fonction assurée par l’ensemble mécanosoudé et non de sa conception historique.

Plutôt que de chercher à reproduire séparément chaque plaque, renfort ou élément, nous pouvons nous poser une autre question :

Comment intégrer ces différentes fonctions directement dans une seule pièce ?

La liberté de conception offerte par la fonderie permet notamment d’intégrer dans une même géométrie des nervures, bossages, zones de fixation, changements d’épaisseur ou autres formes fonctionnelles.

Des éléments qui nécessitaient auparavant plusieurs composants et plusieurs soudures peuvent ainsi être directement intégrés à la pièce moulée.

On passe alors potentiellement d’un assemblage complexe à une pièce monobloc.

Cette évolution peut sembler simple sur le papier, mais elle change profondément la logique de fabrication.

Simplifier la pièce pour simplifier son coût

L’intérêt économique d’un passage du mécanosoudé à la fonderie ne doit pas être analysé uniquement en comparant le prix de la matière.

Il faut raisonner en coût global de fabrication.

Dans un ensemble mécanosoudé, le coût final comprend non seulement les matières premières, mais également l’ensemble des opérations nécessaires pour transformer et assembler les différents composants.

À cela peuvent s’ajouter des coûts moins visibles : manutention entre les opérations, gestion de plusieurs références, contrôles intermédiaires, rebuts éventuels ou temps consacré aux reprises.

Une pièce monobloc peut permettre de supprimer une partie de ces étapes.

Moins de composants à approvisionner.

Moins d’opérations d’assemblage.

Moins de soudures.

Moins de manipulations.

Et potentiellement moins d’opérations de finition.

Le raisonnement économique doit donc porter sur une question essentielle :

Combien coûte réellement la pièce terminée et conforme, prête à être intégrée chez le client ?

C’est à ce niveau que la comparaison entre mécanosoudage et fonderie devient pertinente.

La fonderie sable : de la liberté pour les pièces complexes

Pour réaliser cette transformation, plusieurs procédés peuvent être envisagés.

Chez ALUDEV, la fonderie sable constitue notamment une solution intéressante lorsqu’il faut réaliser des géométries complexes ou lorsque les volumes de production ne justifient pas nécessairement un outillage permanent plus important.

Le procédé permet une grande liberté dans la conception des formes.

Lorsqu’un ensemble mécanosoudé comprend différents renforts ou volumes assemblés, cette liberté géométrique peut être particulièrement utile.

Le travail de reconception consiste alors à transformer la logique d’assemblage en une géométrie compatible avec le moulage.

Les renforts peuvent, par exemple, devenir des nervures directement intégrées.

Certaines zones d’assemblage peuvent disparaître.

Les épaisseurs peuvent être adaptées en fonction des contraintes de la pièce.

Les zones fonctionnelles peuvent être prévues pour recevoir ensuite les opérations d’usinage nécessaires.

L’objectif n’est donc pas de « couler un mécanosoudé ».

Il est de concevoir une pièce pensée dès le départ pour la fonderie.

Cette distinction est essentielle.

La fonderie coquille : une autre réponse pour les séries adaptées

Lorsque les volumes, les dimensions et la géométrie de la pièce s’y prêtent, la fonderie coquille peut également être étudiée.

Le principe reste le même : remplacer plusieurs éléments assemblés par une pièce moulée intégrant directement les fonctions nécessaires.

L’utilisation d’un moule métallique permanent peut notamment être pertinente dans une logique de production répétitive.

L’investissement initial dans l’outillage doit alors être mis en perspective avec les économies potentielles réalisées sur la durée du programme.

Plus la pièce mécanosoudée nécessite d’opérations répétitives et plus le volume produit est important, plus il peut devenir intéressant d’étudier une solution permettant d’industrialiser différemment sa fabrication.

Le choix entre sable et coquille ne peut toutefois pas être réalisé sur le seul critère du volume.

Dimensions, géométrie, caractéristiques mécaniques recherchées, niveau de finition ou encore contraintes d’usinage doivent également être pris en compte.

Chaque projet doit donc faire l’objet d’une analyse spécifique.

Le véritable enjeu : repenser la conception

Passer d’un ensemble mécanosoudé à une pièce monobloc n’est pas une simple substitution.

La pièce doit être repensée.

Une plaque soudée ne devient pas automatiquement une paroi moulée. Un renfort mécanosoudé ne doit pas nécessairement conserver exactement la même géométrie lorsqu’il est intégré à une pièce de fonderie.

C’est tout l’intérêt de travailler en amont sur la conception.

Il faut identifier les fonctions essentielles de la pièce :

Que doit-elle supporter ?

Quelles sont les zones réellement sollicitées ?

Quelles surfaces doivent être usinées ?

Quelles interfaces avec les autres composants doivent impérativement être conservées ?

Quelles contraintes dimensionnelles ou mécaniques doivent être respectées ?

À partir de ces éléments, il devient possible de reconstruire une géométrie adaptée au procédé de fonderie.

Cette phase est déterminante pour exploiter réellement les possibilités offertes par l’aluminium.

Une simplification qui va au-delà du prix de fabrication

L’intérêt d’une pièce monobloc ne se limite pas nécessairement au coût direct.

La réduction du nombre de composants peut également simplifier la gestion industrielle.

Un ensemble composé de nombreuses références nécessite autant d’approvisionnements et de flux à coordonner avant l’assemblage.

Avec une pièce monobloc, cette chaîne peut être raccourcie.

La suppression de certaines soudures peut également réduire les problématiques liées aux déformations provoquées par l’assemblage et limiter certaines opérations de reprise.

Une conception monobloc permet par ailleurs de supprimer plusieurs interfaces entre composants.

Selon l’application, ces différents éléments peuvent contribuer à améliorer la répétabilité du processus de fabrication.

La simplification doit donc être considérée dans son ensemble :

simplifier la conception, simplifier la fabrication et, lorsque les conditions sont réunies, simplifier le coût.

Pourquoi l’aluminium ?

L’aluminium présente plusieurs caractéristiques intéressantes pour ce type de démarche.

Sa faible densité permet tout d’abord d’envisager un allègement par rapport à certaines solutions réalisées dans des matériaux plus denses.

Mais son intérêt ne se limite pas à la masse.

Les alliages d’aluminium utilisés en fonderie permettent de réaliser des géométries élaborées et d’intégrer de nombreuses fonctions directement dans la pièce.

Cette capacité d’intégration est particulièrement intéressante lorsqu’on cherche à remplacer un assemblage.

L’objectif n’est donc pas uniquement de fabriquer « la même pièce en aluminium ».

Il s’agit de profiter du changement de technologie pour repenser la manière dont la fonction est obtenue.

C’est souvent là que se trouve la valeur du passage à une pièce monobloc.

Enfin, l’aluminium permet d’offrir à la pièce des caractéristiques mécaniques plus développées qu’avec d’autres métaux.

Tous les mécanosoudés doivent-ils être remplacés ? Non.

La fonderie n’a pas vocation à remplacer systématiquement le mécanosoudage.

Dans de nombreux cas, le mécanosoudé restera la solution technique et économique la plus pertinente.

Pour des volumes très faibles, certaines géométries simples, des pièces de très grandes dimensions ou des conceptions susceptibles d’être régulièrement modifiées, la création d’un outillage de fonderie peut par exemple ne pas être justifiée.

L’enjeu n’est donc pas d’opposer les deux technologies.

Il consiste à identifier les pièces pour lesquelles le mécanosoudage génère une complexité et un coût qui pourraient être évités.

Un ensemble comprenant de nombreux composants, plusieurs opérations de soudage, des reprises importantes ou des volumes récurrents peut ainsi constituer un bon candidat à une étude de reconception.

La seule manière de le savoir reste de comparer les deux scénarios à partir des contraintes réelles du projet.

Avant de fabriquer différemment, il faut regarder la pièce différemment

Une pièce industrielle peut continuer à être fabriquée de la même manière pendant des années simplement parce qu’elle a été conçue ainsi à l’origine.

Pourtant, les volumes évoluent.

Les coûts de fabrication changent.

Les exigences industrielles progressent.

Et les procédés disponibles permettent parfois d’imaginer une autre solution.

L’objectif n’est pas de remplacer un procédé pour le principe.

Il est de déterminer si une conception monobloc peut permettre d’obtenir une solution plus simple à fabriquer et économiquement plus pertinente, tout en respectant les exigences techniques de la pièce.

Votre ensemble mécanosoudé comporte plusieurs composants, de nombreuses soudures ou des opérations coûteuses ?

Il mérite peut-être d’être regardé sous un autre angle.

Et si plusieurs pièces pouvaient n’en devenir qu’une ?