Essais & Simulations n°113

Mesures et Methodes de

Mesures et Methodes de Mesure Reportage 150 ans de précision dans l’outillage Le spécialiste germanique de l’outillage de précision et, en particulier, de la clé dynamométrique, vient de fêter son cent-cinquantième anniversaire. Située à Wuppertal, au cœur de la Rhin-Rhur, non loin de Düsseldorf, l’usine de Stahlwille a conservé ses bâtiments d’origine avant de s’étendre à d’autres régions allemandes, en particulier à l’est du pays. Un siècle et demi après sa création, cette entreprise familiale d’environ 700 personnes poursuit aujourd’hui le développement de ses outils de précision. Ses atouts ? Un savoir-faire bien particulier mais aussi un haut niveau d’équipements de mesure et de moyens d’essais tout au long de la production. Tenir entre les mains un outil Stahlwille, c’est un peu comme rouler dans la Mercedes de l’outil à main – origines allemandes oblige ! N’y voyez pas ici une façon peu subtile de vous convaincre d’utiliser « du Stahlwille ». Cette métaphore avec le constructeur automobile à la réputation « premium », de fiabilité et de luxe n’est pas anodine. Elle illustre le fait que sur le vaste marché de l’outillage, certaines gammes de produits sont de meilleurs qualité que d’autres, et ce n’est pas un hasard si Stahlwille s’adresse à des marchés professionnels particulièrement exigeants en termes de qualité et de précision. L’un des secteurs visés – et qui a d’ailleurs fait l’objet d’une importante campagne d’essais auprès de nombreuses entreprises et filiales de Safran ou d’EADS – est l’aéronautique. L’idée du fabricant allemand : montrer que l’outil n’est plus un simple consommable mais un facteur de productivité et de compétitivité à part entière. La recherche de forces de serrage optimales a mené au développement des clés dynamométriques, un bel exemple d’application mécatronique. Celle-ci permettent de s’assurer du meilleur niveau de serrage de la pièce, c’est-à-dire en alliant force et maintien de la pièce en parfait état. L’entreprise s’adresse aussi à d’autres domaines industriels comme l’automobile, l’énergie ou encore le ferroviaire, toutes ces filières exprimant de plus en plus de besoins en matière de précision dans l’outillage à main. Des dispositifs de calibrage notamment destinés aux outils de mesure de l’angle de rotation (perfectControl) aux clés pour couple de serrage et angle de rotation (gamme Manoskop), en passant par les embouts à cliquet à dentures fines pour couples élevés et les cliquets encapsulés contre la crasse, les solutions illsutrant le chemin parcouru par le fabricant en matière de précision sont nombreuses. Un savoir-faire construit sur le pilier de l’expérience Mais comment l’entreprise a-t-elle su acquérir un tel savoir-faire dans le domaine ? Pour répondre à cette question, il suffit de pénétrer dans le premier bâtiment, la partie historique qui abritait à l’époque la plus grande forge d’outils à main d’Europe. Celle-ci a quitté le site de Wuppertal pour s’installer à l’est de l’Allemagne. C’est-à-dire que depuis les années 1860, mise à part le déménagement d’une partie de la production dans d’autres régions, le process fonctionne toujours de la même manière. La matière revient ici et sert à fabriquer le matériel plat à l’exemple des pinces. Un savoir-faire qui s’explique avant toute chose par l’expérience. Et quand ce savoir-faire atteint 150 ans, période durant laquelle l’entreprise a su s’équiper en matière d’outil de production, de test et de mesure à la pointe, on peut effectivement parler sans sourciller d’expérience. La partie consacrée à l’ébavurage périphérique et à l’œil puis la partie brochage de la clé se font avec une extrême précision due notamment à la présence d’une toile, dont la finesse d’épaisseur est rendue possible grâce à un alliage très particulier et assure une très faible de concentricité (d’à peine un dixième). Cette qualité de précision est garantie par un outil de contrôle ou par un opérateur qui, à chaque de production de la pièce, vient vérifier et valider Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 18

Mesures et Methodes de Mesure les mesures. Après la trempe des pièces, opération destinée à les nettoyer de toutes leurs poussières et qui nécessite des équipements aussi divers qu’un petit fourneau, des bains d’huile et des machines de nettoyage à base de grains de sable, les pièces font l’objet d’une « re-calibration ». Cette phase est inévitable en raison des effets de contrainte résiduelle causés lors de la trempe. On contraint donc à nouveau la pièce ou on la déforme avant de la « masser ». « Si elle passe cette étape sans céder, la pièce peut continuer le processus, souligne Christian Colombel, directeur de la filiale française de Stahlwille. Sinon, elle casse et son chemin s’arrête ici ». La précision, le nerf de la guerre Après les étapes de tribofinition destinée à améliorer la prise en main et augmenter la sensation de douceur au toucher, viennent les phases de galvanisation, avec l’application de fine couche de protection de l’outil contre la rouille et la corrosion, et le chromage du produit. Arrive ensuite l’atelier de montage des clés dynamométriques. Ici, les opérateurs travaillent sur un banc de calibrage que les équipes de Stahlwille ont elles-mêmes développé, tout comme la partie abritant de multiples capteurs de mesure ; « tout est réalisé en interne et calibré sur nos propres bancs étalonnés selon le PCB, l’équivalent allemand du Cofrac ». Les bancs ne s’appuient pas sur un ressort mais une barre de flexim. En compression permanente, cette barre de déclenchement permet de tester la résistance de l’outil ; « ces essais équivalent à 500 utilisations d’une clé dynamométrique avant même d’être vendue ». Par ailleurs, un ré-étalonnage peut également s’effectuer en interne ou chez le client, dans son laboratoire, à condition qu’il soit suffisamment équipé, ce qui permet de ne pas repasser chez le fabricant. Enfin, le montage et le test des systèmes électroniques ainsi que des capteurs intégrés sur la clé dynamométrique, tout comme le collage des jauges de contrainte sont réalisés en interne. La précision est le « nerf de la guerre », comme aime le surnommer Christian Colombel, et c’est tout particulièrement le cas lors de l’affûtage de la pièce. À cette étape de la production, il est important de s’imposer des règles strictes et de bien les respecter afin de pallier les problèmes de ripage. « C’est la raison pour laquelle nous développons tout en interne. Nous fabriquons nos propres outils pour les appliquer à des géométries différentes les unes des autres. De plus, lorsque nous utilisons des alliages particuliers comme le cadmium pour des applications dans l’aéronautique, sur des matières comme l’inconel ou le titane, il nous faut des outils propres. Tout est développé dans cette usine et représente un savoir-faire qui reste ici. » Aller au-delà de la norme en vigueur L’échantillonnage statique présente des tests de couple. Cette partie de la production met en scène une machine de test allant jusqu’à la rupture de la clé. Des opérations de flexion imposent une manœuvre minutieuse consistant à bien garder la pièce dans l’axe afin d’éviter tout risque de pliage de la clé. Là encore, la précision est le maître-mot... allant jusqu’à dépasser les exigences de la norme DIN ; « la norme impose que sur 20 cm, la clé doit résister à 1 165 nw/ mètre. Nous nous arrêtons à 1 747 nw/ mètre. Ce que nous vérifions, c’est notre propre norme ». Cette phase de tests sert à re-valider la tolérance des pièces. Il en est de même pour la résistance des cliquets dont les tests de rupture imposent une tolérance de 512 nw/mètre. « Pour les clés dynamométriques, nous procédons à des tests de durée de vie dont on estime la fréquence de cycle à environ 50 000 utilisations. Après ces tests, nous nous servons de ces données pour améliorer la conception de nos outils ». Dans le domaine du fraisage, une programmation 3D aide à s’assurer de la précision des tolérances. Une machine tridimensionnelle Mitutoyo permet de vérifier si ces tolérances sont bien situées dans la norme de couple. La partie usinage abrite sept machines et est dédiée au matériel rond ainsi qu’aux pièces situées à l’intérieur comme les roues dentées. C’est ici que l’on fabrique les pinces multiprises BBW ainsi que les rallonges, un élément très important dans la dynamométrie ; « plus la rallonge est longue, plus il y a de rotation. Or il existe un risque d’imprécision. Nous procédons ainsi à de nombreux tests de capabilité à travers des contraintes de couple et des niveaux d’angle. Il ne faut pas omettre le fait que la moindre perturbation peut induire sur la précision ». Une règle que le fabricant n’est pas près d’oublier, du moins pour les cent-cinquante prochaines années. Olivier Guillon Essais & Simulations • AVRIL 2013 • PAGE 19