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No d’identification papier 7829 Étude de la variabilité des procédés de moulage

No d’identification papier 7829 Étude de la variabilité des procédés de moulage par injection de pièces en plastique à l’aide du contrôle statistique des procédés (SPC) Dr. Rex C Kanu, Ball State University M. Rex Kanu est coordonnateur du programme de technologie du génie manufacturier à l’Université Ball State, où il enseigne les matériaux et le traitement des plastiques. c American Society for Engineering Education, 2013 Page 23.110.1 Etude de la variabilité des procédés de moulage par injection de Pièces en plastique utilisant le contrôle statistique de processus (SPC) Résumé La variabilité des procédés de fabrication des produits est une préoccupation grave qui, si elle n’est pas contrôlée, pourrait entraîner des déchets de produits, une faible productivité et des produits de piètre qualité1. Pour prévenir ces effets indésirables, le contrôle statistique des processus (SPC), un outil statistique, est utilisé pour surveiller et contrôler la variabilité des processus. SPC suppose que les produits manufacturés ont des attributs mesurables tels que la masse, les dimensions des produits, les propriétés mécaniques et l’apparence visuelle pour n’en nommer que quelques-uns. Ces attributs sont affectés par des causes naturelles et assignables. Les causes naturelles sont inhérentes au processus et peuvent inclure des variables telles que la température ambiante, les vibrations de la machine et l’humidité relative - des variables qui sont souvent très difficiles à contrôler. Contrairement aux causes naturelles, les causes assignables sont contrôlables et peuvent inclure des éléments tels que les composants défectueux ou usés de la machine qui doivent être remplacés. En surveillant un processus, une cause assignable est détectée lorsque la variabilité du processus dépasse la plage prévue causée par des causes naturelles. Le principal avantage du SPC est qu’il détecte un processus défectueux qui, s’il est corrigé, empêche la fabrication de produits défectueux. Cela est différent de la pratique traditionnelle de contrôle de la qualité qui identifie les produits défectueux après leur fabrication. La méthode traditionnelle de contrôle de la qualité conduit à un processus de fabrication coûteux. Dans le cadre d’un programme de technologie de l’ingénierie de la fabrication, le SPC a été utilisé pour surveiller et contrôler le moulage par injection de pièces en plastique (puisque le mot « plastique » signifie déformable, il est de tradition dans l’industrie des plastiques d’utiliser le mot « plastique » pour éviter toute confusion. D’où la phrase, résines plastiques ou matières premières plastiques). Les étudiants ont surveillé plusieurs variables de processus de moulage par injection à l’aide de graphiques SPC x-bar et de contrôle de gamme tout en produisant 300 pièces en plastique. La masse des produits a été utilisée comme attribut représentant la qualité des pièces. Après avoir analysé les données du processus, les élèves ont pu déterminer si le processus était stable, c’est-à-dire contrôlé. Une évaluation des résultats d’apprentissage des élèves a révélé une amélioration de 25 % de leur compréhension de la CPS lorsqu’elle est appliquée à un processus de fabrication comme le moulage par injection de pièces en plastique. Introduction Dans un programme de technologie d’ingénierie de fabrication d’une université du centre-ouest, le contrôle statistique des processus (SPC) et le moulage par injection de plastiques sont enseignés en tant que cours séparés. Cette étude est une tentative d’appliquer les matériaux couverts dans les deux cours pour améliorer la compréhension des étudiants de moulage par injection de plastique et SPC, mais ce projet a été fait dans un cours de traitement des plastiques. À cette fin, les étudiants ont produit 300 American Standards for Testing and Materials (ASTM) tensile and impact samples, tout en examinant la variabilité des paramètres de processus qui influent sur la qualité des pièces. Dans ce travail, une partie de la masse a été utilisée comme marqueur pour le processus entier étant instable tandis que la variabilité des paramètres du processus a été considérée comme la cause du processus étant instable. Expérimental Organigramme du processus Page 23,110.2 Pour déterminer les paramètres de processus à examiner, les élèves ont créé un diagramme de processus et certains paramètres de processus qu’ils croyaient pouvoir affecter la masse des pièces si la variabilité du processus se produisait dans ces paramètres. La figure 1 montre le diagramme de procédé pour le composant de moulage par injection de l’étude. Les paramètres retenus pour l’étude étaient le temps de refroidissement, la position finale du coussin, le temps de plastification et la position de la vis au moment du changement. Figure 1. Diagramme du procédé de moulage par injection de plastiques Matériel La résine plastique utilisée dans ce travail était un mélange de polycarbonate (PC) et d’acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) fabriqué par Bayer. Le nom commercial de la résine est BayBlend® FR 2010. La résine a été séchée à 200 °F avec un déshumidificateur pendant quatre heures avant de traiter les pièces. Équipement Conair Mobile Drying and Conveying Unit (modèle MDC-30) a été utilisé pour le séchage des résines plastiques avant le moulage par injection des pièces. Une machine de moulage par injection Sandretto de 60 tonnes a été utilisée pour le traitement des éprouvettes de traction et de choc ASTM. Cette machine n’étant pas équipée de capacités SPC en temps réel, l’évaluation SPC réelle du processus a été effectuée après le moulage par injection des échantillons. La température du moule a été contrôlée avec un thermolator Conair (régulateur de température de moule). Pour ce moule, la température a été fixée à 150 °F sur recommandation du fabricant de résine, Bayer. Page 23 .110.3 Les paramètres de traitement de la machine d’injection étaient  Température du canon arrière : 400 °F  Température du canon central : 410 °F  Température du canon avant : 420 °F  Température de la buse : 440 °F  Contre-pression : 50 psi. Collecte de données La machine de moulage par injection Sandretto avait la capacité de recueillir des données. Ainsi, après chaque cycle de moulage par injection, la machine a imprimé, à travers une imprimante, les paramètres identifiés par les étudiants dans la Figure 1. Après chaque cycle, chaque pièce produite a été étiquetée et pesée après environ 48 heures avec une balance électronique. Contrôle statistique des processus (SPC) Après avoir installé la machine de moulage par injection, les étudiants ont traité de bonnes pièces/échantillons pour s’assurer qu’une condition de traitement idéale existait avant de recueillir des données. Les bonnes pièces et les bons spécimens sont ceux qui n’ont pas de marques d’évier, de tir court, d’éclaboussures, de flash ou de contaminants. Les données ont été recueillies pour 300 parties consécutives. Ces parties sont divisées en 30 sous-groupes composés de dix parties. Toutefois, les données de cinq parties consécutives avec un sous-groupe ont été utilisées pour représenter les caractéristiques du sous-groupe, comme le montre le tableau 1 pour la position finale du coussin d’injection. Les normes statistiques de contrôle de la qualité AT&T pour les graphiques à barres x et R où la taille du sous-groupe est d’au moins quatre ont été utilisées pour déterminer si les paramètres du processus étaient statistiquement sous contrôle (stables) ou hors contrôle (instables). Les règles2 sont A) 1 point au-dessus de la zone A (1-sigma de l’axe central) B) 1 point en dessous de la zone A C) 2 des 3 points successifs dans la zone supérieure A ou au-delà D) 2 des 3 points successifs dans la zone inférieure A ou au-delà E) 4 des 5 points successifs dans la zone B supérieure (2-sigma de l’axe central) ou au-delà F) 4 des 5 points successifs dans la zone inférieure B ou au-delà G) 8 points de suite au-dessus de l’axe central H) 8 points de suite sous l’axe central I) 15 points de suite dans la zone C (3-sigma de l’axe central) (au-dessus et en dessous du centre) J) 8 points des deux côtés du centre avec 0 en zone C K) 14 points de suite en alternance L) 6 points de suite en progression ou en diminution constante Tableau 1. Position finale du coussin de la machine d’injection, unité en (%) de la course d’injection maximale Page 23.110.4 Discussion sur les résultats Un logiciel statistique, Minitab-16, a été utilisé pour analyser les données. La figure 1 montre les graphiques de contrôle x-bar et R pour la masse du produit, qui a été désigné comme un marqueur pour le processus étant instable. La figure 1 montre que les cartes de contrôle étaient hors de contrôle en raison des points marqués (1) qui se trouvent au-dessus des limites supérieures de contrôle (UCL) et en dessous des limites inférieures de contrôle (LCL). Figure 1. Tableaux de contrôle des barres X et R pour la masse du produit Un examen des figures 2, 3, 4 et 5 montre que les tableaux de contrôle des paramètres du procédé étaient statistiquement hors de contrôle. Les figures 2, 3 et 4 montrent que les tableaux de Page 23,110.5 la position, la position de changement de vis et le temps de refroidissement réel étaient hors de contrôle parce que plusieurs points se trouvaient en dehors des limites de contrôle. La figure 5 montre que le graphique uploads/Industriel/ a-study-of-process-variability-of-the-injection-molding-of-plastics-parts-using-statistical-process-control-spc-fr.pdf