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Assemblées d'automne Eugene Oregon
10-02-2018 8:00 am
Catégorie:  Assemblées

Variabilité dimensionnelle du bois et machines à commandes numériques

 

par:

 

Pierre Walsh LeBel

Directeur, Ingénierie, R&D

Perfecta Plywood

 

De nos jours, qui des industriels du bois ne pensent pas à se doter d’équipements à commandes numériques. Que ce soit CNC, tenonneuses à scies multiples, mortaiseuses, équarrisseuses et machines outils de toutes sortes. La révolution informatique des années 80 et le développement des servomécanismes ont donné naissance à une nouvelle génération de machine-outil et outils de coupe pour le bois. Ces équipements ont toutefois été initialement pensés pour transformer des métaux et des plastiques. Ce n’est qu’ensuite qu’ils ont été adaptés pour d’autres matériaux, dont le bois.

 

Pour ces technologies, le cheminement du génie industriel aura été logique. Au départ, développer des applications pour transformer des produits à haute valeur ajoutée et ensuite, graduellement, développer des applications pour l’industrie du bois. Toutefois, le bois que transforment ces équipements est caractérisé par un attribut que l’on appelle « la variabilité dimensionnelle». Cet attribut n’était pas nécessairement propre aux matériaux que ces équipements devaient transformer au départ.

 

Les fabricants de contreplaqué de bois dur et de meubles doivent donc adapter ces équipements, mais aussi et surtout, simultanément apprendre à conditionner leur matière première. Ils doivent aussi apprendre à composer avec la variabilité dimensionnelle causée par le gauchissement (warping), le manque de planéité (flatness), le retrait-gonflement (shrinkage) qui caractérisent les panneaux de contreplaqué lorsqu’ils sont sciés, machinés, convoyés, transférés et manipulés dans des environnements variables. Il faut se rappeler que le bois est un matériau poreux et fibreux comme le textile. Quoique l’on fasse, il tendra toujours à rétablir son équilibre hygroscopique avec son environnement. Autrement dit, il prendra le taux d’humidité de l’air qui l’enveloppe. Ce phénomène crée d’ailleurs le retrait-gonflement et il est responsable du gauchissement. De plus, chaque essence de bois a une densité propre. Celle-ci n’est pas toujours égale et peut varier d’un morceau de bois à l’autre et même quelquefois à l’intérieur d’une même pièce de bois. L’ensemble de tous ces facteurs peuvent donner des maux de tête à un opérateur d’équipement numérique, si cet équipement n’a pas été sélectionné en fonction des variations dimensionnelles du bois.

 

Cette variabilité du bois est causée par son « anisotropie[1] » une caractéristique propre à certains matériaux naturels à l’état brut comme certains minéraux brut décoratifs (ardoises, granits, marbres).

 

L’anisotropie du bois, responsable de sa variabilité dimensionnelle, devient donc très importante lorsqu’il s’agit de concevoir, sélectionner ou adapter une machine outil à commande numérique.

 

Dans la sélection de ces équipements et leur affectation à une matière première donnée (e.g : placages bruts, panneaux de particules, MDF, contreplaqués), trois (3) groupes de facteurs doivent être pris en compte et être soigneusement évalués.

 

 

1-      La variabilité dimensionnelle de la matière première

 

Que ce soit un placage, un panneau brut ou un panneau laminé, un manufacturier de machine-outil ou d’équipement de manutention à commande numérique doit questionner son client sur la variabilité de sa matière première. À son tour l’utilisateur doit accorder une attention spéciale à mesurer adéquatement la variation des caractéristiques de ses panneaux ou de son placage. Des exemples types seront les minima-maxima alloués pour les tolérances en épaisseur, largeur, longueur des placages et/ou des panneaux. Une attention spéciale doit être accordée aux « extrémums » soit les valeurs extrêmes minimales et maximales qu’une variable dimensionnelle peut prendre. Négliger cet aspect c’est risquer des bris de machine et des temps improductifs.

 

Les outils de manutention, souvent pneumatiques (robots, paletzers, ventouses) doivent être ajustés adéquatement pour pouvoir s’adapter à la variété des caractéristiques de surface spécifique à chaque essence. On aurait avantage à faire des tests à forte répétitivité surtout sur les bois poreux comme le fuma ou les bois à porosité annelée comme le chêne et le frêne.

 

 

2- Les tolérances attendues des produits finis.

 

Bien que cette variable fasse déjà partie intégrante des échanges standards entre un acheteur et un vendeur d’équipement, il est important d’analyser cet aspect dans le contexte de ce qui a déjà été discuté soit «la variabilité dimensionnelle du bois ». Souvent, un fabriquant d’armoires de cuisine se limitera à consulter sa clientèle afin de connaître les tolérances attendues et négligera son ou ses fournisseurs de panneaux ou de placages. Pourtant ceux-ci doivent composer non seulement avec une variation potentielle de leurs produits finis mais aussi une variation potentielle de leurs matières premières. Il faut comprendre que pour les manufacturiers de contreplaqué de bois dur, les sources d’approvisionnements de matières premières (panneaux composite, placages, etc.) peuvent varier et les propriétés de ces matières premières peuvent varier tout autant. Par exemple, les merisiers poussant sur des terrains montagneux s’adaptent à la gravité et aux contraintes de vent. Les placages produits à partir de ces arbres, auront tendances à être tensionnés ou nerveux ce qui peut causer un gauchissement inhabituel des panneaux de contreplaqués.

 

 

3-      Les conditions environnementales d’entreposage et de transformation

 

Plusieurs ébénistes de métier diront qu’il faut laisser reposer le bois avant de le travailler. De nos jours, avec l’automatisation et les équipements à commande numérique les temps de séjour en usine sont très courts. Plus que jamais il faut accorder une importance spéciale à ces facteurs;

 

Stabilité hygrométrique du bois

Stabilité des températures

Stabilité de l’humidité relative de l’air

 

Ces paramètres ne posent pas tellement de problèmes dans les régions faiblement tempérées ou à hiver doux. Toutefois dans nos régions, avec nos hivers froids et secs, le retrait gonflement de certains placages comme le bambou et certaines essences exotiques peuvent être assez spectaculaires [2] et créer des écarts dimensionnels hors tolérances si des conditions environnementales stables ne sont pas respectées. Des pertes d’humidité subites pourront faire craquer les revêtements de surface au même titre qu’un machinage à haute ou basse température d’un panneau fraîchement déchargé d’un camion. Le temps de repos et le nombre de panneaux par paquets seront donc importants.

 

 

Conclusion

 

L’acquisition de machine-outil à commande numérique et à interface informatique ne se fait pas dans les mêmes conditions que l’acquisition d’une machine à bois conventionnelle. Les composantes de manutention et de déplacement de ces machines sont dérivées de machines originalement conçu pour transformer des produits à faible variabilité. Leur rendement, une fois appliqué au bois, peut causer des surprises. L’opérateur doit absolument tenir compte de la variabilité de la matière première, des tolérances du produit fini et de l’environnement de travail.

 

Il est permis de penser que malgré ces contraintes, notre secteur dans son ensemble y gagnera. Il suffit de comprendre davantage les spécificités des bois que l’on travaille, prendre les mesures nécessaires pour minimiser les effets de la variabilité et adapter ces équipements à notre environnement manufacturier.



[1] Anisotropie: caractéristique relativement propre au bois, selon laquelle les propriétés physico-mécaniques ne sont pas uniformes dans toutes les directions. Exemple, le verre, l’acier et la plupart des matériaux transformés ou reconstitués sont quant à eux « isotropes »; leurs propriétés sont les mêmes dans toutes les directions.

[2] À titre d’exemple le chêne rouge, un bois relativement stable a un coefficient de retrait-gonflement tangentiel de 8,6% alors qu’il sera à 18% pour le bambou. Le coefficient de retrait gonflement tangentiel est fondamental dans le balancement des panneaux.

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