Question : J'ai du mal à comprendre le lien entre le rayon de pliage (comme je l'ai indiqué) sur le plan et le choix de l'outil. Par exemple, nous rencontrons actuellement des problèmes avec certaines pièces en acier A36 de 12,7 mm (0,5 pouce). Nous utilisons des poinçons de 12,7 mm (0,5 pouce) de diamètre pour ces pièces. Si j'applique la règle des 20 % et que je multiplie par 10 cm (4 pouces), et que j'augmente l'ouverture de la matrice de 15 % (pour l'acier), j'obtiens 15,2 mm (0,6 pouce). Mais comment l'opérateur sait-il qu'il doit utiliser un poinçon de 12,7 mm (0,5 pouce) alors que le plan exige un rayon de pliage de 15,2 mm (0,6 pouce) ?
A : Vous avez évoqué l'un des plus grands défis de l'industrie de la tôlerie. Il s'agit d'une idée fausse à laquelle ingénieurs et ateliers de production sont confrontés. Pour y remédier, commençons par la cause profonde : les deux méthodes de formage et la méconnaissance de leurs différences.
Depuis l'apparition des cintreuses dans les années 1920 jusqu'à nos jours, les opérateurs ont façonné des pièces avec des plis ou des rectifications en fond de tôle. Bien que le cintrage en fond de tôle soit tombé en désuétude depuis 20 à 30 ans, les méthodes de cintrage restent omniprésentes dans notre réflexion sur le travail de la tôle.
L'arrivée des outils de rectification de précision sur le marché à la fin des années 1970 a bouleversé la donne. Voyons donc en quoi les outils de précision diffèrent des outils de rabotage, comment la transition vers les outils de précision a transformé l'industrie et comment tout cela répond à votre question.
Dans les années 1920, le moulage a évolué, passant des matrices de pliage à disque aux matrices en V avec poinçons correspondants. Un poinçon à 90° est utilisé avec une matrice à 90°. Le passage du pliage au formage a constitué un progrès majeur pour la tôlerie. Plus rapide, notamment grâce à la nouvelle presse plieuse à tôle à commande électrique, le pliage manuel de chaque pli n'est plus nécessaire. De plus, la presse plieuse permet un pliage par le dessous, ce qui améliore la précision. Outre les butées arrière, cette précision accrue est due au fait que le poinçon applique son rayon sur le rayon de pliage intérieur du matériau. Ceci est obtenu en appliquant la pointe de l'outil sur une épaisseur de matériau inférieure à l'épaisseur de pliage. On sait que l'obtention d'un rayon de pliage intérieur constant permet de calculer correctement la soustraction de pli, la tolérance de pliage, la réduction extérieure et le coefficient K, quel que soit le type de pliage.
Très souvent, les pièces présentent des rayons de courbure internes très aigus. Les fabricants, les concepteurs et les artisans savaient que la pièce résisterait à l'épreuve du temps car tout semblait avoir été refait à neuf – et c'était effectivement le cas, du moins par rapport à aujourd'hui.
Tout va bien jusqu'à ce qu'une meilleure solution apparaisse. Le progrès suivant a eu lieu à la fin des années 1970 avec l'introduction d'outils rectifiés de précision, de commandes numériques par ordinateur et de systèmes hydrauliques avancés. Désormais, vous maîtrisez parfaitement la presse plieuse et ses systèmes. Mais le véritable tournant, c'est l'outil rectifié de précision qui change tout. Toutes les règles de production de pièces de qualité ont été bouleversées.
L'histoire du formage est jalonnée de progrès considérables. En un instant, nous sommes passés de rayons de courbure irréguliers pour les plieuses à tôle à des rayons de courbure uniformes obtenus par estampage, apprêtage et gaufrage. (Remarque : le rendu est différent du moulage ; consultez les archives de cette chronique pour plus d'informations. Toutefois, dans cette chronique, j'utilise le terme « pliage par le bas » pour désigner à la fois le rendu et le moulage.)
Ces méthodes nécessitent une force de levage importante pour former les pièces. Bien entendu, cela représente souvent un inconvénient pour la presse plieuse, l'outil ou la pièce elle-même. Cependant, elles sont restées la méthode de pliage des métaux la plus courante pendant près de 60 ans, jusqu'à ce que l'industrie se tourne vers le formage à l'air comprimé.
Alors, qu'est-ce que la formation d'air (ou le cintrage par air) ? Comment cela fonctionne-t-il par rapport à la flexion par le bas ? Ce saut modifie à nouveau la façon dont les rayons sont créés. Désormais, au lieu de poinçonner le rayon intérieur du cintrage, l'air forme un rayon intérieur « flottant » en pourcentage de l'ouverture de la matrice ou de la distance entre les bras de la matrice (voir figure 1).
Figure 1. En pliage à l'air, le rayon intérieur du pli est déterminé par la largeur de la matrice, et non par la pointe du poinçon. Le rayon est indépendant de la largeur du gabarit. De plus, la profondeur de pénétration (et non l'angle de la matrice) détermine l'angle de pliure de la pièce.
Notre matériau de référence est un acier au carbone faiblement allié présentant une résistance à la traction de 60 000 psi et un rayon de formage à l'air d'environ 16 % du diamètre de l'alésage. Ce pourcentage varie selon le type de matériau, sa fluidité, son état et d'autres caractéristiques. En raison des variations inhérentes à la tôle elle-même, les pourcentages estimés ne seront jamais parfaitement exacts. Ils restent néanmoins assez précis.
L'emboutissage à l'air de l'aluminium mou produit un rayon de formation de l'air correspondant à 13 % à 15 % de l'ouverture de la matrice. Pour les matériaux laminés à chaud, décapés et huilés, ce rayon est de 14 % à 16 %. L'acier laminé à froid (dont la résistance à la traction de base est de 60 000 psi) est embouti à l'air dans un rayon de 15 % à 17 % de l'ouverture de la matrice. L'acier inoxydable 304 présente un rayon d'emboutissage à l'air de 20 % à 22 % de l'ouverture de la matrice. Ces pourcentages peuvent varier en fonction des matériaux. Pour déterminer le pourcentage d'emboutissage d'un autre matériau, comparez sa résistance à la traction à celle de notre matériau de référence (60 000 psi). Par exemple, pour un matériau ayant une résistance à la traction de 120 000 psi, le pourcentage devrait se situer entre 31 % et 33 %.
Supposons que notre acier au carbone ait une résistance à la traction de 60 000 psi, une épaisseur de 0,062 pouce et un rayon de courbure intérieur de 0,062 pouce. Pliez-le sur l’orifice en V de la matrice de 0,472 pouce et la formule résultante sera la suivante :
Votre rayon de courbure intérieur sera donc de 0,075″, ce qui vous permettra de calculer avec une certaine précision les tolérances de pliage, les facteurs K, la rétraction et la soustraction de pliage – c’est-à-dire si votre opérateur de presse plieuse utilise les outils appropriés et conçoit les pièces en fonction des outils utilisés par les opérateurs.
Dans cet exemple, l'opérateur utilise 0,472 pouce. Ouverture du poinçon. L'opérateur est allé au bureau et a dit : « Houston, nous avons un problème. C'est 0,075. » Rayon d'impact ? On dirait bien qu'on a un vrai problème ; où est-ce qu'on peut en trouver un ? Le plus proche qu'on puisse trouver est 0,078. « ou 0,062 pouce. 0,078 pouce. Le rayon du poinçon est trop grand, 0,062 pouce. Le rayon du poinçon est trop petit. »
Mais ce choix est erroné. Pourquoi ? Le rayon du poinçon ne détermine pas le rayon de courbure intérieur. Rappelons-le, il ne s'agit pas de la flexion inférieure ; certes, la pointe du percuteur est déterminante. Nous parlons de la formation de l'air. C'est la largeur de la matrice qui crée le rayon ; le poinçon n'est qu'un élément de poussée. Notez également que l'angle de la matrice n'affecte pas le rayon de courbure intérieur. Vous pouvez utiliser des matrices à profil aigu, en V ou en U ; si elles ont toutes la même largeur, vous obtiendrez le même rayon de courbure intérieur.
Le rayon du poinçon influe sur le résultat, mais ne détermine pas le rayon de pliage. Si vous créez un rayon de poinçon supérieur au rayon de flottaison, la pièce adoptera un rayon plus grand. Cela modifie la tolérance de pliage, le retrait, le coefficient K et la déduction de pliage. Ce n'est pas la meilleure solution, n'est-ce pas ? Vous l'aurez compris, ce n'est pas la meilleure solution.
Et si on utilisait 1,57 mm (0,062 pouce) ? Rayon d'impact ? Ce poinçon sera efficace. Pourquoi ? Parce que, du moins avec des outils standard, il est aussi proche que possible du rayon de courbure interne naturel. L'utilisation de ce poinçon dans cette application devrait garantir un pliage régulier et stable.
Idéalement, le rayon du poinçon doit être proche, sans toutefois le dépasser, du rayon de la pièce flottante. Plus le rayon du poinçon est petit par rapport au rayon de pliage de la pièce flottante, plus le pliage sera instable et imprévisible, surtout si vous pliez fréquemment. Des poinçons trop étroits risquent de froisser le matériau et de créer des plis brusques, moins réguliers et reproductibles.
On me demande souvent pourquoi l'épaisseur du matériau n'a d'importance que pour le choix de l'alésage. Les pourcentages utilisés pour calculer le rayon de formage à l'air supposent que l'ouverture du moule est adaptée à l'épaisseur du matériau. Autrement dit, l'alésage ne sera ni plus grand ni plus petit que prévu.
Bien qu'il soit possible de réduire ou d'augmenter la taille du moule, les rayons ont tendance à se déformer, ce qui modifie de nombreuses valeurs de la fonction de pliage. Un effet similaire peut se produire si le rayon d'impact est incorrect. Par conséquent, une bonne pratique consiste à choisir une ouverture de matrice huit fois supérieure à l'épaisseur du matériau.
Dans l'idéal, les ingénieurs se rendront à l'atelier pour discuter avec l'opérateur de presse plieuse. Assurez-vous que chacun comprenne les différences entre les méthodes de moulage. Renseignez-vous sur les méthodes et les matériaux utilisés. Obtenez la liste complète des poinçons et matrices disponibles, puis concevez la pièce en fonction de ces informations. Ensuite, dans la documentation, indiquez les poinçons et matrices nécessaires à la fabrication correcte de la pièce. Bien sûr, des circonstances exceptionnelles peuvent nécessiter des ajustements d'outillage, mais cela doit rester l'exception.
Chers opérateurs, je sais que vous êtes tous un peu prétentieux, j'en étais un moi aussi ! Mais l'époque où vous pouviez choisir vos outils préférés est révolue. Cependant, se voir imposer un outil pour la conception d'une pièce ne reflète en rien votre niveau de compétence. C'est un fait. Nous sommes désormais des professionnels aguerris et nous ne pouvons plus nous permettre de faire le minimum. Les règles ont changé.
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Date de publication : 25 août 2023