PROCEDES DE MISE EN FORME

L’EMBOUTISSAGE

L’emboutissage est une technique de fabrication permettant d’obtenir, à partir d’une feuille de tôle plane et mince, un objet dont la forme n’est pas développable selon un plan. La tôle est appelée « flan », qui est la matière brute qui n’a pas encore été emboutie.

L’emboutissage est un procédé de fabrication très utilisé dans l’industrie automobile, dans l’électroménager, etc…

Le principe est basé sur la déformation plastique du matériau (en général un métal) déformation consistant en allongement ou rétreint local de la tôle pour obtenir la forme désirée. Par suite de la conservation globale (au moins approximative) du volume du matériau, les zones d’étirement subissent un amincissement (qui doit rester limité pour éviter la rupture) et les zones de rétreint (compression) subissent une combinaison d’épaississement et de plissement : on cherche en général à éviter ce dernier effet, mais il ne peut jamais être complètement absent et on cherche donc à le provoquer dans des parties de tôle qui seront éliminées dans la suite du processus de fabrication.

L’emboutissage se pratique à l’aide de presses à emboutir de fortes puissances munies d’outillages spéciaux qui comportent, en le principe, trois pièces :

Une matrice, en creux, épouse la forme extérieure de la pièce, un poinçon, en relief, épouse sa forme intérieure en réservant l’épaisseur de la tôle, un serre-flan entoure le poinçon, s’applique contre le pourtour de la matrice et sert à coincer la tôle pendant l’application du poinçon. Des joncs sont parfois utilisés pour freiner le glissement de la tôle (retenue de l'acier).

I.1.                     LE PLIAGE (Figure I.3)

Le pliage (ou cambrage) est une opération de mise en forme permettant d’obtenir, à partir des tôles, une pièce développable, par la réalisation d’un ou plusieurs angles adjacents présentant des arrêtes plus ou moins arrondis.

Cette opération de formage bien que très souvent utilisée industriellement, mais les connaissances sur ce sujet restent assez limitées.

Le pliage des tôles peut concerner des pièces de grande dimensions utilisées dans l’industrie au turbine, jusqu’à des pièces de précision utilisées dans le domaine électrique.

Pour les pièces de grande dimension, la connaissance des efforts de pliage est primordiale pour le choix de l’outillage et la presse, pour les petites pièces, c’est souvent la précision sur les formes qui guide le choix des paramètres fonctionnels du pliage

On distingue différents modes de pliage:

1°) Pliage par rotation d’un outil pivotant utilisé essentiellement pour les petites séries, manutention des pièces lourde d’épaisseur e >4mm

Evite la déformation de la tôle résultant de la partie libre par rapport au pliage par outil à action verticale.

2°) Pliage entre poinçon et matrice sur presse (Figure I.4 et I.5)

a)      Pliage à un rayon  important :

La pièce est formée à un grand rayon  R_P/e >10, pour obtenir un rayon de pliage  précis il faut tenir compte du retour élastique de la tôle. 

b)      Pliage en V :

L’opération  consiste à déformer plastiquement une tôle en flexion, la flexion est imposée par le poinçon agissant dans l’axe de V. La tôle étant en appuie sur les deux bords du V de la matrice.

a)      Pliage en U :

Le pliage en U vise à obtenir une pièce à fond plate, celui ci faisant le plus souvent un angle à90° avec les deux ails pliés. On distingue 2 types de pliage en U (pliage avec jeu/pliage avec étirage).

a)      Pliage sur élastomère :

Ce procédé consiste à remplacer la matrice par un coussin élastique en caoutchouc enchâssé dans un support métallique.

Ce mode de pliage convient particulièrement à la mise en œuvre des tôles minces (e <2mm) la précision de la pièce à obtenir dépend de la dureté de l’élastomère, des dimensions du coussin, de la pénétration du poinçon ; ce procède de  pliage permet le pliage en V comme le pliage en U.

Pendant  l’action de pliage, la tôle est pliée d’un angle Ө₀, lorsque le poinçon soulève, l’angle s’ouvre  légèrement  dû au relâchement des contraintes élastiques appelé retour élastique.

Pour obtenir une pièce avec des cotes précises il faut tenir compte de retour élastique au moment de la conception d’outillage, ou bien il faut faire une opération de pliage avec frappe.

I.1.                     Repoussage

3.1 Repoussage au tour (Figure I.6)

Le repoussage au tour se caractérise par l’action d’un galet qui déforme progressivement un flan circulaire pour lui faire épouser la forme d’un mandrin (figure 4). Le flan est appliqué contre le mandrin par l’action d’un disque presseur ou d’une contre-pointe. L’ensemble est entraîné en rotation. Cette opération est effectuée à froid ou à chaud. Ce procédé est employé pour le formage de pièces de révolution.

L’épaisseur initiale du flan est approximativement conservée sur la pièce. Pour le formage d’une calotte sphérique ou de la salière (pôle) d’un fond torisphérique, on travaille en fluo projection : il y a un amincissement local tel que e 1 = e ₀ cos α

(e₀ épaisseur initiale ; e₁ épaisseur finale ; α angle au centre définissant la position du point considéré par rapport à l’axe de la pièce).

En chaudronnerie, on utilise le repoussage pour former des calottes sphériques et des fonds bombés de forme elliptique, torisphérique ou hémisphérique. Ce procédé est utilisé pour des petites ou moyennes séries. L’outillage est 3 à 5 fois moins cher que pour l’emboutissage. Le temps de formage est plus court que pour l’emboutissage au coup par coup.

3.2 Outillage

Il est constitué d’un mandrin et d’un galet de formage. Le mandrin, en acier ou en fonte, a la forme intérieure de la pièce. Il faut un mandrin pour chaque pièce à former. Pour former des fonds torisphériques de même type et de même diamètre extérieur mais, d’épaisseur variable, il est possible d’utiliser un mandrin en deux parties. Seule la partie correspondant au rayon de carre est changée pour former des épaisseurs différentes.

Pour former les tôles fortes, on emploie un galet libre en rotation qui limite le frottement entre l’outil et le métal. Le galet est en acier ou en fonte alliée. Pour diminuer le marquage de l’outil sur la pièce, on peut utiliser des galets en matière synthétique pour former les alliages d’aluminium, en bronze ou en aciers inoxydables.

3.2 Tour à repousser (Figure I.7)

Pour travailler les tôles fortes, on emploie des tours à repousser à commande hydraulique. Dans certains cas, un contre-appui actionné hydrauliquement permet d’éviter la formation de plis au cours du formage. Un chariot croisé à commande hydraulique permet d’obtenir un travail régulier. La commande du chariot qui supporte le galet de formage peut être manuel, semi-automatique ou automatique.

La commande automatique est constituée d’un dispositif de copie qui, par l’intermédiaire d’un gabarit et d’un palpeur, règle le déplacement du galet de formage. La vitesse de rotation est réglable en continu : ainsi, pour la fabrication de fonds bombés de grand diamètre, la vitesse de rotation est réglable de 1 à 300 tr/min. Certains tours sont équipés d’une variation automatique de la vitesse de rotation par rapport à l’avance du chariot.

Les tours de repoussage permettent de former des fonds bombés jusqu’à 5 000 mm de diamètre et   30 mm d’épaisseur pour un acier non allié formé à froid, ou jusqu’à 80 mm d’épaisseur pour un travail à chaud.

En remplaçant le galet de formage par un outil approprié, il est possible d’exécuter des opérations de finition telles que détourage et bordage.

 

3.3 Repoussage sur machine à former les bords (Figure I.8)

 Il s’agit d’une technique de formage spécifique aux pièces de révolution présentant un bord arrondi. Le bord est formé par l’action d’un galet bordeur qui vient repousser la tôle contre un galet qui a la forme du bord à réaliser (figures I.8). L’entraînement est assuré par le galet de forme. La vitesse de rotation est réglable en fonction du rayon de carre, du diamètre et de l’épaisseur de la pièce. Pour les grands rayons de carre, le formage est réalisé en plusieurs passes.

Ce procédé est employé essentiellement pour le formage des bords des fonds bombés. Les fonds torisphériques sont formés en deux opérations : emboutissage au coup par coup  ou repoussage d’une calotte sphérique, puis formage du bord par repoussage sur machine à former. Les avantages de cette méthode de formage sont les suivants :

— augmentation du rendement par suite du temps d’utilisation plus court de chaque machine ;

— réduction du temps de changement d’outillage et de réglage ;

— faible investissement en outillage pour une grande variété de fabrications

— capacité de formage à froid plus grande que pour d’autres procédés (repoussage ou emboutissage complet sur une seule machine).

On citera comme inconvénients :

— un investissement plus important pour les machines ;

— une main-d’œuvre doublée compensée en partie par l’augmentation du rendement.

Cette technique permet également de former une pièce hémisphérique à partir d’un tronc de cône soudé à une calotte sphérique (figure I.9).

Il est possible de former à froid des épaisseurs allant jusqu’à 45 mm. Au-dessus de 30 mm, il peut être avantageux de former à chaud ; dans ce cas, la capacité de déformation de la machine est augmentée de 50 %. La mise en température du flan avant formage est réalisée soit dans un four, soit localement sur la machine à l’aide d’un système de chauffage par induction.

Quelle que soit la valeur du rayon à obtenir, on emploie le même galet bordeur. Le galet de forme doit avoir un rayon R égal au rayon de la pièce à former. Les galets sont en fonte sphéroïdale trempée superficiellement. Pour les pièces qui demandent un très bon état de surface, il est préférable d’utiliser des galets recouverts d’une résine adaptée au métal travaillé.