Outillage pour presse plieuse est souvent considéré à tort comme un accessoire mineur dans le formage des métaux, mais la réalité est tout autre. Malgré les progrès de Presses plieuses dans des machines sophistiquées, multi-axes et auto-stabilisantes, il est essentiel de reconnaître que l'outillage est le seul élément qui interagit directement avec la pièce pendant le processus de pliage.
Table des matières
La distinction entre les outillages RFA, New Standard, européens et américains est devenue moins claire. De nombreuses caractéristiques essentielles à un pliage haute performance ont imprégné divers types d'outillage. Quels que soient l'outillage et le type de serrage choisis, il est impératif de s'assurer qu'ils répondent à au moins quelques exigences fondamentales.
Éléments de base de l'outillage de presse plieuse
Haute précision
Les outils doivent être fabriqués avec des tolérances de l'ordre de 0,0004 pouce. Ceci est essentiel pour obtenir la précision des pièces sans calage ni autres ajustements lors de la configuration.
Sections segmentées
Ces outils permettent de fabriquer des pièces de différentes longueurs à partir de plusieurs pièces prédécoupées. Les petites pièces sont également plus sûres et plus faciles à manipuler.
Installation auto-stable.
Vous devriez pouvoir charger les outils avec le vérin relevé. Le système de maintien d'outils devrait maintenir plusieurs pièces en place jusqu'à l'application de la pression de serrage.
Auto-assise
Sous l'effet de la pression de serrage, les poinçons sont mécaniquement tirés vers le haut pour être positionnés. Il n'est donc plus nécessaire d'enfoncer le poinçon dans la matrice lors du réglage.
Chargement frontal
Vous devriez pouvoir installer les outils par l'avant de la machine. Cela réduit le temps de configuration, car vous n'avez plus besoin de déplacer les outils depuis l'extrémité de la presse plieuse. Dans la plupart des cas, le chargement frontal élimine également le recours aux chariots élévateurs et aux ponts roulants.
Tailles standards
Les outils de hauteur standard réduisent les besoins de réglage de la machine lors des changements de travail. Les bras de support avant, les hauteurs de butée arrière et les dispositifs de sécurité restent tous à la même position. De plus, comme les outils sont fabriqués à la même hauteur, vous pouvez ajouter des pièces standard et être sûr qu'elles s'adapteront à vos outils existants.
De nombreux outils de presse plieuse de haute qualité sont fabriqués selon les normes métriques. Ainsi, une ouverture en V de 0,250 po de dimension nominale correspond en réalité à 6 mm, soit 0,236 po. De plus, les plis de tôle présentent des rayons d'angle légèrement elliptiques ; il suffit donc de s'en approcher pour obtenir la valeur exacte. Par souci de simplicité, les dimensions impériales sont arrondies dans cet article.
Notez que la discussion qui suit se concentre sur le pliage à l'air, et pour cause. La tendance est d'abandonner le pliage à l'air ou le matriçage au profit du pliage à l'air dès que possible. Il faut cependant savoir que toutes les pièces ne peuvent pas être produites avec les techniques classiques de pliage à l'air.
Dans toute l'industrie, les opérateurs utilisent des outillages très différents pour fabriquer des pièces de qualité similaire, voire identique. Nombre d'entre eux fabriquent des pièces acceptables avec un outillage incorrect, faute d'avoir accès à l'outillage adéquat. Ils parviennent à leurs fins ; mais « faire fonctionner » n'est ni efficace ni reproductible, et peut sérieusement entraver le flux de travail. Les meilleures pratiques en matière de sélection d'outillage devraient viser un objectif simple et élégant : obtenir des pièces de la meilleure qualité dans les meilleurs délais.
De quels outils avez-vous besoin et pourquoi ?
Un atelier de maintenance aura besoin et utilisera des outils de presse plieuse différents de ceux d'un fabricant sur mesure. Avant d'entrer dans les détails, identifiez vos besoins et vos contraintes budgétaires.
Par exemple, vous pourriez avoir besoin d'outils supplémentaires pour réduire les temps de réglage. Vous pourriez suivre les principes du lean manufacturing et reconnaître les avantages d'une bibliothèque d'outils distincte pour chaque presse plieuse, et donc être prêt à investir dans des jeux d'outils dupliqués stockés sur les machines. Vous ne perdez pas un temps précieux à vous déplacer entre le magasin d'outils et d'autres endroits pour trouver les outils appropriés. Autre avantage : la compatibilité des outils d'une machine à l'autre n'est plus nécessaire, car les outils restent généralement sur la machine prévue (voir Figure 3).
Si vous devez acheter des outils supplémentaires en double pour agrandir le rayon d'outils dédié à chaque presse, leur choix est relativement simple. Vous trouverez souvent ces outils à des endroits pratiques, même s'ils ne sont pas déjà présents dans les presses plieuses. Privilégiez les outils les plus usés, ceux dont les surfaces de travail sont brillantes et éclatantes. Leur corps sera probablement propre et brillant également. Les outils rouillés et sales au fond du rayonnage sont peu susceptibles d'être concernés.
Sélection de matrices
Pour optimiser votre investissement, choisissez un nombre minimal d'outils inférieurs couvrant toute la gamme d'épaisseurs de métal façonnées par votre atelier. Les ateliers peu expérimentés, aux applications imprévues et aux budgets limités devraient privilégier la sélection d'outils inférieurs en utilisant les Règle 8×2.
Tout d'abord, déterminez la plage d'épaisseurs de métal que vous souhaitez plier. Par exemple, vous pourriez avoir besoin de plier des matériaux d'une épaisseur comprise entre 0,030 et 0,250 pouce.
Deuxièmement, évaluez la plus petite matrice V nécessaire en multipliant le métal le plus fin par 8. Dans ce cas, un matériau de 0,030 pouce nécessiterait la plus petite matrice, donc : 0,030 × 8 = 0,24, que nous arrondirons à 0,25.
Troisièmement, évaluez la plus grande matrice en V nécessaire en multipliant le métal le plus épais par 8. Dans ce cas, le matériau le plus épais de 0,250 po nécessiterait la plus grande matrice : 0,250 × 8 = 2.
Vous avez maintenant déterminé les matrices les plus petites et les plus grandes dont vous avez besoin : 0,25 et 2 pouces. Pour compléter les dimensions intermédiaires, commencez par la plus petite matrice en V et doublez sa taille. Dans ce cas, vous obtenez une matrice de 0,5 pouce (0,25 × 2 = 0,5). Ensuite, doublez la matrice de 0,5 pouce pour obtenir 1,0 pouce, puis doublez-la pour obtenir 2,0 pouces. Vous disposez ainsi d'au moins quatre ouvertures de matrice en V différentes pour cintrer des matériaux de 0,030 à 0,250 pouce : 0,25, 0,5, 1,0 et 2,0 pouces.
Sélection de poinçons
L'épaisseur du matériau permet également de déterminer le nombre minimal de poinçons supérieurs. Pour les matériaux de 0,187 po et moins d'épaisseur, vous pouvez utiliser un poinçon à couteau décalé aigu avec un rayon de 0,04 po. L'angle aigu permet un pliage à plus de 90 degrés, et le décalage permet de former des formes en J. Pour supporter les forces plus élevées lors du formage de matériaux d'une épaisseur comprise entre 0,187 et 0,5 po, envisagez un poinçon droit avec un rayon d'environ 0,120 po.
Notez que pour certaines applications, notamment celles utilisant des matériaux plus épais et à haute résistance, la pièce a tendance à se plisser, à se fissurer, voire à se fendre en deux selon les normes de pliage courantes de l'industrie. C'est une question de physique. Une pointe de poinçon étroite exerce une force plus importante sur la ligne de pliage ; combinée à une ouverture de matrice en V étroite, les forces augmentent encore davantage. Pour les applications difficiles, et notamment lorsque l'épaisseur du matériau est supérieure à 1,27 mm, il est préférable de consulter votre fournisseur de matériaux pour connaître le rayon de pointe de poinçon recommandé.
La règle du 8
Idéalement, vous devriez pouvoir sélectionner l'ouverture de la matrice en V selon la règle des 8 ; autrement dit, l'ouverture de la matrice en V doit être égale à 8 fois l'épaisseur du matériau. Pour ce faire, multipliez l'épaisseur du matériau par 8 et choisissez la matrice disponible la plus proche. Ainsi, pour un matériau de 0,060 po d'épaisseur, il vous faut une matrice de 0,5 po (0,060 × 8 = 0,48 ; 0,50 po est la largeur de matrice la plus proche) ; pour un matériau de 0,125 po, il vous faut une matrice de 1 po (0,125 × 8 = 1). Ce rapport offre les meilleures performances angulaires, ce qui explique pourquoi beaucoup le qualifient de « point idéal » pour le choix d'une matrice en V. La plupart des tableaux de pliage publiés sont basés sur cette formule.
Assez simple ? Eh bien, ce serait le cas dans un monde parfait, et vous pourriez y vivre si les concepteurs de tôles suivaient toujours la règle des 8. Mais hélas, dans le monde réel, les exceptions abondent.
L'ouverture de la matrice en V détermine le rayon
Lors du cintrage à l'air de l'acier doux, le rayon de courbure intérieur se forme à environ 16 % de l'ouverture de la matrice en V. Ainsi, si vous cintrez le matériau à l'air sur une matrice en V de 2,5 cm, votre rayon de courbure intérieur sera d'environ 4,1 cm.
Imaginons qu'une impression spécifie un matériau de 0,125 po. Idéalement, vous multiplieriez cette épaisseur par 8 et utiliseriez une matrice en V de 1 po. C'est assez simple. Mais de nombreux concepteurs de tôlerie préfèrent spécifier un rayon de pliage égal à l'épaisseur du métal. Que se passe-t-il si l'impression spécifie un rayon intérieur de 0,125 po ?
Là encore, le matériau courbe à l'air un rayon intérieur d'environ 16 % de l'ouverture de la matrice. Cela signifie qu'une matrice de 2,5 cm peut produire un rayon de 4,1 cm. Et maintenant ? Utilisez simplement une matrice en V plus étroite. Une matrice de 1,9 cm donnera un rayon intérieur proche de 3,2 cm (0,75 × 0,16 = 0,12).
Le même raisonnement s'applique aux impressions nécessitant des rayons de courbure plus grands. Imaginons que vous deviez former de l'acier doux de 0,125 pouce d'épaisseur avec un rayon de courbure intérieur de 0,320 pouce, soit plus du double de l'épaisseur du matériau. Dans ce cas, vous choisirez une matrice de 2 pouces, ce qui produira un rayon de courbure intérieur d'environ 0,320 pouce (2 × 0,16).
Il y a des limites à cela. Par exemple, si vous constatez que pour obtenir le rayon de courbure intérieur spécifié, vous avez besoin d'une ouverture de matrice en V inférieure à cinq fois l'épaisseur du métal, vous compromettez la précision angulaire, vous risquez d'endommager la machine et son outillage, et vous vous mettez dans une situation très dangereuse.
Longueur minimale de la bride
Tenez compte de la longueur des brides lors du choix de vos matrices en V. La bride minimale qu'une matrice en V donnée peut former représente environ 77 % de son ouverture. Ainsi, une pièce formée sur une matrice en V de 2,5 cm (1 po) nécessitera une bride d'au moins 19 mm (0,77 po).
De nombreux concepteurs de tôles aiment économiser du métal et spécifient une bride trop courte, comme une bride de 0,5 po dans une épaisseur de matériau de 0,125 po (voir Figure 4). Selon la règle de 8, un matériau de 0,125 po d'épaisseur nécessite une matrice en V de 1 po, mais cette matrice nécessite que la pièce ait une bride d'au moins 0,77 po. Et maintenant ? Vous pouvez utiliser une matrice en V plus étroite. Par exemple, une matrice de 0,625 po permet de former des pièces avec des brides aussi courtes que 0,5 po (0,625 × 0,77 = 0,48, arrondi à 0,5).
Cela a également ses limites. Tout comme pour les rayons de courbure intérieurs serrés, si une bride nécessite une largeur de matrice inférieure à cinq fois l'épaisseur du matériau, vous rencontrerez des problèmes de précision angulaire, endommagerez potentiellement la machine et son outillage, et vous mettrez en danger.
Règles de sélection des poinçons
Pour les formes en L, la règle est… il n'y a pas de règle. Presque toutes les formes de poinçon conviennent. Ainsi, lors du choix des poinçons pour un groupe de pièces, il est conseillé de toujours considérer ces pièces en L en dernier, car presque toutes les formes de poinçons peuvent les traiter.
Pour former ces formes en L, utilisez un poinçon capable de former d'autres pièces, plutôt que d'ajouter des outils inutiles à la bibliothèque. N'oubliez pas : lors de la spécification de l'outillage, il est toujours préférable d'en choisir le moins possible, non seulement pour minimiser les coûts d'outillage, mais aussi pour réduire le temps de réglage en diminuant le nombre de formes d'outils nécessaires en atelier (voir Figure 5).
D'autres formes nécessitent des règles spécifiques pour le choix du poinçon. Par exemple, pour la formation de formes en J, les règles sont les suivantes : Figure 6):
- Lorsque la petite jambe supérieure est plus longue que la jambe inférieure, vous avez besoin d'un coup de poing en col de cygne.
- Lorsque la petite jambe supérieure est plus courte que la jambe inférieure, n'importe quelle forme de poinçon fonctionnera.
- Lorsque la petite jambe montante est égale à la jambe inférieure, vous avez besoin d'un coup de poing aigu décalé.
Comme vous pouvez le constater, les règles de sélection des poinçons traitent principalement des interférences entre les pièces, et c'est là que les logiciels de simulation de pliage peuvent jouer un rôle important. Si vous n'avez pas accès à un logiciel de simulation de pliage, vous pouvez utiliser les plans de votre fournisseur d'outillage avec des arrière-plans quadrillés pour vérifier manuellement les interférences entre le poinçon et la pièce.
Règles de compensation
Si vous utilisez un ensemble d'outils conventionnel, vous devrez utiliser deux cycles de vérin pour former des décalages ou des formes en Z. Pour ces formes, les règles sont les suivantes (voir Figure 8):
- La jambe centrale (âme) doit être plus grande que la moitié de la largeur du corps de la matrice en V ; notez qu'il s'agit de la largeur totale du corps de la matrice, et non de l'ouverture de la matrice en V.
- La jambe latérale doit être plus courte que la hauteur du V-die plus la hauteur de la contremarche.
- Lorsque la patte centrale (âme) mesure moins de la moitié de la largeur du corps de la matrice en V, un outil spécial permet de réaliser les deux pliages en un seul coup de vérin. L'avantage de ces outils de formage est qu'il n'est pas nécessaire de retourner la plaque. L'inconvénient est qu'ils nécessitent environ trois fois la force de pliage standard.
Règles de pliage à travers les découpes et les onglets
Tout matériau non supporté à l'intérieur de la matrice en V est sujet à déformation ; dans les trous et autres découpes, cette déformation se manifeste par des éruptions. Lorsque les trous à proximité des lignes de pliage sont petits, l'éruption associée le sera également. De plus, la plupart des applications acceptent une certaine déformation ; il n'existe donc pas de règle absolue quant à la largeur optimale de la matrice en V à choisir lorsqu'une découpe se trouve sur ou à proximité d'une ligne de pliage.
Lorsque les brides, les découpes et les onglets sont nettement trop proches de la ligne de pliage par rapport à l'épaisseur du métal, vous pouvez opter pour des matrices à bascule. Ces bascules pivotent et soutiennent le matériau tout au long du processus de pliage, éliminant ainsi les risques d'éclatement.
L'image ci-dessous montre des pièces identiques avec des découpes proches des lignes de pliage ; celle du premier plan, avec l'éclatement caractéristique, a été formée avec une matrice en V classique ; celle de l'arrière-plan avec une matrice à bascule. Notez également que les deux ovales de gauche ont la même largeur (de l'avant vers l'arrière) et sont à la même distance de la ligne de pliage ; seules leurs longueurs diffèrent. On voit clairement l'éclatement plus marqué sur l'ovale le plus long.
Hauteur de perforation pour une profondeur de boîte donnée
La hauteur du poinçon est cruciale pour le formage de boîtes à trois et quatre côtés. Dans certains cas, des poinçons courts permettent de former des boîtes à trois côtés si un côté formé peut dépasser de la presse plieuse lors du dernier pliage (troisième). Pour le formage de boîtes à quatre côtés, il est nécessaire de choisir un poinçon suffisamment haut pour couvrir la hauteur de la boîte en diagonale.
En l'absence de brides de retour supérieures ou si celles-ci dépassent vers l'extérieur, l'espace entre le poinçon supérieur et la matrice inférieure est réduit pour retirer la pièce après pliage. En revanche, si vous avez des brides de retour (brides supérieures qui dépassent vers l'intérieur) sur les quatre côtés, l'espace nécessaire pour tourner et retirer la boîte après pliage est suffisant.
Combinaison de courbure et d'ourlet
Les outils de pliage et d'ourlet peuvent former des pièces avec des bords ourlés en une seule configuration, comme illustré dans Figure 11Sachez simplement que si vous devez ourler des épaisseurs supérieures à 0,125 po, vous aurez peut-être besoin d’outils personnalisés pour supporter les forces excessives requises.
Les règles de sélection de l'ouverture de la matrice en V sont ici fondamentalement les mêmes que pour les outils de pliage standard. Les prépliages à 30 degrés des ourlets nécessitent des brides minimales légèrement plus longues (115 % de l'ouverture de la matrice en V sélectionnée) en raison des angles aigus. Par exemple, pour un formage sur une matrice en V de 0,375 po, la bride doit mesurer au moins 0,431 po (0,375 × 1,15 po).
Pièces sans rayures
Presque tous les outils de pliage à matrice en V classiques laissent des marques sur la pièce, simplement parce que le métal est aspiré dans la matrice pendant le pliage. Dans la plupart des cas, ces marques sont minimes et acceptables, et l'augmentation du rayon d'épaulement peut les atténuer.
Pour les applications où même un marquage minimal n'est pas acceptable, comme lors du pliage de matériaux prépeints ou polis, vous pouvez utiliser des inserts en nylon pour éliminer les rayures (voir Figure 12). Le pliage sans rayures est particulièrement important pour la fabrication de pièces critiques pour l'aéronautique et l'aérospatiale, car il est difficile pour les inspecteurs d'inspecter visuellement une pièce et de faire la différence entre une rayure et une fissure.
La simplicité est une vertu
L'outillage de précision et les presses plieuses d'aujourd'hui peuvent atteindre des niveaux de précision sans précédent. Avec les bons outils et un matériau homogène, une presse plieuse peut plier une bride selon un angle spécifique et un rayon de courbure intérieur précis. Cependant, le pliage à l'air ajuste le rayon de courbure intérieur à un pourcentage de l'ouverture de l'outil, et disposer des bons outils est crucial. Spécifier une multitude de rayons différents, aux tolérances serrées, augmente les coûts d'outillage. Et plus vous avez besoin d'outils, plus vous aurez de changements, ce qui accroît encore les coûts.
Cela dit, les concepteurs de pièces en tôle peuvent faciliter considérablement la sélection de l'outillage et l'opération de pliage globale s'ils suivent quelques règles de base lors de la conception des pièces :
- Le rayon de courbure intérieur doit être 1,5 fois l'épaisseur du métal.
- La longueur de la bride doit être au moins six fois supérieure à l'épaisseur du métal. Ceci s'applique également aux trous de la pièce ; ceux-ci doivent donc être situés à une distance de la ligne de pliage au moins six fois supérieure à l'épaisseur du matériau.
- La dimension décalée (en forme de Z) de la bande doit être au moins 10 fois supérieure à l'épaisseur du métal.
Les exceptions à ces règles sont nombreuses, et chacune d'elles comporte des complications. Vous pouvez utiliser une ouverture de matrice en V plus étroite pour plier un rayon plus serré ou une bride plus courte, mais un rayon trop prononcé risque de plisser la ligne de pliage et de dépasser la capacité de charge de l'outillage et de la presse plieuse. Vous pouvez plier un décalage plus étroit, mais cela nécessite un outil spécial et une capacité de formage importante.
Si une pièce ne nécessite pas de bride courte, de décalage étroit ou de rayon serré, pourquoi se compliquer la tâche ? Suivez ces trois règles simples et vous améliorerez les performances angulaires, réduirez le temps de réglage et diminuerez le coût des outils.
Conclusion
En examinant attentivement ces facteurs, vous pouvez prendre des décisions éclairées lors de la sélection d’outils de presse plieuse qui correspondent à vos exigences spécifiques de pliage de métal.
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