Presse mécanique : définition, principes de conception et guide de sélection

Qu'est-ce qu'une presse électrique

UN presse électrique est une machine d'emboutissage de métal sophistiquée utilisée pour façonner, couper, former et poinçonner le métal avec rapidité et précision, ce qui en fait un outil indispensable dans la production de masse pour la fabrication de pièces et de composants métalliques. Ces presses sont de deux types principaux : hydrauliques et mécaniques, chacune offrant des avantages distincts dans le processus de fabrication.

Fonctionnant sur des principes mécaniques, hydrauliques ou à servomoteur, les presses mécaniques utilisent différents mécanismes pour générer la force nécessaire au façonnage des métaux. Les presses mécaniques utilisent un système d'embrayages, de volants, de vilebrequins et de pistons fixes et mobiles pour convertir le mouvement circulaire en force linéaire. Les presses hydrauliques, quant à elles, utilisent la pression du fluide hydraulique pour comprimer et façonner efficacement les métaux. Les presses servo-électriques sont entraînées par des servomoteurs qui contrôlent le mouvement du curseur de la presse par le biais d'engrenages excentriques, garantissant un fonctionnement précis.

Dans les trois types de presses, la forme finale de la pièce est déterminée par la rencontre des moitiés supérieure et inférieure d'une matrice lorsqu'elles sont pressées ensemble sous la force exercée par la presse.

Avant l'avènement des presses mécaniques, le façonnage des tôles était une tâche laborieuse qui demandait beaucoup de force et d'efforts. Cependant, l'introduction des presses mécaniques a révolutionné le processus, en introduisant une force mécanique et une précision qui ont considérablement amélioré l'efficacité dans les industries métallurgiques.

Principes des presses mécaniques

Presses mécaniques Les machines à forer fonctionnent sur le principe de la déformation des tôles en appliquant la force nécessaire. Les principales pièces utilisées sont un vérin, un lit, un volant, un embrayage et un vilebrequin. Le vérin et le lit sont équipés d'une combinaison de matrices qui permettent de façonner une tôle dans une forme particulière. Le mouvement de rotation d'un volant est alimenté par un moteur électrique.

Le volant d'inertie rotatif est relié au vilebrequin par un embrayage. Les matrices supérieure et inférieure sont reliées au vérin, une pièce sur le banc est introduite dans la machine et le processus est lancé. Grâce au mouvement de rotation du volant d'inertie, les travaux de pressage et de façonnage sont effectués lorsque les matrices supérieure et inférieure appliquent ensemble une force. Une fois le processus terminé, la pièce formée est détachée et remplacée par une nouvelle pièce, et le même processus est répété.

Comment calculer la taille d'une presse électrique

Pour calculer correctement la taille d'une presse mécanique, il faut définir le tonnage nécessaire, la taille de la table de travail et la hauteur d'ouverture de la presse.

• Le tonnage est déterminé en fonction du type et de l'épaisseur du matériau à traiter ainsi que de la forme et de la taille de l'outil de presse.
• Pour définir la taille de la table de travail, il suffit de connaître la taille maximale des matériaux à manipuler.
• Pour sélectionner la hauteur d'ouverture d'une presse, le choix doit être basé sur l'étendue de l'emboutissage et la hauteur nécessaire pour dégager la pièce.
• La vitesse de travail est un aspect important à prendre en compte, en particulier pour la production en série.

Modèles de presses électriques

Les presses mécaniques varient en fonction de la manière dont elles génèrent la force. Dans une presse mécanique, le composant clé est le volant d'inertie, qui accumule l'énergie de rotation pour entraîner le vérin. Les presses hydrauliques, en revanche, s'appuient sur la pression du fluide hydraulique pour fournir la force, tandis que les presses à servomoteur utilisent un moteur pour générer un mouvement de rotation qui est ensuite converti en mouvement linéaire.

Le choix du type de presse électrique approprié dépend de plusieurs facteurs. Les presses mécaniques, étant la méthode la plus ancienne, se concentrent sur le concept d'utilisation d'un volant d'inertie. Les presses hydrauliques, qui sont largement utilisées, ont été développées pour remplacer les presses mécaniques. Pendant ce temps, les presses à servomoteur représentent la dernière avancée en matière de technologie des presses électriques.

Conception de presse hydraulique

La presse hydraulique a été introduite il y a plus de 200 ans par un ingénieur britannique. Au cours de la première révolution industrielle, elle était utilisée pour le forgeage afin de remplacer les marteaux à vapeur. Au fil des ans, le tonnage des presses hydrauliques a progressivement augmenté pour atteindre des milliers de tonnes, avec la capacité de produire en masse une grande variété de pièces et de composants.

Une presse hydraulique utilise une pompe, des plaques d'extrémité et un piston qui crée une pression dans un fluide pour former et façonner des pièces métalliques. Le composant principal d'une presse hydraulique est sa pompe qui pompe l'huile sous pression dans un cylindre.

Cylindre

Le cylindre contient un piston qui monte et descend pour créer la force de compression. Le piston du cylindre agit comme une pompe pour produire la force. C'est la partie d'une presse hydraulique qui produit la puissance nécessaire pour appliquer la force à la pièce.

Réservoir

Le réservoir contient le liquide hydraulique, récupère les contaminants du liquide, élimine l'air et l'humidité du liquide et envoie de la chaleur dans le système. Le liquide hydraulique est envoyé du réservoir au vérin par un tube.

Soupape

La soupape permet de soulager la pression et de gérer le débit du fluide de la pompe vers le vérin. De plus, la soupape régule la vitesse de la presse et la quantité de force qu'elle produit. Elle fonctionne comme un limiteur de pression. Un manomètre mesure la pression du fluide hydraulique pour s'assurer qu'il fonctionne dans sa plage de pression.

Pompe hydraulique

La pompe hydraulique est la partie mécanique d'une presse hydraulique qui déplace le fluide hydraulique vers le réservoir et convertit l'énergie mécanique en énergie hydraulique. Elle génère un puissant débit contre la pression à la sortie.

Plaques

Les plaques de presse maintiennent la pièce en place et fournissent une plate-forme à la presse pour plier, percer, estamper ou perforer la pièce. Elles constituent la partie de la presse qui entre en contact avec la pièce.

Tuyaux

Le mouvement du fluide hydraulique dépend d'un ensemble de tuyaux qui déplacent le fluide de la pompe vers le cylindre et le réservoir. Les tuyaux sont fabriqués à partir d'un matériau durable et robuste capable de résister à la pression et à la chaleur produites pendant le fonctionnement de la presse. Les matériaux de tuyaux courants sont les thermoplastiques, les caoutchoucs synthétiques et le polytétrafluoroéthylène (PTFE), qui sont des matériaux capables de résister à la corrosion et aux effets de l'exposition aux produits chimiques.

Bélier

Le vérin coulisse dans le cadre et exerce une pression sur la matrice. Selon la conception de la presse hydraulique, le vérin peut se déplacer horizontalement ou verticalement, certaines presses hydrauliques étant équipées de plusieurs vérins utilisés pour le processus de formage.

Lit

Le lit est une surface de support plate qui soutient la matrice lorsque la force est appliquée par le vérin.

Conception de la presse servo

Une presse servo utilise la précision et un servomoteur pour contrôler le mouvement du vérin. Elles sont appréciées pour leur positionnement précis du vérin, ce qui est idéal pour la production de pièces qui nécessitent une précision et une répétabilité optimale. Le servomoteur est connecté à une forme d'actionneur linéaire, comme une vis à billes, qui contrôle le mouvement ascendant et descendant du vérin.

Avec une presse mécanique à servomoteur, le moteur principal, le volant d'inertie et l'embrayage ont été retirés et remplacés par un servomoteur qui rend le vérin plus contrôlable. L'élimination des pièces d'une presse mécanique traditionnelle permet d'obtenir une presse à servomoteur comportant moins de pièces d'entraînement et une structure simplifiée. Dans une presse mécanique ou hydraulique classique, le vérin descend avec une grande force et frappe la pièce pour créer la forme souhaitée, après quoi il revient à sa position initiale vers le haut. Avec une presse à servomoteur, le vérin peut être contrôlé dans la mesure où il peut frapper la pièce et rester en contact pendant une période prolongée.

Les presses servocommandées sont utilisées pour les applications qui nécessitent une précision et un contrôle exceptionnels, comme la fabrication aérospatiale et électronique. Elles sont capables de produire les applications d'emboutissage, de poinçonnage et de formage des presses mécaniques et hydrauliques, mais avec une plus grande précision.

Servomoteur

Le servomoteur entraîne le vérin d'une presse servo et fournit puissance et force au système de presse servo. L'entraînement direct et l'entraînement par servomoteur avec réducteur sont les types de moteurs utilisés dans une presse servo.

Entraînement direct

Un moteur à entraînement direct est connecté directement à l'actionneur et est un moteur à couple élevé à faible vitesse avec une structure simple, un rendement élevé et un faible bruit. Son couple est limité, ce qui limite son utilisation aux servopresses à faible tonnage.

Servomoteur avec réducteur

Un servomoteur avec réducteur permet une accélération et une décélération rapides. Il possède un rapport de réduction de vitesse qui fait correspondre l'inertie du moteur et du réducteur à l'inertie de la charge entraînée, ce qui permet au moteur de fonctionner plus efficacement.

Les servomoteurs avec réducteur acceptent trois transmissions différentes, à savoir la décélération avec une bielle à manivelle, avec une bielle coudée à manivelle ou avec une bielle coudée à vis. Ce type de construction permet à un servomoteur à faible couple et à grande vitesse d'entraîner des presses à fort tonnage.

Actionneur

L'actionneur est la partie d'une presse à servomoteur qui transforme le mouvement rotatif en mouvement linéaire. Les actionneurs à vis à billes sont les plus couramment utilisés. Ils se composent d'un ensemble vis et écrou avec roulements à billes pour assurer un mouvement fluide, régulier et efficace. La construction d'un actionneur à vis à billes se compose d'un écrou monté sur un arbre rainuré. Lorsque la vis tourne, l'écrou monte et descend le long de l'arbre, créant un mouvement linéaire et un contrôle de précision.

Contrôleur

Le contrôleur reçoit des données provenant de capteurs, qu'il utilise pour envoyer des signaux de sortie au servomoteur. Des algorithmes programmés dans le contrôleur régulent les mouvements de la presse pour assurer un fonctionnement précis et une répétabilité exacte. Avec les presses hydrauliques et mécaniques, il est difficile de contrôler la course, la pression de la course et le mouvement du curseur. Une presse servo peut être programmée pour contrôler la course, la vitesse et la pression avec précision, ce qui permet à la presse d'atteindre le tonnage souhaité à faible vitesse.

Capteurs - Pour que le contrôleur fonctionne correctement, il a besoin de données concernant la position, la force et la vitesse du vérin. Des capteurs internes et externes envoient des informations au contrôleur qui convertit les données en signaux de commande pour la presse.

Interface Homme Machine (IHM) - L'IHM connecte les opérateurs à la presse servo et leur permet de surveiller, d'ajuster et de modifier certains aspects des opérations de la presse servo, tels que la vitesse, la force et le positionnement. Un composant nécessaire des presses servo est une interface conviviale avec des graphiques affichés en temps réel sur l'IHM, qui peuvent être programmés en fonction des besoins de la pièce à fabriquer.

Pour les systèmes complexes d'IHM, un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) est utilisé pour interfacer les IHM d'une usine ou d'une installation. Les informations et les commandes peuvent être envoyées à une IHM spécifique ou à plusieurs IHM à l'aide du système SCADA.

Conception de presse mécanique

Les principaux composants de transmission de puissance sur une presse mécanique sont l'embrayage, le vilebrequin, le volant, le vérin mobile et le vérin fixe. Le coulisseau est relié à un vilebrequin par des bielles (« pitmans »).

Le vilebrequin est couplé au volant d'inertie qui tourne en permanence pendant que le moteur tourne. Un embrayage relie le volant d'inertie en rotation au vilebrequin. Le vilebrequin convertit le mouvement de rotation du volant d'inertie en mouvements ascendants et descendants du coulisseau de la presse.

Bélier

Le coulisseau est l'élément de fonctionnement principal d'une presse mécanique, qui intervient directement lors du façonnage d'une pièce. Le coulisseau se déplace d'avant en arrière dans ses guides, qui prescrivent une longueur de course et une puissance. La longueur de course et la puissance transférées peuvent être ajustées en fonction des exigences de l'opération. L'extrémité inférieure du coulisseau porte le poinçon pour usiner la pièce.

Volant

Pour maintenir une vitesse de déplacement constante du piston lorsque le poinçon est pressé contre la pièce, une poulie entraînée ou un engrenage entraîné est réalisé sous la forme d'un volant d'inertie (qui sert à stocker la réserve d'énergie). Le volant d'inertie est fixé au bord de l'arbre d'entraînement et y est relié par un embrayage.

L'énergie est stockée dans le volant d'inertie lorsque celui-ci est au repos. Si la machine ne dispose pas d'une énergie suffisante du volant d'inertie, elle s'arrêtera et ne pourra pas terminer l'opération. Essentiellement, en utilisant un volant d'inertie, le moteur peut fonctionner avec une capacité réduite. En même temps, le tonnage maximal est fourni en fonction des besoins de l'opération.

Pour un espace de travail plus grand (dans le cas d'un processus d'emboutissage) et pour un traitement plus rapide (dans le cas d'un processus de perçage ou de découpage automatique), il faut fournir plus de puissance et d'énergie.

Lors du processus de découpage, le travail est terminé en une très courte partie de la course. Dans ce cas, l'énergie doit être prélevée du volant d'inertie, qui fournit alors instantanément toute l'énergie nécessaire au fonctionnement. Il en va de même pour la durée restante du cycle. Le processus d'emboutissage occupe une partie importante du cycle. Comme le temps est suffisant, l'énergie excédentaire peut être prélevée du moteur et l'énergie manquante fournie par le volant d'inertie.

Réduction de vitesse autorisée du volant d'inertie :

Sa valeur pour un fonctionnement discontinu = 20%

Pour un fonctionnement continu = 10%

• E = énergie
• D = diamètre du volant d'inertie
• W = poids du volant d'inertie.
• N = vitesse, R = rayon de giration.

De l'opération E = P x K x L

• P = force moyenne, L = longueur de course.
• K est la perte par frottement (constante).

Si l'énergie du volant est inférieure à P x K x L, la vitesse N doit être augmentée.

Embrayage

L'embrayage mécanique est utilisé pour connecter et déconnecter l'arbre d'entraînement du volant d'inertie lorsqu'il est essentiel d'arrêter ou de démarrer le mouvement du vérin. Un embrayage déplace le couple généré par le volant d'inertie et l'entraîne vers l'arbre de transmission. Deux types d'embrayages différents sont utilisés sur les presses mécaniques : les embrayages à tour complet et les embrayages à tour partiel.

Embrayage à révolution complète

Selon la définition de l'OSHA, un embrayage à révolution complète est un type d'embrayage qui, lorsqu'il est déclenché, ne peut pas être désengagé tant que le vilebrequin n'a pas presque effectué une révolution complète et que la presse n'a pas effectué une course complète. Les presses équipées d'embrayages à révolution complète sont généralement plus anciennes et plus dangereuses en raison de leur fonctionnement cyclique.

Embrayage à révolution partielle

Un embrayage à révolution partielle, également défini par l'OSHA, est un type d'embrayage qui peut être désengagé à tout moment avant que le vilebrequin n'ait effectué une révolution complète et que le coulisseau de la presse n'ait effectué une course complète. La majorité des presses mécaniques à révolution partielle sont à embrayage et frein pneumatiques. Lorsque l'air est emprisonné et comprimé dans les compartiments, l'embrayage s'engage et le frein se désengage. Pour arrêter la presse, l'inverse se produit.

Freins

Les freins sont utilisés pour arrêter le mouvement de l'arbre d'entraînement immédiatement après sa déconnexion du volant.

Les freins sont très importants dans tout système mobile. Généralement, deux types de freins sont utilisés. Le premier type est un frein normal qui peut arrêter rapidement l'arbre entraîné après le désengagement du volant. L'autre est un frein d'urgence qui est proposé comme frein à pied pour toute presse mécanique. Ces freins sont dotés d'un interrupteur d'arrêt avec un freinage puissant normal pour arrêter rapidement tous les mouvements.

Base

La base est la structure porteuse de la presse et offre des dispositifs pour le serrage et l'inclinaison du cadre dans une presse inclinée. Elle supporte les matrices de maintien de la pièce et divers outils de contrôle de la presse. La taille de la table limite la taille de la pièce qui peut être traitée sur la presse mécanique.

Mécanisme d'entraînement

Différents types de mécanismes d'entraînement sont appliqués dans divers types de presses, tels que la configuration à piston et cylindre dans une presse hydraulique, la configuration à excentrique et à vilebrequin dans une presse mécanique, etc. Ces mécanismes sont utilisés pour entraîner le vérin en transférant la puissance du moteur au vérin.

Mécanisme de contrôle

Les mécanismes de contrôle sont utilisés pour faire fonctionner une presse dans des conditions préprogrammées et contrôlées. Normalement, deux paramètres sont configurés par les mécanismes de contrôle : la puissance de la course et la longueur de la course du vérin. Le transfert de puissance peut être coupé à l'aide d'un embrayage fourni avec les mécanismes d'entraînement selon les besoins. Dans de nombreuses presses mécaniques, les mécanismes de contrôle sont inhérents aux mécanismes d'entraînement. De nos jours, on utilise des presses contrôlées par ordinateur où le contrôle est guidé par un microprocesseur. Ces presses mécaniques offrent un contrôle précis et fiable avec automatisation.

Plaque de renfort

Il s'agit d'une plaque épaisse fixée sur la base ou le banc de la presse. Elle est utilisée pour serrer l'assemblage de matrice de manière rigide afin de soutenir la pièce. L'outil utilisé dans le travail de presse peut avoir plus d'un composant, c'est pourquoi le nom « assemblage de matrice » est utilisé à la place de l'outil.

Les presses à alimentation manuelle sont actionnées soit par le pied, soit par deux commandes ou déclencheurs manuels. Avec la commande au pied, la presse est déclenchée en appuyant sur une pédale ou un interrupteur.

Cela laisse les mains libres pendant le fonctionnement de la presse. Ce mouvement à main libre expose les opérateurs utilisant la commande au pied à un risque plus élevé de blessures pendant l'utilisation. Environ deux fois plus de blessures dues aux presses commandées au pied. Avec deux commandes ou déclencheurs manuels, lorsqu'une pièce est positionnée sur la presse, les deux mains doivent être retirées du point de fonctionnement pour appuyer sur les boutons.

Choisissez la bonne presse électrique

Le choix de la presse électrique appropriée est essentiel pour des opérations efficaces et pour éviter le gaspillage d'investissement en équipement. Voici quelques considérations clés :

Comprendre les méthodes de traitement et d’exploitation :

Différentes méthodes d'emboutissage et de découpe doivent être comprises pour déterminer le type de poinçon approprié.

Volume de production :

Pour les lots dépassant 3000-5000 pièces, l'alimentation automatique est plus avantageuse. Le traitement continu et par transfert doit être envisagé pour les grandes quantités de production.

Forme et taille du matériau :

Il est essentiel de comprendre les caractéristiques des matériaux, les taux d’utilisation et les méthodes de traitement.

Manutention des matériaux :

Une manutention efficace des matériaux, y compris l’approvisionnement en matériaux, la sortie des produits et l’élimination des déchets, est essentielle à la productivité globale.

Fréquence d'utilisation du tampon de matrice :

Les tampons de matrice doivent être envisagés pour les opérations d'extension afin de faciliter les processus d'emboutissage difficiles, en particulier dans les poinçons à simple action.

Capacité de traitement de perforation :

Calculez la pression de traitement requise et la courbe de course, en tenant compte du traitement multi-ingénierie et des charges excentriques.

Précision dimensionnelle :

Choisissez une presse électrique en fonction de la précision et de la tolérance requises, les presses servo offrant un contrôle de précision supérieur.

Comprendre la fonction Punch :

Étudiez en détail les spécifications des poinçons et sélectionnez les accessoires appropriés pour améliorer la productivité.

Fiabilité et maintenance :

Choisissez une presse électrique dotée de fonctions de sécurité, en tenant compte des risques associés aux opérations de pressage, et tenez compte des problèmes de bruit et de vibrations pour vous conformer à la réglementation.

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