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Mise en forme des métaux en feuille

No description
by

antonin orru

on 8 December 2014

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Transcript of Mise en forme des métaux en feuille

Oxycoupage
Cisaillage
Autres découpages
Poinçonnage
Bilan
Déroulement
Obtention des feuilles
1- Généralité
2- Coulée des métaux
3- Laminage
Découpe des feuilles
1- Laser
2- Jet d'eau
3- Plasma
4- Oxycoupage
5- Cisaillage
6- Poinçonnage
7- Autres découpages
8- Bilan
Mise en forme
1- Emboutissage
2- Hydroformage
3- Pliage
4- Profilage
5- Fluotournage
6- Repoussage
au tour

7- Déployage
8- Par explosion
9- Bilan
Obtention des feuilles
Découpe des feuilles
Mise en forme
Conclusion
Emboutissage
Principe
Déformation à chaud ou à froid des métaux en feuille pour obtenir des pièces de surface non développable.

Machine nécessaire :
Presse

Outils utilisés
:
outils simple effet : matrice et poinçon
outils double effet : matrice, poinçon et serre-flan
Procédé
Principales sollicitations
déformations en expansion sur le nez du poinçon
déformation en rétreint au niveau du serre flan
Possibilité de formes
Technique d'emboutissage
Emboutissage à froid
outillage double effet
plusieurs passes pour des épaisseurs importantes
effet de l'écrouissage : durcissement structural, baisse de ductilité et création de contraintes résiduelles
Emboutissage à chaud
formage de fond de réservoir
facilite la déformation du matériau
profondeur de pièce accrue par la chauffe du flan et matrice
cadences moins élevées
qualité médiocre
Opérations complémentaires :
calibrage
détourage
poinçonnage
relevé de collet
Le coefficient d'amincissement :
A= Em/E
Em : moyenne d'épaisseur d'emboutie
E : épaisseur du flan
Exemple de ligne d'emboutissage
Matériaux et domaines d'applications
Matériaux emboutissables :
aciers doux
alliages d'aluminium
alliages cuivreux
Domaines d'application :
Électroménager
mobilier métallique
automobile
aéronautique
...
Bilan
Emboutissage à froid :
bonne précision
limite les coûts
évite formation d'oxydes
formation de contraintes résiduelles

Emboutissage à chaud :
évite écrouissage
profondeur de pièce
Hydroformage
Principe
Déformer plastiquement des tubes et profilés dans un outil fermé à l'aide d'un fluide
Hydroformage à matrices fixes / hydroformage à matrices mobiles
Matériaux et domaines d'application
Matériaux :
caractéristique essentielle : domaine élastique le plus petit possible (attention au retour élastique)
aluminium
alliage d'acier
cuivre
inox...
Domaines d'application :
traverse de pare-chocs
montants
berceaux moteur/arrière
échappement
Le Fluotournage
Principe du fluotournage
Le fluotournage métallique est une méthode de formage par extrusion ponctuelle, où la perte de matière est quasiment nulle.
Bilan
Avantages :
réduction des coups outillage
excellente rigidité et résistance mécanique
bonne précision
bon état de surface
réduction des pertes matériels
cadences élevées
Inconvénients :
temps de cycle élevé
mise en place
Pliage
Laser
Jet d'eau
Plasma
Principe
Aspects techniques
Différents types de lasers
Coûts et entretien
Principe
Aspects techniques
Coûts et entretien
Exemples de machine et réalisations
Principe
Aspects techniques
Coûts et entretien
Principe
Aspects techniques
Exemples de machines
Principe
Aspects techniques
Coûts
Exemple de machine
Principe
Aspects techniques
Les outils utilisés
Exemple de machine
Détourage
Fraisage
Principe de fonctionnement
Trois formes possibles: cylindrique, conique, sphérique :
Usinage à chaud ou à froid
Création du mandrin
Avantages
Principe
"Opération de conformation à froid consistant à déformer une tôle plane en changeant la direction de ses fibres"
-> Obtention de forme développable
Pliage en l'air
Pliage à fond d'outils
-> Modification de la structure
allongement de la fibre extérieure et rétreint de la fibre intérieure
diminution de l'épaisseur
déformation latérale
écrouissage du métal
Déformation
"la fibre neutre ne subit pas de déformation"
Table de positionnement de la fibre neutre
Retour élastique : l'angle imposé varie suivant la limite élastique de l'alliage
Matériaux et outillages
-> matériaux métalliques, plastiques ou composites, dépendant de la limite élastique, de l'épaisseur et de l'angle de pliage
Application
résistance en traction : 450 MPa
Déformée en V : 25 mm
Déterminer l'éffort nécessaire pour plier cette tôle.
F=10,909 N
A : allongement en %
Z : coef de striction
Profilage
Principe
"Pliage en continu, afin d'obtenir des sections constantes d'un produit appelé profilé"
Il est caractérisé par :
la fleur de profilage
le nombre de passes
la distance entre les têtes de la profileuse
position du plan de profilage
jeu entre galets
lubrification
Procédé
Ce procédé est très intéressant au niveau de sa simplicité de mise en œuvre, mais aussi par sa compétitivité sur le plan économique.

épaisseurs pouvant être très faibles
excellentes précisions dimensionnelles
très bon état de surface
grande variété de métaux
en fluotournage à froid, élévation des caractéristiques mécaniques par écrouissage
efforts modestes, donc machines de puissances moyennes
"La bande de métal est entraînée entre les galets appelés tête de profilage (acier trempé), pour obtenir le profilé"
Procédé similaire : Le repoussage au tour
Le repoussage au tour permet à partir d'une feuille de métal de faire des formes simples hémisphériques, coniques ou cylindriques :

Pas de réduction de l'épaisseur de la feuille.
Possibilité de formes en contre dépouille.
Production de petites series 2 à 30 pièces/heure.
Pour des matériaux ductiles : les alliages d’aluminium, les alliages de cuivre, etc.
Caractéristique de la machine utilisée, la profileuse :
6 à 30 têtes de profilage
Dérouleurs
dévrilleurs
outils de coupe
outils de poinçonnage

Le brut est appelé
feuillard
d'acier, inox aluminium...

Pour obtenir une qualité en sortie de profileuse, il faut prendre garde à deux phénomènes :

déformations transversales : éviter la création de plis E=e/2R

déformations longitudinales : éviter le vrillage
Matériaux et domaine d'application
Le roulage
Principe du roulage
Le roulage est un procédé de déformation permanente :

Il est effectué à froid sauf pour les tôles de fortes épaisseurs.
Il permet d’obtenir des pièces à partir d’une tôle découpée.
Principe de fonctionnement
Matériaux :
Acier (galvanisé, prélaqué, inox)
cuivre
laiton
aluminium
titane
Domaine d'application :
voirie (glissière de sécurité)
aménagement extérieure
toiture, couverture
revêtement sol
sécurité incendie
transport
chauffage, refroidissement
La tôle, en appuis sur deux cylindres, est sollicitée en flexion par un troisième cylindre.
La rotation des cylindres provoque le déplacement de la tôle qui est tangent au rouleau.
La productivité est d'environ de 300 à 700 pièces par heure selon le type de pièces et de machines.

L'acier est préconisé, avec un taux de carbone bas (moins de 0,1%). On peut cependant également rouler des aluminiums.
Avantages
Système simple qui ne nécessite pas de gros moyens technologiques.
L’outillage est simple : rouleaux entraîneurs et presseurs.
Inconvénients
Pour être roulées, les tôles doivent avoir une épaisseur maximum de 60 mm
Nécessite un découpage au préalable dans une tôle et de calculs précis pour la dimensionner.
Généralement, les deux bords de la pièce doivent être assemblés par soudage.
Autres procédés
Le déployage
Le résultat obtenu est une grille spécifique composée d'éléments répétitifs dont l'unité est appelé maille.
Le formage par explosion
Une onde de choc, provoquée par une charge explosive située dans un conteneur d'eau incompressible se propage dans l'eau qui plaque la feuille de métal dans une matrice. L'onde de choc se déplace à la vitesse supersonique (environ 1 500 à 2 000 m/s).

Deux types de formage :
Généralité
Type de coulées
Acier
Coulée continue verticale
Coulée en lingots
Aluminium
coulée semi-verticale
coulée entre cylindre
Matrice fermée Matrice ouverte
Avantages
:

outillage simple
prix d'exploitation modéré


Inconvénients :


bruit
stockage des explosifs
procédé peu automatiser
faible débit de production
réduction épaisseur de la tôle
Le magnétoformage
Le magnétoformage est un procédé de déformation à froid des métaux par champ magnétique
Procédé de fabrication qui utilise un laser pour découper la matière
laser: lumière monochromatique
Permet de découper de nombreuses matières
Permet de chauffer jusqu'à sublimation (10000 °C) une zone réduite de matière
Puissance des lasers: 1,5 à 6 kW
Permet une découpe précise, nette et rapide
Facilité de coupe pour les matériaux mats que réfléchissants
Lors de la découpe:
Plusieurs type de laser: CO2, YAG, Fibre
Lasers à source CO2 sont largement majoritaires en France
CO2:
Utilisée pour la découpe de beaucoup de matériaux à une vitesse élevée
YAG
: Utilisée sur des tôles de faible épaisseurs: 3 à 4 mm
Fibre
: Technologie assez jeune qui permet de couper de faibles épaisseurs
Émanation de gaz due à la sublimation du métal
Apparition d'une zone affectée thermiquement
Obtention de pièces très peu déformées
Avantages :

production rapide (grande série)
simple d'utilisation
économique


Inconvénients :

matériau doit être conducteur
matériau léger ( <1Kg)
forme des pièces
Laminage
A chaud
Procédé en déformation plastique par compression continue entre 2 rouleaux
A froid
Mise en forme des feuilles de métal
Grand nombres de procédés différents :

Le procédé emboutissage est le plus commun
Des procédés plus spécifiques comme le roulage.

Possibilité de formes complexe, cylindrique, conique ou sphérique en fonction du procédé.

Usinage de pièces en grandes, petites ou moyennes séries en fonction du procédé.
Phénomène d'écrouissage
Pompe très haute pression
4000 à 6000 bars

Buse fine
0.1 à 0.4 mm

Projection grande vitesse
600 à 900 m/s
Possibilité d'ajouter des grains abrasifs

Découpe de tous matériaux
Buse de 0.2 à 0.4 mm
Canon de focalisation de 0.5 à 1.2 mm
Découpe de tous matériaux et de fortes épaisseurs : Acier 150 mm

Vitesse 15-20 fois inférieure à la découpe laser

Précision de l'ordre de 4 dixièmes

Découpe à froid donc pas de zone affectée thermiquement

Efforts de coupe restreints

Le calcaire doit être retiré de l'eau et elle ne peut pas être réutilisée
Prix moyen : 300 à 450 k€

Taux horaire : 100 à 130 €

Consommation moyenne 100L/h
Bruit important 90 à 110 dB
L'entretien coûte 10 à 20 k€/an

Le principal élément d'usure est la buse qui concentre le jet
Déplacement relatif de deux lames qui entraîne la rupture de la plaque
a) Allongement et déformation
b) Cisaillement plastique
c) Ejection de la partie cisaillée
Résultat :
Réduction des efforts de coupe :

Lames obliques, risque de
déplacement latéral
Lames arrondies, équilibre



Précision : 1 à 4 dixièmes
Procédé simple

Coût d'achat faible

Taux horaire faible


Seulement adapté à des découpes transversales ou droite
Cisaillage sur un contour fermé

Mêmes étapes de découpe

Mêmes défauts de surface

On utilise un poinçon et une matrice
Généralement utilisé pour des trous ou des formes complexes
Deux modes de poinçonnage :

Classique, une seule opération avec des outils parfois complexes

Grignotage, multiples coups de poinçon simple pour découper la forme
Plus économique que le perçage :

Gain de temps
Usure des outils moindre
Variété de formes possibles


Le grignotage permet de :

Changer de série rapidement
Découper de grands formats
Utiliser des outils simples
Prévoir un léger jeu entre le poinçon et la matrice
L'aspect final présente les mêmes défauts qu'en cisaillage



La précision, de l'ordre de 1 à 2 dixièmes, varie en fonction de :

L'usure de l'outil
Le guidage de l'outil
L'utilisation de lubrifiant
La taille du jeu poinçon/matrice
L'effet élastique du matériau
Quelques poinçons basiques
Consiste à enlever par découpage un excédent de métal autour d'une pièce préalablement formée
Exemple, après emboutissage :
Donner une forme régulière aux collerettes

Supprimer les collerettes
Similaire au fraisage classique
On trouve des machines spécifiques avec des tables de grandes dimensions pour les métaux en feuilles
Les outils sont le foret et la fraise
Découpage des plaques
Prix moyen: 500 à 1000 k€

taux horaire: 130 à 200 €

Entretien: 10 à 20 k€ / an

Prix lentille: 500 € à changer toutes les 1000 heures de travail
Grand nombre de procédés qui sont tous bien maîtrisés


Ils permettent selon nos cas et nos besoins d'obtenir :

De grands débits
Des formes complexes
Une bonne adaptabilité
Des coupes très précises
Procédé de découpe par fusion localisée
le terme Plasma est utilisé lorsque la matière gazeuse n'est plus composé d'atomes et de molécules, mais d'ions et d'éléctrons
Étapes de fonctionnement:
Création d'un arc électrique
Ouverture du gaz ou du mélange plasmagène
Pour la découpe, garder une hauteur constante
La température extrêmement élevée fait fondre le métal et le gaz sous pression chasse au fur et à mesure les gouttelettes de métal en fusion

Cette méthode permet de découper des épaisseurs fines et des matériaux inoxydables

Épaisseur: 70 mm
Précision: 0.2 mm
Prix moyen: 50 k€

taux horaire: < 100€
Procédé de coupe des métaux par oxydation localisée
Température demandée: 1300 °C
Outils nécessaires
:
Flamme de chauffe
Jet de coupe centrale d'oxygène pur
Paramètres importants
:
Épaisseur de la pièce
Vitesse de coupe
temps de préchauffage
qualité de la coupe



Procédé utilisée pour des aciers doux ou faiblement alliés sur des épaisseurs de quelques mm à 1 m

Principe: Séparation de la matière obtenue par combustion contrôlée de l'acier dans la saignée
Le métal liquide se retrouve projeté sur les surfaces sous formes de gouttelettes. La ZAT est importante. lors du refroidissement, apparition de défauts dimensionnels et géométriques suite au retrait du matériau.

Précision: 0.3 mm
Trait de coupe: 2-3 mm
Mise en œuvre facile
Faible coût en équipement
Faible coût de fonctionnement
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