Principaux procédés et équipements de formage de la tôle

Le formage de la tôle est un monde fascinant de merveilles d'ingénierie. De l'humble canette de soda aux carrosseries élégantes des voitures, ces procédés façonnent notre vie quotidienne. Dans cet article, nous allons nous lancer dans un voyage à travers les subtilités du formage de la tôle, guidés par les idées d'experts chevronnés. Découvrez la science derrière l'art et percez les secrets de la création de chefs-d'œuvre en métal. Préparez-vous à être surpris par la puissance et la précision du formage de la tôle !

Procédés et équipements de formage de la tôle

Table des matières

FIGURE 1 Exemples de pièces en tôle.

(a) Pièces estampées.
(b) Pièces produites par la filature.

Exemples de pièces en tôle

TABLEAU 1 Caractéristiques générales des feuillesFormage du métal Processus (par ordre alphabétique)

Processus de formation Caractéristiques
Dessin Pièces peu profondes ou profondes avec des formes relativement simples, des taux de production élevés, des coûts d'outillage et d'équipement élevés
Explosif Grandes feuilles aux formes relativement simples, faible coût de l'outillage mais coût élevé de la main-d'œuvre, production en faible quantité, temps de cycle longs
Incrémentale Simple à modéré formes complexes avec une bonne finition de surface ; faibles taux de production, mais pas d'outillage spécifique nécessaire ; matériaux limités
Impulsion magnétique Opérations de formage, de bombage et de gaufrage peu profondes sur des tôles relativement peu résistantes, nécessitant un outillage spécial.
Peen Contours peu profonds sur de grandes tôles, souplesse d'utilisation, coûts d'équipement généralement élevés, procédé également utilisé pour le redressage de pièces formées.
Rouleau Pièces longues à sections simples ou complexes constantes, bonne finition de surface, taux de production élevés, coûts d'outillage élevés
Caoutchouc Emboutissage et gaufrage de formes simples ou relativement complexes, surface de la feuille protégée par des membranes en caoutchouc, souplesse d'utilisation, faibles coûts d'outillage.
Filature Pièces axisymétriques de petite ou grande taille ; bon état de surface ; faibles coûts d'outillage, mais les coûts de main-d'œuvre peuvent être élevés si les opérations ne sont pas automatisées.
Estampillage Comprend une grande variété d'opérations, telles que le poinçonnage, le découpage, le gaufrage, le pliage, bridageLes coûts d'outillage et d'équipement peuvent être élevés, mais le coût de la main-d'œuvre est faible.
Étirer Pièces de grande taille aux contours peu profonds, production en faible quantité, coûts de main-d'œuvre élevés, coûts d'outillage et d'équipement augmentant avec la taille de la pièce.
Superplastique Formes complexes, détails fins et tolérances dimensionnelles étroites, temps de formage longs (d'où des taux de production faibles), pièces ne convenant pas à une utilisation à haute température.

FIGURE 2

(a) Illustration schématique du cisaillement à l'aide d'un poinçon et d'une matrice, indiquant certaines des variables du processus.
Caractéristiques des
(b) un trou perforé et
(c) la limace.
(Notez que les échelles de (b) et (c) sont différentes).

Illustration schématique du cisaillement à l'aide d'un poinçon et d'une matrice

FIGURE 3

(a) Effet du jeu, c, entre le poinçon et la matrice sur la zone de déformation lors du cisaillement. Au fur et à mesure que le jeu augmente, le matériau a tendance à être tiré dans la matrice plutôt que d'être cisaillé. Dans la pratique, les jeux sont généralement compris entre 2 et 10% de l'épaisseur de la tôle.
(b) Contours de microdureté (HV) pour un acier laminé à chaud AISI 1020 de 6,4 mm d'épaisseur dans la région cisaillée.

dégagement

FIGURE 4

(a) Poinçonnage (perforation) et découpage.

(b) Exemples de diverses opérations de découpage sur tôle.

La piqûre consiste à fendre la feuille pour former une languette.

Poinçonnage et découpage

FIGURE 5

(a) Comparaison des bords cisaillés produits par les techniques conventionnelles (à gauche) et par les techniques de découpage fin (à droite).

(b) Illustration schématique d'un dispositif pour l'évaluation de la qualité de l'eau. découpage fin.

bords cisaillés

FIGURE 6 Tranchage à l'aide de couteaux rotatifs.

Ce processus est similaire à l'ouverture d'une boîte de conserve.

Refendage avec des couteaux rotatifs

FIGURE 7 Exemple de flans soudés à la Taylor

Production d'un panneau latéral extérieur d'une carrosserie de voiture par laser soudage bout à bout et l'estampillage.

Ébauches soudées à la taylor

FIGURE 8 Exemples de composants de carrosserie automobile soudés bout à bout et emboutis au laser.

composants de carrosserie automobile soudés bout à bout et estampés au laser

FIGURERE 9 

Illustrations schématiques du processus de rasage.

(a) Rasage d'une arête cisaillée.

(b) Cisaillement et rasage combinés en un seul coup.

Illustrations schématiques du processus de rasage

FIGURE 10 Exemples d'utilisation d'angles de cisaillement sur des poinçons et des matrices.

l'utilisation d'angles de cisaillement sur les poinçons et les matrices

FIGURERE 11  Illustrations schématiques

(a) avant et (b) après le découpage d'une rondelle commune dans une matrice composée.

Notez les mouvements séparés de la matrice (pour le découpage) et du poinçon (pour le perçage du trou dans la rondelle).

(c) Illustration schématique de la fabrication d'une rondelle dans une filière progressive.

(d) Formation de la partie supérieure d'une bombe aérosol dans une filière progressive.

Notez que la pièce reste attachée à la bande jusqu'à ce que la dernière opération soit terminée.

découpage d'une rondelle commune dans une matrice composée

TABLEAU 2  Caractéristiques importantes des métaux pour les opérations de formage de tôles

Caractéristique Importance
Élongation Détermine la capacité de la tôle à s'étirer sans collet ni rupture ; un exposant d'écrouissage (n) et un exposant de sensibilité à la vitesse de déformation (m) élevés sont souhaitables.
Allongement du point de rendement Généralement observée sur les tôles d'acier doux (également appelées bandes de Luder ou étirements) ; se traduit par des dépressions à la surface de la tôle ; peut être éliminée par laminage de revenu, mais la tôle doit être formée dans un certain délai après le laminage.
Anisotropie (planaire) Comportement différent selon la direction du plan, présent dans les tôles laminées à froid en raison d'une orientation préférentielle ou d'un fibrage mécanique, provoque un épi dans l'emboutissage profond, peut être réduit ou éliminé par recuit mais avec une force réduite
Anisotropie (normale) Détermine le comportement d'amincissement des tôles pendant l'étirement, ce qui est important pour l'emboutissage.
Taille des grains Détermine rugosité de la surface sur des tôles étirées ; plus le grain est gros, plus l'aspect est rugueux (comme une peau d'orange) ; affecte également la résistance et la ductilité du matériau.
Contraintes résiduelles Généralement causée par une déformation non uniforme pendant le formage, elle entraîne une distorsion de la pièce lorsqu'elle est sectionnée, peut conduire à une fissuration par corrosion sous contrainte, réduite ou éliminée par le détensionnement.
Dos d'âne En raison de la reprise élastique de la tôle déformée plastiquement après déchargement, la déformation de la pièce et la perte de précision dimensionnelle peuvent être contrôlées par des techniques telles que la surcourbure et l'enfoncement du poinçon.
Wrnkling Causée par des contraintes de compression dans le plan de la tôle ; peut être gênante ; selon son étendue, peut être utile pour conférer de la rigidité aux pièces en augmentant leur module de section ; peut être contrôlée par un outillage et un traitement adéquats. conception de la filière
Qualité des bords cisaillés Dépend du procédé utilisé ; les bords peuvent être rugueux, non carrés et contenir des fissures, des contraintes résiduelles et une couche durcie par le travail, ce qui nuit à la formabilité de la tôle ; la qualité des bords peut être améliorée par un découpage fin, la réduction du jeu, le rasage et l'amélioration de l'outillage et de l'équipement de la tôle. conception de la filière et lubrification
État de surface de la feuille Dépend des pratiques de laminage des feuilles ; important pour le formage des feuilles, car il peut provoquer des déchirures et une mauvaise qualité de surface.

FIGURE 12

(a) Allongement au point d'élasticité d'un échantillon de tôle.

(b) Bandes de Lüder dans une tôle d'acier à faible teneur en carbone.

(c) Tendus au fond d'un bidon en acier pour produits ménagers.

Allongement au point d'élasticité d'une éprouvette de tôle

FIGURE 13 

(a) Un test de déformation (test d'Erichsen) pour déterminer la formabilité des tôles.

(b) Résultats des essais de gonflement sur des tôles d'acier de différentes largeurs. L'échantillon le plus à gauche est soumis à une simple tension. L'échantillon le plus à droite est soumis à un étirement biaxial égal.

déterminer la formabilité des tôles

FIGURE 14 

(a) Déformations dans les grilles circulaires déformées.

(b) Diagrammes de limite de formage (FLD) pour divers métaux en feuilles. Bien que la déformation majeure soit toujours positive (étirement), la déformation mineure peut être positive ou négative. R est l'anisotropie normale de la tôle, comme décrit dans la section 4.

Déformations dans les grilles circulaires déformées

FIGURERE 15 

La déformation de la grille et la déchirure de la tôle pendant le formage. Les axes majeurs et mineurs des cercles sont utilisés pour déterminer les coordonnées sur le diagramme de limite de formage de la figure 14b.

La déformation du quadrillage et le déchirement de la tôle lors du formage

FIGURE 16 

Terminologie du pliage. Il convient de noter que le rayon de courbure est mesurée à la surface intérieure de la pièce pliée.

Terminologie du cintrage

FIGURE 17 

(a) et (b) L'effet des inclusions allongées (stringers) sur la fissuration en fonction du sens de flexion par rapport au sens de laminage initial de la tôle.

(c) Fissures sur la surface extérieure d'une bande d'aluminium pliée à un angle de 90°. Notez également le rétrécissement de la surface supérieure dans la zone de pliage (dû à l'effet de Poisson).

L'effet des inclusions allongées (stringers) sur la fissuration

TABLEAU 3  Rayon de courbure minimal pour divers métaux à température ambiante

Matériau Condition
Douceur Dur
Alliages d'aluminium 0 6T
Cuivre au béryllium 0 4T
Laiton (à faible teneur en plomb) 0 2T
Magnésium 5T 13T
Acier inoxydable austénitique 0.5T 6T
Faible teneur en carbone, faible alliage et HSLA 0.5T 4T
Titane 0.7T 3T
Alliages de titane 2.6T 4T

FIGURE 18 

Relation entre R/T et la réduction de la surface de traction pour les tôles. Il est à noter que les tôles ayant une réduction de la surface de traction de 50% peuvent être pliées sur elles-mêmes dans un processus semblable au pliage d'une feuille de papier sans se fissurer.

Relation entre la RT et la réduction de la surface en traction pour les tôles

FIGURERE 19 

Dos d'âne en flexion. La pièce a tendance à se redresser élastiquement après le pliage, et son rayon de courbure devient plus grand. Dans certaines conditions, il est possible que l'angle de pliage final soit inférieur à l'angle d'origine (négatif dos d'âne).

Retour élastique en flexion

FIGURE 20  Méthodes de réduction ou d'élimination du retour élastique dans les opérations de cintrage.

Méthodes de réduction ou d'élimination du retour élastique dans les opérations de cintrage

FIGURE 21 

Opérations courantes de pliage à l'emporte-pièce montrant la dimension de l'ouverture de l'emporte-pièce, W, utilisé pour le calcul des forces de flexion.

Opérations courantes de pliage à l'emporte-pièce

FIGURERE 22  Exemples de différentes opérations de pliage.

Exemples de différentes opérations de pliage

FIGURE 23  (a) à (e) Illustrations schématiques des différentes opérations de pliage dans une machine à coudre. presse plieuse. (f) Illustration schématique d'un presse plieuse.

Illustrations schématiques des différentes opérations de pliage dans une presse plieuse

FIGURE 24   (a) Perlage avec une seule matrice. (b) à (d) Perlage avec deux matrices dans une presse plieuse.

Formage de perles avec une seule filière

FIGURERE 25  Diverses opérations de bordage.

(a) Brides sur tôle plate.

(b) Dimpling.

(c) Le perçage de la tôle pour former une bride. Dans cette opération, il n'est pas nécessaire de percer un trou avant la descente du poinçon. Notez cependant les bords rugueux le long de la circonférence de la bride.

(d) Le bordage d'un tube.

Notez l'amincissement des bords de la bride.

Diverses opérations de bordage

FIGURERE 26 

(a) Illustration schématique du processus de profilage.

(b) Exemples de sections transversales formées par laminage.

Illustration schématique du processus de profilage

FIGURE 27  Méthodes de cintrage des tubes.

Des mandrins internes ou le remplissage des tubes avec des matériaux particulaires tels que le sable sont souvent nécessaires pour éviter l'effondrement des tubes pendant le cintrage.

Les tubes peuvent également être cintrés à l'aide d'une technique qui consiste à glisser un ressort de traction rigide et hélicoïdal sur le tube. Le jeu entre le diamètre extérieur du tube et le diamètre intérieur du ressort est faible ; le tube ne peut donc pas se plier et la courbure est uniforme.

Méthodes de cintrage des tubes

FIGURE 28 

(a) Le renflement d'une pièce tubulaire avec un bouchon flexible. Cette méthode permet de fabriquer des pichets d'eau.

(b) Production de raccords pour la plomberie par expansion d'ébauches tubulaires sous pression interne. Le fond de la pièce est ensuite poinçonné pour produire un "T".

Le renflement d'une pièce tubulaire avec un bouchon flexible

FIGURE 29  Illustration schématique d'un processus d'étirement. Cette méthode permet de fabriquer des peaux d'aluminium pour les avions.

Illustration schématique d'un processus de formage par étirement

FIGURE 30  Les processus de formage des métaux impliqués dans la fabrication d'une canette de boisson en aluminium en deux parties.

procédés de formage des métaux

FIGURERE 31 

(a) Illustration schématique du processus d'emboutissage sur une plaque circulaire. tôle blanc. L'anneau de démoulage facilite le retrait de la coupelle formée du poinçon.

(b) Variables du processus d'emboutissage. À l'exception de la force de perforation, Ftous les paramètres indiqués dans la figure sont des variables indépendantes.

Illustration schématique du processus d'emboutissage

FIGURERE 32 

Déformation d'une éprouvette de traction prélevée sur une pièce de tôle. Ces déformations sont utilisées pour déterminer l'anisotropie normale et plane de la tôle.

Déformation d'une éprouvette de traction prélevée sur une pièce de tôle

TABLEAU 4  Plages typiques d'anisotropie normale moyenne, Rmoyenne pour diverses tôles

Alliages de zinc 0.4-0.6
Acier laminé à chaud 0.8-1.0
Acier laminé à froid 1.0-1.4
Acier laminé à froid et traité à l'aluminium 1.4-1.8
Alliages d'aluminium 0.6-0.8
Cuivre et laiton 0.6-0.9
Alliages de titane (α) 3.0-5.0
Aciers inoxydables 0.9-1.2
Aciers à haute résistance et faiblement alliés 0.9-1.2

FIGURE 33 

Relation entre l'anisotropie normale moyenne et le taux d'emboutissage limite pour divers métaux en feuilles.

Relation entre l'anisotropie normale moyenne et le taux d'emboutissage limite pour divers métaux en feuilles

FIGURERE 34 

Earing dans une coupelle en acier étiré, causé par l'anisotropie planaire de la tôle.

Oreille dans une tasse en acier étiré

FIGURE 35 

(a) Illustration schématique d'une perle de tirage.

(b) Flux de métal pendant l'emboutissage d'une pièce en forme de boîte en utilisant des billes pour contrôler le mouvement du matériau.

(c) Déformation des grilles circulaires dans la bride lors de l'emboutissage.

Illustration schématique d'une perle de tirage

FIGURERE 36 

Opération de gaufrage à l'aide de deux matrices. Ce procédé permet de produire des lettres, des chiffres et des dessins sur des pièces en tôle.

Une opération de gaufrage avec deux matrices

FIGURERE 37 

(a) Canettes de boisson en aluminium. Remarquez l'excellent état de surface.

(b) Détail du couvercle de la boîte, montrant le rivet intégré et les bords rainurés pour le pop-top.

Boîtes de boisson en aluminium

FIGURE 38 

Exemples de pliage et de gaufrage de tôles à l'aide d'un poinçon métallique et d'un tampon souple servant de matrice femelle.

Exemples de pliage et d'emboutissage de tôles

FIGURE 39 

Le processus d'hydroformage (ou de fluidification). Il est à noter que, contrairement au procédé d'emboutissage ordinaire, la pression dans le dôme pousse les parois de la tasse contre le poinçon. La coupelle se déplace avec le poinçon, ce qui permet d'améliorer l'emboutissabilité.

Le processus d'hydroformage (ou de fluidification)

FIGURE 40 

(a) Illustration schématique du processus d'hydroformage des tubes.

(b) Exemple de pièces hydroformées en tube. Pièces d'échappement et de structure pour l'automobile, cadres de bicyclettes et autres pièces de rechange. hydraulique et pneumatique sont produits par hydroformage des tubes.

Illustration schématique du processus d'hydroformage des tubes

FIGURERE 41  

Bouchon de radiateur automobile hydroformé.

Bouchon de radiateur automobile hydroformé

FIGURE 42 

Séquence d'opérations pour la production d'un composant hydroformé en tube :

(1) tube coupé à la longueur voulue ;

(2) après le pliage ;

(3) après hydroformage.

Séquence d'opérations pour la production d'un composant hydroformé en tube

FIGURE 43 

Illustration schématique de l'expansion d'un tube à une section transversale souhaitée par (a) hydroformage conventionnel et (b) hydroformage par séquence de pression.

Illustration schématique de l'expansion d'un tube jusqu'à la section souhaitée

FIGURERE 44  

Vue de la presse d'hydroformage de tubes, avec un tube cintré en place dans la presse. matrice de formage.

Vue de la presse à hydroformer les tubes

FIGURE 45 

(a) Illustration schématique du système conventionnel processus de filature.

(b) Types de pièces filées conventionnellement. Toutes les pièces sont axisymétriques.

Illustration schématique du processus de filage conventionnel

FIGURERE 46 

(a) Illustration schématique du procédé de filage par cisaillement pour la fabrication de pièces coniques. Le mandrin peut être façonné de manière à pouvoir filer des pièces curvilignes. (b) et (c) Illustrations schématiques du procédé de filage de tubes.

Illustration schématique du procédé de filage par cisaillement pour la fabrication de pièces coniques

FIGURE 47 

(a) Illustration d'une opération de formage incrémental. Notez qu'aucun mandrin n'est utilisé et que la forme finale de la pièce dépend de la trajectoire de l'outil rotatif.

(b) Réflecteur de phare automobile produit par formage incrémental CNC. Notez que la pièce n'a pas besoin d'être axisymétrique.

Illustration d'une opération de formation incrémentale

FIGURE 48 

Types de structures réalisées par formage superplastique et collage par diffusion de tôles. Ces structures présentent un rapport rigidité/poids élevé.

Types de structures réalisées par formage superplastique et collage par diffusion de tôles

FIGURE 49 

(a) Illustration schématique du processus de formation des explosifs.

(b) Illustration de la méthode confinée de gonflement explosif des tubes.

 Illustration schématique du processus de formation des explosifs

FIGURE 50 

(a) Illustration schématique du processus de formation par impulsion magnétique utilisé pour former un tube sur un bouchon.

(b) Tube d'aluminium replié sur un bouchon hexagonal par le procédé de formation par impulsion magnétique.

Illustration schématique du processus de formation par impulsion magnétique

FIGURE 51 

(a) Une sélection de cymbales courantes.

(b) Vue détaillée des différentes textures et finitions de surface des cymbales.

Une sélection de cymbales courantes

FIGURERE 52 

Séquence de fabrication pour la production de cymbales.

Séquence de fabrication pour la production de cymbales

FIGURE 53 

Martelage des cymbales.

(a) Martelage automatisé sur un peignage machine ;

(b) le martelage manuel des cymbales.

Martelage des cymbales

FIGURE 54 

Méthodes de fabrication de structures en nid d'abeilles :

(a) processus d'expansion ;

(b) le processus d'ondulation ;

(c) l'assemblage d'une structure en nid d'abeilles en un stratifié.

Méthodes de fabrication de structures en nid d'abeilles

FIGURERE 55 

Emboîtement efficace des pièces pour une utilisation optimale des matériaux lors du découpage.

Emboîtement efficace des pièces pour une utilisation optimale du matériau lors du découpage

FIGURE 56 

Contrôle de l'arrachement et du flambage d'une bride dans un coude à angle droit.

Contrôle de l'arrachement et du flambage d'une bride dans un coude à angle droit

FIGURERE 57 

Application d'encoches pour éviter les déchirures et les plis dans les opérations de pliage à angle droit.

Application d'encoches pour éviter les déchirures et les plis dans les opérations de cintrage à angle droit

FIGURERE 58 

Concentrations de contraintes à proximité des coudes.

(a) Utilisation d'un croissant ou d'une oreille pour un trou près d'un coude.

(b) Réduction de la sévérité de l'onglet dans la bride.

Concentrations de contraintes à proximité des coudes

FIGURERE 59 

Application (a) d'un rainurage ou (b) d'un gaufrage pour obtenir un rayon intérieur net en flexion. Si elles ne sont pas correctement conçues, ces caractéristiques peuvent entraîner des fractures.

Application d'un rainurage ou d'un gaufrage pour obtenir un rayon intérieur net en flexion

FIGURE 60 

(a) à (f) Illustrations schématiques de la les types de presse les cadres pour les opérations de formage de tôles. Chaque type a ses propres caractéristiques de rigidité, de capacité et d'accessibilité.

(g) Un grand presse d'estampage.

Illustrations schématiques des types de bâtis de presse pour les opérations de formage de feuilles

FIGURE 61 

Comparaison des coûts de fabrication d'un conteneur rond en tôle par filage conventionnel ou par emboutissage.

Il est à noter que pour les petites quantités, la filature est plus économique.

Comparaison des coûts de fabrication d'un conteneur rond en tôle

P.S : nous venons de vous préparer la version PDF de la tôle processus de formation, vous pouvez télécharger ici.

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Shane
Auteur

Shane

Fondateur de MachineMFG

En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.

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