Le pliage est un processus de fabrication qui produit une forme en V, en U ou en canal le long d’un axe droit dans des matériaux ductiles, le plus souvent de la tôle[1]. Les équipements couramment utilisés comprennent les freins de boîtes et de casseroles, les presses-freins et autres machines presses spécialisées. Les produits typiques qui sont fabriqués de cette manière sont des boîtes telles que les boîtiers électriques et les gaines rectangulaires.
Processus du pliage de metal
Pour le formage par presse plieuse, une pièce à usiner est positionnée au-dessus du bloc matrice et ce dernier presse la tôle pour lui donner une forme[1]. En général, le pliage doit surmonter à la fois des contraintes de traction et des contraintes de compression. Lorsque le pliage est effectué, les contraintes résiduelles provoquent un retour élastique du matériau vers sa position d’origine, de sorte que la tôle doit être sur-pliée pour obtenir l’angle de pliage approprié. La quantité de retour élastique dépend du matériau et du type de formage. Lorsque la tôle est pliée, elle s’étire en longueur. La déduction de pliage est la quantité de tôle qui s’étire lorsqu’elle est pliée, mesurée à partir des bords extérieurs du pli. Le rayon de pliage correspond au rayon intérieur. Le rayon de pliage formé dépend des matrices utilisées, des propriétés du matériau et de son épaisseur.
Le poinçon plie le metal en U avec un seul poinçon.
Les types de pliage
Il existe trois types de pliage de base sur une presse plieuse, chacun étant défini par la relation entre la position de l’outil final et l’épaisseur du matériau. Il s’agit du cintrage à l’air, de l’emboutissage et du matriçage. La configuration des outils pour ces trois types de pliage est presque identique. Une matrice dotée d’un outil en forme de long rail avec une pointe arrondie qui positionne le profil intérieur du pliage est appelée un poinçon. Les poinçons sont généralement fixés au vérin de la machine par des pinces et se déplacent pour produire la force de pliage. Une matrice avec un outil de forme à long rail qui a un canal concave ou en V dans le sens de la longueur qui localise le profil extérieur de la forme est appelée une matrice. Les matrices sont généralement stationnaires et situées sous le matériau sur le banc de la machine. Notez que certains sites ne font pas la différence entre les deux types de matrices (poinçons et matrices). Les autres types de cintrage mentionnés utilisent des outils ou des machines spécialement conçus pour effectuer le travail.
Pliage à l’air
Cette méthode de pliage forme le matériau en pressant un poinçon (également appelé matrice supérieure) dans le matériau, le forçant à entrer dans une matrice inférieure en V, qui est montée sur la presse. Le poinçon forme le pli de sorte que la distance entre le poinçon et la paroi latérale du V soit supérieure à l’épaisseur du matériau (T).
La matrice inférieure peut avoir une ouverture en forme de V ou carrée (les matrices sont souvent appelées outils ou outillage). Parce qu’il nécessite moins de force de pliage, le cintrage pneumatique tend à utiliser des outils plus petits que les autres méthodes.
Certains des outils inférieurs les plus récents sont réglables, de sorte qu’en utilisant un seul jeu d’outils supérieurs et inférieurs et en variant la profondeur de la course de la presse, il est possible de produire différents profils et produits. Des matériaux et des épaisseurs différents peuvent être pliés selon des angles de pliage variables, ce qui ajoute l’avantage de la flexibilité au cintrage pneumatique. Il y a également moins de changements d’outils, d’où une meilleure productivité.
Un inconvénient du cintrage pneumatique est que, comme la tôle ne reste pas en contact total avec les matrices, il n’est pas aussi précis que certaines autres méthodes, et la profondeur de course doit être maintenue très précise. Les variations de l’épaisseur du matériau et l’usure des outils peuvent entraîner des défauts dans les pièces produites[2], d’où l’importance de l’utilisation de modèles de processus adéquats.
La précision de l’angle du cintrage à l’air est d’environ ±0,5 deg. La précision de l’angle est assurée en appliquant une valeur à la largeur de l’ouverture en V, allant de 6 T (six fois l’épaisseur du matériau) pour les tôles de 3 mm d’épaisseur à 12 T pour les tôles de plus de 10 mm d’épaisseur. Le retour élastique dépend des propriétés du matériau et influence l’angle de pliage résultant.
Selon les propriétés du matériau, la tôle peut être surcourbée pour compenser le retour élastique.
Le pliage à l’air ne nécessite pas que l’outil inférieur ait le même rayon que le poinçon. Le rayon de pliage est déterminé par l’élasticité du matériau plutôt que par la forme de l’outil.
La flexibilité et le tonnage relativement faible requis par le cintrage à l’air contribuent à en faire un choix populaire. Les problèmes de qualité associés à cette méthode sont contrés par des systèmes de mesure d’angle, des pinces et des systèmes de couronnement réglables selon les axes x et y, et des outils résistants à l’usure.
Les approximations du facteur K données ci-dessous sont plus susceptibles d’être précises pour le cintrage à l’air que pour les autres types de cintrage en raison des forces plus faibles impliquées dans le processus de formage.
Emboutissage
Dans le cas de l’emboutissage, la tôle est forcée contre l’ouverture en V de l’outil inférieur. Les ouvertures en U ne peuvent pas être utilisées. Un espace est laissé entre la tôle et le fond de l’ouverture en V. La largeur optimale de l’ouverture en V est de 6 T (T représente l’épaisseur du matériau) pour les tôles d’environ 3 mm d’épaisseur, jusqu’à environ 12 T pour les tôles de 12 mm d’épaisseur. Le rayon de courbure doit être d’au moins 0,8 T à 2 T pour les tôles d’acier. Les grands rayons de courbure nécessitent à peu près la même force pour le pliage par le bas que pour le pliage à l’air, mais les petits rayons nécessitent une force plus importante – jusqu’à cinq fois plus importante – que le pliage à l’air. Les avantages du pliage par le bas incluent une plus grande précision et moins de retour élastique. L’inconvénient est qu’un jeu d’outils différent est nécessaire pour chaque angle de pliage, chaque épaisseur de tôle et chaque matériau. En général, le cintrage pneumatique est la technique préférée[2].
Coinçage
Dans le cas du matriçage, l’outil supérieur force le matériau dans la matrice inférieure avec une force 5 à 30 fois supérieure à celle du pliage pneumatique, ce qui provoque une déformation permanente de la tôle. Le retour élastique est faible, voire inexistant. Le matriçage peut produire un rayon intérieur aussi bas que 0,4 T, avec une largeur de l’ouverture en V de 5 T. Bien que le matriçage puisse atteindre une grande précision, son coût élevé fait qu’il n’est pas souvent utilisé.
Le pliage en trois points
Le pliage en trois points est un procédé plus récent qui utilise une matrice avec un outil inférieur à hauteur réglable, déplacé par un servomoteur. La hauteur peut être réglée à 0,01 mm près. Les réglages entre le coulisseau et l’outil supérieur sont effectués à l’aide d’un coussin hydraulique, qui s’adapte aux écarts d’épaisseur de la tôle. Le pliage en trois points permet d’obtenir des angles de pliage avec une précision de 0,25 degré. Si le pliage en trois points permet une flexibilité et une précision élevées, il entraîne également des coûts importants et les outils disponibles sont moins nombreux. Il est surtout utilisé dans des niches de marché à forte valeur ajoutée.
Le pliage (comme pour une feuille)
Dans le pliage, des poutres de serrage maintiennent le côté le plus long de la feuille. La poutre s’élève et plie la tôle autour d’un profilé de pliage. La poutre de pliage peut déplacer la tôle vers le haut ou vers le bas, ce qui permet de fabriquer des pièces avec des angles de pliage positifs et négatifs. L’angle de pliage résultant est influencé par l’angle de pliage de la poutre, la géométrie de l’outil et les propriétés du matériau. Ce procédé permet de manipuler de grandes feuilles, ce qui rend l’opération facilement automatisable. Le risque d’endommager la surface de la tôle est faible.
Essuyage
Lors de l’essuyage, l’extrémité la plus longue de la feuille est serrée, puis l’outil se déplace de haut en bas, pliant la feuille autour du profil de pliage. Bien que plus rapide que le pliage, l’essuyage présente un risque plus élevé de produire des rayures ou d’endommager la tôle, car l’outil se déplace sur la surface de la tôle. Ce risque augmente si des angles aigus sont produits.
Cette méthode consiste généralement à fondre ou à frapper le matériau pour fixer le bord afin d’éviter le retour élastique. Dans cette méthode de pliage, le rayon de la matrice inférieure détermine le rayon de pliage final.
Cintrage rotatif
Le pliage rotatif est similaire à l’essuyage, mais la matrice supérieure est constituée d’un cylindre en rotation libre dans lequel est découpée la forme finale et d’une matrice inférieure correspondante. Au contact de la tôle, le cylindre est en contact sur deux points et il tourne à mesure que le processus de formage plie la tôle. Cette méthode de pliage est généralement considérée comme un procédé de formage « non marquant » convenant aux surfaces prépeintes ou facilement marquées. Ce procédé de cintrage peut produire des angles supérieurs à 90° en un seul passage sur des presses plieuses standard.
Cintrage des rouleaux
Le processus de cintrage par rouleaux induit une courbe dans les pièces en barres ou en plaques. Il faut prévoir une marge de pré-poinçonnage adéquate.
Cintrage à l’élastomère
Dans cette méthode, la matrice inférieure en V est remplacée par un tampon plat en uréthane ou en caoutchouc. Lorsque le poinçon forme la pièce, l’uréthane se déforme et permet au matériau de se former autour du poinçon. Cette méthode de pliage présente un certain nombre d’avantages. L’uréthane enroule le matériau autour du poinçon et le rayon de courbure final est très proche du rayon réel du poinçon. Elle permet un pliage sans marquage et convient aux matériaux prépeints ou sensibles. L’utilisation d’un poinçon spécial appelé règle à rayon avec des zones de décharge sur l’uréthane permet d’obtenir des courbures de plus de 180° en un seul coup, ce qui n’est pas possible avec les outils de presse conventionnels. L’outillage en uréthane doit être considéré comme un article consommable et, bien qu’il ne soit pas bon marché, il représente une fraction du coût de l’acier dédié. Cette méthode présente également quelques inconvénients : elle nécessite un tonnage similaire à celui du matriçage et de la frappe et ne convient pas aux brides de forme irrégulière, c’est-à-dire lorsque le bord de la bride pliée n’est pas parallèle à la courbure et est suffisamment court pour s’engager dans le tampon en uréthane.
Pliage par à-coups
La jogging, également connu sous le nom de cintrage par jogging, est un processus de cintrage décalé dans lequel deux cintrages opposés avec des angles égaux sont formés en une seule action, créant un petit profil de cintrage en forme de S et un décalage entre la face non pliée et la bride résultante qui est généralement inférieur à 5 épaisseurs de matériau.