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L'emboutissage Introduction Suivant les caractéristiques mécaniques du matériau

L'emboutissage Introduction Suivant les caractéristiques mécaniques du matériau, l'épaisseur de la tôle initiale, la forme du produit final, on choisira une technique d'emboutissage. Emboutissage Définition: L'emboutissage est un procédé de mise en forme des matériaux métalliques. Il est utilisé à certaines conditions physiques et ne concerne que certains matériaux. Il nécessite un outillage particulier en respectant un protocole d'industrialisation spécifique. • L'emboutissage des métaux est un procédé de mise en forme des structures minces non développables à partir de tôles préalablement découpées en flans. • Il est utilisé pour la fabrication de pièces d'usage courant (électroménager, emballage) ainsi que pour de pièces complexes issues de l'industrie automobile ou aéronautique. • La maîtrise des paramètres physiques et technologiques nécessite des connaissances en physiques des matériaux et des compétences sur les procédés de mise en forme et de fabrication. 1. Emboutissage avec outils simple effet Cette configuration est la plus simple. Elle est composée d'une matrice et d'un poinçon (équipé d'un coussin élastique situé sous la table de la presse). Pour cette technique, les emboutis réalisés sont peu profonds et ne nécessitent pas d'important effort de serrage (voir le schéma ci-dessous). 2. Emboutissage avec outils double effet Par rapport à l'emboutissage simple effet, l'emboutissage double effet comprend en plus un serre-flan. Cette technique de formage est la plus répandue dans l'industrie. Ici les emboutis sont très profonds et les efforts d'emboutissage sont importants. Un serrage très efficace est nécessaire pour ce type d'emboutissage (voir schéma ci-dessous). 3. Emboutissage à froid • - L'emboutissage à froid suppose, sauf rares exceptions, un outillage double effet et des presses mécaniques. Cette technique est la plus utilisée dans l'industrie automobile car elle comporte des nombreux avantages : • Meilleure précision dimensionnelle • Faible coût • Bonnes propriétés mécaniques des pièces embouties • - Cependant elle comporte quelques inconvénients : • Faible épaisseur des tôles (risque de rupture) • Écrouissage du matériau (risque de durcissement structurel et baisse de la ductilité) • Contraintes résiduelles (risque de rupture par fatigue) • - Les matériaux concernés par ce type d'emboutissage sont : • Acier doux et inoxydable, • aluminium, 4. Emboutissage à chaud (200 à 500°C) • - L'emboutissage à chaud est principalement utilisé sur presses hydrauliques simple ou double effet. • Cette technique comporte des nombreux avantages : • Déformation plus facile des matériaux peu ductiles (acier et aluminium) • Emboutissage de pièces épaisses et profondes par chauffage du flan et de la matrice • peu d'écrouissage ou de contraintes résiduelles • - Cependant elle comporte quelques inconvénients : • Cadences de production moins élevées du fait de l'inertie de chauffage • Pièces finies de moins bonnes qualités (état de surface et dimensionnement) • Nécessite la mise en place d'un protocole de sécurité plus important • - Les matériaux utilisés en emboutissage à chaud sont: • Titane, • magnésium, et • zinc. • 5. Emboutissage multi-passe L'emboutissage profond consiste à transformer en plusieurs passes, des flans de forte épaisseur afin d'éviter la rupture mécanique au cours du processus de déformation. Les épaisseurs de pièces embouties peuvent être très faibles (de l'ordre de 0,05mm). Matériaux apte pour l’emboutissage • Diminuer la masse des produits tout en améliorant les caractéristiques mécaniques oblige les sidérurgistes à développer de nouvelles générations de matériaux pour concilier une grande résistance mécanique et une forte aptitude à l'emboutissage. • L'appréciation de l'aptitude au formage d'un matériau peut être réalisée par l'étude de certaines caractéristiques liées à des essais de traction (uni-axiale ou bi-axiale)et à des essais de formabilité (essais sur presse). La connaissance de ces données facilite la mise en œuvre de la nuance de tôle sous presse. • L'emboutissage des métaux fait appel : • Ductilité des métaux à se déformer à froid. • Propriétés plastiques des métaux (Allongement % et Contrainte limite). • Les principaux matériaux d'emboutissage sont : • Aciers : acier doux ou extra doux (Fer +carbone), Acier HLE (haute limite d'élasticité) ou THLE (très haute limite d'élasticité) (Fer + Carbone + Éléments d'addition (chrome, vanadium, silicium)) • Alliages non ferreux : Aluminium, Cuivre, Zinc, Nickel et Titane. 1. Quels aciers en emboutissage? • L'acier est un alliage métallique composé essentiellement de fer et de carbone. Le taux de carbone est inférieur à 2,5%, au-delà on obtient de la fonte. Suivant l'utilisation que l'on souhaite en faire, on lui ajoute différents alliages et/ou on lui applique des traitements thermiques. Les pourcentages de carbone dans les aciers métalliques sont : • FER industriel : pourcentage de carbone < 0,05 % • ACIERS d'usage courant : % de carbone 0,05 % à 1,5 % • FONTES : pourcentage de carbone 2,5 % à 5 % L'augmentation du % carbone dans les aciers induit : • a) Augmentation : • Limite d'élasticité (Re) • Résistance maximale à la traction (Rm) • Dureté (H) • Résistance à la corrosion • Résistance à l'usure • Trempabilité b) Diminution : • Malléabilité (plasticité-ductilité) • Résistance aux chocs (résilience) • Soudabilité - Les techniques de laminage permettent d'obtenir des tôles d'acier très minces ayant des: • Surfaces propres et lisses • Structures métallurgiques homogènes • Caractéristiques mécaniques adaptées Les tôles d'emboutissage en acier sont classées en trois catégories : • Tôle de fabrication courante (TC) • Tôle d'emboutissage (E) • Tôle d'emboutissage spéciale (ES) Le choix d'un acier plus ou moins carburé dépend : • Résistance à l'usure : acier DUR (fort % carbone) • Chaudronnerie ou emboutissage : acier DOUX (faible % carbone) - On peut modifier les caractéristiques mécaniques et aptitudes technologiques des aciers par addition d'autres métaux dont les principaux sont, avec leurs principales influences : • MANGANÈSE augmente : la limite élastique et la trempabilité • NICKEL augmente : la résistance aux chocs et à la corrosion • CHROME augmente : la résistance à l'usure et à la corrosion • SILICIUM augmente : la limite élastique • TUNGSTÈNE augmente : la résistance à l'usure et à la chaleur • MOLYBDÉNE augmente : la résistance à l'usure et à la chaleur • VANADIUM augmente: la résistance à l'usure et aux déformations (TÉNACITÉ) Remarque importante Le cas particulier des aciers inoxydables qui se comportent différemment de l'acier doux du fait de la présence de Nickel et de Chrome. Ainsi les vitesses d'emboutissage doivent être plus lentes que pour l'acier doux pour éviter un écrouissage rapide. Conclusion L'aptitude à l'emboutissage d'un matériau peut s'apprécier par certaines caractéristiques à partir d'essais instrumentés. La connaissance de celles-ci permet de concevoir ou d'améliorer les gammes, de choisir la matière la mieux adaptée à la pièce à réaliser, d'assurer un meilleur suivi de matière, de réduire le nombre de non- conformités, d'obtenir de nouvelles productions, de réduire les coûts de production et de maintenance des outils. 1. Les avantages de l'emboutissage • Pièces minces de formes géométriques complexes. • Bon état de surface. • Très bonne qualité esthétique et travaux de finition de polissage moins lourds et moins coûteux. • Bas prix de revient et cadences de production très élevées : • - 100 à 200 pièces/heure (pièces de gros volumes : carrosserie automobile, ...) • - 3000 à 4000 pièces/heure (petites pièces : renfort, capuchon de réservoir,...) 2. Les inconvénients de l'emboutissage Les zones d'étirement subissent un amincissement important et les zones de rétreint subissent une combinaison d'effets d'épaississement et de plissement Les phénomènes du retour élastique (après que le poinçon se retire) conduisent à un retrait de la matière. Il est alors nécessaire de recourir à certaines techniques pour corriger ces phénomènes de retour élastique : frappe du rayon, étirage et maintien prolongé du poinçon ou modification de la forme du poinçon. Le rayon d'entrée de la matrice doit être très arrondi et poli pour éviter toute déchirure du métal. Temps de préparation important. Mise au point des outils (poinçon, matrice) très coûteuse et nécessite un savoir faire de l'entreprise. Conclusion Connaître les avantages et les inconvénients de l'emboutissage des matériaux vous permet de choisir la technique adaptée à un processus industriel de mise en forme de pièces et éventuellement anticiper les problèmes. Introduction La technique de formage la plus répandue dans l'industrie est l'emboutissage. Dans le but de comprendre ce procédé complexe de fabrication, nous montrerons à travers des montages vidéos les différents étapes du processus simplifié de l'emboutissage des métaux. Dimensionnement de flan en emboutissage cylindrique Une pièce est emboutissable en une seule passe si son rapport total d'emboutissage ne dépasse pas le rapport limite. Il est important de déterminer la taille initiale du flan pour d'une part économiser la matière et d'autre part faciliter l'emboutissage. On considère l'emboutissage d'un flan épais en zinc (βmax=2 ) d'épaisseur initiale t = 1mm avec un poinçon cylindrique de diamètre d = 45mm et une hauteur du mur h = 90mm. • 1. Calculer le diamètre initial du flan (voir tableau) • 2. Calculer le rapport d'emboutissage • 3. Combien de passe faut il pour emboutir ce cylindrique • 4. Calculer les diamètres de chaque passe. • 5. Calculer la force d'emboutissage de chaque passe si Rm=350N/mm2 • 6. Calculer uploads/s3/ embouti-ssage.pdf