L'impact des matériaux sur le processus d'emboutissage

Dernière mise à jour :
16 novembre 2023

Table des matières

La transformation de la tôle comprend principalement le découpage, le pliage, l'emboutissage, l'extrusion à froid et d'autres procédés d'emboutissage en volume. Les différentes techniques d'emboutissage ont des exigences différentes pour la tôle, et le choix du matériau de tôle doit être envisagé en fonction de la forme générale du produit et de la technologie de transformation.

(1) L'influence du matériau sur le processus de coupe

La découpe exige que le matériau en feuille ait une plasticité suffisante pour qu'aucune fissure ne se produise au cours du processus. Si la grande majorité des matériaux peuvent répondre aux exigences de découpe à des degrés divers, l'usure du moule et la qualité de la découpe varient en fonction du matériau.

Les matériaux tendres (tels que l'aluminium pur, l'aluminium inoxydable, le laiton, le cuivre pur, l'acier à faible teneur en carbone, etc. Le laiton, en particulier, est le plus performant, ce qui permet d'obtenir des pièces avec des sections transversales lisses et très peu inclinées après la coupe.

Les matériaux durs (tels que l'acier à haute teneur en carbone, l'acier inoxydable, l'aluminium dur, l'aluminium super dur, etc.) ne donnent pas des résultats de haute qualité après la découpe, avec des irrégularités significatives sur les sections transversales, en particulier pour les matériaux plus épais. Plus le matériau est fragile, plus il est susceptible de se déchirer pendant la découpe.

De nombreux matériaux non métalliques peuvent également être découpés, mais en raison de la présence de minuscules fissures internes, de l'inhomogénéité, de l'anisotropie, des laminations et d'autres inconvénients des matériaux non métalliques, la plupart d'entre eux nécessitent un traitement auxiliaire spécial. Après le découpage, les matériaux suffisamment plastiques doivent être ébarbés ou finis ; les matériaux fragiles et épais, en revanche, doivent être chauffés au préalable de manière appropriée pour augmenter leur plasticité.

(2) L'influence du matériau sur le traitement de la flexion

Les tôles pliées doivent présenter une grande plasticité, une faible limite d'élasticité et un module d'élasticité élevé. Les tôles ayant une plasticité élevée risquent moins de se fissurer pendant le pliage, et celles ayant une limite d'élasticité plus faible et un module d'élasticité plus élevé auront moins de déformation par retour élastique, ce qui permettra de réaliser des pliages de forme précise. Les matériaux présentant une bonne plasticité, tels que l'acier à faible teneur en carbone (dont la fraction massique de carbone ne dépasse pas 0,2%), le laiton et l'aluminium, sont faciles à plier.

Les matériaux plus fragiles, tels que l'étain (Sn6.5-01), l'acier à ressort (65Mn), l'aluminium dur et l'aluminium super dur, nécessitent un rayon de courbure relatif (r/t) important pendant le pliage afin d'éviter les fissures.

En outre, il est essentiel de noter que l'état du matériau influe considérablement sur sa pliabilité.

Les matériaux non métalliques, tels que les grands cartons et le verre organique, ne peuvent être pliés qu'après avoir été préchauffés, et ils nécessitent un rayon de courbure relatif plus important (généralement r/t>3~5).

(3) Impact du matériau sur l'emboutissage

L'emboutissage de la tôle, en particulier l'emboutissage profond, est l'un des processus les plus difficiles de la fabrication de la tôle. Un matériau approprié doit non seulement permettre une faible profondeur et une forme simple avec des transitions douces dans le processus d'emboutissage, mais aussi posséder une grande plasticité, une faible limite d'élasticité et une bonne stabilité. Dans le cas contraire, il peut facilement entraîner une déformation globale, des plis localisés, voire une déchirure de la pièce. Les matériaux durs ne se prêtent pas à l'emboutissage.

Plus la limite d'élasticité et le coefficient d'épaisseur sont élevés (ce qui tient compte de l'anisotropie due à des facteurs tels que les tissus fibreux produits lors du laminage de la tôle), plus le rapport de résistance de la tôle est faible et plus l'emboutissage est performant, ce qui permet des déformations plus importantes. Lorsque le coefficient d'épaisseur (γ) est supérieur à un, la déformation dans le sens de la largeur est plus facile que dans le sens de l'épaisseur.

Plus la valeur γ est élevée, moins la feuille est susceptible de s'amincir et de se rompre au cours du processus d'étirage, ce qui indique une meilleure aptitude à l'emboutissage. Un exposant d'écrouissage élevé (pente de la courbe contrainte-déformation réelle pendant l'étirement, représentée par n) facilite la propagation de la déformation dans les zones de faible déformation pendant le traitement, favorisant une distribution plus uniforme de la déformation et réduisant la déformation localisée.

Par conséquent, la valeur n est cruciale pour les processus de formage par étirage et de bombage. Les matériaux connus pour leur bonne aptitude à l'emboutissage sont, entre autres, l'aluminium pur et ses alliages, l'acier à faible teneur en carbone (fraction de masse de carbone ne dépassant pas 0,14%), le laiton doux (fraction de masse de cuivre comprise entre 68% et 72%) et l'acier inoxydable austénitique.

(4) Impact du matériau sur l'extrusion à froid et les autres procédés d'emboutissage en vrac

Les matériaux adaptés à l'extrusion à froid et à d'autres procédés d'emboutissage en vrac doivent avoir une plasticité élevée et une faible limite d'élasticité. Les matériaux les plus appropriés sont l'aluminium, le cuivre et l'acier à faible teneur en carbone.

(5) Impact de la tolérance sur l'épaisseur de la tôle

Une tolérance excessive sur l'épaisseur de la tôle, c'est-à-dire une épaisseur réelle dépassant l'écart standard autorisé, peut entraîner des fissures sur les pièces, des plis de surface, un retour élastique après pliage, voire des accidents de matrices importants. C'est l'un des trois facteurs critiques qui influencent le succès de l'emboutissage.

Les fluctuations de la tolérance de l'épaisseur de la tôle d'acier peuvent affecter la pression exercée par la matrice sur la pièce et la facilité d'écoulement du métal, entraînant par la suite des fissures et des plis sur la pièce pendant l'emboutissage.

(6) Impact des défauts de surface sur le matériau en feuille

Conformément à la réglementation, les tôles d'acier laminées à chaud ne doivent pas présenter de défauts nuisibles tels que des fissures, des croûtes, des plis, des bulles, des délaminations et des inclusions. Toutefois, des défauts mineurs et localisés tels que des piqûres, des dépressions ou des rayures, dont la profondeur (ou la hauteur) ne dépasse pas la moitié de la tolérance d'épaisseur, sont autorisés, à condition que l'épaisseur minimale de la tôle d'acier soit respectée.

La présence de défauts de surface dans les tôles d'acier laminées à froid et à chaud, en particulier ceux qui dépassent les défauts autorisés par la norme, peut directement entraîner la fissuration des pièces, affecter la qualité de la peinture et compromettre l'aspect général du produit.

(7) Comparaison de l'aptitude à la transformation de matériaux en feuilles courants

Tableau 1-6 Comparaison de l'aptitude à la transformation des Matériaux en feuilles courants.

MatériauxPerformance des machines de presse à commande numériqueDécoupe au laser PerformancePerformance de flexionGonflement du rivet Procédé d'écrasementProcessus de pressage des écrous de rivetspulvérisation de surfaceprotection des bords de coupe performance
Tôle d'acier laminée à froid avec revêtement de zinc bleuExcellentExcellentExcellentExcellentExcellentMoyenneMieux
Tôle d'acier laminée à froid avec revêtement de zinc coloréExcellentExcellentExcellentExcellentExcellentMoyenneExcellent
Plaque de cuivre zinguée par électrodéposition en continuExcellentExcellentExcellentExcellentExcellentMoyenneLe pire
Plaque de cuivre galvanisée à chaudExcellentExcellentExcellentExcellentExcellentMoyenneInsuffisant
Plaque revêtue d'aluminium-zincExcellentExcellentExcellentExcellentExcellentMoyennePauvre
Acier inoxydablePauvreExcellentMoyennePauvreTrès faiblePauvreExcellent
Plaque d'aluminium résistant à la rouilleMoyenneTrès faibleExcellentExcellentExcellentMoyenneExcellent
Aluminium dur, plaque d'aluminium ultra-durMoyenneTrès faibleTrès faibleExcellentExcellentMoyenneExcellent
T2 plaque de cuivreExcellentTrès faibleExcellentExcellentExcellentMoyenneExcellent
Tôle d'acier jauneExcellentTrès faibleExcellentExcellentExcellentMoyenneExcellent

Note : Les données du tableau ne sont fournies qu'à titre de référence qualitative.
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