Technologie de fabrication de tôles
Aperçu de la tôle emboutie
Fabrication de Métaux Plats :
La fabrication de tôles embouties est un procédé complet de travail à froid appliqué aux tôles métalliques minces (généralement inférieures à 6 mm), comprenant le cisaillage, le poinçonnage, le pliage, le soudage, le rivetage, la formage à l’emporte-pièce et le traitement de surface. L’une de ses caractéristiques principales est que l’épaisseur d’une même pièce reste constante.
Méthodes de fabrication de tôles embouties :
1. Fabrication sans moule : Ce procédé utilise des équipements tels que des machines à poinçonner CNC, des machines de découpe laser, des cisailles, des plieuses et des machines à riveter pour travailler les tôles. Il est généralement utilisé pour la fabrication de prototypes ou de petites séries et présente un coût plus élevé.
2. Fabrication avec moule : Ce procédé utilise des moules fixes pour travailler les tôles. Les moules courants comprennent les moules de découpe et les moules de formage. Il est principalement utilisé pour la production en grande série et présente un coût plus faible.
Méthodes de traitement des tôles :
1. Traitement sans moule : Ce procédé utilise des équipements tels que des machines à poinçonner CNC, des machines de découpe laser, des cisailles, des plieuses et des machines à riveter pour travailler les tôles. Il est généralement utilisé pour la fabrication de prototypes ou de petites séries et est relativement coûteux.
2. Traitement avec moule : Ce procédé utilise des moules fixes pour travailler les tôles. Ces moules comprennent généralement des moules de découpe et des moules de formage. Il est principalement utilisé pour la production en grande série et est relativement peu coûteux.
Cycle de traitement des tôles
Découpage : poinçonnage CNC, découpe au laser, cisaillement ; Emboutissage – pliage, étirage, poinçonnage : presse à plier, presse à poinçonner, etc.
Autres opérations : rivetage, taraudage, etc.
Le soudage
Traitements de surface : peinture en poudre, galvanoplastie, brossage, sérigraphie, etc.
Procédés de fabrication de tôles minces – Découpage
Les méthodes principales de découpage des tôles minces comprennent le poinçonnage CNC, la découpe au laser, les cisailles et le découpage à l’aide de matrices. Le poinçonnage CNC est actuellement la méthode la plus couramment utilisée. La découpe au laser est principalement employée lors de la phase de prototypage, mais son coût de traitement est élevé. Le découpage à l’aide de matrices est surtout utilisé pour la production en série.
Ci-dessous, nous présentons essentiellement le découpage des tôles minces par poinçonnage CNC.
Le poinçonnage CNC, également appelé poinçonnage à tourelle, permet d’effectuer des opérations telles que le découpage, le perçage de trous, l’emboutissage de trous et l’ajout de nervures, entre autres. Sa précision de traitement peut atteindre ± 0,1 mm. L’épaisseur maximale des tôles pouvant être traitées par poinçonnage CNC est la suivante :
Tôle laminée à froid, tôle laminée à chaud < 3,0 mm ;
Tôle d’aluminium < 4,0 mm ;
Tôle inoxydable < 2,0 mm.
1. Il existe des exigences minimales en matière de dimensions pour le poinçonnage. La dimension minimale de poinçonnage dépend de la forme du trou, des propriétés mécaniques du matériau et de l’épaisseur du matériau. (Voir la figure ci-dessous)
2. Espacement des trous et distance par rapport au bord dans le poinçonnage CNC. La distance minimale entre le bord d’un trou poinçonné et la forme extérieure d’une pièce est soumise à certaines limitations, qui dépendent de la forme de la pièce et du trou. Lorsque le bord du trou poinçonné n’est pas parallèle au bord extérieur de la pièce, cette distance minimale ne doit pas être inférieure à l’épaisseur du matériau t ; lorsqu’ils sont parallèles, elle ne doit pas être inférieure à 1,5t. (Voir la figure ci-dessous)
3. Lors du repoussage de trous, la distance minimale entre le trou repoussé et le bord est de 3T, la distance minimale entre deux trous repoussés est de 6T, et la distance minimale de sécurité entre le trou repoussé et le bord plié (intérieur) est de 3T + R (T étant l’épaisseur de la tôle, R le rayon de pliage).
4. Lors du perçage de trous dans des pièces embouties, pliées et profondément embouties, une certaine distance doit être respectée entre la paroi du trou et la paroi droite. (Voir le schéma ci-dessous)
Technologie de traitement des tôles — formage
Le formage des tôles implique principalement le pliage et l’emboutissage.
1. Pliage des tôles
1.1. Le pliage des tôles utilise principalement des machines à plier.
Précision du traitement sur machine à plier :
Premier pliage : ± 0,1 mm
Deuxième pliage : ± 0,2 mm
Plus de deux pliages : ± 0,3 mm
1.2. Principes fondamentaux de l’ordre de pliage : Pliez de l’intérieur vers l’extérieur, du plus petit au plus grand, en pliant d’abord les formes spéciales, puis les formes générales, en veillant à ce que l’opération précédente n’affecte pas ni n’entrave les opérations ultérieures.
1.3. Formes courantes des outils de pliage :
1.4. Rayon de pliage minimal des pièces pliées : Lorsqu’un matériau est plié, sa couche externe s’étire tandis que sa couche interne se comprime dans la zone de raccordement arrondi (rayon de congé). Lorsque l’épaisseur du matériau est constante, plus le rayon intérieur (r) est petit, plus l’étirement et la compression sont importants. Lorsque la contrainte de traction atteinte à l’extérieur du congé dépasse la résistance à la rupture du matériau, des fissures et des ruptures apparaissent. Par conséquent, la conception structurelle des pièces pliées doit éviter des rayons de congé de pliage excessivement petits. Les rayons de pliage minimaux des matériaux couramment utilisés dans l’entreprise sont indiqués dans le tableau ci-dessous.
Tableau des rayons de pliage minimaux pour les pièces pliées :
1.5. Hauteur de la partie droite des pièces pliées, en général, la hauteur minimale du bord droit ne doit pas être trop faible. Exigence de hauteur minimale : h > 2t
Si la hauteur du bord droit h < 2t de la pièce pliée doit être augmentée, il convient d’abord d’augmenter la hauteur de pliage, puis de réaliser l’usinage jusqu’à la dimension requise après le pliage ; ou bien, une rainure peu profonde doit être usinée dans la zone de déformation au pliage avant le pliage.
1.6. Hauteur d’un bord droit avec un côté incliné : Lorsqu’une pièce pliée présente un côté incliné, la hauteur minimale de ce côté est : h = (2 à 4)t > 3 mm
1.7. Distance entre les trous sur les pièces pliées : Distance entre les trous : Après le poinçonnage, le trou doit être positionné à l’extérieur de la zone de déformation au pliage afin d’éviter toute déformation lors du pliage. La distance entre la paroi du trou et le bord de pliage est indiquée dans le tableau ci-dessous.
1.8. Pour les pièces pliées localement, la ligne de pliage doit éviter les emplacements présentant des changements brusques de cote. Lors du pliage partiel d'une section d'un bord, afin d'éviter la concentration de contraintes et les fissurations aux angles vifs, la ligne de pliage peut être décalée d'une certaine distance par rapport au changement brutal de dimension (figure a), ou une rainure de fabrication peut être créée (figure b), ou un trou de fabrication peut être poinçonné (figure c). Veuillez noter les exigences dimensionnelles indiquées sur les figures : S > R, largeur de la rainure k ≥ t ; profondeur de la rainure L > t + R + k/2.
1.9. Le bord biseauté d’un bord plié doit éviter la zone de déformation.
1.10. Exigences de conception pour les bords morts : la longueur d’un bord mort est liée à l’épaisseur du matériau. Comme illustré sur la figure ci-dessous, la longueur minimale du bord mort L > 3,5t + R, où t désigne l’épaisseur de paroi du matériau et R le rayon de courbure intérieur minimal de l’opération de pliage précédente (tel qu’indiqué à droite sur la figure ci-dessous).
1.11. Trous de positionnement de fabrication supplémentaires : Pour garantir un positionnement précis de la tôle dans le moule et éviter tout déplacement de la tôle pendant le pliage, ce qui entraînerait des produits défectueux, des trous de positionnement de procédé doivent être prévus dès la phase de conception, comme illustré sur la figure ci-dessous. En particulier, pour les pièces pliées et formées plusieurs fois, ces trous de procédé doivent servir de référence de positionnement afin de réduire les erreurs cumulées et assurer la qualité du produit.
1.12. Des dimensions différentes entraînent une usinabilité différente :
Comme indiqué sur le schéma ci-dessus : a) percer le trou en premier, puis effectuer le pliage, permet de garantir plus facilement la précision de la cote L et facilite l’usinage ; b) et c) si la précision de la cote L est élevée, le pliage doit être réalisé en premier, puis le trou usiné, ce qui est plus complexe.
1.13. Ressaut des pièces pliées : De nombreux facteurs influencent le ressaut, notamment les propriétés mécaniques du matériau, l’épaisseur de paroi, le rayon de pliage et la pression normale appliquée pendant le pliage.
Plus le rapport entre le rayon de courbure intérieur et l'épaisseur de la tôle de la pièce pliée est élevé, plus le retour élastique est important.
L'ajout de nervures de renfort par emboutissage dans la zone de pliage améliore non seulement la rigidité de la pièce, mais contribue également à réduire le retour élastique.
2. Emboutissage de tôle
L'emboutissage de tôle est principalement réalisé par poinçonnage CNC ou poinçonnage conventionnel, nécessitant divers poinçons ou matrices d'emboutissage.
La forme de la pièce emboutie doit être aussi simple et symétrique que possible, et doit être réalisée en une seule opération chaque fois que cela est possible.
Pour les pièces nécessitant plusieurs opérations d'emboutissage, les marques susceptibles de se former à la surface pendant le processus d'emboutissage doivent être tolérées.
Tout en garantissant le respect des exigences d'assemblage, une certaine inclinaison des parois latérales embouties doit être autorisée.
2.1. Exigences relatives au rayon de raccordement entre le fond de la pièce étirée et la paroi droite :
Comme illustré sur la figure, le rayon de congé entre le fond de la pièce emboutie et la paroi droite doit être supérieur à l’épaisseur de la tôle, c’est-à-dire r > t. Afin de rendre le processus d’emboutissage plus fluide, r₁ est généralement choisi égal à (3 à 5)t, et le rayon de congé maximal ne doit pas dépasser 8 fois l’épaisseur de la tôle, c’est-à-dire r₁ ≤ 8t.
2.2. Rayon de congé entre le rebord et la paroi de la pièce emboutie :
Comme illustré sur la figure, le rayon de congé entre le rebord et la paroi de la pièce emboutie doit être supérieur au double de l’épaisseur de la tôle, c’est-à-dire r₂ > 2t. Afin de rendre le processus d’emboutissage plus fluide, r₂ est généralement choisi égal à (5 à 10)t. Le rayon de rebord maximal ne doit pas dépasser 8 fois l’épaisseur de la tôle, c’est-à-dire r₂ ≤ 8t.
2.3. Rayon de congé entre le rebord et la paroi de la pièce emboutie : Comme illustré sur la figure, le rayon de raccordement entre la bride et la paroi de la pièce emboutie doit être supérieur au double de l'épaisseur de la tôle, c'est-à-dire r2 > 2t. Afin de rendre le processus d'emboutissage plus fluide, r2 est généralement choisi dans la plage (5–10)t. Le rayon maximal de la bride doit être inférieur ou égal à huit fois l'épaisseur de la tôle, c'est-à-dire r2 ≤ 8t.
2.4. Diamètre de la cavité intérieure des pièces circulaires embouties : Comme illustré sur la figure, le diamètre de la cavité intérieure des pièces circulaires embouties doit être D > d + 10t afin que la plaque de pression ne se froisse pas pendant l'emboutissage.
2.5. Rayon de raccordement entre parois adjacentes d'une pièce rectangulaire emboutie : Comme illustré sur la figure, le rayon de raccordement entre parois adjacentes d'une pièce rectangulaire emboutie doit être r3 > 3t. Afin de réduire le nombre d'opérations d'emboutissage, r3 doit être aussi grand que possible, et notamment supérieur à H/5, afin de permettre un emboutissage en une seule opération.
2.6. Lors de la fabrication d'une pièce emboutie circulaire sans rebord en une seule étape, la relation dimensionnelle entre sa hauteur et son diamètre doit satisfaire aux exigences suivantes :
Comme illustré sur la figure, lors de la fabrication d'une pièce emboutie circulaire sans rebord en une seule étape, le rapport entre la hauteur H et le diamètre d doit être inférieur ou égal à 0,4, c’est-à-dire H/d ≤ 0,4.
2.7. Variation d’épaisseur des pièces étirées : En raison des niveaux de contrainte variables selon les zones, l’épaisseur du matériau d’une pièce étirée varie après l’étirage. En général, l’épaisseur initiale est conservée au centre du fond, le matériau s’amincit aux coins arrondis du fond, s’épaissit près du rebord situé en partie supérieure, et s’épaissit également aux coins arrondis des pièces étirées rectangulaires. Lors de la conception de produits étirés, les cotes figurant sur le dessin de la pièce doivent indiquer clairement si les cotes extérieures ou intérieures doivent être garanties ; il est impossible de spécifier simultanément les cotes intérieures et extérieures.
3. Autres formages de tôles métalliques :
Ressorts de renfort — Des nervures sont embouties sur les pièces en tôle afin d’accroître leur rigidité structurelle.
Jalousies — Les jalousies sont couramment utilisées dans divers boîtiers ou enveloppes pour assurer la ventilation et la dissipation thermique.
Rebordage de trous (emboutissage de trous) — Utilisé pour usiner des filetages ou améliorer la rigidité des ouvertures.
3.1. Ressorts de renfort :
Sélection de la structure et des dimensions des nervures de renfort
Limites des dimensions de l’entraxe des poinçons et de la distance entre le bord du poinçon et le bord de la pièce
3.2. Jalousies à lames inclinées :
La méthode de formation des jalousies à lames inclinées consiste à utiliser un bord du poinçon pour couper le matériau, tandis que le reste du poinçon étire et déforme simultanément le matériau, créant ainsi une forme ondulée ouverte sur un côté.
Structure typique des jalousies à lames inclinées. Exigences dimensionnelles pour les jalousies à lames inclinées : a > 4t ; b > 6t ; h < 5t ; L > 24t ; r > 0,5t.
3.3. Rebourrage de trou (perçage de trou) :
Il existe de nombreux types de rebourrage de trou, le plus courant étant le rebourrage de trous internes destinés à être filetés.
Technologie de fabrication de tôles – soudage
Dans la conception des structures soudées en tôle, il convient de respecter le principe suivant : « disposition symétrique des soudures et des points de soudure, en évitant leur convergence, leur regroupement et leur chevauchement ». Les soudures et points de soudure secondaires peuvent être interrompus, tandis que les soudures et points de soudure principaux doivent être continus. Les méthodes de soudage couramment utilisées en tôlerie sont le soudage à l’arc et le soudage par résistance.
1. Soudage à l’arc :
Un espace de soudage suffisant doit être prévu entre les pièces en tôle. L’écart maximal autorisé au niveau de la soudure doit être compris entre 0,5 et 0,8 mm, et la soudure doit être uniforme et plane.
2. Soudage par résistance
La surface à souder doit être plane et exempte de plis, de détente élastique, etc.
Les dimensions applicables au soudage par points par résistance sont indiquées dans le tableau ci-dessous :
Espacement des points de soudure par résistance
Dans les applications pratiques, lors du soudage de petites pièces, les données du tableau ci-dessous peuvent servir de référence. Lors du soudage de grandes pièces, l’espacement entre les points de soudure peut être augmenté de façon appropriée, généralement sans descendre en dessous de 40 à 50 mm. Pour les pièces non portantes, l’espacement entre les points de soudure peut être porté à 70–80 mm.
Épaisseur de la tôle t, diamètre du point de soudure d, diamètre minimal du point de soudure dmin, distance minimale entre les points de soudure e. Si les tôles présentent des épaisseurs différentes, sélectionner l’épaisseur en fonction de la tôle la plus fine.
Nombre de couches de tôle et rapport d’épaisseur en soudage par résistance
Le soudage par points par résistance implique généralement deux couches de tôle, avec un maximum de trois couches. Le rapport d’épaisseur entre chaque couche dans le joint soudé doit se situer entre 1/3 et 3.
Si trois couches sont nécessaires pour le soudage, vérifier d’abord le rapport d’épaisseur. S’il est raisonnable, le soudage peut être réalisé. Dans le cas contraire, envisager la création de trous de procédure ou d’encoches de procédure, souder séparément deux couches et décaler les points de soudure.
Technologie de traitement des tôles - Traitement de surface
Le traitement de surface des tôles répond à la fois à des objectifs anti-corrosion et décoratifs. Les traitements de surface courants appliqués aux tôles comprennent notamment : la peinture en poudre, la galvanisation électrolytique, la galvanisation à chaud, l’oxydation de surface, le brossage de surface et la sérigraphie. Avant tout traitement de surface, il convient d’éliminer de la surface de la tôle les huiles, la rouille, les résidus de soudure, etc.
1. Peinture en poudre :
Il existe deux types de revêtement de surface pour les tôles : la peinture liquide et la peinture en poudre. Nous utilisons couramment la peinture en poudre. Par des procédés tels que la projection de poudre, l’adsorption électrostatique et la cuisson à haute température, une couche de peinture de différentes couleurs est déposée sur la surface de la tôle afin d’améliorer son aspect et d’accroître la résistance à la corrosion du matériau. Il s’agit d’un procédé de traitement de surface couramment utilisé.
Remarque : Il peut y avoir des différences de teinte entre les tôles revêtues par différents fabricants. Par conséquent, les tôles de la même couleur, produites sur le même équipement, devraient idéalement être revêtues par le même fabricant.
2. Galvanisation électrolytique et galvanisation à chaud par immersion (galvanisation par trempage dans du zinc fondu) :
La galvanisation de la surface des tôles métalliques est une méthode courante de traitement anti-corrosion superficiel, qui améliore également l’aspect esthétique. La galvanisation se divise en galvanisation électrolytique et galvanisation à chaud.
La galvanisation électrolytique confère un aspect plus brillant et plus lisse, et la couche de zinc est plus fine, ce qui la rend plus couramment utilisée.
La galvanisation à chaud produit une couche de zinc plus épaisse et forme une couche d’alliage zinc-fer, offrant ainsi une résistance à la corrosion supérieure à celle de la galvanisation électrolytique.
3. Anodisation de surface :
Cette section présente principalement l’anodisation de surface de l’aluminium et des alliages d’aluminium.
L'anodisation de surface de l'aluminium et des alliages d'aluminium peut produire diverses couleurs, remplissant à la fois une fonction protectrice et décorative. Parallèlement, un film d'oxyde anodique se forme à la surface du matériau. Ce film présente une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure, ainsi que d'excellentes propriétés d'isolation électrique et thermique.
4. Brossage de surface :
Le matériau est placé entre les rouleaux supérieur et inférieur de la machine à brosser. Des bandes abrasives sont fixées sur les rouleaux. Entraînés par un moteur, les rouleaux forcent le matériau à passer entre les bandes abrasives, créant ainsi des stries à la surface du matériau. L'épaisseur des stries varie selon le type de bande abrasive utilisée. Le principal objectif est d'améliorer l'apparence. Ce traitement de brossage de surface est généralement uniquement envisagé pour les matériaux en aluminium.
5. Sérigraphie :
La sérigraphie est un procédé d’impression de divers marquages sur la surface de matériaux. Il existe généralement deux méthodes : la sérigraphie à plat et l’impression par tampon. La sérigraphie à plat est principalement utilisée pour les surfaces planes, tandis que l’impression par tampon est nécessaire pour les creux plus profonds.
La sérigraphie nécessite un moule de sérigraphie.
Le pliage de tôles nécessite de l'expérience ; observez comment les artisans expérimentés plient les tôles et pourquoi ils procèdent ainsi. Pour en savoir plus sur les machines à cintrer ou les procédés de pliage, veuillez contacter notre équipe JUGAO CNC MACHINE.
