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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 7 510 − 1 Formage à la presse par René MARTIN Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Mécanique de Nantes Ancien Chef du Service Mise en forme des matériaux au Centre Technique des Industries Mécaniques Directeur Technique Adjoint des Forges Barriol et Dallière n fonction de la géométrie et des caractéristiques recherchées sur une pièce, ainsi que de l’importance des séries à produire, il faut, pour assurer une fabrication, réussir la conjonction de trois ensembles de facteurs, liés respecti- vement à la Presse, au Métal travaillé et à l’Outillage. Nous présentons dans cet article, avec de nombreux exemples, les différents paramètres qui conditionnent la mise au point d’une fabrication : choix de la technique, conception des outillages, méthode de fabrication. Pour faciliter une exploitation pratique de ce texte, nous avons regroupé dans la ﬁche formu- laire [Form. B 7 511] des données technologiques présentées sous forme de tableaux et d’abaques. La production de pièces par heure sera notée tout au long de l’article p/ h. On rappelle que : 1 Pa = 1 N/m2 ou 1 MPa = 1 N/mm2 = 0,1 hbar = 0,102 kgf/m2. 1. Présentation générale............................................................................. B 7 510 - 2 1.1 Déﬁnitions .................................................................................................... — 2 1.2 Caractéristiques du procédé....................................................................... — 2 1.3 Matériaux ..................................................................................................... — 5 2. Techniques de formage .......................................................................... — 6 2.1 Emboutissage .............................................................................................. — 6 2.2 Pliage ............................................................................................................ — 6 3. Outillage ..................................................................................................... — 9 3.1 Caractéristiques générales.......................................................................... — 9 3.2 Conception des outillages........................................................................... — 9 3.3 Spéciﬁcations fonctionnelles...................................................................... — 9 3.4 Matériaux ..................................................................................................... — 10 3.5 Standardisation............................................................................................ — 12 3.6 Fabrication des outillages........................................................................... — 12 4. Méthodes de fabrication........................................................................ — 12 4.1 Gamme de fabrication................................................................................. — 12 4.2 Lubriﬁcation ................................................................................................. — 20 4.3 Contrôle qualité ........................................................................................... — 22 4.4 Manutention................................................................................................. — 22 Formulaire........................................................................................................... Form. B 7 511 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. B 7 512 E FORMAGE À LA PRESSE _________________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 7 510 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique 1. Présentation générale 1.1 Déﬁnitions L’emboutissage est un procédé de formage par déformation plas- tique à chaud ou à froid des métaux. Il transforme une feuille de métal appelée ﬂan en une surface généralement non développable (carters par exemple). Le cas particulier, plus simple, du pliage délivre des pièces développables. L’opération d’emboutissage est effectuée sur une presse au moyen d’un outillage dont la conﬁguration la plus simple, appelée outil simple effet (ﬁgure 1a ) comprend deux pièces principales : la matrice et le poinçon. L’une est bridée sur la table ﬁxe, l’autre sur le coulisseau animé d’un mouvement rectiligne alternatif. L’outillage double effet comprend en plus un serre-ﬂan qui assure le contrôle de l’écoulement du métal pour prévenir la formation de plis sur la pièce ﬁnie (ﬁgure 1b ). Le formage à la main de pièces non développables en tôle mince, également appelé emboutissage, a pratiquement disparu du secteur industriel. L’emboutissage impose à la tôle divers modes de déformation, les deux cas limites rencontrés dans la pratique étant l’expansion et le rétreint [1]. La visualisation des déformations subies en surface par une tôle pour réaliser un embouti peut être obtenue par le marquage de réseaux de cercles sur le ﬂan ﬁgure 2a. Ceux-ci, après emboutissage de la tôle, deviennent généralement des ellipses. Les caractéristiques de ces ellipses (petit et grand diamètres) permettent de déﬁnir avec précision les modes de déformation rencontrés au cours d’une opération de formage (ﬁgures 2b et c ; article Aptitude à l’emboutis- sage des tôles minces [B 7 530]). L’application pratique de la méthode des réseaux de cercles permet, en relation avec la courbe limite de formage du métal travaillé, d’orienter et de faciliter la mise au point d’un embouti (§ 3.6.2). Pratiquement, l’emboutissage par expansion (ﬁgure 3a ) a lieu lorsque le ﬂan est bloqué ; toute la déformation résulte d’une sollicitation de traction-traction et intervient sous le poinçon quelle que soit sa forme. Elle se caractérise par un amincissement de la tôle (ef < e0 , soit ε3 < 0). L’emboutissage par rétreint ou emboutissage profond (ﬁgure 3b ) a lieu lorsque le ﬂan est libre de glisser sous le serre-ﬂan. La déformation commence sous serre-ﬂan en compression- traction et se poursuit dans l’entrée de matrice en traction. Le rétreint conduit généralement à un épaississement des parois de la pièce (ef > e0 , soit ε3 > 0). L’existence d’une sollicitation de compression-traction dans toute la partie du ﬂan sous serre-ﬂan entraîne le risque de formation de plis préjudiciables soit au bon déroulement de l’opération (rupture de l’embouti), soit à l’aspect ﬁnal de la pièce (plis écrasés appelés frisures ), d’où l’utilisation d’un serre-ﬂan qui applique la tôle sur la matrice, l’obligeant à conserver sa planéité (traction-compression- compression). La rupture d’une pièce en cours d’emboutissage se produit géné- ralement dans les zones de déformation en expansion (rayon de poinçon dans les emboutis profonds). Le pliage, le cambrage, qui engendrent des pièces développables (§ 2.2), le soyage font appel à des modes de défor- mation voisins de la traction large ( , soit ε1 > 0, ε2 = 0). Le découpage (préparation du ﬂan), le détourage ( enlèvement du métal en excès), le poinçonnage (exécution de trous, préparation de soyages) sont des opérations également effectuées à la presse et, en tant que telles, sont incluses dans la gamme de fabrication d’une pièce emboutie. Une pièce est rarement obtenue avec un seul outillage, elle néces- site plusieurs opérations. On appelle opération toute phase de la gamme de fabrication et passe toute phase d’emboutissage proprement dit. Nota : un important effort tant au niveau national qu’international a été fait pour unifor- miser le langage de la profession Découpage et Emboutissage [2]. 1.2 Caractéristiques du procédé 1.2.1 Productivité L’emboutissage est un procédé de production rapide, les opéra- tions peuvent s’effectuer à des cadences maximales de l’ordre de 20 000 p/h (pièces/heure) pour les petites pièces peu compliquées petits emboutis (industrie téléphonique) à 500 p/h pour les grandes pièces (industrie automobile). Les cadences sont plus élevées en Notations et symboles Symbole Définition A allongement à la rupture Ar allongement réparti (allongement de la tôle, obtenu lorsque l’effort de traction passe par sa valeur maximale) d diamètre du poinçon dn diamètre du poinçon à la ne passe D diamètre du flan e épaisseur de la tôle e0 épaisseur du flan à l’état initial ef épaisseur du flan à l’état final E module d’élasticité du matériau EE énergie d’emboutissage efforts verticaux exercés par le poinçon lors du pliage FE force d’emboutissage FR force maximale admissible par la pièce en cours d’emboutissage FSF effort appliqué sur le serre-flan h hauteur de l’embouti J jeu = (t – e0)/t m coefficient de réduction (m = 1/ β = d/D ) n coefficient d’écrouissage p pression q rapport d’emboutissage des coins efforts latéraux exercés sur le poinçon lors du pliage r coefficient d’anisotropie rm rayon de matrice rp rayon du poinçon RD rayon de la pièce (forme finale) Re limite d’élasticité du métal Ro rayon de l’outil Rr résistance à la rupture du métal sn section du poinçon à la ne passe S surface du flan t espace libre entre poinçon et matrice W longueur pliée β rapport d’emboutissage (β = D/d ) ξr taux de réduction (ef < e0) = (e0 – ef )/e0 Fp, Qp, 2 0 ≈ _________________________________________________________________________________________________________________ FORMAGE À LA PRESSE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 7 510 − 3 travail à la volée (la presse alimentée automatiquement ne s’arrête pas) qu’en travail de reprise (la presse marche au coup par coup, un opérateur assure son alimentation et le départ du cycle de travail). Des cadences très supérieures sont possibles en découpage, elles peuvent atteindre 72 000 p/h et de nombreux ateliers travaillent à des cadences de 30 000-36 000 p/h. Ces types de fabrication sont traités dans l’article Découpage. Poinçonnage [B 7 561]. 1.2.2 Caractéristiques des pièces et limites d’application Les caractéristiques à prendre en compte sont principalement les formes, les tolérances dimensionnelles, les états de surface, l’aspect et la résistance mécanique des pièces. 1.2.2.1 Formes Les capacités et dimensions des presses permettent l’exécution de grandes pièces, telles que baignoires, pavillons de véhicules utilitaires, etc. Les limitations sont en fait d’ordre économique, la gamme de fabrication de la pièce doit limiter au maximum le nombre d’opérations et éviter, autant que possible, des recuits intermédiaires (restauration du métal) (§ 4.1.6). La déﬁnition d’une pièce emboutie doit se limiter aux cotes et aux formes fonctionnelles, laissant au préparateur la latitude d’élaborer la gamme de fabrication la plus économique : par exemple éviter les rayons de raccordement trop petits et non fonctionnels, qui imposent une opération supplémentaire de conformation. 1.2.2.2 Tolérances La précision des pièces est liée d’abord aux tolérances fonction- nelles de l’outillage et uploads/Industriel/ b-7510.pdf