En bref
Emboutissage est l'opération générale qui consiste à entraîner la matière dans une matrice. L'emboutissage profond correspond au cas où la profondeur est grande par rapport au diamètre : la matière doit s'écouler sur une grande distance et un serre-flan devient nécessaire. Le réemboutissage réduit à nouveau le diamètre lors d'une deuxième ou troisième course. L'étirage amincit volontairement la paroi. Le repoussage et l'hydroformage sont des procédés différents souvent confondus avec l'emboutissage parce que la pièce finie a un aspect similaire.
1. Pourquoi ce vocabulaire prête à confusion
Deux collisions de vocabulaire causent l'essentiel de la confusion.
La première oppose un dessin technique et l'emboutissage. En ingénierie, un dessin technique est un document — le plan coté d'une pièce. En formage des métaux, l'emboutissage est une opération. Ainsi, une recherche sur emboutissage de tôle mélange des personnes qui cherchent un modèle de dessin CAO avec des personnes qui cherchent un procédé de formage. Les deux sont légitimes, et ce n'est pas la même question.
La seconde oppose l'emboutissage peu profond à l'emboutissage profond. Les deux entraînent la matière dans une matrice. La différence tient à la quantité de matière à déplacer : c'est ce qui détermine si vous avez besoin d'un serre-flan, en combien de courses la pièce est réalisée et le coût de l'outillage.
2. Les opérations, côte à côte
| Terme | Ce qui arrive à la matière | Épaisseur de paroi | Pièces typiques |
|---|---|---|---|
| Emboutissage (peu profond) | Le flan est tiré dans une matrice ; la profondeur est petite par rapport au diamètre. | Globalement inchangée | Plateaux peu profonds, capuchons, couvercles |
| Emboutissage profond | Le flan s'écoule sur une grande distance dans la matrice ; la profondeur dépasse environ la moitié du diamètre. | La paroi reste proche de l'épaisseur du flan ; le fond et le rayon varient. | Godets, boîtiers, coques, manchons |
| Réemboutissage | Une deuxième ou troisième passe réduit encore le diamètre. | Inchangée en principe ; l'écrouissage s'accumule. | Pièces embouties longues et étroites |
| Étirage à paroi | Le godet est poussé à travers une matrice avec un jeu réduit, ce qui amincit volontairement la paroi. | Réduite volontairement, souvent contrôlée avec une tolérance | Canettes de boisson, boîtiers d'électrovannes |
| Fluotournage | Un disque en rotation est formé sur un mandrin à l'aide de galets. | S'amincit là où le galet travaille le métal. | Grandes formes rondes, en petite série |
| Hydroformage | La pression d'un fluide forme le flan au lieu d'un poinçon plein. | Généralement inchangée ; déformation très uniforme. | Formes tubulaires et de panneaux complexes |
3. La règle profondeur-diamètre
Le seuil pratique utilisé en atelier est le rapport entre la profondeur et le diamètre.
| Profondeur ÷ diamètre | Ce que cela signifie généralement |
|---|---|
| En dessous d'environ 0.5 | Formage peu profond ; souvent réalisé en une seule course, le serre-flan peut ne pas être nécessaire |
| Environ 0.5 – 1.0 | Emboutissage profond classique ; serre-flan nécessaire, généralement une seule course pour l'acier et l'aluminium |
| Environ 1.0 – 2.0 | Emboutissages successifs, éventuellement avec recuit intermédiaire |
| Au-delà d'environ 2.0 | Plusieurs passes d'emboutissage et recuits ; la gamme de fabrication et le coût d'outillage changent sensiblement |
Le ratio est une règle empirique, pas une limite. La limite réelle est le matériau : sa valeur r, son exposant d'écrouissage et son état actuel déterminent jusqu'où il peut être embouti avant de se déchirer.
4. L'emboutissage profond et l'étirage ne sont pas la même chose
C'est la distinction qui change le plus souvent le coût d'une pièce. L'emboutissage profond déplace la matière et maintient la paroi proche de l'épaisseur d'origine. L'étirage délibérément amincit la paroi en forçant le godet embouti à travers une matrice avec un jeu inférieur à l'épaisseur de paroi.
Cela compte sur le plan commercial. Une pièce dont le plan spécifie des tolérances de diamètre intérieur, de diamètre extérieur et d'épaisseur de paroi — un corps de vanne électromagnétique, par exemple — peut souvent être produite par emboutissage puis étirage au lieu d'une extrusion à froid suivie d'un tournage. L'étirage tient les deux diamètres et l'état de surface sans opération d'usinage.
Pour aller plus loin : le guide complet de l'emboutissage profond — rapport d'emboutissage, dimension du flan, force d'emboutissage et jeu matrice-poinçon, avec les défauts et leurs solutions.
5. D'où viennent les termes
Le vocabulaire industriel est issu de l'emballage métallique du XIXe siècle. Les récipients métalliques emboutis pour la conservation des aliments ont été parmi les premières applications de masse, et la demande de récipients bon marché sans soudure a fait progresser à la fois les presses et la pratique de l'outillage. L'industrie des boîtes boisson a ensuite porté l'étirage au rang de standard industriel, car la paroi d'une boîte doit être plus fine que le fond dont elle est issue.
Au XXe siècle, l'industrie automobile a industrialisé l'emboutissage de tôle à une autre échelle : panneaux de carrosserie, boîtiers et pièces structurelles, souvent sur des lignes transfert et progressives plutôt que sur des presses à poste unique.
Depuis les années 1990, la simulation par éléments finis a éloigné la conception d'outillage du pur tâtonnement. Les rapports d'emboutissage, la forme du flan et le retour élastique sont désormais calculés avant l'usinage de la matrice, ce qui explique qu'une analyse d'emboutissage moderne peut prévoir une déchirure ou un pli avant la mise au point, et non après.
6. Glossaire
- Flan — la pièce de tôle plate découpée aux dimensions avant emboutissage.
- Rapport d'emboutissage — diamètre du flan divisé par le diamètre du poinçon pour une course.
- Rapport limite d'emboutissage (LDR) — le rapport maximal qu'un matériau supporte en une course sans se déchirer.
- Serre-flan (presse-flan) — l'anneau qui retient la collerette pour éviter les plis.
- Nervure de retenue — une nervure dans la matrice qui contrôle la quantité de matière qui s'écoule.
- Repassage — amincissement de paroi en poussant le godet à travers un jeu réduit.
- Retour élastique — récupération élastique après relâchement du poinçon ; plus important pour l'aluminium et les aciers à haute résistance.
- Recuit (intermédiaire) — adoucissement de la pièce écrouie entre les passes d'emboutissage.
- Oreillage — un bord supérieur ondulé causé par l'anisotropie planaire de la tôle.
7. Questions fréquentes
L'emboutissage profond est-il identique à l'emboutissage ?
Non. L'emboutissage est le terme général ; l'emboutissage profond désigne le cas où la profondeur est importante par rapport au diamètre, la matière s'écoule donc sur une longue distance et un serre-flan est nécessaire.
Quelle est la différence entre l'emboutissage profond et le repassage ?
L'emboutissage profond déplace la matière et maintient une paroi proche de l'épaisseur initiale de la tôle. Le repassage amincit volontairement la paroi en forçant le godet à travers une matrice avec un jeu réduit. De nombreux boîtiers combinent les deux : emboutir d'abord, puis repasser pour respecter les tolérances de diamètre et d'épaisseur de paroi.
Le repoussage de tôle est-il identique à l'emboutissage profond ?
Non. Le repoussage forme un disque en rotation sur un mandrin à l'aide de galets et ne nécessite pas de matrice d'emboutissage. Il convient aux pièces rondes de grandes dimensions et en petites séries ; l'emboutissage profond convient aux séries plus importantes, où une matrice peut être amortie.
À partir de quelle profondeur le formage devient-il de l'emboutissage profond ?
La règle empirique habituelle est une profondeur supérieure à environ la moitié du diamètre, point où la collerette commence à se plisser et où un serre-flan devient nécessaire.
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Références et lectures complémentaires
- Emboutissage profond — en.wikipedia.org, définition générale et description du procédé
- Emboutissage — Recommandations AHSS — modes de formage et comportement du matériau dans les aciers à haute résistance
- Emboutissage profond : principes clés de conception — The Fabricator, règles pratiques de conception
- Référence d'ingénierie propre à Balford : le guide complet de l'emboutissage profond et le calculateur de force d'emboutissage