En emboutissage par étirage, le poinçon force le flan de tôle dans la cavité de la matrice pour former une pièce profilée. Une pièce est qualifiée d'emboutissage profond si sa profondeur est au moins égale à la moitié de son diamètre ; sinon, elle est classée comme un emboutissage standard.
Vue rapprochée d'une pièce en tôle sans plis
L'emboutissage profond est un procédé largement utilisé pour produire une gamme de composants de quincaillerie. Selon la complexité de la pièce, l'emboutissage profond peut nécessiter une ou plusieurs opérations d'emboutissage pour atteindre la géométrie finale.
Procédé d'emboutissage profond et d'étirage
Un défaut courant en emboutissage profond est la formation de plis dans la tôle, qui se produit généralement dans les parois ou les rebords de la pièce. Pendant le formage, le rebord du flan subit une contrainte de traction radiale et une contrainte de compression tangentielle, ce qui peut déclencher des plis. Une conception appropriée du système d'emboutissage et de l'outillage peut éviter ce problème.
Plusieurs facteurs contribuent à la formation de plis dans les pièces embouties profondes, notamment :
- Pression du serre-flan
- Profondeur et rayon de la cavité de la matrice
- Frottement entre le flan, le serre-flan, le poinçon et la cavité de la matrice
- Jeu entre le flan, le serre-flan, le poinçon et la cavité de la matrice
- Forme et épaisseur du flan
- Géométrie finale de la pièce
- Vitesse du poinçon
D'autres variables, telles que la température de la matrice et l'alliage métallique du flan, influencent également l'emboutissage. Des modifications de l'un de ces paramètres peuvent augmenter le risque de plis ou de fissures dans les pièces embouties profondes.
Comme son nom l'indique, le serre-flan maintient le bord du flan contre la surface de la matrice pendant que le poinçon pousse le métal dans la cavité. Le matériau se déforme à la forme souhaitée plutôt que d'être entraîné, ce qui aide à contrôler l'écoulement du matériau.
Cependant, si le serre-flan ne maintient pas suffisamment fermement le bord du flan, la paroi du godet peut se déchirer. Le serre-flan permet un glissement contrôlé en générant un frottement entre lui-même et le flan. La force du serre-flan peut être appliquée hydrauliquement via un retour de pression, à l'aide de coussins d'air ou d'azote, ou de tampons hydrauliques CNC.
Une plus grande profondeur de cavité signifie que davantage de matériau du flan doit être tiré, ce qui augmente le risque de plis dans les parois et les rebords. La profondeur maximale est un compromis entre la formation de plis et l'initiation de fissures—aucun des deux n'est acceptable en production.
Les rayons sur les bords du poinçon et de la matrice régissent la façon dont le matériau du flan s'écoule dans la cavité. Des rayons surdimensionnés peuvent provoquer des plis dans les parois, tandis que des rayons sous-dimensionnés créent des contraintes élevées qui peuvent déchirer le flan.
Pour éviter les plis dans les pièces embouties profondes, utilisez un serre-flan correctement réglé.
La méthode la plus simple pour contrôler les plis dans les pièces embouties profondes consiste à utiliser un serre-flan. Dans la plupart des opérations d'emboutissage profond, vous appliquez une pression constante du serre-flan sur toute la course.
Cela dit, une pression variable du serre-flan a montré des résultats concrets—des coussins pneumatiques ou hydrauliques qui ajustent la pression linéairement avec la position du coulisseau. Cette approche peut repousser un peu plus loin la profondeur de cavité admissible.
Les coussins de matrice à commande numérique vous offrent un profil de pression variable pendant l'emboutissage. Commencez avec une force initiale plus élevée pour fixer le matériau, puis réduisez à mesure que la pièce se forme—cela aide à gérer la déformation en début de processus.
Les coussins se relâchent pour laisser le matériau s'écouler dans la cavité, puis augmentent progressivement la reprise pour favoriser l'écrouissage dans les sections étirées. Les coussins de matrice CNC peuvent augmenter considérablement la profondeur d'emboutissage tout en maîtrisant les plis et les fissures.
Prévention des plis dans les pièces embouties profondes : considérations sur la conception de la cavité
Vous pouvez optimiser la géométrie du poinçon et de la cavité pour réduire le risque de plis. Spécifiez un rayon de rebord juste assez grand pour éviter les fissures—cela minimise le potentiel de plis. De plus, simplifier la géométrie de la pièce et réduire l'asymétrie aide. Une séquence d'emboutissage en plusieurs étapes offre plus de contrôle et moins de problèmes de plis.
La géométrie du flan compte aussi—la découpe de l'excédent de matériau réduit la tendance aux plis. La tôle a une direction de grain, donc la contrainte varie avec l'orientation de la matrice et l'alignement du grain. Dans les pièces asymétriques, vous pouvez ajuster la séquence d'emboutissage composé et profond pour minimiser la contrainte induite par le grain.
Autres facteurs à vérifier
Une contrainte de compression élevée, une faible épaisseur, une mauvaise lubrification, un serrage faible du flan, des bords de matrice tranchants et des spécifications de matériau difficiles peuvent tous provoquer des plis. Le contrôle de ces variables maintient un emboutissage propre et la pièce dans les tolérances.
Mesures spécifiques anti-plis
- Préparation de surface : commencez avec une surface propre et plane — un matériau correctement tendu — pour réduire le risque de plis.
- Utilisez un matériau de qualité : choisissez des nuances à formabilité constante qui résistent au plissement sous les charges d'emboutissage.
- Contrôlez l'humidité : maintenez une humidité stable dans l'atelier afin que le matériau n'absorbe pas d'humidité, ce qui peut affecter la lubrification et l'écoulement.
- Technique de superposition : appliquez le lubrifiant en couches minces, en laissant chaque couche se fixer avant la suivante. Cela évite l'accumulation excessive et réduit la formation de plis.
- Support inférieur : assurez-vous que le flan repose sur une surface de matrice solide avec un support uniforme pour éviter le flambage.
- Appliquez une pression douce : maintenez une force de serre-flan uniforme — une pression localisée trop forte peut provoquer un flambage et des plis.
- Prenez votre temps : ne précipitez pas le cycle d'emboutissage. Une vitesse contrôlée laisse au matériau le temps de s'écouler uniformément.
- Ajustez avec précision : lors du réglage de l'outillage, soyez précis — des modifications agressives peuvent endommager la surface de la matrice et provoquer des défauts.
- Envisagez un spray fixateur : pour les lubrifiants à film sec, une légère couche entre les passes peut stabiliser l'emboutissage et réduire le risque de plis.
- Recherchez les techniques : examinez les bonnes pratiques pour votre matériau et votre configuration de matrice spécifiques afin de minimiser le plissement et d'atteindre la qualité cible.
Mesures spécifiques anti-déchirure
- Sélection du matériau : choisissez des nuances avec une bonne ductilité et des caractéristiques d'étirage pour l'emboutissage profond. Certains alliages sont spécifiquement formulés pour cela.
- Lubrification appropriée : appliquez le bon lubrifiant entre la tôle et la matrice pour réduire le frottement et maintenir l'écoulement du matériau. Une lubrification adéquate réduit considérablement le risque de déchirure.
- Conception de la matrice : utilisez des rayons de congé généreux pour répartir les contraintes et éviter les transitions brusques qui favorisent la déchirure. Une matrice bien conçue minimise les concentrateurs de contraintes.
- Force de serre-flan : maintenez une pression de serre-flan uniforme et suffisante. Un maintien adéquat empêche le soulèvement des bords et la déchirure à la périphérie.
- Vitesse d'emboutissage lente : contrôlez la vitesse du poinçon pour que le matériau s'écoule progressivement. Des vitesses élevées provoquent une déformation rapide et peuvent déchirer la pièce.
- Jeu optimal : réglez correctement le jeu poinçon-matrice pour éviter un amincissement excessif et des contraintes qui mènent à la déchirure.
- Rapport des rayons de matrice : maintenez le bon rapport entre les rayons du poinçon et de la matrice. Des proportions appropriées réduisent les contraintes localisées et le risque de déchirure.
- Forme du flan : concevez le flan pour minimiser l'étirage et éviter les changements brusques de courbure — cela réduit la probabilité de déchirure.
- Formage à chaud : envisagez l'emboutissage profond à température élevée. La chaleur augmente la ductilité et réduit le risque de déchirure.
- Ébavurage : après l'emboutissage, ébavurez soigneusement l'excédent de matériau pour éviter d'introduire des concentrations de contraintes ou des arêtes vives qui provoquent des déchirures lors de la manipulation.
- Contrôle qualité : inspectez régulièrement les pièces embouties pour détecter les déchirures ou les défauts pendant la production. Repérer les problèmes tôt vous permet d'ajuster l'outillage ou le processus avant que les rebuts ne s'accumulent.
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