L'étirage en emboutissage profond : comment l'amincissement de la paroi maintient à la fois le diamètre intérieur et extérieur

L'étirage à la filière — également appelé amincissement de paroi ou repassage de paroi — est l'opération qui transforme une simple coupe emboutie en un boîtier de précision. Une coupe emboutie présente généralement une paroi qui s'épaissit vers le bord et une surface marquée par l'emboutissage. L'étirage à la filière fait passer cette coupe à travers une filière annulaire dont l'alésage est légèrement inférieur au diamètre extérieur de la coupe, de sorte que la paroi est comprimée et amincie entre un poinçon poli à l'intérieur et une filière polie à l'extérieur.

La conséquence est la raison pour laquelle les ingénieurs le prescrivent :La matrice définit le diamètre extérieur, le poinçon définit le diamètre intérieur, et les deux surfaces sont brunies en une seule passe.Une pièce qui nécessiterait autrement une coque emboutie ainsi qu'un tournage sur les deux diamètres sort de la presse avec les deux diamètres déjà dans les tolérances.

Ce que le repassage fait réellement à la pièce

Caractéristique	Conforme au dessin	Après étirage
Diamètre extérieur	Varie en fonction du retour élastique ; nécessite un usinage ou un calibrage	Défini par l'alésage de la matrice - maintenu sur la même pièce que le diamètre intérieur
Diamètre intérieur	Défini par le poinçon, mais la variation d'épaisseur de paroi le déplace	Défini par le poinçon ; la variation d'épaisseur de paroi est éliminée en premier, ce qui garantit la stabilité de l'alésage
Épaisseur de paroi	S'épaissit vers le bord, varie sur la circonférence	Uniforme sur toute la longueur étirée, contrôlé comme une caractéristique de dessin
Surface - extérieur	Traces d'étirage et stries	Bruni par la bague de filière ; aucune marque d'étirage
Surface - intérieure	Traces de poinçonnage, parfois grippage	Bruni par le poinçon ; la rugosité s'améliore sur les deux faces
Rectitude de la paroi	Ébauché, effilé	Droit et parallèle - aucun dépouillage nécessaire pour le démoulage
Propriétés mécaniques	Écroui par emboutissage	Écrouissage complémentaire : limite d'élasticité plus élevée, meilleure résistance à l'usure, maîtrisé par un recuit entre passes

Pourquoi cette solution remplace une opération d'usinage

Lorsqu'une pièce nécessiteles deuxun diamètre intérieur et un diamètre extérieur dans la tolérance, les procédés traditionnels se terminent tous sur un tour. L'étirage à paroi mince est le procédé qui se termine à la presse.

Filière traditionnelle	Ce qui doit encore être usiné	Gamme de repassage
Barre ronde, décolletée	Le diamètre extérieur et l'alésage, ainsi que le tronçonnage — toute la matière entre la barre et la paroi finie est transformée en copeaux	Embouti et étiré à partir de bande ; aucune chute de barre, aucune perte de copeaux, les deux diamètres sont formés
Extrusion à froid à partir de barre, puis usinage par tournage	L'extrusion à froid permet d'obtenir une forme extérieure quasi nette, mais l'alésage et généralement l'extérieur nécessitent encore un usinage au tour.	L'ébauche emboutie est repassée à la filière - l'alésage et l'extérieur sont formés en une seule passe, ce qui supprime une opération de tournage complète
Coulée, puis tournage	Chaque surface fonctionnelle : alésage, extérieur, faces. Les pièces coulées présentent également un risque de porosité	Matériau corroyé, sans porosité, diamètres quasi nets
Forgeage, puis tournage	Alésage, extérieur, faces ; le surépaisseur de forgeage est éliminée par tournage	Le même résultat quasi net, sans matrice de forgeage et sans surépaisseur d'usinage

D'où proviennent les économies.Il n'y a pas que le temps de cycle de tournage. C'est aussi la barre ou l'ébauche de forge qui ne finit jamais en copeaux, la seconde machine et le second montage qui n'ont jamais lieu, le re-bridage qui ne peut plus introduire de faux rond, et la manutention entre la presse et le tour qui disparaît. Sur une pièce à paroi de 0,8 mm issue d'une barre, la perte en copeaux est généralement à elle seule supérieure à la pièce finie.

Le repassage n'est pas gratuit : il nécessite une matrice de repassage, un poinçon poli, un lubrifiant adapté et, lorsque la réduction totale est importante, plusieurs passes avec recuit intermédiaire. La comparaison doit être effectuée sur le coût total par pièce, amortissement de l'outillage inclus - ce que fait précisément la revue DFM.

Là où Balford réalise le repassage : boîtiers d'électrovannes

L'application classique est leBoîtier d'électrovanneL'induit doit coulisser à l'intérieur de l'alésage, le boîtier doit s'adapter à la bobine et au corps de vanne, et la paroi est mince afin que le circuit magnétique soit efficace. C'est une pièce où le diamètre intérieur, le diamètre extérieur, l'épaisseur de paroi et l'état de surface comptent tous simultanément - et où l'étirage à la presse élimine l'opération de tournage qui serait autrement nécessaire.

Deux matériaux prédominent :

Fer pur électrolytique DT4E- la nuance soft-magnétique utilisée pour les boîtiers d'électrovannes et de capteurs, où la coercivité et la perméabilité font partie de la spécification. L'étirage à paroi forme la paroi à l'épaisseur requise sans introduire les dommages de surface qui nuiraient au circuit magnétique, et le recuit magnétique suit la mise en forme.
DC04- l'acier d'emboutissage profond utilisé lorsque la pièce est structurelle plutôt que magnétique, et lorsque la séquence d'emboutissage et d'étirage est déterminée par la réduction d'épaisseur de paroi plutôt que par les propriétés magnétiques.

Les deux sont formés sur des presses allant jusqu'à 350 t avec des outillages conçus et fabriqués dans l'atelier d'outillage de Balford, de sorte que la bague de repassage, le poinçon et les étapes d'emboutissage précédentes sont réalisés et essayés ensemble plutôt que séparément.

Le même raisonnement s'applique au-delà des solénoïdes, à toute pièce où les deux diamètres sont soumis à une tolérance :pièces pour vérins hydrauliques et pneumatiques, douilles de capteurs, coquilles de bagues, boîtiers d'actionneurs et tubes étirés.

Paramètres de process déterminants pour la réussite

Réduction par passe.La réduction de paroi par passe d'étirage à froid se situe généralement entre 20 et 35 % de l'épaisseur de paroi pour l'acier ; la limite exacte dépend de la nuance, de la lubrification et de la géométrie de la matrice. Les réductions totales plus importantes sont réalisées en plusieurs passes.
Recuit entre passes.L'étirage à froid étant un travail à froid, le matériau s'écrouit. Lorsque la réduction totale ou les propriétés finales l'exigent, la pièce est recuite entre les passes afin de restaurer sa ductilité. Sur les pièces douces magnétiquement, l'étape de recuit est également ce qui confère les propriétés magnétiques.
Lubrification.Le repassage est une opération à haute pression et à fort contact de surface. Le film lubrifiant est ce qui distingue une surface brunie d'une surface rayée, et il est choisi en fonction de la nuance et de la réduction plutôt que par commodité.
Finition de matrice et de poinçon.La surface de la pièce finie est la réplique de la surface de l'outillage. Ce sont les bagues en carbure poli ou en acier trempé qui confèrent l'état de surface et l'absence de traces d'étirage.
L'épaisseur de paroi comme caractéristique.L'épaisseur de paroi est mesurée et enregistrée, jamais présumée. Si le plan exige une paroi spécifique, celle-ci est spécifiée comme paroi calibrée par repassage - sinon la paroi conserve l'épaisseur du flan et la pièce est plus lourde que prévu.

Limites assumées

Volume.L'emboutissage nécessite une matrice et un poinçon conçus pour la pièce. En dessous de quelques dizaines de milliers de pièces par an, l'usinage à partir de barre peut encore s'avérer globalement plus économique.
Géométrie.Le repassage convient aux parois cylindriques ou quasi cylindriques. Les formes extérieures complexes sont mieux réalisées avant le repassage ou ajoutées après.
La réduction de paroi n'est pas illimitée.Les réductions très importantes nécessitent plusieurs passes et un recuit, ce qui réduit l'avantage en termes de coûts.
Matériau.La ductilité fixe la limite. Les nuances à très haute résistance ou à faible ductilité peuvent ne pas supporter la réduction qu'implique l'emboutissage profond.

Les quatre sont vérifiés lors de la revue DFM, avant la découpe de l'outillage.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que l'étirage en emboutissage profond ?

L'étirage est une opération de formage qui réduit l'épaisseur de paroi d'un godet embouti dans une zone contrôlée. Le godet est poussé à travers une filière annulaire dont l'alésage est légèrement inférieur au diamètre extérieur du godet, de sorte que la paroi est comprimée entre la filière à l'extérieur et le poinçon à l'intérieur. La filière détermine donc le diamètre extérieur et le poinçon le diamètre intérieur, et les deux surfaces sont brunies en une seule passe.

Le repassage à la filière peut-il maintenir à la fois le diamètre intérieur et le diamètre extérieur ?

Oui - c'est la raison principale de le spécifier. Une coupe emboutie varie en raison du retour élastique et de l'épaississement de la paroi, de sorte qu'au moins un diamètre nécessite généralement un usinage ou un calibrage ultérieur. L'étirage à paroi mince élimine d'abord la variation d'épaisseur de paroi, puis fixe les deux surfaces contre un outillage dur, de sorte que le diamètre intérieur, le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi sont tous des caractéristiques formées sur la même pièce.

Le repassage élimine-t-il le besoin d'usinage ?

Souvent, oui. Sur les pièces nécessitant la mise en tolérance des deux diamètres — boîtiers d'électrovannes, douilles de cylindre, coquilles de bagues — l'étirage à la presse peut entièrement remplacer l'usinage à partir de barres, et sur les pièces extrudées à froid, il peut remplacer la passe de tournage qui suit l'extrusion. Il ne supprime pas l'usinage lorsqu'il existe un orifice taraudé, un trou transversal ou une face d'étanchéité que la mise en forme ne peut pas produire.

Quel état de surface l'étirage produit-il ?

Le repassage lisse la paroi plutôt que de l'étirer sur un rayon, de sorte que la surface finie reproduit l'état de surface du poinçon et de la matrice. Les marques d'étirage et les stries ne sont pas produites et la rugosité des surfaces intérieure et extérieure s'améliore. La rugosité atteignable dépend de l'état de surface de l'outillage, du lubrifiant et de la réduction.

Quels matériaux sont emboutis par étirage chez Balford ?

DT4E en fer pur électrolytique et DC04 pour les boîtiers de distributeurs et de capteurs, ainsi que DC01-DC06, inox 304 / 316L, aluminium, cuivre et laiton lorsque le plan exige une paroi amincie. Le taux d'écrouissage et la ductilité variant selon les nuances, la réduction par passe et le cycle de recuit sont définis en fonction de chaque matériau.

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