Tolérances d'étirage et état de surface : ce qu'une paroi amincie peut garantir

Deux questions déterminent si une pièce peut être repoussée plutôt que tournée : la précision requise des diamètres et de la paroi, et la qualité d'aspect des surfaces. Cette page explique d'où provient réellement la tolérance dans une pièce repoussée, et pourquoi une surface repoussée se comporte différemment d'une surface tournée.

D'où vient la tolérance

Dans une pièce emboutie par étirage, on distingue trois caractéristiques formées — le diamètre extérieur, le diamètre intérieur et l'épaisseur de paroi — qui sont obtenues au moyen de deux outils :

L'anneau de repassage (matrice).Son alésage est légèrement plus petit que la coupe entrante, de sorte que le diamètre extérieur de la pièce finie correspond à l'alésage de la matrice, diminué du retour élastique de la matière.
Le poinçon.Son diamètre extérieur détermine l'alésage de la pièce, là encore avec moins de retour élastique.
L'écart entre les deux.Le jeu radial entre le poinçon et l'alésage de la matrice correspond à l'épaisseur de paroi finie — c'est pourquoi l'épaisseur de paroi d'une pièce repassée à la filière est une dimension d'outillage et non un aléa du processus.

Trois conséquences en découlent. Premièrement, la tolérance sur les deux diamètres dépend de la précision de l'outillage plutôt que du seul retour élastique. Deuxièmement, les tolérances d'épaisseur de paroi du flan entrant importent moins, car c'est l'étirage à paroi mince qui fixe la paroi. Troisièmement, la concentricité entre l'alésage et le diamètre extérieur est une propriété de l'outil, et non de la qualité du maintien de la pièce.

Lorsqu'un plan exige des diamètres plus serrés que ce que l'emboutissage à paroi mince seul permet d'obtenir, une courtepasse de calibrage- une seconde passe légère d'étirage ou une passe de calibration - est ajoutée après la réduction principale.

Valeurs typiques pour une pièce emboutie-étirée

Caractéristique	Caractéristique d'une paroi étirée	Remarque
Épaisseur de paroi	Couramment de 0,3 mm à 1,5 mm sur les boîtiers	Déterminé par le jeu poinçon/matrice, et non par la tolérance du flan
Variation d'épaisseur de paroi	Uniforme sur toute la longueur étirée ; variation maîtrisée en tant que caractéristique du plan	Voici la raison d'être de cette opération
Diamètre extérieur et intérieur	Réalisé sur la même pièce ; le plan définit la limite et une passe de calibrage est ajoutée là où la tolérance est plus serrée	La reprise élastique est compensée dans l'outil
Concentricité / faux rond	Dépend de l'axe d'outillage, et non du montage d'usinage	Vérifié sur un banc de mesure de concentricité
Rugosité de surface, faces calibrées	Ra généralement compris entre 0,4 et 1,6 µm, déterminé par l'état de surface de l'outillage et le lubrifiant	L'intérieur comme l'extérieur s'améliorent
Traces d'étirage / stries	Non produit sur la longueur calibrée	La paroi est comprimée entre des surfaces polies plutôt que formée sur un rayon
Rectitude de la paroi	Rectiligne et parallèle	Aucun angle de dépouille nécessaire pour le démoulage

Ces valeurs sont indicatives et ne constituent pas une spécification. Le plan fait foi : les tolérances non indiquées sur le plan suivent par défaut l'ISO 2768-m, et les caractéristiques réellement critiques sont signalées lors de la revue DFM afin que rien ne soit découvert lors de l'inspection de la première pièce.

Différence entre une surface écrouie et une surface tournée

Aucune trace d'avance.Le tournage laisse une marque hélicoïdale dont le pas est déterminé par l'avance. L'étirage à la filière reproduit l'état de surface de la matrice et du poinçon : aucune trace d'avance n'est donc visible ni mesurable.
Aucune strie due à l'emboutissage.Une surface emboutie porte les marques de l'écoulement de la matière sur le rayon de la matrice. Le repassage intervient après cette réduction, sur une paroi droite, entre deux surfaces polies.
Les deux faces s'améliorent.Sur une pièce tournée, seule la face usinée est améliorée ; sur une pièce étirée par repassage, l'extérieur et l'intérieur sont tous deux brunissés en une seule passe.
Le travail à froid est bénéfique – jusqu'à un certain point.L'étirage à froid augmente la limite d'élasticité et la résistance à l'usure. Au-delà d'un certain taux de réduction, le matériau nécessite un recuit, et sur les pièces magnétiques douces, c'est l'étape de recuit qui détermine les propriétés magnétiques.

Les surfaces sont contrôlées dans le laboratoire de Balford à l'aide d'un rugosimètre portable, parallèlement aux contrôles dimensionnels : des micromètres d'extérieur et à trois points pour les alésages afin de vérifier les diamètres et l'épaisseur de paroi, un comparateur de concentricité pour le faux rond, et un projecteur optique 2,5D pour le profil et la forme.

Questions fréquentes

Quelle est l'épaisseur de paroi minimale possible pour une pièce repoussée ?

L'épaisseur de paroi est déterminée par le jeu radial entre le poinçon d'étirage et l'alésage de la matrice ; il s'agit donc d'une cote d'outillage, plus constante que celle du flan d'entrée. La tolérance que le plan peut porter est confirmée lors de la revue DFM, et lorsque les diamètres doivent être plus serrés que ce que la passe d'étirage principale permet d'obtenir, une courte passe de calibrage est ajoutée.

Le repassage laisse-t-il des marques d'étirage sur la surface ?

Pas sur la longueur repassée. Les marques d'étirage proviennent de l'écoulement de la matière sur le rayon de la matrice lors de l'emboutissage profond ; le repassage intervient ensuite, sur une paroi droite entre un poinçon poli et une filière annulaire polie, de sorte que la surface est brunie plutôt qu'étirée. L'intérieur comme l'extérieur s'améliorent.

Pourquoi l'état de surface est-il meilleur sur une pièce repoussée que sur une pièce tournée ?

Parce qu'il est formé par un outillage lisse plutôt que découpé par un outil avec une avance. Le tournage produit une marque d'avance hélicoïdale dont le pas est déterminé par l'avance ; le repassage reproduit l'état de surface du poinçon et de la matrice, et il n'y a aucune trace d'avance.

La paroi est-elle plus droite après le repassage ?

Oui. Le repassage à la filière produit une paroi droite et parallèle, sans l'angle de dépouille qu'une pièce emboutie ou coulée nécessite pour le démoulage, ce qui explique notamment pourquoi les boîtiers repassés sont utilisés lorsque un induit ou un arbre doit coulisser dans l'alésage.

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