Quel est le processus d’étirage de la tôle ?
En termes simples, l’emboutissage de tôle est un procédé de formage de tôle qui utilise des moules pour « étirer » des feuilles de métal en formes tridimensionnelles spécifiques.
Elle ne coupe pas le matériau, mais provoque plutôt une déformation plastique contrôlable de la tôle sous l’effet d’une force extérieure, permettant ainsi d’obtenir la forme de pièce souhaitée.
Du point de vue de la classification des procédés, l’emboutissage de tôle est un type de procédé de formage de tôle, généralement réalisé à l’aide d’un moule. Lors de ce procédé, la tôle se déforme en étant étirée et sa forme passe progressivement d’un plan bidimensionnel à une structure tridimensionnelle.
Ce processus présente plusieurs caractéristiques très typiques :
- Grande variété de transformations de formes : L’étirage permet de transformer des tôles initialement plates en composants structurels présentant une hauteur ou une profondeur évidente.
- La variation d’épaisseur est relativement contrôlable : avec une conception raisonnable, l’épaisseur globale de la pièce reste relativement uniforme, et l’objectif principal n’est pas de l’« affiner ».
- La plupart des pièces ont une structure axisymétrique ou quasi axisymétrique : les formes courantes comprennent des pièces en forme de coupe, cylindriques ou en forme de coquille fermée.
Il convient de noter que l’emboutissage de tôles ne permet pas de réaliser des contours extérieurs complexes, mais est plus adapté aux pièces à formage intégral et aux exigences élevées en matière de continuité structurelle.
Les différences entre le dessin et le dessin approfondi, ainsi que leurs scénarios d’application spécifiques, seront expliquées plus en détail dans les chapitres suivants.
Processus de base du dessin de la tôle
L’emboutissage de la tôle n’est pas une opération complexe réalisée en une seule étape, mais un processus de formage séquentiel. Tout au long du processus, la matière est étirée et aplatie, plutôt que coupée ou enlevée.
1. Préparation des matériaux en feuilles (matière première)
Les procédés d’étirage commencent généralement par une ébauche de tôle métallique de dimensions appropriées.
L’objectif principal de cette étape est unique : garantir qu’il y ait suffisamment de matière à étirer et à répartir lors du formage ultérieur de la feuille.
La forme et la taille de l’ébauche influent directement sur la réussite du formage ultérieur, mais à ce stade, la feuille de matériau elle-même est encore plate.
2. Placez-le dans le moule (moule concave/moule convexe)
La feuille préparée est placée entre des moules, puis fixée et guidée par ces derniers. À ce stade, le rôle des moules n’est pas de « découper », mais de limiter la direction de déformation et le contour final de la feuille.
Sous les contraintes du moule, la tôle ne peut se déformer que le long du chemin prévu, ce qui est essentiel pour obtenir une forme stable lors du processus d’emboutissage.
3. Formage par étirage (flux de matière)
Il s’agit de l’étape centrale du processus d’emboutissage. Sous l’action d’une force extérieure, la feuille est progressivement étirée dans le moule, le matériau s’étire et se déforme, et la structure plane initiale commence à se transformer en une forme tridimensionnelle.
Il est important de noter que :
- Le matériau n’a pas été « pressé ».
- Au lieu de cela, il est étiré et redistribué dans des conditions contrôlées.
Si ce processus n’est pas correctement maîtrisé, les problèmes suivants peuvent survenir à ce stade :
- Plis (dus à une accumulation excessive de matière)
- Rupture (étirement excessif localisé)
- Variation d’épaisseur inégale
Ces problèmes auront un impact direct sur la qualité du produit fini.
4. L’état après la fin du moulage
Une fois le processus de dessin terminé, le matériau en feuille a formé une structure tridimensionnelle stable et le contour général est fondamentalement déterminé.
Les pièces à ce stade comprennent généralement :
- structure globale continue
- Profondeur ou hauteur évidente
- Distribution relativement uniforme de l’épaisseur de paroi (dans des conditions de procédé raisonnables)
La nécessité d’un traitement ultérieur dépend des exigences spécifiques du produit, mais le processus de dessin lui-même a déjà accompli la tâche principale de mise en forme.
La différence entre le dessin ordinaire et le dessin en profondeur
Dans les procédés d’emboutissage de tôles, tout emboutissage n’est pas considéré comme un « emboutissage profond ». La qualification d’emboutissage profond ne dépend pas du nom, mais du degré de formage et de la difficulté de traitement.
En général:
- Dessin conventionnel : utilisé pour répondre aux exigences de formage avec des modifications de forme relativement limitées.
- Emboutissage profond : utilisé pour former des pièces structurelles complexes avec une grande profondeur de formage et un degré de déformation élevé.
Les deux peuvent être distingués par les quatre aspects suivants.
1. Profondeur de formation
Tirage ordinaire
La profondeur de formage est relativement faible, et le matériau en feuille est transformé d’une forme bidimensionnelle en une forme tridimensionnelle, mais la hauteur ou la profondeur totale est limitée, et le changement de forme est contrôlable.
Dessin profond
La profondeur de formage a considérablement augmenté, et les pièces présentent une hauteur ou une profondeur de cavité plus importante. La tôle doit être tirée plus profondément dans le moule pour achever le formage.
2. Degré de déformation
Tirage ordinaire
La déformation du matériau est relativement faible, le processus d’étirement global est relativement modéré et le changement de forme est principalement concentré dans des zones locales.
Dessin profond
Le matériau doit résister à une tension et à un écoulement plus importants, ce qui entraîne une plage de déformation globale plus grande et des exigences plus élevées en matière de contrôle des processus.
3. Exigences relatives aux propriétés des matériaux
Tirage ordinaire
Les exigences en matière de plasticité des matériaux sont relativement peu contraignantes ; les matériaux en tôle aux propriétés conventionnelles peuvent répondre aux besoins de transformation.
Dessin profond
Des exigences plus élevées sont imposées à la ductilité et à la stabilité du matériau ; sinon, des fissures ou une instabilité sont plus susceptibles de se produire pendant le processus de formage.
4. Difficulté et coût du traitement
Tirage ordinaire
Le procédé est relativement simple, sa complexité de mise en œuvre est faible, il convient aux besoins de production de routine et son coût global est maîtrisable.
Dessin profond
La complexité du processus a augmenté de manière significative, nécessitant un contrôle plus strict, et les coûts de production et d’ajustement des essais sont relativement élevés.
Si une pièce est simplement transformée d’une forme bidimensionnelle en une forme tridimensionnelle avec une profondeur de formage limitée, un emboutissage ordinaire est généralement utilisé ; cependant, lorsqu’une pièce a une structure plus profonde et un changement de forme important, un emboutissage profond est souvent nécessaire.
Formes courantes de dessins de tôlerie
La méthode la plus directe pour déterminer si une pièce en tôle a été produite par emboutissage ne consiste pas à se référer au secteur d’activité, mais à observer sa forme. Si une pièce présente les caractéristiques typiques suivantes, on peut généralement conclure qu’elle a été formée par emboutissage.
Structure en forme de coupe ou de coquille
Il s’agit de la forme la plus courante d’un produit extractible.
Les pièces comportent généralement :
- Un fond unique, formé d’une seule pièce
- Parois latérales continues s’étendant vers le haut
- La structure est intacte et il n’y a aucun signe de raccordement.
Ce type de forme se retrouve couramment dans diverses pièces en forme de coquille et de récipient, et est très répandu dans les produits industriels et les appareils électroménagers.
Structure cylindrique
Les pièces cylindriques ou quasi-cylindriques sont également un résultat courant du procédé d’étirage.
Les caractéristiques de ce type de pièce sont les suivantes :
- Section transversale régulière
- Épaisseur de paroi relativement uniforme
- Structure axisymétrique claire
Il est généralement utilisé pour les composants qui nécessitent une résistance structurelle élevée et une grande homogénéité.
Une structure fermée d’une certaine profondeur
Lorsqu’une pièce est non seulement haute mais qu’elle présente également un espace interne profond, il est souvent nécessaire de la former en une ou plusieurs étapes par un processus d’étirage.
Ces types de produits présentent généralement les caractéristiques suivantes :
- La taille de l’ouverture est relativement fixe.
- La cavité interne est relativement profonde.
- La structure générale est continue et homogène.
On les trouve couramment dans les pièces liées à l’automobile et à l’aérospatiale.
Pièces de traction à structure de bord simple
Une fois le corps principal de certaines pièces embouties formé, les bords peuvent présenter les caractéristiques suivantes :
- simple retournement de bord
- filet de transition
- Renforcer la structure du bord
Ces caractéristiques sont généralement conçues pour renforcer la structure ou faciliter l’assemblage ultérieur, mais la forme générale reste principalement déterminée par l’emboutissage.
Avantages et inconvénients du dessin de tôles
L’emboutissage de tôles n’est pas une « méthode de formage universelle », mais il présente des avantages irremplaçables dans certains cas de figure.
Le choix d’utiliser ou non un procédé de dessin dépend souvent de la structure de la pièce, des propriétés du matériau et de la méthode de production.
Les principaux avantages du tréfilage de tôles
Convient pour le formage tridimensionnel complexe
Le procédé d’étirage permet de transformer en une seule étape une tôle plate en pièces d’une profondeur évidente et d’une structure continue, ce qui est particulièrement adapté aux produits en forme de coupe et de coquille.
Taux d’utilisation des matériaux élevé
L’ensemble du procédé repose principalement sur l’étirement et l’écoulement du matériau, ne générant quasiment aucun copeau. Comparé aux méthodes d’usinage par coupe, il permet de mieux maîtriser les pertes de matière.
Les produits finis présentent une bonne homogénéité et conviennent à la production de masse.
À condition que le procédé et le moule soient stables, la taille et la forme des pièces embouties présentent une grande répétabilité, ce qui convient aux besoins de la production de masse.
Les principaux inconvénients du tréfilage de la tôle
Exigences élevées en matière de propriétés des matériaux
Le matériau doit présenter une bonne ductilité ; sinon, il risque de se fissurer ou de devenir instable lors du processus d’étirage.
Les coûts liés aux moisissures sont relativement élevés.
Le processus d’emboutissage dépend fortement du moule. Dès lors que la structure est complexe, les coûts d’investissement initiaux et d’ajustement du moule sont considérables.
Une conception inadéquate peut facilement entraîner un échec de moulage.
Si la structure ou les proportions des pièces sont inadaptées, des problèmes tels que des plis, des fissures ou une épaisseur irrégulière peuvent survenir lors du processus de formage, augmentant ainsi le risque de retouches.
En résumé, l’emboutissage de tôle est bien adapté aux pièces à structure continue et à grande profondeur de formage, mais ne convient pas à tous les produits en tôle. En pratique, il est souvent nécessaire de combiner l’emboutissage profond, d’autres méthodes de formage de la tôle ou des solutions de transformation sur mesure, et de procéder à une évaluation complète avant de faire un choix.