Ces directives de base pour la fabrication de tôles comprennent des considérations importantes de conception pour aider à améliorer la fabricabilité des pièces, améliorer l'apparence esthétique et réduire le temps de production global.

 

Principes de base
La fabrication de tôles est le processus de formation de pièces à partir d'une feuille de métal par poinçonnage, découpe, estampage et pliage.

Les fichiers CAO 3D sont convertis en code machine, qui contrôle une machine pour découper et former précisément les feuilles en la pièce finale.

Les pièces en tôle sont reconnues pour leur durabilité, ce qui les rend idéales pour les applications finales (par exemple, châssis). Les pièces utilisées pour les prototypes à faible volume et les séries de production à grand volume sont les plus rentables en raison des coûts initiaux élevés de mise en place et des coûts des matériaux.

Parce que les pièces sont formées à partir d'une seule feuille de métal, les conceptions doivent maintenir une épaisseur uniforme. Assurez-vous de suivre les exigences de conception et les tolérances pour garantir que les pièces se rapprochent de l'intention de conception et de la découpe des feuilles de métal.

Bases du formage

Pliage

Le pliage est un processus par lequel une force est appliquée à la tôle ce qui la fait plier à un angle et former la forme désirée. Les plis peuvent être courts ou longs selon les exigences de la conception.

Le pliage est effectué par une presse plieuse qui peut être chargée automatiquement ou manuellement. Les presses plieuses sont disponibles en différentes tailles et longueurs (20-200 tonnes) selon les exigences du processus.

La presse plieuse contient un outil supérieur appelé poinçon et un outil inférieur appelé matrice entre lesquels la tôle est placée.

La feuille est placée entre les deux et maintenue en place par la butée arrière. L'angle de pliage est déterminé par la profondeur à laquelle le poinçon force la feuille dans la matrice. Cette profondeur est précisément contrôlée pour obtenir le pli requis.

  

                                                          

Des outils standards sont généralement utilisés pour le poinçon et la matrice. Les matériaux d'outillage incluent, par ordre de résistance croissante, le bois dur, l'acier faiblement allié, l'acier à outils et l'acier carbure.

Les pièces à plier sont fournies sous forme de patrons plats avec les informations de pliage. Parfois, les positions de pli sont gravées avec des encoches de pliage, ou ces encoches peuvent être découpées pour indiquer aux opérateurs où plier.

Une fois que le laser a découpé les pièces plates, elles peuvent être envoyées pour le pliage. Une presse plieuse forme le patron plat en une pièce pliée.

Dimensions critiques

Voici quelques terminologies utilisées en tôlerie. Les concepteurs doivent respecter les directives des machines lors de la conception pour le pliage. Les plis peuvent être caractérisés par ces paramètres. Certaines dimensions critiques à considérer lors de la configuration de la tôlerie dans un logiciel CAO sont l'épaisseur de la tôle, le facteur k et le rayon de pliage. Il faut vérifier que ces facteurs sont cohérents avec l'outillage qui sera utilisé en fabrication. Ce guide donne des directives importantes pour une bonne pratique de conception.

Ligne de pli – La ligne droite sur la surface de la tôle, de chaque côté du pli, qui définit la fin de la bride plate et le début du pli.
 

Rayon de pli – La distance de l'axe de pliage à la surface intérieure du matériau, entre les lignes de pli.

Angle de pli – L'angle du pli, mesuré entre la bride pliée et sa position originale, ou comme l'angle inclus entre des lignes perpendiculaires tracées à partir des lignes de pli. Parfois spécifié comme le rayon de pli intérieur. Le rayon de pli extérieur est égal au rayon de pli intérieur plus l'épaisseur de la tôle.

Axe neutre – L'emplacement dans la tôle qui n'est ni étiré ni comprimé, et qui reste donc à une longueur constante.

K-factor – L'emplacement de l'axe neutre dans le matériau, calculé comme le rapport de la distance de l'axe neutre T à l'épaisseur du matériau t. Le facteur K dépend de plusieurs facteurs (matériau, opération de pliage, angle de pli, etc.) et est supérieur à 0,25, mais ne peut pas dépasser 0,50. Facteur K = T/t

Tolérance de pliage – La longueur de l'axe neutre entre les lignes de pli ou la longueur d'arc du pli. La tolérance de pliage ajoutée aux longueurs de bride est égale à la longueur totale à plat.

Épaisseur de paroi

Les pièces doivent maintenir une épaisseur de paroi uniforme partout. Généralement, des capacités de 0,9 mm à 20 mm d'épaisseur peuvent être fabriquées à partir de tôle (<3 mm) ou de plaque (>3 mm), mais cette tolérance dépend principalement de la pièce.

Lorsqu'on considère l'épaisseur de la tôle, une seule feuille avec des poinçons (trous) est une bonne règle générale. Certaines caractéristiques comme les fraisages sont réalisables, mais les alésages et autres caractéristiques usinées sont difficiles à produire car ils nécessitent un usinage postérieur.

                      
Pliage

Rayon de pliage
Les presses plieuses de tôle sont utilisées pour plier le matériau selon la géométrie désirée des pièces. Les plis qui sont dans le même plan doivent être conçus dans la même direction pour éviter la réorientation des pièces, afin d'économiser à la fois de l'argent et du temps.

Maintenir un rayon de pliage constant rendra également les pièces plus rentables. Les pièces épaisses ont tendance à devenir inexactes, il faut donc les éviter si possible. Petits plis vers grands.

Rebond élastique

Lors du pliage d'une pièce de tôle, les contraintes résiduelles dans le matériau feront que la tôle rebondira légèrement après l'opération de pliage. En raison de cette récupération élastique, il est nécessaire de surplier la tôle d'une quantité précise pour obtenir le rayon de pliage et l'angle de pliage désirés. Le rayon de pliage final sera plus grand que celui formé initialement et l'angle de pliage final sera plus petit. Le rapport de l'angle de pliage final à l'angle de pliage initial est défini comme le facteur de rebond élastique, KS. La quantité de rebond dépend de plusieurs facteurs, y compris le matériau, l'opération de pliage, et l'angle et le rayon de pliage initiaux.

Dimensions :

Pour éviter que les pièces ne se fracturent ou ne se déforment, assurez-vous de garder le rayon de pliage intérieur au moins égal à l'épaisseur du matériau.

Angles de pliage :

Une tolérance de +/- 1 degré sur tous les angles de pliage est généralement acceptable dans l'industrie. La longueur de la bride doit être au moins 4 fois l'épaisseur du matériau.

Règle générale

Il est recommandé d'utiliser les mêmes rayons pour tous les plis, et la longueur de la bride doit être au moins 4 fois l'épaisseur du matériau.
 

Rayon de pliage minimum, r
Les exigences minimales de rayon de pliage peuvent varier selon les applications et le matériau. Pour les applications aérospatiales et spatiales, les valeurs peuvent être plus élevées. Lorsque le rayon est inférieur à la recommandation, cela peut causer des problèmes d'écoulement du matériau dans les matériaux mous et des fractures dans les matériaux durs. Un étranglement localisé ou une fracture peut également se produire dans de tels cas. Il est recommandé que le rayon de pliage intérieur minimum soit au moins égal à 1 fois l'épaisseur du matériau.
 

 

Longueur minimale de la bride, b
Ceci est la longueur minimale. La courbure doit être soutenue jusqu'à ce que la courbure soit complète, la bride doit être suffisamment longue pour atteindre le haut de la matrice après avoir été entièrement formée. Les opérateurs de presse plieuse doivent connaître les longueurs minimales de bride pour leurs outils avant de tenter des pliages qui pourraient ne pas fonctionner et bien qu'il soit possible de calculer la bride minimale, disposer d'un tableau de force de pliage à air rend certainement cela plus pratique.

Épaisseur du matériau, t

L'épaisseur du matériau n'est pas proportionnelle à la charge comme l'ouverture en V. Doubler l'épaisseur ne signifie pas doubler la charge. Au lieu de cela, la force de pliage est liée au carré de l'épaisseur. Cela signifie que si l'épaisseur du matériau est doublée, la charge requise augmente de 4 fois.

Longueur de la pièce, L

Comme pour l'ouverture en V, la charge requise est directement liée à la longueur de la pièce. Doubler la longueur de la pièce signifie doubler la charge requise. Il convient de noter que lors du pliage de pièces courtes, de moins de 3 pouces de longueur, la charge requise peut être inférieure à celle proportionnelle à sa longueur. Connaître cela peut éviter d'endommager une matrice.

Tableau de force de pliage à air

Le tableau de force de pliage à air est un tableau montrant la charge utilisée pour plier différentes épaisseurs de tôle. Il est utile pour les concepteurs de tôlerie car il spécifie le rayon de pliage et les outils à utiliser pour différentes épaisseurs. Il est présenté ici pour l'acier doux. Les concepteurs peuvent l'utiliser comme guide lors de la conception de la longueur minimale de bride possible avec les outils pour différents blocs en V ainsi que le rayon de pliage. Les tableaux suivants sont basés sur le guide de pliage Armada Air Force.

 

Dégagement de pliage
Lorsqu'un pli est réalisé près d'un bord, le matériau peut se déchirer à moins qu'un dégagement de pliage ne soit prévu.

Le pli 1 montre un dégagement de déchirure.

Le pli 2 montre une découpe rectangulaire dans la pièce, la profondeur du dégagement doit être supérieure au rayon du pli. La largeur du dégagement doit être égale ou supérieure à l'épaisseur du matériau.

Les dégagements de pliage sont utilisés lorsqu'un pli s'étend sur un bord. L'encoche de dégagement est ajoutée pour éviter la déchirure. Les dégagements de pliage ne seront pas plus profonds que l'épaisseur du matériau plus le rayon du pli.

Hauteur de pli
La hauteur de pli de la tôle doit être au moins deux fois l'épaisseur de la tôle plus le rayon du pli.

                                                                                  H=2t + r

Si la hauteur de pli est trop petite, cela entraînera une déformation et une faible qualité de pliage.

Formage près des trous
Lorsqu'un pli est réalisé trop près d'un trou, le trou peut se déformer. Le trou 1 montre un trou qui est devenu en forme de goutte à cause de ce problème.

Pour économiser le coût de poinçonnage ou de perçage en opération secondaire, les formules suivantes peuvent être utilisées pour calculer la distance minimale requise :

Pour une fente ou un trou < 25 mm de diamètre, la distance minimale au centre du trou 2 :

D = 2t + r

En règle générale, la distance de l'extérieur du matériau au fond de la découpe doit être égale à la longueur minimale de la bride prescrite par le tableau de force de pliage à air.

D = 2,5t + r

Lors de l'utilisation d'une presse à poinçonner ou de la découpe laser, les trous ne doivent jamais être inférieurs à l'épaisseur du matériau.

 

Distance minimale du trou extrudé au bord de la pièce
L'extrusion du métal est l'une des applications de pression les plus extrêmes en travail à la presse et génère beaucoup de friction et de chaleur. Si un trou extrudé est trop proche du bord de la pièce, cela peut entraîner une déformation ou une déchirure du métal. Il est recommandé que la distance minimale entre les trous extrudés et le bord de la pièce soit au moins trois fois l'épaisseur de la tôle.

Distance minimale entre les trous extrudés

Une certaine distance doit être maintenue entre deux trous extrudés dans les conceptions de tôlerie. Si les trous extrudés sont trop proches, cela peut entraîner une déformation du métal. Il est recommandé que la distance minimale entre deux trous extrudés soit six fois l'épaisseur de la tôle.

 

Diamètre minimal du trou
Le diamètre du trou dans une pièce en tôle ne doit pas être trop petit, les petits trous sont créés par opération de poinçonnage et pour fabriquer de petits trous, de petits poinçons sont nécessaires. La petite taille des trous dans la tôle nécessite un outil de poinçonnage de plus petite taille, ce qui peut entraîner une casse pendant l'opération. Il est recommandé que le diamètre du trou soit égal ou supérieur à l'épaisseur de la tôle.
 

Découpe laser
La découpe laser est un type de production qui utilise un laser pour couper différents métaux. Le laser a un faisceau à haute énergie qui brûle facilement le matériau. La découpe laser peut être utilisée sur des matériaux tels que le métal, l'aluminium, le plastique, le bois, le caoutchouc, etc. Les lasers utilisent une programmation numérique contrôlée par ordinateur (CNC) pour déterminer la forme et la position des découpes. Des épaisseurs de matériau allant jusqu'à 20 mm peuvent être découpées au laser. Il y a des avantages et des inconvénients à utiliser la découpe laser. Les lasers CO2 sont plus traditionnels et peuvent couper des matériaux plus épais mais ne fournissent pas une coupe aussi précise que les lasers à fibre.
Les lasers à fibre peuvent généralement couper des matériaux plus fins et ont des vitesses de coupe beaucoup plus élevées que les CO2.

Avantages et inconvénients

Les avantages de la découpe laser par rapport à la découpe mécanique incluent une meilleure fixation de la pièce, une contamination réduite de la pièce, une meilleure précision et une moindre chance de déformation car la zone affectée par la chaleur est petite. Certains inconvénients sont que la découpe laser ne fonctionne pas toujours bien avec certains matériaux (par exemple, pas tout l'aluminium) et qu'elle n'est pas toujours constante. Malgré les inconvénients, la découpe laser est très efficace et rentable.

Tolérances
 

Tolérances générales
Si un dessin ou une fiche technique n'a pas été fourni par le client, nous fabriquerons le produit à partir du modèle selon les spécifications listées ici. Les arêtes vives seront cassées et ébavurées par défaut. Les arêtes critiques qui doivent rester vives doivent être notées et spécifiées sur un plan.

Restrictions de matériaux

Les matériaux qui ne conviennent pas à la découpe laser incluent les matériaux miroirs ou réfléchissants, les panneaux Masonite, les composites contenant du PVC.

Matériaux acceptables

Généralement, les matériaux suivants conviennent à la découpe laser : métal, acier inoxydable, certaines épaisseurs d'aluminium, bois et certains plastiques.

Durcissement localisé

Le durcissement localisé a lieu sur les bords où le laser a découpé. Ce durcissement produit un bord durable et lisse sans besoin de finition après l'utilisation du découpeur laser.

Distorsion

Une zone affectée par la chaleur (ZAT) est produite lors de la découpe laser. Dans l'acier au carbone, plus la trempabilité est élevée, plus la ZAT est grande. La distorsion due au traitement laser résulte de la montée soudaine de la température du matériau près de la zone de coupe. La distorsion est également créée par la solidification rapide de la zone de coupe. De plus, la distorsion peut aussi être attribuée à la solidification rapide du matériau restant sur les côtés de la coupe.

Kerf
Lors de la découpe laser, une partie du matériau est brûlée lorsque le laser coupe, laissant un petit espace. Cet « espace » est connu sous le nom de kerf laser et varie de 0,08 à 0,45 mm selon le type de matériau, l'épaisseur et d'autres facteurs conditionnels. Une distance minimale de 1 à 2 mm entre les pièces doit être laissée pour éviter une coupe croisée accidentelle.

Il est également conseillé de garder les pièces à 2-5 mm du bord du matériau en raison de certaines feuilles qui peuvent être déformées ou légèrement incorrectes dans leurs dimensions. Il faut toujours découper les pièces à l'intérieur des limites de la taille de la feuille et ne pas utiliser les bords de la feuille comme frontière.

Tolérances
Épaisseur de paroi

Parce que les pièces en tôle sont fabriquées à partir d'une seule feuille de métal, la pièce doit maintenir une épaisseur de paroi uniforme. Des pièces en tôle d'une épaisseur minimale de 0,9 mm à 20 mm peuvent être fabriquées.

Diamètre du trou

Lors de la conception de pièces pour la découpe laser, il ne faut pas réaliser de trous plus petits que l'épaisseur du matériau.

Plis

Les plis dans la tôle sont fabriqués à l'aide de plieuses pour tôle. Une tolérance de +/- 1 degré sur tous les angles de pli. D'autres rayons de pli standard disponibles, dont certains peuvent entraîner un coût supplémentaire pour votre pièce, incluent :

0,9 mm – 1,2 mm
1,8 mm – 2,4 mm
3,8 mm – 5,0 mm
7,5 mm – 10 mm
15 mm – 20 mm

Rouleaux

Directives pour les rouleaux

Le roulage de la tôle est le processus consistant à ajouter un rouleau creux et circulaire au bord de la feuille. Le bord roulé renforce le bord et le rend sûr à manipuler. Les rouleaux sont le plus souvent utilisés pour éliminer un bord tranchant non traité et le rendre sûr à manipuler. Il est recommandé que : le rayon extérieur d'un rouleau ne soit pas inférieur à 2 fois l'épaisseur du matériau.

La taille du trou doit être au moins égale au rayon du rouleau plus l'épaisseur du matériau à partir de la caractéristique du rouleau. Un pli doit être au moins égal au rayon du rouleau plus 6 fois l'épaisseur du matériau à partir de la caractéristique du rouleau.

Trous fraisés
Les fraisages usinés et formés sont possibles après la découpe laser. Les fraisages usinés sont créés avec une perceuse à colonne tandis que les fraisages formés sont créés avec un outil de presse à poinçon. La profondeur des fraisages ne doit pas dépasser 0,6 mm de l'épaisseur du matériau.

                                                                                   Tolérances des fraisages
Tolérances des fraisages
Les fraisages usinés et formés sont disponibles - trous coniques découpés dans un objet fabriqué permettant à une vis, un clou ou un boulon d'être inséré affleurant la surface. Nous recommandons que les diamètres majeurs des fraisages mesurent entre 2,3 mm et 12,7 mm en utilisant l'un
des angles standards suivants : 82°, 90°, 100° et 120°. La tolérance pour le diamètre majeur des fraisages formés est de +/- 0,254 mm.

Dimensions des fraisages
La distance entre les centres des fraisages doit être maintenue à 8 fois l'épaisseur du matériau.

La distance entre la ligne de pliage et le centre du fraisage doit être au minimum de 3 fois l'épaisseur du matériau et de 4 fois l'épaisseur du matériau à partir d'un bord.
 

Ourlets : Le principe de l'ourlet

Les ourlets sont des plis à l'extrémité d'une pièce pour créer un bord arrondi.

Il existe différentes méthodes pour aplatir la tôle. Le processus d'ourlet se fait généralement en deux étapes : l'ourlet à angle aigu est un pli d'ourlet de l'enveloppe. Pour le processus d'ourlet, une pression de compactage élevée est requise. Le processus développe une grande force axiale. Cette force affecte le matériau longitudinalement à la machine.

Directives pour les ourlets
Des ourlets ouverts et fermés peuvent être formés selon les besoins.
La tolérance d'un ourlet dépend du rayon de l'ourlet, de l'épaisseur du matériau et des caractéristiques proches de l'ourlet. Il est recommandé que le diamètre intérieur minimum soit égal à l'épaisseur du matériau et que la longueur de retour de l'ourlet soit 4 fois l'épaisseur. Les ourlets fermés sont des plis à l'extrémité d'une pièce pour créer un bord arrondi. La tolérance d'un ourlet dépend du rayon de l'ourlet, de l'épaisseur du matériau et des caractéristiques proches de l'ourlet. Il est recommandé que le diamètre intérieur minimum soit égal à l'épaisseur du matériau et que la longueur de retour de l'ourlet soit 6 fois l'épaisseur du matériau.

L'ourlet consiste simplement à replier le métal sur lui-même. Dans la tôle, les ourlets sont utilisés pour créer des plis afin de renforcer les bords et créer un bord sûr au toucher. Les ourlets sont le plus souvent utilisés pour éliminer un bord tranchant non traité et le rendre sûr à manipuler. Les ourlets sont couramment utilisés pour cacher les imperfections et fournir un bord généralement plus sûr à manipuler. Une combinaison de deux ourlets peut créer des joints solides et serrés avec peu ou pas de fixation. Les ourlets peuvent même être utilisés pour doubler stratégiquement l'épaisseur du métal dans des zones d'une pièce qui peuvent nécessiter un support supplémentaire. Il est recommandé que :

Pour les ourlets en forme de goutte, le diamètre intérieur doit être égal à l'épaisseur du matériau.

Pour un ourlet ouvert, le pli perdra sa rondeur lorsque le diamètre intérieur sera supérieur à l'épaisseur de la tôle.

Pour les plis, la distance minimale entre le bord intérieur du pli et l'extérieur du repli doit être égale à 5 fois l'épaisseur du matériau plus le rayon du pli plus le rayon du repli.

Trous et fentes : dimensions
Gardez les diamètres des trous et des fentes au moins aussi grands que l'épaisseur du matériau. Les matériaux à haute résistance nécessitent des diamètres plus grands.

Jeux
Les trous et les fentes peuvent se déformer lorsqu'ils sont placés près d'un pli. La distance minimale à laquelle ils doivent être placés par rapport à un pli dépend de l'épaisseur du matériau, du rayon du pli et de leur diamètre. Veillez à placer les trous à une distance d'au moins 2,5 fois l'épaisseur du matériau plus le rayon du pli. Les fentes doivent être placées à une distance de 4 fois l'épaisseur du matériau plus le rayon du pli. Veillez à placer les trous et les fentes à au moins 2 fois l'épaisseur du matériau d'un bord pour éviter un effet de « gonflement ». Les trous doivent être espacés d'au moins 6 fois l'épaisseur du matériau.

Caractéristique des encoches et languettes
Les encoches doivent avoir au moins l'épaisseur du matériau, selon la plus grande valeur, et ne peuvent pas dépasser 5 fois leur largeur. Les languettes doivent avoir au moins deux fois l'épaisseur du matériau ou 3,2 mm, selon la plus grande valeur, et ne peuvent pas dépasser 5 fois leur largeur.

Encoches de pliage

L'encochage est une opération de cisaillement qui enlève une section du bord extérieur de la bande ou de la pièce métallique. Si la distance entre les encoches et le pli est très petite, une déformation de la tôle peut se produire. Pour éviter cette condition, l'encoche doit être placée à une distance appropriée du pli en fonction de l'épaisseur de la tôle. L'encochage est un procédé peu coûteux, notamment en raison de ses faibles coûts d'outillage avec une petite gamme de poinçons standards.

Jeux

Les encoches doivent être espacées d'au moins 3,175 mm. Pour les plis, les encoches doivent être à au moins 3 fois l'épaisseur du matériau plus le rayon du pli. Les languettes doivent avoir une distance minimale entre elles de 1 mm ou de l'épaisseur du matériau, selon la plus grande valeur.
 

Recommandations pour la caractéristique d'encoche :

La largeur de l'encoche ne doit pas être inférieure à 1,5 * t.

La longueur des encoches peut atteindre jusqu'à 5 * t. Le rayon de coin recommandé pour les encoches doit être de 0,5 * t.

Les encoches doivent avoir au moins l'épaisseur du matériau ou 0,04", selon la plus grande valeur, et ne peuvent pas dépasser 5 fois leur largeur. Les languettes doivent avoir au moins 2 fois l'épaisseur du matériau ou 0,126", selon la plus grande valeur, et ne peuvent pas dépasser 5 fois leur largeur.

 

                                                                                        Caractéristiques
Congés d'angle

Le congé ou l'arrondi des coins de la tôle est réalisé
afin de fournir une finition lisse. Les congés éliminent les
coins pointus, les rendant plus faciles à manipuler et évitant les coupures et les rayures.

Un congé est généralement conçu pour être la moitié de l'épaisseur du matériau et le congé rend les pièces plus économiques.

Découpes de dégagement

Les découpes de dégagement aident les pièces à se rapprocher de l'intention de conception pour éviter les « surplombs » et les déchirures aux plis. Les surplombs deviennent plus prononcés pour les pièces plus épaisses avec un rayon de pli plus petit, et peuvent même atteindre la moitié de l'épaisseur du matériau. Des déchirures peuvent survenir lorsque les plis sont réalisés près d'un bord.

Dimensions

Les découpes de dégagement pour les plis doivent avoir au moins la largeur d'une épaisseur de matériau, et doivent être plus longues que le rayon du pli.