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Auteur(s)
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Alain COL : Ingénieur-conseil, Consultac, expert en mise en forme des tôles minces - Ancien responsable mise en forme à Sollac
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’emboutissage des tôles est une opération qui permet d’obtenir des pièces de formes complexes non développables, contrairement aux opérations plus simples que sont le pliage, le roulage ou le profilage à froid. Ce procédé, d’utilisation très générale, permet de fabriquer les pièces de carrosserie automobile, des appareils électroménagers ou des ustensiles de cuisine, des emballages métalliques, des pièces mécaniques...
Outre la forme de l’outil, qui dépend de la complexité de la pièce à obtenir, de nombreux paramètres conditionnent la réussite de l’opération : ceux liés au process d’une part, tels que réglages de la presse, vitesse d’emboutissage, lubrification, et ceux liés aux qualités de la tôle elle‐même et à sa capacité de formage, encore appelée formabilité, qui fait l’objet de cet article. La mesure des caractéristiques mécaniques des tôles ainsi que l’interprétation de leur relation avec l’aptitude au formage ont fait de grands progrès. Il en est de même pour la compréhension de l’opération d’emboutissage, entre autre par le biais de la simulation numérique qui permet maintenant de visualiser virtuellement le comportement du métal dans l’outil. Les systèmes de mesure de déformation sont également un outil qui permet des analyses quasi quantitatives sur pièces réelles.
Néanmoins, la conception des outils et l’emboutissage restent encore partiellement un art basé sur l’expérience. On peut cependant prédire que, d’ici cinq à dix ans environ, les méthodes de conception et de fabrication automatique des outils auront pris le pas sur celles actuellement pratiquées.
Ce qui suit est surtout axé sur le matériau. Nous essayerons de montrer quelles sont les caractéristiques des tôles métalliques qui sont influentes vis‐à‐vis de la mise en forme, en particulier en relation avec les modes locaux de déformation qui jouent ici un grand rôle.
Ce texte traite essentiellement des tôles minces, c’est‐à‐dire, dans la pratique, les tôles d’épaisseur comprise entre 0,2 et 3 ou 4 mm. Pour le formage des tôles épaisses, on se reportera à l’article « Formage des tôles fortes ».
Les matériaux considérés sont essentiellement l’acier et les alliages d’aluminium. Il sera fait quelques allusions aux alliages cuivreux, dont l’emploi tend à décroître pour des questions de prix. Les « tôles sandwich », les « flans soudés » sont des matériaux relativement nouveaux qui nécessiteraient un article à eux seuls. Ils ne sont donc pas considérés.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
— BM 7 510 - Emboutissage des tôles. Importance des modes de déformation (le présent article) ;
— - Emboutissage des tôles. Aspect mécanique ;
— - Emboutissage des tôles.
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VERSIONS
- Version courante de oct. 2011 par Alain COL
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Courbes limite de formage1. Différents modes de déformation
Les métaux en feuille sont très sensibles au mode de déformation qu’on leur applique. Pour un matériau donné, les efforts nécessaires ainsi que les capacités de déformation peuvent différer profondément d’un mode à l’autre et c’est la raison pour laquelle nous allons aborder l’étude de la formabilité des tôles par la définition de ces différents modes, en utilisant la terminologie conventionnellement utilisée en emboutissage.
1.1 Examen d’une pièce
La figure 1 présente une pièce simple, un carter de chaîne de distribution, qui va nous servir à identifier les principaux modes de déformation.
On part d’un élément de tôle prédécoupé à la forme voulue, qui prend alors le nom de flan (en tiretés sur la figure 1). L’outil, schématisé en coupe sur la figure 2, comporte une matrice, ayant sensiblement la forme extérieure de la pièce et un poinçon qui oblige la tôle à pénétrer dans la matrice ; on dit que la tôle est avalée dans la matrice. Avant l’emboutissage, le flan est pincé sur ses bords contre la matrice par une pièce annulaire appelée serre‐flan qui, d’une part s’oppose à la formation de plis, d’autre part freine et régularise l’entraînement de la tôle à l’intérieur de l’outil.
Sur la figure 1, l’extrémité de la pièce repérée R résulte de l’avalement du métal à travers une partie semi‐circulaire de la matrice : ses éléments convergent vers le centre. La comparaison de la bordure initiale du flan, en tiretés, et de celle de la pièce emboutie montre que la tôle a subi une compression circonférentielle ; le segment R 1 s’est raccourci pour donner le segment R 2 . La déformation dans la collerette est dite en rétreint pur. Assemblés, trois secteurs du genre de R donneraient un godet cylindrique.
Le côté repéré TP a subi un mode de déformation appelé traction plane ou encore traction large. Sous l’effet des efforts résistants dus à la pression du serre‐flan et aux efforts de pliage et...
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