Tolérances géométriques des outils et des pièces
Outils de presse

Le découpage et formage des tôles est probablement un des métiers de la mécanique les plus complexes en raison des nombreux paramètres à prendre en compte pour développer les outils et produire les pièces dans les caractéristiques demandées par le client.

Ces paramètres peuvent être classés en quatre catégories :

• paramètres liés à la pièce, comme la variété des formes possibles et la précision des caractéristiques demandées ;

• paramètres liés à la tôle (nuance, effet de la norme sur la variabilité des caractéristiques matière…) ;

• paramètres liés à la production : types de presses et périphériques, exigences de qualité… ;

• paramètres liés à l'outil : types, secteurs et spécificités du savoir-faire.

Parmi cet ensemble de paramètres, ce sont ceux liés à l'outil qui sont déterminants dans la réussite du projet.

Comme il peut exister une quasi-infinité de configurations de fabrication pour lesquelles, bien entendu, il n'y a pas de réponse toute faite tant en termes de gammes de formage que de méthodes de construction de l'outil, le développement d'un outil peut devenir compliqué.

De plus, on constate que les pièces deviennent de plus en plus difficiles à réaliser en intégrant des opérations réalisées auparavant en reprise et du fait de l'augmentation des exigences du client concernant la maîtrise de la qualité de la pièce fabriquée.

Cette complexité implique la spécialisation des outilleurs dans certains secteurs et catégories de pièce. Cette spécialisation répond à celle des frappeurs (fabricants de la pièce) qui leur commandent les outils et permet de développer le savoir-faire nécessaire à la réalisation, dans les meilleurs prix, de pièces conformes au cahier des charges. Dans ce contexte, on comprend alors que le choix de l'outilleur devrait être déterminé par ce savoir-faire.

Il faut donc comprendre le métier de la mise en forme des tôles, comme un ensemble de sous-métiers liés par des principes communs de transformation de la matière avec un outil de presse, mais différents par les particularités de conception de l'outil.

Aujourd'hui, le métier évolue, on constate une forte tendance à la délocalisation de la réalisation des outils de presse. L'usinage est la partie la plus sous-traitée dans ces conditions. La conception de l'outil et la mise au point peuvent l'être également mais, souvent, elles sont suivies de près par le donneur d'ordres qui a conservé le métier.

En France, les fabricants d'outils de presse résistent à cette concurrence grâce à une plus forte technicité, une capacité d'innovation plus grande, la proximité avec leurs clients et une meilleure réactivité.

Cet article se limitera aux outils « classiques » (poinçon et matrice en dur sur presses classiques) pour les opérations de mise en forme de la tôle, hors coulisseau multiple  et découpage fin  et formages non conventionnels (formage électromagnétique, par explosition, superplastique).

La particularité de ce métier est qu'il s'appuie sur des connaissances plus techniques et empiriques que scientifiques et théoriques. Les ouvrages faisant une synthèse des connaissances techniques sur les outils ne sont pas très récents : la plupart de ces ouvrages datent d'après-guerre (1964)  , avec cependant quelques ouvrages plus récents (1998) . Par contre, on trouve plusieurs documents techniques moins généralistes et centrés sur certains aspects du métier. En France, c'est essentiellement le CETIM (Centre technique des industries mécaniques) qui crée, publie et actualise une documentation technique relativement importante sur le métier.

L'objectif de cet article n'est pas de présenter toutes les règles connues de la technologie des outils, ce qui représenterait un travail très important et aboutirait à la réalisation d'un ouvrage de type Handbook. Il s'agit ici, à travers un exposé plus synthétique, de faire comprendre aux techniciens et ingénieurs les grands principes de réalisation des outils de presse avec leur complexité et cela, en prenant en compte :

• l'infinie diversité des configurations pouvant être traitées (forme des pièces, nuances et épaisseur de tôle, moyens de production, exigences de productivité et de précision) ;

• la diversité des solutions qui font qu'un outil de presse peut apparaître comme une « œuvre d'art », au caractère unique lié à une bonne part de créativité qui reste, cependant, guidée par un raisonnement mécanicien ;

• la nécessaire expérience du concepteur de l'outil, qui garantit ainsi que sa solution est parmi celles qui sont optimales tant du point de vue de la performance de l'outil que de celui de la productivité et du respect de la qualité de la pièce fabriquée.

Nous aborderons dans cet article :

• tout d'abord, une définition de l'outil qui sera proposée avec la description des paramètres influents à prendre en compte pour la réussite du projet (pièce, gamme, technologie, types d'outil). Les types d'outil de presse et leurs particularités y seront particulièrement détaillés ;

• ensuite, la gamme de formage, qui est au cœur de la conception de l'outil, fera l'objet d'une attention particulière tant ce point est difficile à saisir pour un néophyte ;

• les aspects tolérances dimensionnelles des pièces et la maîtrise du procédé dont l'incidence sur l'outil n'est pas toujours bien comprise ;

• la construction de l'outil, à travers une vision de la technologie développée pour assurer le fonctionnement avec la précision nécessaire des différents éléments le composant ;

• les phases de mise au point (MAP) et de maintenance d'outil, importantes pour la fiabilisation de l'outil et de la production.