Cours sur l’emboutissage

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Voici un cours que m’avait envoyé il y a un certain temps Samy.

Ce cours parle de l’emboutissage à froid en particulier. Quand j’aurais du temps je remplacerais les images faites à la main par des images numériques. Merci de votre compréhension et merci à Samy.

Sommaire du cours d’emboutissage:
  • I – DEFINITION DE L’EMBOUTISSAGE
  • II – L’EMBOUTISSAGE A CHAUD
  • III – PRINCIPE DE L’EMBOUTISSAGE CYLINDRE
  • IV NOMBRES DE PASSES
  • V – EFFORT D’EMBOUTISSAGE
L’EMBOUTISSAGE MEÇANIQUE DES TOLES

I – DEFINITION DE L’EMBOUTISSAGE

L’emboutissage mécanique est un procédé de formage de pièces non développables qui nécessite généralement des machines (presses) et un outillage très coûteux. Il est réservé aux fabrications en série et au travail des tôles épaisses qui demandent une très grande force.
On distingue: l’emboutissage à froid (pratiqué à la température ambiante) et (emboutissage à chaud pour lequel la tôle est portée à la température de forgeage, (800 à 850°C pour L’acier doux).

d’autres vidéos d’emboutissage ici)

II – L’EMBOUTISSAGE A CHAUD

1- L’emboutissage à chaud se pratique:

  • Quand le métal ou l’alliage ne peut pas se conformer à froid.
  • Quand, en raison de l’épaisseur et de la surface de la tôle, l’emboutissage à froid exige une force supérieure à celle de la presse dont on dispose.
  • Quand, pour les faibles séries, on veut limiter les frais d’outillage, toujours importants, que nécessite l’emboutissage à froid.

2- L’emboutissage à froid
L’emboutissage à froid est le procédé le plus employé pour la fabrication en grande série. Les machines d’emboutissage se rencontrent couramment dans les ateliers de chaudronnerie. Il est bon que le chaudronnier en connaisse le principe de fonctionnement.

III – PRINCIPE DE L’EMBOUTISSAGE CYLINDRE

La tôle, préalablement découpée suivant un disque appelé « flan », est mise en forme par l’action d’un poinçon qui l’oblige à pénétrer dans une matrice.
Le diamètre du poinçon est égal à celui de la matrice diminué de deux épaisseurs de tôle et d’un jeu très faible.


Emboutissage cylindrique
Emboutissage cylindrique

Première remarque:
Puisque l’intervalle entre les parois de la matrice et celles du poinçon est égal à l’épaisseur de la tôle, la pièce « emboutie » a pour épaisseur, l’épaisseur initiale de la tôle.
L’emboutissage mécanique n’est pas un emboutissage comparable à l’emboutissage manuel qui résulte toujours d’un travail du métal par allongement entraînant une diminution de l’épaisseur.
L’emboutissage mécanique est, en réalité, un travail de rétreinte. La surface du flan d’origine et égale à celle de la pièce à exécuter.

Deuxième remarque:
Le travail de rétreinte se réalise facilement si le cylindre est peu profond (d/D ? 0,80)
D= Diamètre du flan
d= Diamètre du cylindre

La formation et l’importance des plis sont également en rapport avec l’épaisseur du métal car un métal mince se plisse plus facilement qu’un métal épais.
Les plis peuvent se résorber si la différence entre le diamètre D du flan et le diamètre d de l’embouti est inférieur à 20 fois l’épaisseur e du flan D-d ? 20e

IV NOMBRES DE PASSES

Un embouti donné ne s’obtient pas obligatoirement en une seule passe. Les passes intermédiaires se déterminent en fonction du coefficient de réduction admissible pour le métal que l’on emboutit. Pendant l’emboutissage, des contraintes de compression et de traction se développent dans le métal.

  • Là où les fibres se raccourcissent, il y a contrainte de compression.
  • Là où elles s’allongent il y a contrainte de traction
  • L’embouti se déchire si les contraintes internes atteignent la charge de rupture pour traction du métal
2) Coefficient de réduction

Le coefficient varie en fonction de la nature dès métaux, de son épaisseur et du taux d’écrouissage admissible pour chaque métal (Voir tableau)


Emboutissage
Emboutissage

Cas des pièces cylindriques

D= Diamètre du flan
d1= Diamètre du 1er embouti, d2 = Diamètre du 2ème embouti, etc. ; k1 le coefficient de réduction pour la première passe, k2 le coefficient de réduction pour la 2ème passe etc.

On a : d1= k1 D; d2 = k2d1 : d3= k2d2 etc.

Cas des pièces tronconiques

On le calcule en appliquant les mêmes coefficients de réduction que pour un emboutissage cylindrique ; soit pour une tôle en acier doux
Diamètre d1 du première embouti = Diamètre du flan x 0,6;Diamètre des emboutis suivants : d2 = d1 x 0,8 ;d3 = d2 x 0,8; d4 = d3 x0,8 etc.


Emboutissage tronc de cone
Emboutissage tronc de cone

Le diamètre du fond Diamètre1 = d2 de l’embouti suivant. Il en est de même pour les emboutis successifs.

NB : 1- Si l’angle du cône est supérieur à 80° ou à la différence des rayons des bases est inférieur à 10 épaisseurs, l’emboutissage de cônes peut s’exécuter facilement

2- Il existe plusieurs procédés d’emboutissage.
Selon si la matrice sera fixe, ou mobile, selon si l’on utilise un serre-flan ou non, on procédera à de l’emboutissage simple-effet, double-effet ou triple effet.

Cas des pièces hémisphériques

– Avec un poinçon cylindro-sphérique
Le rayon sphérique R est égal à celui de la sphère mais dont les diamètres d du cylindre sont de plus en plus grands.


Emboutissage hémisphérique
Emboutissage hémisphérique

1ère passe d1 = 2 (R cos 45° + 10e)
2ème passe d2 = d1 + 20e
3ème passe d3 = d2 + 20e
4ème passe d4 = d3 + 20e

V – EFFORT D’EMBOUTISSAGE

En pratique on utilise la formule suivante

F = PI.d.e.R.K.

F (en daN)
d = diamètre du poinçon (en mm).
D = diamètre du flan (en mm)
e – épaisseur de la tôle (en mm)
R – résistance à la rupture par traction de la tôle (en daN/mm²)
K= coefficient fonction du rapport d/D.

Lorsque l’emboutissage est fait avec serre-flan, l’effort sur serre-flan est ajouté à l’effet d’emboutissage.

EFFORT SUR LE SERRE–FLAN
P= Pression spécifique sur le serre-flan (en daN/mm²)

Fs= (D²-d²).P

Pression P en N/mm² en fonction du matériau:
Acier doux: 2,5
Acier Inoxydable: 2,0
Aluminium: 1,2
Duralumin: 1,6
Laiton: 2,0

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