Les règles de sélection des outils de presse plieuse

Graphique 1 L’outillage a un effet spectaculaire sur la précision des pièces formées.

Beaucoup considèrent l’outillage de presse plieuse comme un accessoire mineur dans le formage du métal alors qu’en fait c’est le contraire qui est vrai. Bien que les presses plieuses aient évolué pour devenir des machines multiaxes, de haute précision dotées de fonctions autostabilisatrices, l’outillage est tout ce qui touche réellement la pièce pendant le pliage (voir Graphique 1).

La frontière s’est estompée entre RFA, New Standard, l’outillage standard européen et américain. De nombreuses fonctionnalités nécessaires au pliage haute performance ont migré vers tous les différents types d’outillage. Quel que soit le style d’outillage et de serrage que vous choisissez, assurez-vous qu’il répond à au moins quelques exigences minimales.

Haute précision. Les outils doivent être fabriqués selon des tolérances comprises entre 0,0004 pouce. Ceci est essentiel pour obtenir une précision de pièce sans calage ni autres ajustements lors de la configuration.

Sections segmentées. Ceux-ci vous permettent de construire différentes longueurs à partir de plusieurs pièces prédécoupées. Les petites pièces sont également plus sûres et plus faciles à manipuler.

Installation auto-réservatrice. Vous devriez être en mesure de charger les outils avec le ram up. Le système de maintien de l’outil doit maintenir plusieurs pièces en place jusqu’à ce que la pression de serrage soit appliquée (voir Graphique 2).

Auto-siège. Au fur et à mesure que la pression de serrage est appliquée, les poinçons sont mécaniquement tirés vers le haut. Cela élimine le besoin d’enfoncer le poinçon dans la matrice pendant la configuration.

Chargement frontal. Vous devriez pouvoir installer des outils à l’avant de la machine. Cela raccourcit le temps de configuration car vous n’avez plus besoin de passer du temps à faire glisser les outils de l’extrémité de la presse plieuse. Dans la plupart des cas, le chargement frontal élimine également le besoin de chariots élévateurs à fourche et de ponts roulants.

Tailles standard. Les outils de hauteur commune peuvent réduire le besoin d’ajustements de machine lors du changement de travail. Les bras de soutien avant, les hauteurs de jauge arrière et les dispositifs de sécurité restent tous à une position commune. Et parce que les outils sont fabriqués aux mêmes hauteurs, vous pouvez ajouter des pièces prêtes à l’emploi et être sûr qu’elles correspondront à vos outils existants.

De nombreux outils de presse plieuse de haute qualité sont fabriqués selon les normes métriques. Donc, une taille nominale de 0,250 po. L’ouverture en V est en fait de 6 mm, soit 0,236 po. De plus, les coudes en tôle ont des rayons d’angle légèrement elliptiques, il suffit donc de s’en approcher pour être correct. Pour simplifier, les dimensions impériales sont arrondies dans cet article.

Notez que la discussion qui suit se concentre sur la flexion de l’air, et pour cause. La tendance est d’abandonner le fond ou la frappe et d’adopter la flexion de l’air chaque fois que possible. Sachez cependant que toutes les pièces ne peuvent pas être produites à l’aide de techniques classiques de cintrage à l’air.

Graphique 2 Les outils sont maintenus en place lorsque le mécanisme de serrage est ouvert.

Les opérateurs de l’industrie utilisent des outils très différents pour fabriquer des pièces de qualité similaire ou identique. Beaucoup d’opérateurs fabriquent des pièces acceptables avec un outillage incorrect parce qu’ils n’ont pas accès au bon outillage. Ils font en sorte que cela fonctionne; Mais « le faire fonctionner » n’est ni efficace ni reproductible, et cela peut sérieusement entraver le flux de travail. Les meilleures pratiques en matière de sélection d’outillage devraient vraiment avoir un objectif élégant et simple: obtenir les pièces de la meilleure qualité dans le moins de temps possible.

Un atelier d’entretien aura besoin et utilisera des outils de presse plieuse différents de ceux d’un fabricant sur mesure. Alors avant d’entrer dans les détails, identifiez vos besoins et vos contraintes budgétaires.

Par exemple, vous aurez peut-être besoin d’outils supplémentaires pour raccourcir les temps d’installation. Vous pouvez suivre les principes de la fabrication allégée et reconnaître les avantages d’avoir une bibliothèque d’outils distincte pour chaque presse plieuse et, par conséquent, être prêt à investir dans des ensembles d’outils en double stockés sur les machines. Vous ne perdez pas un temps précieux de configuration à marcher vers et depuis le berceau d’outils et ailleurs à la recherche des bons outils. Un avantage supplémentaire ici est que la compatibilité du style d’outil d’une machine à l’autre n’est plus nécessaire, car les outils ont tendance à rester avec leur machine prévue (voir Graphique 3).

Si vous avez besoin d’acheter des outils supplémentaires en double pour étendre le berceau d’outils dédié à chaque frein, leur choix est relativement simple. Vous trouverez souvent ces outils situés dans des endroits pratiques, si ce n’est déjà dans les presses plieuses. Recherchez les outils les plus usés, c’est-à-dire ceux dont les surfaces de travail sont brillantes et lumineuses. Le corps des outils sera probablement propre et lumineux aussi. Les outils rouillés et sales au fond du rack ne sont pas des candidats probables.

Pour en avoir pour votre argent, choisissez un nombre minimum de matrices inférieures qui couvriront toute la gamme d’épaisseurs métalliques que votre boutique forme. Les magasins ayant peu de connaissances tribales, des applications imprévues et des budgets limités devraient essayer de sélectionner des matrices inférieures en utilisant la règle 8×2.

Tout d’abord, déterminez la gamme d’épaisseurs de métal que vous souhaitez plier. Par exemple, vous devrez peut-être plier le matériau de 0,030 po. à travers 0,250 po d’épaisseur.

Deuxièmement, évaluez la plus petite matrice V nécessaire en multipliant le métal le plus mince par 8. Dans ce cas, 0,030 po. Le matériau aurait besoin de la plus petite matrice, d’où : 0,030 × 8 = 0,24, que nous arrondirons à 0,25.

Troisièmement, évaluez la plus grande matrice en V nécessaire en multipliant le métal le plus épais par 8. Dans ce cas, le matériau le plus épais de 0,250 po. aurait besoin de la plus grande matrice : 0,250 × 8 = 2.

Vous avez maintenant déterminé la matrice la plus petite et la plus grande dont vous avez besoin : 0,25 et 2 po. Pour remplir ce dont vous avez besoin entre les deux, vous commencez avec la plus petite matrice en V et doublez sa taille. Dans ce cas, cela vous donne un 0,5 po. (0,25 × 2 = 0,5). Ensuite, doublez le 0,5 po. Mourir pour obtenir 1,0 po, puis doubler pour obtenir 2,0 po. Cela vous donne un minimum de quatre ouvertures de matrice en V différentes pour plier 0,030 à 0,250 po. Matériel: 0.25, 0.5, 1.0 et 2.0 in.

Vous utilisez également l’épaisseur du matériau pour déterminer le nombre minimal de poinçons supérieurs. Pour le matériau 0,187 po. Et plus mince, vous pouvez utiliser un poinçon de couteau décalé aigu avec un 0,04 po. rayon. L’angle aigu permet de se plier au-delà de 90 degrés et le décalage vous permet de former des formes en J. Pour gérer les forces plus élevées lors de la formation du matériau entre 0,187 et 0,5 po. épais, considérez un poinçon droit avec environ 0,120 po. rayon.

Graphique 3 Les berceaux d’outils à chaque machine permettent de gagner du temps de configuration.

Notez que pour certaines applications, y compris celles utilisant un matériau plus épais et à haute résistance, la pièce a tendance à se plier, à se fissurer ou même à se fendre en deux lors de l’utilisation de normes de pliage industrielles courantes. C’est une question de physique. Une pointe de perforation étroite exerce plus de force sur la ligne de virage; Combinez cela avec une ouverture étroite de matrice en V, et les forces augmentent encore plus. Pour les applications difficiles, et en particulier lorsque l’épaisseur du matériau est supérieure à 0,5 po, il est préférable de consulter votre fournisseur de matériaux sur le rayon de pointe de perforation recommandé.

Dans un monde parfait, vous devriez pouvoir sélectionner l’ouverture V-die en utilisant ce que nous appelons la règle de 8; c’est-à-dire que l’ouverture de la matrice en V doit être 8 fois l’épaisseur du matériau. Pour le déterminer, multipliez l’épaisseur du matériau par 8 et choisissez la matrice disponible la plus proche. Donc, si vous avez un matériau de 0,060 po d’épaisseur, vous avez besoin d’une matrice de 0,5 po. (0,060 × 8 = 0,48; 0,50 po est la largeur de matrice la plus proche); pour 0,125 po matériel, vous avez besoin d’un 1-in. dédie (0,125 × 8 = 1). Ce rapport donne les meilleures performances angulaires, c’est pourquoi beaucoup l’appellent le « sweet spot » pour la sélection de la matrice en V. La plupart des graphiques de flexion publiés sont centrés autour de cette formule.

C’est assez simple ? Eh bien, ce serait dans ce monde parfait, et vous pourriez vivre dans ce monde parfait si les concepteurs de tôlerie suivaient toujours la règle des 8. Mais hélas, dans le monde réel, les exceptions abondent.

Lorsque l’acier doux est courbé à l’air, le rayon de courbure intérieur se forme à environ 16 % de l’ouverture de la matrice en V. Donc, si vous pliez le matériau à l’air sur un 1-in. V die, votre rayon de courbure intérieur sera d’environ 0,16 po.

Supposons qu’une impression spécifie 0,125 po. matériel. Dans un monde parfait, vous multiplieriez cette épaisseur par 8 et utiliseriez un 1 po. V meurent. C’est assez simple. Mais de nombreux concepteurs de tôlerie aiment spécifier un rayon de courbure égal à l’épaisseur du métal. Que se passe-t-il si l’impression spécifie un rayon intérieur de 0,125 po ?

Encore une fois, le matériau plie à l’air un rayon intérieur qui représente environ 16% de l’ouverture de la matrice. Cela signifie votre 1-in. die peut produire un rayon de 0,160 po. Quoi encore? Il suffit d’utiliser un dé en V plus étroit. A 0,75 po. Die vous donnera un rayon intérieur qui sera proche de 0,125 po. (0,75 × 0,16 = 0,12).

Une pensée similaire s’applique aux impressions qui spécifient des rayons de courbure plus grands. Disons que vous devez former de l’acier doux de 0,125 po d’épaisseur à 0,320 po. Rayon de courbure à l’intérieur : plus du double de l’épaisseur du matériau. Dans ce cas, vous choisiriez un 2-in. , ce qui produirait un rayon de courbure intérieur d’environ 0,320 po. (2 × 0,16).

Il y a des limites à cela. Par exemple, si vous constatez que pour atteindre le rayon de courbure intérieur spécifié, vous avez besoin d’une ouverture de matrice en V inférieure à cinq fois l’épaisseur du métal, vous compromettrez la précision angulaire, endommagerez éventuellement la machine et son outillage et vous vous mettrez dans une situation très dangereuse.

Gardez à l’esprit les longueurs de bride lorsque vous choisissez vos matrices en V. La bride minimale qu’une matrice en V donnée peut former est d’environ 77 % de son ouverture. Donc, une partie étant formée sur un 1.-in. V die aura besoin d’au moins un 0.77-in. bride.

De nombreux concepteurs de tôlerie aiment économiser du métal et spécifier une bride trop courte, comme un 0,5 po. bride de 0,125 po. épaisseur du matériau (voir Graphique 4). Selon la règle des 8, un matériau de 0,125 po d’épaisseur nécessite un 1 po. V meurent, mais ce 1 po. La matrice en V exige que la pièce à usiner ait une bride d’au moins 0,77 po. Quoi encore? Encore une fois, vous pouvez utiliser un dé V plus étroit. Par exemple, un 0,625 po. La matrice peut former des pièces avec des brides aussi courtes que 0,5 po. (0,625 × 0,77 = 0,48, arrondi à 0,5).

Graphique 4 Dans un monde parfait, vous choisiriez un 1-in. matrice pour former cette pièce de 0,125 po d’épaisseur. Mais compte tenu de la longueur de bride spécifiée, vous aurez besoin d’une matrice plus étroite.

Cela a aussi des limites. Tout comme avec des rayons de courbure intérieurs serrés, si une bride nécessite une largeur de filière inférieure à cinq fois l’épaisseur du matériau, vous rencontrerez des problèmes de précision angulaire, causerez des dommages possibles à la machine et à son outillage et vous mettrez en danger.

Pour les formes en L, les règles sont ... Il n’y a pas de règles. Presque toutes les formes de poinçon fonctionneront. Ainsi, lors de la sélection de poinçons pour un groupe de pièces, vous devez toujours considérer ces pièces en forme de L en dernier, étant donné que n’importe quelle forme de poinçon peut les gérer.

Lors de la formation de ces formes en L, utilisez un poinçon qui peut également former d’autres pièces, plutôt que d’ajouter des outils inutiles à la bibliothèque. N’oubliez pas que lorsque vous spécifiez l’outillage, il est toujours préférable d’en faire moins, non seulement pour minimiser les coûts d’outillage, mais aussi pour réduire le temps de configuration en réduisant le nombre de formes d’outils nécessaires dans l’atelier (voir Graphique 5).

D’autres formes nécessitent des règles spécifiques pour la sélection du poinçon. Par exemple, lors de la formation de formes en J, les règles sont (voir Graphique 6):

Comme vous pouvez le constater, les règles de sélection des poinçons traitent principalement des interférences de pièces, et c’est là que les logiciels de simulation de pliage peuvent jouer un rôle important. Si vous n’avez pas accès à un logiciel de simulation de pliage, vous pouvez utiliser les dessins de votre fournisseur d’outillage avec des arrière-plans de grille pour vérifier manuellement les interférences de pièces de poinçonnage (voir Graphique 7).

Si vous utilisez un jeu d’outils conventionnel, vous devrez utiliser deux cycles de RAM pour former des décalages ou des formes Z. Pour ces formes, les règles sont (voir Graphique 8):

Tout matériau non supporté à l’intérieur de la filière V est sujet à déformation; Dans les trous et autres découpes, cette déformation se manifeste par des éruptions (voir Graphique 9). Lorsque les trous près des lignes de virage sont petits, l’éruption associée sera également petite. En outre, la plupart des applications acceptent une certaine distorsion, il n’y a donc pas de règle définitive sur la meilleure largeur de matrice en V à choisir lorsqu’une découpe est sur ou près d’une ligne de pliage.

Lorsque les brides, les découpes et les onglets sont clairement trop proches de la ligne de pliage pour l’épaisseur du métal, vous pouvez spécifier des matrices de type culbuteur. Les culbuteurs tournent et soutiennent le matériau tout au long du processus de pliage et, ainsi, éliminent l’éruption.

La figure 9 montre des pièces identiques avec des découpes près des lignes de courbure; celui de premier plan – avec l’éruption révélatrice – a été formé à l’aide d’une filière en V conventionnelle; Celui de fond a été formé avec un dé de type rocker. Notez également que les deux ovales à gauche ont la même largeur (de l’avant vers l’arrière) et sont à la même distance de la ligne de courbure; seules leurs longueurs sont différentes. Vous pouvez clairement voir plus d’éruption sur l’ovale plus long.

La hauteur du poinçon devient critique lors de la formation de boîtes à trois et quatre côtés. Dans certains cas, les coups courts peuvent former des boîtes à trois côtés si un côté formé peut pendre du côté de la presse plieuse pendant le dernier (troisième) virage. Si vous formez des boîtes à quatre côtés, vous devez choisir un poinçon suffisamment haut pour couvrir la hauteur de la boîte en diagonale (voir Graphique 10):

Graphique 5 Pour de nombreuses pièces, la forme du poinçon ne provoque aucune restriction de flexion.

S’il n’y a pas de brides supérieures (de retour) ou si les brides supérieures dépassent vers l’extérieur, vous n’aurez pas besoin de beaucoup de dégagement entre le poinçon supérieur et la matrice inférieure pour retirer la pièce après la flexion. Mais si vous avez des brides de retour (brides supérieures qui dépassent vers l’intérieur) sur les quatre côtés, vous avez besoin de suffisamment de dégagement pour tordre et retirer la boîte après la flexion.

Les outils à ourlet peuvent former des pièces avec des bords ourlés dans une seule configuration, comme illustré dans Graphique 11. Sachez simplement que si vous avez besoin d’ourler des épaisseurs supérieures à 0,125 po, vous aurez peut-être besoin d’outils personnalisés pour vous adapter aux forces excessives requises.

Les règles de sélection d’ouverture en V sont fondamentalement les mêmes que pour les outils de pliage standard. Les précourbures à 30 degrés pour les ourlets nécessitent des brides minimales un peu plus longues – à 115 % de l’ouverture de la matrice en V sélectionnée – en raison des angles aigus. Par exemple, si vous formez du matériau sur une valeur de 0,375 po. V matrice, vous auriez besoin que la bride soit d’au moins 0,431 po. (0,375 × 1,15).

Presque tous les outils de pliage en V typiques laissent des marques sur la pièce, simplement parce que le métal est aspiré dans la matrice pendant le pliage. Dans la plupart des cas, le marquage est minimal et acceptable, et l’augmentation du rayon d’épaule peut réduire les marques.

Pour les applications où même un marquage minimal n’est pas acceptable, comme lors du pliage de matériaux prépeints ou polis, vous pouvez utiliser des inserts en nylon pour éliminer les rayures (voir Graphique 12). La flexion sans rayures est particulièrement importante pour la fabrication de pièces aéronautiques / aérospatiales critiques, car il est difficile pour les inspecteurs d’inspecter visuellement une pièce et de faire la différence entre une égratignure et une fissure.

L’outillage de précision et les presses plieuses de précision d’aujourd’hui peuvent atteindre des niveaux de précision sans précédent. Et avec les bons outils et un matériau cohérent, une opération de presse plieuse peut plier une bride à un angle spécifique avec un rayon de courbure intérieur spécifique. Mais encore une fois, la flexion à l’air forme le rayon de courbure intérieur à un pourcentage de l’ouverture de la matrice – et il est important d’avoir les bons outils. La spécification d’une multitude de rayons différents et étroitement tolérés augmentera les coûts d’outillage. Et plus vous avez besoin d’outils, plus vous aurez de changements, ce qui augmente encore plus les coûts.

Cela dit, les concepteurs de pièces en tôle peuvent faciliter la sélection de l’outillage et l’opération de pliage globale s’ils suivent quelques règles de base lors de la conception des pièces :

Graphique 6 Certaines formes en J ont des règles de sélection de poinçonnage spécifiques. Lorsque la petite jambe ascendante est égale à la jambe inférieure, vous avez besoin d’un coup de poing décalé aigu (montré à gauche). Si la jambe supérieure est plus longue que la jambe inférieure, vous avez besoin d’un coup de poing en col de cygne (illustré à droite).

Les exceptions à ces règles abondent, et chacune comporte des complications. Vous pouvez utiliser une ouverture en V plus étroite pour plier un rayon plus serré ou une bride plus courte, mais pliez un rayon trop net et vous risquez de plier la ligne de pliage et de dépasser le tonnage nominal de l’outillage et de la presse plieuse. Vous pouvez plier un décalage plus étroit, mais encore une fois, cela nécessite un outil spécial et un tonnage de formage important.

Si une pièce n’a pas besoin d’une bride courte, d’un décalage étroit ou d’un rayon serré, pourquoi compliquer les choses ? Suivez ces trois règles simples et vous améliorerez les performances angulaires, raccourcirez le temps de configuration et réduirez le coût des outils.

Paul LeTang est chef de produit, presse plieuse/outillage chez Bystronic Inc.