Les règles de sélection des outils de presse plieuse

Figure 1L'outillage a un effet considérable sur la précision des pièces formées.

Beaucoup considèrent l'outillage de presse plieuse comme un accessoire mineur dans le formage des métaux alors qu'en fait, c'est le contraire qui est vrai. Bien que les presses plieuses soient devenues des machines multiaxes de haute précision dotées de fonctions d'auto-stabilisation, l'outillage est tout ce qui touche réellement la pièce pendant le pliage (voirFigure 1).

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

Haute précision. Les outils doivent être fabriqués avec des tolérances dans la plage de 0,0004 pouce. Ceci est essentiel pour obtenir la précision de la 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 petits morceaux sont également plus sûrs et plus faciles à manipuler.

Installation autoportante. Vous devriez pouvoir charger les outils avec le vérin vers le haut. Le système de porte-outil doit maintenir plusieurs pièces en place jusqu'à ce que la pression de serrage soit appliquée (voirFigure 2).

Auto-assise. Au fur et à mesure que la pression de serrage est appliquée, les poinçons sont mécaniquement tirés en position. Cela élimine le besoin de fondre le poinçon dans la matrice pendant la configuration.

À chargement frontal. Vous devriez pouvoir installer des outils à l'avant de la machine. Cela réduit le temps d'installation car vous n'avez plus besoin de passer du temps à faire glisser les outils depuis l'extrémité de la presse plieuse. Dans la plupart des cas, le chargement frontal élimine également le besoin de chariots élévateurs et de ponts roulants.

Tailles standards. Les outils de hauteur commune peuvent réduire le besoin d'ajustements de la machine lors du changement de travail. Les bras de support avant, les hauteurs de la butée arrière et les dispositifs de sécurité restent tous dans une position commune. Et comme les outils sont fabriqués à la même hauteur, vous pouvez ajouter des pièces prêtes à l'emploi et vous assurer qu'elles correspondent à vos outils existants.

De nombreux outils de presse plieuse de haute qualité sont fabriqués selon des normes métriques. Donc, une taille nominale de 0,250 po. L'ouverture en V est en fait de 6 mm, ou 0,236 po. De plus, les plis en tôle ont des rayons d'angle légèrement elliptiques, il suffit donc de s'en approcher pour obtenir la bonne réponse. Pour plus de simplicité, les dimensions impériales sont arrondies dans cet article.

Notez que la discussion qui suit se concentre sur la maîtrise de l'air, et pour une bonne raison. 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 des techniques classiques de pliage à l'air.

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

Les opérateurs de toute l'industrie utilisent des outillages très différents pour fabriquer des pièces de qualité similaire ou identique. De nombreux opérateurs fabriquent des pièces acceptables avec un outillage incorrect car ils n'ont pas accès à l'outillage correct. Ils le font fonctionner; 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 avoir un objectif simple et élégant : obtenir des pièces de la meilleure qualité en un minimum de temps.

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

Par exemple, vous pourriez avoir besoin d'outils supplémentaires pour raccourcir les temps de configuration. Vous pourriez suivre les principes de 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 des machines. Vous ne perdez pas de temps de configuration précieux à marcher vers et depuis le banc 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 (voirfigure 3).

Si vous avez besoin d'acheter des outils supplémentaires en double pour étendre le coffre à outils dédié à chaque frein, leur choix est relativement simple. Vous trouverez souvent ces outils situés dans des endroits pratiques, sinon déjà dans les presses plieuses. Recherchez les outils qui s'usent le plus, ceux dont les surfaces de travail sont brillantes et lumineuses. Le corps des outils sera probablement propre et brillant aussi. Les outils rouillés et sales au bas du rack ne sont probablement pas des candidats.

Pour obtenir le meilleur rapport qualité-prix, choisissez un nombre minimum de matrices inférieures qui couvriront toute la gamme d'épaisseurs de métal que votre atelier forme. Les magasins avec 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 un matériau de 0,030 po à 0,250 po d'épaisseur.

Deuxièmement, évaluez la plus petite matrice en 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, donc : 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 nécessiterait la plus grande matrice : 0,250 × 8 = 2.

Vous avez maintenant déterminé le plus petit et le plus grand dé dont vous avez besoin - 0,25 et 2 pouces. Pour remplir ce dont vous avez besoin entre les deux, vous commencez avec le plus petit dé en V et doublez sa taille. Dans ce cas, cela vous donne un 0,5 pouces. mourir (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 de 0,030 à 0,250 po. matériau : 0,25, 0,5, 1,0 et 2,0 pouces.

Vous utilisez également l'épaisseur du matériau pour déterminer le nombre minimum de poinçons supérieurs. Pour les matériaux de 0,187 po et moins, vous pouvez utiliser un poinçon à couteau décalé aigu avec un poinçon de 0,04 po. rayon. L'angle aigu permet de 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 de matériaux entre 0,187 et 0,5 pouce d'épaisseur, envisagez un poinçon droit d'environ 0,120 pouce. rayon.

figure 3Les berceaux d'outils sur chaque machine permettent de gagner du temps de configuration.

Notez que pour certaines applications, y compris celles utilisant des matériaux plus épais et à haute résistance, la pièce a tendance à se froisser, à se fissurer ou même à se diviser en deux lors de l'utilisation des normes de pliage courantes de l'industrie. Cela relève de la physique. Une pointe de poinçon étroite exerce plus de force sur la ligne de pliage ; combinez cela avec une ouverture étroite en V, et les forces augmentent encore plus. Pour les applications difficiles, et en particulier lorsque les épaisseurs de matériau sont supérieures à 0,5 po, il est préférable de consulter votre fournisseur de matériau sur le rayon de pointe de poinçon recommandé.

Dans un monde parfait, vous devriez pouvoir sélectionner l'ouverture du dé en V 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 supérieure à 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. mourir (0,125 × 8 = 1). Ce rapport donne les meilleures performances angulaires, c'est pourquoi beaucoup l'appellent le "sweet spot" pour la sélection des matrices en V. La plupart des tableaux de flexion publiés sont centrés sur cette formule.

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 de 8. Mais hélas, dans le monde réel, les exceptions abondent.

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

Supposons qu'une impression spécifie 0,125 pouce. matériel. Dans un monde parfait, vous multiplieriez cette épaisseur par 8 et utiliseriez un 1-in. V mourir. 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 pouce ?

Encore une fois, le matériau se plie à l'air sur un rayon intérieur qui représente environ 16 % de l'ouverture de la matrice. Cela signifie que votre 1-in. die peut produire un rayon de 0,160 po. Et maintenant ? Utilisez simplement une matrice en V plus étroite. Un 0,75 po. die vous donnera un rayon intérieur proche de 0,125 po (0,75 × 0,16 = 0,12).

Une réflexion similaire s'applique aux impressions qui spécifient des rayons de courbure plus grands. Supposons que vous deviez former de l'acier doux de 0,125 po d'épaisseur en un 0,320 po. rayon de courbure intérieur - plus du double de l'épaisseur du matériau. Dans ce cas, vous choisirez un 2-in. die, 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 obtenir 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 compromettez la précision angulaire, endommagerez peut-être la machine et son outillage et vous mettrez dans une situation très dangereuse.

Gardez à l'esprit les longueurs de bride lors du choix de vos matrices en V. La bride minimale qu'une matrice en V donnée peut former est d'environ 77 % de son ouverture. Ainsi, une pièce formée sur un 1.-in. La matrice en V aura besoin d'au moins 0,77 po. bride.

De nombreux concepteurs de tôlerie aiment économiser du métal et spécifient une bride trop courte, comme une bride de 0,5 po. bride en 0,125 po. épaisseur du matériau (voirFigure 4 ). Selon la règle de 8, un matériau de 0,125 po d'épaisseur nécessite un 1 po. V die—mais que 1-in. La matrice en V nécessite que la pièce ait une bride d'au moins 0,77 po. Et maintenant ? Encore une fois, vous pouvez utiliser une matrice en V plus étroite. Par exemple, un 0,625 pouces. 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).

Figure 4 Dans un monde parfait, vous choisiriez un 1-in. mourir 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 les rayons de courbure intérieurs étroits, si une bride nécessite une largeur de matrice inférieure à cinq fois l'épaisseur du matériau, vous rencontrerez des problèmes de précision angulaire, endommagerez éventuellement la machine et son outillage et vous mettrez en danger.

Pour les formes en L, les règles sont… il n'y a pas de règles. Presque n'importe quelle forme de poinçon fonctionnera. 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 presque toutes les formes de poinçon peuvent 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. Rappelez-vous, lors de la spécification de l'outillage, moins est toujours préférable, non seulement pour minimiser le coût de l'outillage, mais aussi pour réduire le temps de configuration en réduisant le nombre de formes d'outils nécessaires dans l'atelier (voirFigure 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 (voirFigure 6):

Comme vous pouvez le constater, les règles de sélection des poinçons traitent principalement de l'interférence de la pièce, et c'est là que le logiciel de simulation de pliage peut jouer un rôle important. Si vous n'avez pas accès au 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 poinçonnage (voirFigure 7).

Si vous utilisez un ensemble d'outils conventionnel, vous devrez utiliser deux cycles de bélier pour former des décalages ou des formes en Z. Pour ces formes, les règles sont (voirFigure 8):

Tout matériau non supporté à l'intérieur de la matrice en V est sujet à déformation ; dans les trous et autres découpes, cette déformation se manifeste par des éclatements (voirFigure 9 ). Lorsque les trous près des lignes de pliage sont petits, l'éruption associée sera également petite. De plus, la plupart des applications accepteront 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 se trouve 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 à bascule. Les culbuteurs tournent et soutiennent le matériau tout au long du processus de pliage et éliminent ainsi l'éclatement.

la figure 9 montre des pièces identiques avec des découpes proches des lignes de pliage ; celui de premier plan - avec l'éruption révélatrice - a été formé à l'aide d'une matrice en V conventionnelle; celui d'arrière-plan a été formé avec une matrice à bascule. Notez également que les deux ovales de gauche ont la même largeur (d'avant en arrière) et sont à la même distance de la ligne de pliage ; 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, des poinçons courts peuvent former des boîtes à trois côtés si un côté formé peut pendre du côté de la presse plieuse pendant le (troisième) pli final. Si vous formez des boîtes à quatre côtés, vous devez choisir un poinçon suffisamment grand pour couvrir la hauteur de la boîte en diagonale (voirFigure 10):

Figure 5Pour de nombreuses pièces, la forme du poinçon n'entraîne 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 d'espace entre le poinçon supérieur et la matrice inférieure pour retirer la pièce après le pliage. Mais si vous avez des rebords de retour (rebords supérieurs qui dépassent vers l'intérieur) sur les quatre côtés, vous avez besoin d'un dégagement suffisant pour tordre et retirer la boîte après le pliage.

Les outils de pliage-ourlet peuvent former des pièces avec des bords ourlés en une seule configuration, comme illustré dansFigure 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 s'adapter aux forces excessives requises.

Les règles de sélection d'ouverture de matrice en V sont ici fondamentalement les mêmes que pour les outils de pliage standard. Les prépliages à 30 degrés pour les ourlets nécessitent des brides minimales un peu plus longues - à 115 % de l'ouverture de matrice en V sélectionnée - en raison des angles aigus. Par exemple, si vous formez un matériau sur une surface de 0,375 po. V die, vous auriez besoin que la bride mesure 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 minime et acceptable, et l'augmentation du rayon de l'épaulement peut réduire les marquages.

Pour les applications où même un marquage minimal n'est pas acceptable, comme lors du pliage de matériaux prélaqués ou polis, vous pouvez utiliser des inserts en nylon pour éliminer les rayures (voirFigure 12 ). Le pliage sans rayures est particulièrement important 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 rayure et une fissure.

L'outillage de précision et les presses plieuses 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, le cintrage à l'air forme le rayon de courbure intérieur à un pourcentage de l'ouverture de la matrice - et avoir les bons outils est important. 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 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 :

Figure 6 Certaines formes en J ont des règles de sélection de poinçon spécifiques. Lorsque la petite jambe vers le haut est égale à la jambe du bas, vous avez besoin d'un coup de poing décalé aigu (illustré à gauche). Si la jambe en haut est plus longue que la jambe en bas, vous avez besoin d'un coup de poing en col de cygne (illustré à droite).

Les exceptions à ces règles abondent et chacune s'accompagne de complications. Vous pouvez utiliser une ouverture de matrice en V plus étroite pour plier un rayon plus serré ou une bride plus courte, mais pliez un rayon trop pointu et vous risquez de plisser 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 d'installation et réduisez le coût de l'outil.

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