Contrôler le débit et obtenir l'étirement dans les opérations d'emboutissage profond

Figure 1

Obtenir une pièce sans plis et obtenir le pourcentage d’étirement souhaité dans une pièce emboutie profondément peut parfois s’avérer très frustrant et prendre beaucoup de temps. Les rides, les fractures, le métal lâche, les boucles et l'huile sont des problèmes quotidiens dans l'industrie de la fabrication de matrices et de l'emboutissage.

Pour résoudre ces difficultés, il faut une bonne compréhension du flux de métal et de la façon dont il est affecté par les cordons d'étirage, les cordons étagés et les barres de tirage, ainsi que les effets de la géométrie des pièces. Cet article se concentre sur les principes de spécification, de conception et de dépannage de ces quatre éléments de base.

Les perles d'étirage sont des saillies en forme de nervures montées sur la surface du classeur ou de l'anneau d'étirage qui limitent et contrôlent le flux de métal dans la cavité de la matrice et sur le poinçon d'une matrice d'étirage. En termes simples, les billes de tirage agissent comme des ralentisseurs pour le matériau voyageant dans la cavité de la matrice.

Imaginez-vous dans votre voiture roulant à 55 miles par heure. Devant vous, vous voyez un ralentisseur avec un rayon progressif et fluide. À moins que vous ne soyez un pilote cascadeur, il y a de fortes chances que vous décélériez avant de toucher la bosse pour vous permettre de la franchir en douceur.

Si, au lieu d'un dos d'âne sur la route, vous voyiez un grand trottoir en ciment devant vous, vous freinerez probablement fort pour pouvoir franchir l'obstacle très lentement. Si le trottoir était trop haut, vous pourriez choisir de ne pas le franchir du tout.

Votre décision quant à la vitesse à laquelle franchir l’un ou l’autre obstacle repose en partie sur la géométrie de l’obstacle. Les perles de dessin utilisent le même principe de base pour contrôler le matériau qui est tiré dans une cavité de matrice par l'action verticale d'une presse à estamper.

Les billes de dessin forcent le matériau à se plier et à se déplier avant d'entrer dans une cavité de matrice. Cette action crée une force de retenue sur la tôle, ce qui amène le matériau à pénétrer dans la cavité de la matrice à une vitesse et un volume réduits. La hauteur, la forme et la taille d'une perle de tirage et d'une cavité de perle déterminent la quantité de force restrictive générée. Un cordon d'étirage et un rayon de cavité prononcés diminuent l'écoulement du métal, tandis qu'un cordon d'étirage et un rayon de cavité importants permettent au matériau de s'écouler plus librement (voirFigure 1).

Une perle étagée a une fonction très similaire à une perle à tirer demi-ronde conventionnelle, sauf qu'elle a une forme différente. Les bourrelets étagés sont généralement situés sur le périmètre extérieur de l'ouverture du poinçon de reliure. Cet emplacement permet un contrôle optimal du flux de métal à proximité du poinçon d'étirage et offre une opportunité de réaliser des économies de matière.

Les billes étagées peuvent être fixées avec moins de force que les billes d'étirage demi-rondes classiques, et elles réduisent souvent la quantité d'écrouissage qui se produit pendant le processus de pliage et de dépliage. L'écrouissage est réduit principalement parce que le matériau est soumis à moins de flexion et de déflexion lorsque des billes étagées sont utilisées (voirFigure 2).

Les perles de tirage peuvent être usinées, soudées ou insérées sur ou dans l'anneau de tirage ou la surface de reliure d'une matrice de tirage. Étant donné que les billes d'étirage et de gradin sont généralement soumises à une forte usure abrasive et adhésive, elles doivent être fabriquées à partir d'un acier à outils très résistant à l'usure. De plus, ils doivent se fondre progressivement dans la surface sur laquelle ils se trouvent. Cette transition mixte modifie progressivement la force de restriction, réduisant ainsi l'éventuelle action de cisaillement ou de déchirure des zones de « croûte » ou d'addendum de la coque étirée.

Figure 2

La détermination du meilleur emplacement pour un cordon de tirage est une question de jugement basée principalement sur la géométrie de la pièce. Les zones plus profondes d'une coque étirée nécessitent un flux de matière plus important ; les zones peu profondes de la coque consomment moins de matière. La consommation de matière entre les deux surfaces peut être estimée à l'aide d'une analyse de longueur de ligne.

Pour empêcher l'excès de matériau de s'écouler dans les zones peu profondes d'une pièce, des cordons d'étirage ou de gradin doivent être conçus dans les zones d'alimentation de la surface du liant. Expérimenter avec du papier de verre ou un chiffon abrasif entre le liant et la surface de l'anneau de tirage peut aider à déterminer le meilleur emplacement pour une perle de tirage. En raison de leur nature abrasive, les matériaux agissent comme des pinces pour aider à retenir le matériau et l'empêcher de pénétrer dans la cavité de la matrice, imitant ainsi les billes d'étirage.