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L'emboutissage de l'aluminium - cqrda.ca

L'emboutissage de l'aluminium Le Feuillard technique est publi exclusivement sur le site Internet Publi par : du CQRDA. Pour t l charger cette publication, rendez-vous au ou au Pour toute demande d'information, n'h sitez pas nous contacter au 418 545-5520. DESCRIPTION. L'emboutissage est un proc d de formage qui consiste transformer une t le plane en une forme creuse de g om trie plus ou moins complexe. Ce proc d n cessite une presse hydraulique ou m canique quip e d'un outillage constitu essentiel- lement par un poin on et une matrice. En g n ral, on ajoute un serre-flan pour pr venir le plissement de la t le en p riph rie du poin on. Le m tal subit une d formation permanente lorsque la t le est entrain e par le poin on dans la matrice. On nomme embouti le corps creux avec une paroi plus ou moins cylindrique et un fond, obtenu par emboutissage.

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1 L'emboutissage de l'aluminium Le Feuillard technique est publi exclusivement sur le site Internet Publi par : du CQRDA. Pour t l charger cette publication, rendez-vous au ou au Pour toute demande d'information, n'h sitez pas nous contacter au 418 545-5520. DESCRIPTION. L'emboutissage est un proc d de formage qui consiste transformer une t le plane en une forme creuse de g om trie plus ou moins complexe. Ce proc d n cessite une presse hydraulique ou m canique quip e d'un outillage constitu essentiel- lement par un poin on et une matrice. En g n ral, on ajoute un serre-flan pour pr venir le plissement de la t le en p riph rie du poin on. Le m tal subit une d formation permanente lorsque la t le est entrain e par le poin on dans la matrice. On nomme embouti le corps creux avec une paroi plus ou moins cylindrique et un fond, obtenu par emboutissage.

2 La figure suivante montre trois s quences de r alisation d'un embouti partir d'un flan pr d coup dans une t le : POIN ON. SERRE-FLAN. MATRICE. FLAN. EMBOUTI. Figure 1. 1. L'emboutissage est r alis lorsque la t le n'est pas bloqu e en p riph rie de la cavit de la matrice. Dans le cas contraire, la t le ne peut p n trer dans la matrice qu'en s' tirant et en s'amincissant, ce qui limite la profondeur du bosselage r alisable sans d chirure de la t le. Cette situation propre aux op rations de formage se produit lorsque la t le est retenue en p riph - rie soit par l'outillage ou par un rebord de t le trop grand relativement la partie que l'on veut d former. L'ensemble des facteurs prendre en consid ration pour r aliser l'outillage et la pi ce emboutie est affaire de sp cialiste. Au tout d but de la conception d'un embouti, les variables consid rer sont : les propri t s de l'alliage, le type de presse, le besoin en outillage ainsi que le nombre de pi ces fabriquer.

3 Il est important de noter que le co t de la pi ce emboutie va d pendre de sa taille, des contraintes du proc d et du volume de production. L'emboutissage est un proc d g n ralement utilis pour des productions de moyenne et de grande s rie, et pour des pi ces de faible taille. CONDITIONS LIMITES POUR L'emboutissage . Les contraintes qui apparaissent dans le flan au d but de L'emboutissage sont principalement influenc es par le rapport entre le diam tre d'entr e de la matrice d et le diam tre du flan D . Lorsque le poin on commence entra ner la t le dans la matrice (fig. 2a), une force de traction Ft est g n r e en p riph rie de l'orifice de la matrice (section motrice du flan). Pour ne pas avoir d'amincissement pouvant amorcer une d chirure du m tal, cette force de traction ne doit pas g n rer une contrainte de traction t qui soit sup rieure la limite lastique Re du m tal.

4 La partie annulaire du flan (la couronne). qui est confin e entre la matrice et le serre-flan est tir e vers le centre et doit subir une d formation globale par compression pour que son p rim tre puisse tre r duit celui de la matrice. On peut simplifier l'analyse, partir de la figure 2b, en consi- d rant que chaque petit secteur de cercle de cette couronne doit entrer en d formation par compression. Cette supposition de contrainte uniaxe nous donne une relation simple entre la force de compression Fc et la contrainte de compression D d . c ; on a Fc = c e , o e est l' paisseur de la t le. Au tout d but de l'op ration d'emboutissage, c doit 2 . d passer la limite lastique du m tal pour que l'embouti commence se former. Dans la section motrice (la longueur de d . cette section motrice est indiqu e en rouge dans la figure 2b), on a Ft = t e , o est l'angle (en radian) de 2.

5 Cette pointe de tarte . En faisant l' quilibre des forces suivant l'axe des X , on doit avoir Ft = 2 Fc . Si on remplace d c 2 . Ft et Fc par leur valeur, on obtient = . Puisqu'en d but de d formation t doit tre plus petit ou gal Re et D c + t d Re que c doit tre plus grand ou gal Re, on a la condition limite , ce qui donne un facteur d'emboutissage d D Re+ Re 0, 5 . Ce r sultat valable pour un flan en aluminium recuit correspond au rapport de r duction limite r alisable en une D. seule op ration d'emboutissage. 2. SERRE-FLAN POIN ON. f =e e f Ft MATRICE. a). Fcx /2 Fc Traction Ft Compression Fc b) (D - d) / 2 d/2. Figure 2. FORMATION DE PLIS. Il est facile de comprendre que si une force de compression importante s'exerce dans le plan de la t le, tel qu'illustr la figure 2b, il va s'ensuivre un plissement de celle-ci la suite du ph nom ne de flambage.

6 Le serre-flan a pour r le de pr ve- nir ce plissement en confinant la t le dans un plan. L'op ration sans serre-flan est r alisable sur des t les d'une paisseur suffisante. Si on veut se passer d'un serre-flan avec l'aluminium , on peut s'attendre une paisseur minimale de l'ordre de D d . Lorsque des plis se forment, ils vont s' craser entre poin on et matrice, mais rester visibles sur la pi ce. Cet cra- 7. sement va conduire une augmentation importante de la tension dans la section motrice et favoriser la rupture (d fon age). 3. F. formation de plis Figure 3. FROTTEMENT. Le frottement f du flan au contact du rayon d'entr e dans la matrice et entre matrice et serre-flan vient s'ajouter la composante de compression. Ceci va contribuer diminuer le potentiel de r duction en une seule passe. La lubrification est essentielle pour minimiser le frottement.

7 Le frottement est important au contact du rayon d'entr e de la matrice, aussi pour favoriser la lubrification on choisira un rayon d'entr e d'au moins sept fois l' paisseur du m tal. De m me, la pression du serre-flan doit tre minimale et juste suffisante pour emp cher la formation de plis. En pratique, le frottement va nous obliger d utiliser un facteur d'emboutissage d'une valeur gale plus ou moins 0,6. D. DIAM TRE DU FLAN. En fait, les contraintes sont biaxiales (tension-compression, figure 2b) dans la couronne. La compression r duit la longueur selon la direction tangentielle et la tension l'augmente dans la direction radiale, de sorte que l' paisseur de la t le varie tr s peu durant L'emboutissage . Il est donc facile de calculer le diam tre du flan requis pour un embouti donn . Diverses m - thodes de calcul peuvent tre utilis es pour obtenir le diam tre du flan en supposant que sa surface doit tre gale celle de l'embouti.

8 Pour un embouti comme celui de la figure 1, en n gligeant le rayon de raccordement entre le fond et la partie D =D. cylindrique et en n gligeant l' paisseur de la t le, on obtient =d 2 +d 24+d4hd h , o h est la hauteur de l'embouti. Il y a aussi D d 2 2. que h= et en appliquant le facteur d'emboutissage de 0,6, on trouve que la hauteur maximale r alisable en une 4d seule op ration est h = 0,44d. Afin de produire un embouti plus profond, on peut r emboutir comme illustr la figure sui- vante; cet emboutissage de seconde passe peut aussi se faire par retournement (Figure 4b). Poin on premi re passe =. segment d'emboutissage pour r emboutir Serre-flan pour premi re passe SERRE-FLAN. Segment d'emboutissage OP RATION DE R EMBOUTI pour premi re passe (Talat) Serre-flan pour r emboutis- Poin on pour sage par retournement r emboutissage par retournement a) b).

9 Figure 4. 4. Emboutissage pour canette de 33 cl (Talat). Figure 5. Le durcissement du m tal produit lors de la premi re op ration va augmenter le facteur d'emboutissage vers 0,8. En effet, le m tal de la section motrice pour la deuxi me passe poss de les propri t s d'origine du m tal alors que la couronne du r embouti a t durcie par d formation plastique. L'emboutissage peut au besoin tre effectu en plusieurs passes de r - duction de diam tre. Le nombre de passes n cessaires, donc l'outillage requis, varie en fonction du m tal, de la g om trie de la pi ce et de la profondeur de l'embouti. Avec l'aluminium , en effectuant plusieurs op rations d'emboutissage, on peut esp rer obtenir un embouti d'une hauteur de 4 5 fois son diam tre. La r duction peut toutefois tre poursuivie en effectuant un recuit de recristallisation qui limine le durcissement du m tal produit par les premi res passes d'emboutissage.

10 Les t les produites par le laminage pr sentent une certaine anisotropie de leurs propri t s m caniques. Les allongements vont varier suivant la direction consid r e par rapport la direction de laminage. Il en r sulte un d faut de hauteur appel . cornes d'emboutissage , tel qu'illustr la figure 6. Figure 6. Ces cornes ont une longueur de 1% 2 % de la hauteur de l'embouti dans le cas des cannettes de boissons. L'emboutissage doit donc tre suivi d'un d tourage (d coupage du m tal en exc dent sur le contour de la pi ce finie) afin d'obtenir un rebord droit. Un d coupage exc dentaire repr sente une perte de mat riau significatif dans ce genre de production. R F RENCES. 5. Demi-produits aluminium, Pechiney Rhenalu, Paris, 1997, 159 pages l'aluminium dans l'automobile, Pechiney Rhenalu, Paris, 1998, 144 pages DEGARMO E. P., BLACK J T. KOSHER R. A.


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