Tolérances de fabrication par défaut de Tripar

Avez-vous un produit en tôle à créer? Vous ne savez pas quelles tolérances à utiliser? Ne vous inquiétez pas. 

Voici des tolérances de base que vous pouvez utiliser pour fabriquer vos produits en tôle, tirés de nos 75+ ans d’experience.

Si le client ne fournit pas de dessin avec les tolérances convenues, la ou les pièces seront fabriquées selon le modèle 3D fourni par le client, avec les tolérances de fabrication par défaut de Tripar suivantes.

Le croquis ci-dessus est uniquement à titre indicatif.

Tolérances standards

DIMTolerance (“ ±)Description
±0.010” Trous1 et dimensions linéaires des pièces plates < 0,5"
±0.015 Trous1 et dimensions linéaires des pièces plates 0,5"< 4,0''
±0.020Trous1 et dimensions linéaires des pièces plates 4,0" < 12,0''
Après examenTrous1 et dimensions linéaires des pièces plates > 12,0''
A±0.010Extrémité au trou ou au pli
B±0.010Trou centre à centre (sur une surface/plan)
C±0.015Bord plié au trou2
D±0.020Distance sur 2 pliages2
EIndéfinie (TBD)Distance sur 3 pliages ou plus2
F± 2° Angles3
R1-2X épaisseur du matériauRayons de pli intérieurs

1 Si le trou n’est pas rond, les plages ci-dessus s’appliquent à la plus grande dimension de l’ouverture.

2 Tel que mesuré le plus près du ou des pliages. 

3 Les métaux minces ont une certaine flexibilité et peuvent donc fléchir, même sous leur propre poids. Ainsi, la tolérance s’applique jusqu’à 1″ du pli Pour référence; 2° sur 1″ = 0,034″. 

Finition

Finition de surface:  Doit être conforme au matériau spécifié et aux spécifications régissantes associées. Les pièces formées ou pliées peuvent présenter de petites imperfections de surface à proximité des zones de transition.  

Résidu: Des pièces fabriquées en métal sont souvent produites et peuvent être expédiées avec des lubrifiants ou des lubrifiants à film sec. 

Film protecteur: Pour les matières premières livrées avec un film protecteur, les pièces doivent être fournies avec ce film, pour aider à protéger les pièces jusqu’à ce que vous, le client, les retiriez quand vous le souhaitez. 

Bavures

Les petites bavures font partie intégrante des processus d’estampage et de fabrication des métaux. Étant presque impossible à quantifier et à mesurer, sauf indication contraire, les pièces sont fournies dans leur état «tel qu’estampé» ou «tel que fabriqué». 

Conception en tôlerie – Qu’est-ce que le facteur K ?

CNC metal bending

Introduction

L'un des phénomènes auxquels les fabricants en tôlerie doivent faire face lorsqu'ils plient des pièces est ce qu'on appelle la tolérance de pliage. La raison en est que lorsque le métal est plié, le matériau à l'intérieur du pli se comprime, tandis que le matériau à l'extérieur s'étire, et pas de quantités égales (pour des raisons qui deviennent trop techniques même pour cet article). Le résultat est que la pièce « grandit » en sa taille total si elle n'est pas compensée. Cette compensation peut être calculée à l'aide de ce qu'on appelle le facteur K, qui prend en compte des variables telles que le type de matériau, son épaisseur, le rayon intérieur de la courbure et la façon dont il est plié.

Qu'est-ce que cela signifie pour le concepteur de pièces? Même si votre pièce est conçue comme une pièce de tôlerie dans un modélisateur de solides CAO, lorsqu'elle est aplatie, le développement à plat peut ou non être correct, en fonction des variables notées ci-dessus. C'est pour cette raison que les fabricants de métaux réputés peuvent réviser le modèle et ajouter leurs paramètres de presse plieuse particuliers pour créer un développement plat mis à jour qui donnera la pièce dont vous avez besoin, et dans les tolérances requises.

Connaître le processus de votre fabricant et l'outillage de presse plieuse disponible (notamment le rayon de pointe du poinçon) permet de gagner du temps et d'éviter les éventuelles surprises. Le but de cet article est de montrer aux ingénieurs et aux concepteurs les aspects techniques de la manière dont nous (et vous !) pouvons déterminer le facteur K dans la conception de tôlerie.

Énoncé du problème

Lorsque les fichiers sont fournis par le client, le modèle 3D n'a pas de paramètres de pliage spécifiés s'il s'agit d'un fichier STEP, IGES ou Parasolid, et les paramètres de pliage sont définis sur une valeur par défaut dans SolidWorks. Lorsque le modèle plat est développé pour que la pièce soit coupée, il aura souvent des dimensions incorrectes pour produire la pièce pliée souhaitée par le client. Afin de surmonter ce problème, votre fabricant en tôlerie doit calculer le facteur K et réviser le développement à plat de la pièce pour obtenir la pièce souhaitée et dans les tolérances spécifiées.

Pourquoi le facteur K est-il important dans la fabrication de tôles ?

Le facteur K dans la conception des tôles est important car il est utilisé pour calculer correctement le développement à plat. En effet, cela est directement lié à la quantité de matériau étirée pendant le pliage. Le facteur K est le rapport de l'axe neutre à l'épaisseur du matériau. Le facteur K joue un rôle clé dans la compréhension des limites qu'un matériau peut supporter lors du pliage de la tôle.

Équation générale pour le facteur K ::

BA= Tolérance de pliage

μ= Épaisseur de matériau

ρ = Rayon intérieur

β = Angle de pliage (en degrés)

Calcul du facteur K

1. Mesures prises à partir d'un support que nous fabriquons :

β = 90°
ρ = 0.142 in (voir Fig. 1)
μ = 0.135 in (Acier laminé à froid)

FL1 = 1.378 in (voir Fig. 2)
FL2 = 1.462 in (voir Fig. 3)
Longueur initial = 2.583 in (voir Fig. 5)

FIG. 1
FIG. 2
FIG. 3

2. Maintenant que vous avez vos mesures, nous allons déterminer le BA. Pour ce faire, déterminez d'abord le retrait du pli extérieur (OSSB)

OSSB=Tan (β/2)(ρ+μ) Tan (90/2)(0.142+0.135)
OSSB = .277 in
FIG. 4
FIG. 5

Déterminez ensuite la Perte Au Pli (la PAP ne fait pas partie de la formule mais peut être utilisé à la place du facteur K si vous le souhaitez).

BD = FL1 + FL2 – Longueur initial

3. Calculer la Tolérance de pliage à l'aide de l'équation suivante.

BA = 2*OSSB
= 2* 0.277
= 0.297 in

4. Injectez la tolérance de courbure (BA), l'angle de courbure (β ), le rayon intérieur (ρ ) et l'épaisseur du matériau (μ ) dans l'équation ci-dessous pour déterminer le facteur K (Kf).

Conclusion

Méthode pratique pour calculer le facteur K

1. Préparer les échantillons

- Commencez par préparer 5 échantillons à blanc de tailles égales et connues.
- Enregistrer le type et l'épaisseur du matériau dans le rapport de test
- Les ébauches doivent mesurer au moins un pied de long pour assurer un pli uniforme et quelques centimètres de profondeur pour vous assurer que vous pouvez les asseoir contre les butées arrière.
- Mesurer la longueur initiale de l'ébauche métallique

2. Test de pliage

- Configurez la presse plieuse avec l'outillage souhaité que vous utiliserez pour fabriquer cette épaisseur de métal. Assurez-vous d'utiliser la même matrice et le même poinçon pour tous les échantillons. Si un poinçon ou une matrice différent est utilisé, cela doit être mentionné dans le rapport de test.
- Faire un pli à 90° au centre de la pièce.

3. Mesurez les échantillons

- Mesurez la longueur de la bride et le rayon intérieur de chaque pièce, notez la longueur A, B et le rayon R comme indiqué sur la Fig. 6.
- Le rapport de test doit indiquer le type de matériau, l'épaisseur du matériau, la longueur initiale du flan, le rayon intérieur, la longueur de la bride A et B à cette étape.

4. Calcul

- Calculez le facteur K en suivant la procédure mentionnée précédemment avec les mesures obtenues.
- Cette valeur du facteur K doit être utilisée dans l'approche par tâtonnement dans les étapes suivantes.

5. La modélisation

- Utilisez les longueurs de bride mesurées pour créer un modèle sur SolidWorks comme illustré à la Fig. 7 et définissez la valeur du facteur K obtenue à partir du calcul (étape 4) dans le modèle SolidWorks.

6. Vérifier

- Enfin, créer le développement à plat à partir du modèle et ajustez le facteur K dans SolidWorks jusqu'à ce que les dimensions du développement à plat soient égales à la longueur initiale mesurée de l'ébauche métallique. Le bon facteur K du métal testé est lorsque les dimensions globales du modèle plat sont égales à la longueur initiale mesurée de l'ébauche métallique.

FIG. 6
FIG. 7

Procédé de coupe CNC de pièces en tôle

Introduction

Les deux principales opérations requises pour fabriquer une pièce en tôle:

1. Découpe du déplié de la pièce
2. Formage si nécessaire

Ces deux opérations sont traditionnellement effectuées avec des presses d’estampages utilisant des outils spécifiques appelé “matrices”. Le plus grand inconvénient de cette méthode est la nécessité d’investir plusieurs milliers de dollars pour fabriquer la (les) matrice(s) requise(s). Cet investissement ne serait justifiable que pour des grandes quantités de pièces ou pour des pièces à long cycle de vie. Ainsi, la solution alternative commune est le découpage des pièces en tôle avec laser, et/ou Poinçonneuse CNC, souvent suivi par pliage, formage ou toute autre opération secondaire.

Découpage au laser

Les machines de découpage au laser sont utilisées pour couper, vaporiser (le film de protection) ou graver des pièces en tôle. Les principaux avantages du procédé de découpe au laser sont:

Flexibilité
La découpe au laser ne nécessite pas d'outillage (poinçons et matrices) ni d'échange d'outils pour chaque différente découpe. La même configuration et le même outil (le faisceau laser) sont utilisés pour découper différentes formes quel que soit leur degré de complexité.
Précision
Une précision de ±0.005”est facilement faisable.
Finesse
Possibilité de faire des découpages aussi fins que la largeur de faisceau laser 0.009” à 0.012”, selon l’épaisseur du matériel.
Répétabilité
Une fois créé, un programme CNC peut être réutilisé autant de fois qu’on en a besoin.

Vitesse
La découpe au laser est souvent plus rapide que la plupart des méthodes de découpe mécaniques traditionnelles, en particulier dans le cas de coupes plus complexes ou irrégulières.
Automatisation
Même si un opérateur de machine laser qualifié est toujours nécessaire pour exécuter les tâches de configuration « setup » appropriées, les machines de découpe laser modernes sont hautement automatisées, certaines machines étant équipées de systèmes d'alimentation automatique de feuilles et d'enlèvement de pièces.
Qualité
La découpe au laser laisse des bords de coupe très nets avec seulement une petite bavure, ce qui donne des pièces de bonne qualité.
Sans-contact
Lors de la découpe laser, il n'y a pas d'interaction mécanique entre la machine et la pièce car seul le faisceau laser est en contact avec la surface du matériel.
Polyvalence
Une grande variété de matériaux peut être découpée par laser. Une machine peut être configurée pour effectuer différents travaux.

Principales limitations

Bien que ce qui précède énumère de nombreux avantages, les machines de découpe laser autonomes présentent certaines limites.

Seules les pièces plates - Les éléments formés en 3D (Ex. petit pliage, lances, trous extrudés) ne peuvent pas être réalisés avec une machine laser. Pour les pièces ayant de telles fonctionnalités, des opérations secondaires sont nécessaires, ce qui impacte le prix unitaire de la pièce.
Coût du gaz de coupe - Pendant le processus de découpe au laser, des gaz de découpe tels que N2 et O2 sont consommés, ce qui augmente le coût de fonctionnement.

Poinçonnage CNC:

Les poinçonneuses CNC sont utilisées pour poinçonner des trous dans la tôle à l'aide d'outils de poinçonnage (poinçons et matrices relativement simples). Les trous peuvent avoir des formes régulières telles que rondes, carrées, rectangulaires, oblong ou de toute autre forme irrégulière. Les outils peuvent généralement être indexés sur 360 ° pour obtenir l'orientation souhaitée. Les contours extérieurs des pièces peuvent être grignotés ou dans certains cas spécifiques coupés à l'aide d'outils de refendage. Les avantages du poinçonnage CNC comprennent:

Grande productivité
Une fois créé, un programme CNC peut être réutilisé autant qu’on en a besoin ce qui permet d’augmenter la productivité en éliminant une série de processus manuels et techniques, requis pour effectuer les mêmes opérations.
Vitesse et précision
Cette automatisation et cette répétabilité rendent également cette méthode rapide, quelle que soit la complexité de la conception, le temps de production global est réduit. La précision n'est pas non plus compromise, en fait, les machines CNC sont couramment utilisées pour les formes les plus précises et les plus compliquées.
Efficacité
Les poinçonneuses CNC réduisent la quantité de déchets produits tout en étant rapides et précises.
Qualité
Avec des détecteurs de qualité internes installés dans de nombreuses machines, lorsqu'une défaillance est détectée, la machine arrêtera le poinçonnage pour éviter tout autre dépassement des conditions de tolérance et le gaspillage.
Sécuritaire et économique
Comme les déchets sont réduits au minimum, cela permet d'économiser des coûts à long terme. De plus, comme le processus est automatisé, l'opérateur est maintenu en sécurité, offrant un environnement sans danger. Les machines équipées de chargeurs de feuilles réduisent encore plus la main-d'œuvre, car la machine peut charger la feuille suivante automatiquement une fois la feuille actuelle est terminée.
Une Gamme de fonctionnalités
En plus du perçage, une large gamme de fonctionnalités formées peut être obtenue, telles que des déflecteurs, des lances, des alvéoles, des pliages, des trous extrudés, des filetages, des fraisages, des charnières, et bien plus encore.

Principales limitations

Un outil par trou - Chaque trou ou fonctionnalité de tailles différentes nécessite un poinçon et une matrice spécifiques, ce qui prolonge le processus de configuration et peut augmenter le coût de l'outillage et de la fabrication des pièces.
Détail - les tailles des trous / fentes ne peuvent généralement pas être inférieures à l'épaisseur du matériel.
Bord irrégulier sur le contour de la pièce - quoique la méthode de poinçonnage se fait avec une grande vitesse, les bords sur le contour des pièces ne sont pas parfaitement lisses et réguliers en raison de petites marques laissées le long des lignes de coupage pendant le processus de grignotage.

Combinaison CNC poinçonnage/Laser

La machine combinée poinçon / laser communément appelée « machine combo » est munie de deux têtes; un pour la découpe laser et l'autre pour le poinçonnage. Les deux têtes peuvent fonctionner en alternance selon les besoins. La machine Combo réunit les avantages de poinçonnage CNC et découpe laser, de manière particulièrement rentable. Il permet de réaliser des pièces avec une large gamme de fonctionnalités en une seule opération avec une seule configuration « setup », produisant avec succès même les pièces les plus complexes.

Deux technologies en une machine
Avec une machine combo poinçonnage / laser, vous bénéficiez de tous les avantages du poinçonnage CNC et de la découpe laser. Perforer des trous, plier des brides, marquer des pièces, faire fraisage/lamage des trous et estamper des formes telles que les déflecteurs et les charnières – en plus de couper - le tout dans une seule machine.
Moins de manutention
La combinaison des deux processus dans la même machine élimine la nécessité de passer la pièce d'une machine à une autre; un exercice qui non seulement ajoute de l’ouvrage, mais peut aussi entraîner des pertes de précision dues à un désalignement de la feuille ou de la pièce.
Qualité de pièce exceptionnelle et efficace
La tête de poinçonnage effectue des tâches de contournage et de formage standard, tandis que des contours complexes et volumineux peuvent être découpés au laser pour une qualité de pièce exceptionnelle, avec temps masqué (non-productif) et main-d’œuvre considérablement réduite.
Rotation de l’outil à 360°
Chaque outil peut pivoter à 360 degrés, ce qui signifie une plus grande polyvalence de l'outil et moins d'outillage à entretenir.

Conclusion


Pour résumer les avantages des trois différentes options: laser CNC, poinçonneuse CNC et machine combinée CNC poinçon / laser, cette dernière option est généralement le choix gagnant car elle:

Fabrication CNC vs Estampage de métal: Quel procédé est meilleur?

metal stamping die

Les pièces fabriquées en tôle peuvent être produites par plusieurs procédés. Les deux méthodes principales sont la fabrication métallique CNC et l’estampage des métaux.

Pour comprendre où chacun entre en jeu, vous devez d’abord comprendre ce que chacun est et quelles sont les différences.

Fabrication de métal

]Les pièces fabriquées à partir du métal en feuille sont celles qui sont généralement produites sans utiliser de matrice d’estampage en métal (parfois appelée «outillage dur»), mais utilisent à la place un équipement dédié ou spécialisé.

Dans sa forme de technologie la plus simple et la plus basse, un tel équipement comprendrait des cisailles, des outils modulaires tels que le Pierce-All® à cadre en C pour percer des trous, des fentes, etc., et de plieuses pour effectuer le pliage.

En remontant la chaîne des technologies modernes à l’extrémité opposée du spectre, la plupart de celles-ci seraient remplacées par des poinçonneuses à commande numérique (souvent appelées «Strippit»), des lasers à commande numérique ou des machines combinées Poinçon / Laser aussi à commande numérique, suivi de pliage au besoin, à l’aide de plieuses CNC.

Trumpft trulaser 1030 setup

Machine à laser

cnc punch laser machine

Machines combinées Poinçoneuse/Laser

Amada HG 1003 ATC

Machine plieuse

Comment ça marche

Les feuilles entières seraient placées sur une machine laser à commande numérique où la plupart des trous et des fentes seraient poinçonnés ou coupés, ou sur une poinçonneuse à commande numérique, où ces mêmes fonctions pourraient être poinçonnées ou coupées, ainsi que des ouvertures défonçables, formage peu profond* et parfois un taraudage pourrait potentiellement être fait, et tout le périmètre de la pièce poinçonné ou coupé de la feuille. 

Certains outils peuvent être nécessaires à l’aide de ces processus pour des tailles, des profils ou des formes de trous spécifiques, mais ce n’est généralement pas trop cher, allant de 50 à 150 $ pour un simple poinçon et sa matrice qui va de pair, à peut-être 1500 à 2000 $ pour des outils de formage complexes.

*Comme les extrusions, rebords, persiennes et autres formage peu profonds, dont les hauteurs sont limitées par les spécifications de chaque machine.

Un laser CNC ne peut que découper, mais il peut aussi découper des formes complexes en raison de l’absence d’outillage, ainsi que des découpes de grande taille, qui pourraient autrement nécessiter des forces de poinçonnage (tonnage) dépassant les capacités de la poinçonneuse CNC.

Une machine combinée CNC Poinçon/Laser peut atteindre les deux objectifs ci-dessus; trous percés, éléments formés. Les pièces entièrement percées et coupées seraient ensuite pliées selon les besoins à l’aide d’une presse plieuse à commande numérique, où des butées programmable et mobile, permettent à la pièce d’avoir plusieurs pliages, souvent à différentes hauteurs et angles de pliage pour répondre aux exigences de dessin. Ceux-ci ne nécessitent généralement aucun outillage, ou de l’outillage minimes, tels que petits poinçons et matrice assortis pour le perçage et outillage de presse plieuse mâle et femelle pour le pliage. La plupart des ateliers de fabrication de métaux ont un arsenal pour répondre à une grande variété d‘exigences comme celle-ci, de sorte que le client devra supporter peu ou pas de frais d’outillage.

Les coûts des pièces sont proportionnels au temps nécessaire pour couper les pièces de chaque feuille, à la façon dont elles s’imbriquent dans la feuille (qui établit la quantité de matériau nécessaire pour produire chaque pièce) et si des (ou quelles) opérations secondaires sont nécessaires telles que le pliage, qui se compose principalement de main-d’œuvre.

L'estampage de métal

L’estampage des métaux est généralement effectué à l’aide de presses mécaniques ou hydrauliques de tonnage croissant, et une ou plusieurs matrices d’estampage sont utilisées pour former plusieurs ou toutes les caractéristiques d’une pièce en tôle. 

Le prix est en fonction de la taille de la pièce, de la complexité et du degré d’achèvement de la pièce que la matrice produira. Les petites pièces qui ne sont pas trop complexes peuvent souvent être entièrement produites (c’est-à-dire sans opérations secondaires ou ultérieures) dans une matrice progressive et ces pieces ont le retour sur investissement le plus court. 

Les pièces plus grandes impliquent généralement des coûts de matrice plus élevés, qui elles peuvent croître de façon exponentielle avec la complexité des pièces.

metal stamping

Matrice progressif

Les principaux avantages d’avoir une matrice capable de produire une pièce entière sont que les taux de production sont élevés et, en une seule opération, donc un coût de main-d’œuvre relativement faible. Ceci entraîne un coût unitaire de pièce le plus bas possible, à condition que les volumes puissent justifier/amortir le coût de l’outillage et fournir un retour sur investissement acceptable.

bar hangers recessed lighting metal stamped

Une façon de réduire les coûts des matrices est de produire la pièce sans toutes les fonctionnalités requises, ce qui élimine une certaine complexité des matrices, donc le coût des matrices. Pour terminer la pièce, des opérations secondaires ou des matrices (souvent des matrices plus simples et moins coûteuses) peuvent être utilisées pour terminer la pièce. Alternatively, secondary operations without dies (e.g. bending in press breaks) can sometimes be employed to complete the part. Cela s’accompagne toutefois avec des frais de main-d’œuvre supplémentaires en raison des multiples opérations et de la manutention des pièces.

Lorsque votre fournisseur a un ou plusieurs matrices existantes pour fabriquer une variante acceptable de la pièce dont vous avez besoin, ou si l’une de ces matrices peut être modifiée pour le faire, vous pourrez peut-être obtenir ce dont vous avez besoin avec peu ou pas de frais d’outillage, en plus d’un faible coût de la pièce car la pièce est fabriquée sous forme d’estampage de métal. Cela peut également être bénéfique dans le cas d’un nouveau produit dont la conception n’est pas suffisamment stable, ou s’il y a des volumes inconnus qui ne peuvent pas être en mesure de justifier le coût d’une matrice.

Fabrication hybride

C’est là que l’estampage et la fabrication des métaux deviennent fluides, grâce à un fournisseur qui dispose des deux capacités : un équipement de fabrication des métaux à commande numérique et des presses à estamper, idéalement avec un grand nombre de matrices ouvertes (appartenant au fournisseur ou non propriétaires), dont vous pourriez bénéficier.

  • Des matrices progressives qui ébauchent la pièce, mais qui ne plient que peu ou pas du tout car les volumes ne peuvent pas justifier une matrice aussi complexe. Dans de telles situations, les pièces peuvent être réalisées en deux étapes; l’ébauche réalisée dans une matrice moins coûteuse, suivie d’un pliage CNC. Le coût unitaire de la pièce peut être plus élevé qu’une matrice entièrement progressive, mais les coûts d’outillage seront réduits.
  • Capitalisez sur un article existant d’un fournisseur qui est produit dans une matrice, mais faites-le personnaliser ou modifier le selon vos besoins en utilisant leur équipement CNC. Par exemple, votre fournisseur dispose d’une matrice qui peut produire un moule ou un étrier avec une gamme limitée de tailles de trous. Ils peuvent être en mesure de fabriquer cette pièce sans aucun trou, puis de monter cette pièce sur leur laser CNC ou poinçonneuse pour couper votre trou personnalisé. Mieux encore, s’ils ont une machine de combinaison CNC Poinçon / laser, ils peuvent être capables de couper des trous sans aucun outillage (y compris des trous de forme irrégulière) et d’ajouter les nombreuses autres fonctionnalités précédemment discutées, le tout dans la même opération secondaire.

La différence entre un atelier à commande numérique qui dispose, par exemple, de machines laser et/ou de poinçonneuses sans capacités d’estampage, par rapport à un avec ces capacités, c’est qu’avec le premier, à mesure que les quantités augmentent, ce fournisseur se contentera de plus en plus à fabriquer la pièce à sa manière habituelle, étant incapable d’offrir des alternatives plus compétitives en termes de coûts.

En revanche, en travaillant avec un fabricant qui a à la fois des capacités de fabrication de métal flexible et des capacités d’estampage de métal, ils n’ont aucun problème à vous dire, en tant que leurs client, si/quand vous gaspillez votre argent et immobilisant leur machine flexible pour fabriquer un article qui peut être plus rentable grâce à l’estampage des métaux. Dans cette situation, ils vous suggéreront que vous investissiez dans une matrice qui se paierait d’elle-même rapidement en coût de pièce réduit. Cela peut également libérer leur machine CNC flexible pour produire vos pièces de production à volume moyen inférieur; c’est à quoi ce genre de machines sont les mieux conçues!

La chose importante à retenir est de faire preuve d’ouverture et de souplesse lorsque vous travaillez avec votre fournisseur; plus vous le faites, plus il est susceptible qu’ils doivent potentiellement faire usage des matrices existantes et / ou de trouver la solution la plus économique, compte tenu des volumes de vos produits.

Pour plus d’information s’il vous plaît contacter [email protected].

Conception pour la fabrication (Parti 2)

wall bracket

En tant que fabricant de pièces métalliques, nous voyons des conceptions qui sont complexes, mais lorsqu’elles sont analysées, elles ont peu de caractéristiques inhérentes difficiles à réaliser. Le résultat est ce que veulent tous les OEM; une conception qui répond à leurs exigences pour le coût des pièces le plus bas possible, avec des résultats cohérents de la part du fabricant. Trop souvent, les OEM n’ont pas envisagé la conception pour la fabrication (DFM), (ou dans la mesure où ils le devraient), seulement ils vont voir des devis bien plus élevés qu’ils ne l’avaient prévu, ou dans le pire cas, aucun devis en raison d’impossibilités inhérentes.

Une autre raison de l’absence de DFM pourrait être due à la perception du concepteur de la façon dont la pièce sera fabriquée. Il se pourrait que, comme les volumes initiaux se trouvent à l’extrémité inférieure, le concepteur pense que la pièce est fabriquée par des processus de fabrication flexibles, tels que le laser CNC, le poinçonnage et le pliage, et conçois la pièce en tant que telle. L’exploitation des capacités de ces machines incroyables est souvent un excellent point de départ; il suffit de regarder les capacités indiquées dans le guide de conception CNC Punch / Laser. Cliquez ici pour télécharger le guide. Cependant, à mesure que les volumes augmentent, l’outillage dur peut offrir des solutions plus économiques. Si le concepteur n’a pas pris en compte la façon dont la même pièce peut être usinée en dur (fabriquée dans une ou plusieurs matrices), cela peut exclure l’option d’être usinée en dur, même si des volumes plus élevés peuvent le dicter, ou pas sans modifications de conception.

Que la pièce soit fabriquée par des procédés de fabrication flexibles tels que le laser CNC, le poinçonnage et le pliage, ou par un outillage dur dans des matrices progressives, les principes de conception restent les mêmes. Forts de notre expérience en tant que fabricant et estampeur de métal, voici de nombreux exemples de choses à FAIRE et à NE PAS faire pour atteindre le DFM:

1. NE PAS placer les trous (ou fentes) trop près les uns des autre

Une distance minimale de bord à bord entre le trou (ou les fentes) est recommandée pour éviter la distorsion, la déformation et la fracture du métal. Dans le cas de l’emboutissage, si deux trous ou découpes adjacents sont trop proches l’un de l’autre, la résistance du pont entre les deux sera insuffisante pour que l’acier à outils puisse résister aux forces de poinçonnage. Il existe des moyens de contourner cela, tels que le poinçonnage d’un trou dans une station, puis avec l’avancement du matériau vers une autre station où le second est poinçonné (les trous finiront toujours les uns à côté des autres). Étant donné que les deux trous à l’intérieur de la matrice sont maintenant séparés, il y a suffisamment d’acier à outils autour de chaque trou. Cependant, cela est également réalisé à un coût, car la matrice est maintenant plus longue, et peut-être une nouvelle station a été ajoutée qui, autrement, n’aurait pas été nécessaire si la séparation entre les trous ou les entités était plus grande.

En règle générale, et comme le montre la figure 1, essayez de maintenir la distance entre les trous (la distance du bord le plus proche au bord adjacent le plus proche) au moins 2 fois l’épaisseur du matériau, et de préférence 3 fois.

fig-1

Figure 1: Distances minimales entre trous ou découpes

2. NE PAS placer les trous ou fentes trop près du bord de pliage

Par exemple, si un court pli vers le haut doit être à côté d’un trou ou d’une découpe, le maintien d’une distance minimale entre eux résoudra ce qui pourrait entraîner une distorsion, une déformation, une fracture et d’autres problèmes. Par exemple, avec le poinçonnage CNC, si un pli vers le haut est trop proche d’un trou poinçonné, la tête du poinçon en haut dans la poinçonneuse CNC pourrait interférer avec le plie, nécessitant une opération supplémentaire à un coût supplémentaire.

En règle générale, gardez une distance minimale entre le pli et le bord du trou le plus proche à 2 fois l’épaisseur du matériau plus le rayon du pli (dimension «S» ci-dessous).

sheet metal part minimum distance hole and bend

Figure 2: Distance minimale entre les trous et les plis

3. NE PAS avoir de plis trop près du bord du matériau

Supposons, par exemple, qu’un pli haut de 0,09 po soit souhaité près du bord d’une pièce faite de tôle de 0,06 po d’épaisseur. Comme le montre la figure 3, il y a beaucoup plus de matériau supporté dans la matrice en V d’un côté que de l’autre.

fig-3

Figure 3: Pliage non-équilibré due à une patte plus courte

Cela conduit à des forces de friction déséquilibrées, qui conduisent souvent soit à un pli incomplet, soit à une courbe dans le matériau. Si une matrice en V plus petite est utilisée, de sorte que la même quantité de matériau de matrice est en contact avec la feuille des deux côtés du pli, les forces nécessaires pour réaliser le pli augmenteront et pourrait ne pas empêcher de courbure et peuvent laisser des marques de matrices à l’extérieur du pli en raison des forces plus élevées.

En règle générale, et comme le montre la figure 4, essayez de garder la paroi ou la patte la plus courte dans tous les plis au moins 3 fois l’épaisseur du matériel plus le rayon du pli.

sheet metal part minimum wall leg height

Figure 4: Minimum wall/leg height

4. NE PAS spécifier un rayon de pliage plus serré que nécessaire

 Les rayons doivent être désignés à l’intérieur des plis ou des formes, car l’extérieur n’est pas aussi contrôlable et est également affecté par la tolérance d’épaisseur du matériel. De plus, les rayons intérieurs des plis devraient idéalement être égaux à l’épaisseur du matériel, comme indiqué sur la figure 4; moins, dans certains cas, entraînera divers problèmes, notamment des fissures à l’extérieur du pli et du rétrécissement. Le fait de maintenir le rayon de pliage constant tout au long de la conception peut également augmenter les chances d’autoriser l’utilisation du même outil tout au long du processus de pliage, ce qui réduit potentiellement les mises en place, les opérations et les coûts.

5. FAIRE le choix du diamètre de trou minimum qui réduit la charge du poinçon et les bavures excessives

Gardez à l’esprit que les poinçons de petite taille sont plus sujets à la rupture. Par conséquent, le diamètre minimum du trou ne doit jamais être inférieur à l’épaisseur du matériel, et parfois 2 fois l’épaisseur du matériau pour du matériel plus dur, comme le montre la figure 5. Si pour une raison quelconque, le diamètre du trou doit être inférieur à l’épaisseur du matériel, il peut être coupé au laser mais la tolérance requise peut ne pas être réalisable. Par exemple, dans le cas de trous nécessitant l’insertion d’un petit insert PEM, la tolérance de trou requise est souvent de +.003 / – .000; une chose qui peut ne pas être réalisable par une découpe au laser.

sheet metal part minimum hole diameter

Figure 5: Diamètre minimum du trou

6. Le grugeage de coin doit être prévu à l’extrémité des bords pliés là où ils se rencontrent, afin d’éviter les «surplombs» et les déchirures aux plis

Les surplombs deviennent plus importants pour les pièces plus épaisses qui ont des rayons de pliage plus petits, et peuvent même atteindre la moitié de l’épaisseur du matériau. Les pliages qui sont faits trop proches d’un bord peuvent également provoquer des déchirures. En règle générale, le grugeage de coin doit être au moins égal à l’épaisseur du matériel en largeur «l» et être plus long «L» que le rayon de pliage, comme indiqué sur la figure 6.

Figure 6: Grugeage de coin avant et après pliage

Conclusion

N’oubliez pas que les fonctions et la complexité des fonctions sont directement liées au coût de la pièce. Essayez toujours de simplifier (ou d’éliminer!) autant de fonctions que possible. En cas de doute, demandez à votre fabricant.

Il existe de nombreuses façons de fabriquer une pièce. En plus d’indiquer à votre fabricant les quantités de lots que vous souhaitez citer, essayez également de leur donner vos EAU. Ils connaissent leur équipement, ils devraient donc être en mesure de résoudre votre problème au coût le plus bas possible compte tenu des quantités de lots et des EAU.

Si vous n’êtes pas sûr, partagez votre assemblage avec votre fabricant. Celui qui travaille dans votre intérêt, qui comprend et applique les techniques de DFM, peut avoir des solutions économiques pour vous.

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Emboutissage & Emboutissage Profond

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L’emboutissage est un procédé de formage de tôle utilisé pour créer des formes tridimensionnelles à partir d’un flan unique, sans chevauchement, ni joints, ni aucun autre moyen permettant à la pièce de conserver sa forme.

Un flan de tôle est «étiré» radialement dans une matrice de formage ou par-dessus un poteau rigide, par une presse mécanique ou hydraulique pour donner une boîte sans joint ou sous une autre forme, par ex. éviers, réservoirs de gaz, boîtiers pour filtres à huile moteur, casseroles et poêles.

Soit un flan ronde prédécoupée est placée dans la matrice d’emboutissage, soit la bobine est introduite dans une matrice d’emboutissage composée, et le rond requis est ébauchée à l’instant qui précède le début de l’emboutissage. Le diamètre du flan est prédéterminé par calcul et / ou expérimentation. Dans la région du serre-flan, la zone externe du flan (à l’exception de l’ouverture d’emboutissage) subit une contrainte d’emboutissage radiale et une contrainte de compression tangentielle dues aux propriétés de rétention du matériau.

Imaginez la pièce à emboutir en tant que moyeu d’une roue de vélo et que les rayons représentant les forces appliquées sur le serre-flan pendant l’emboutissage, comme indiqué sur l’image ci-dessous. Effrénées, ces contraintes de compression produiraient ce que l’on appelle les «frisures». Celles-ci peuvent être évitées en utilisant un serre-flan, dont la fonction est de contrôler le flux de matière au fur et à mesure que la pièce est emboutie.

S’il vous plaît regarder la vidéo ci-dessous du processus d’emboutissage et emboutissage profond.

deep drawing compression illustration

D’autres opérations telles que le poinçonnage et le rognage du rebord peuvent parfois être combinées avec le processus d’emboutissage.

Procédé d’emboutissage profond

Lorsque la hauteur de la pièce approche ou dépasse son diamètre ou sa largeur minimale, le processus est appelé emboutissage en profond. Ceci est réalisé en ré-emboutissant la pièce à travers une série de matrices ou d’opérations de « ré-emboutissage », dans lesquelles le matériau est prélevé par le dessus, puis reformé et légèrement étiré pour fournir la profondeur supplémentaire requise (montré à 0:17 – 0: 37 dans la vidéo Emboutissage et Emboutissage Profond ci-dessus).

Les photos montrent le ré-emboutissage nécessaires pour fabriquer une coque en aluminium de 6 po de diamètre x 11″ de haut à partir d’un flan de 18-1/8″ de diamètre.

deep drawn aluminum cylinders

cylindres d'alumininum embouti

Matériaux d’emboutissage profond

De nombreux métaux différents peuvent être emboutis. L’acier laminé à froid, l’acier inoxydable, le cuivre, le laiton, l’aluminium et d’autres matériaux sont possibles utilisant le procédé d’emboutissage profond.

Les quatre classes principales de tôles et de feuillards en acier à faible teneur en carbone disponibles sont les aciers commerciaux (CS), les aciers d’emboutissage (DS), les aciers d’emboutissage profond (DDS) et les aciers d’emboutissage extra-profond (EDDS), également appelés IF ou acier libre interstitiel, dont chacun augmente sa «capacité d’emboutissage», mais aussi à un coût croissant.

Les principaux facteurs suivants affectent le choix de la nuance et de la qualité des tôles et feuillards en acier à faible teneur en carbone pour l’emboutissage profond.

  1. Importance de l’emboutissage déterminée par la quantité de la réduction.
  2. Épaisseur du matériel.
  3. Forme de la pièce (ronde, rectangulaire ou conique)
  4. Exigences de collerette
  5. Exigences de repassage
  6. Finition souhaitée
  7. Taille des grains
  8. Vitesse de la presse
  9. Disponibilité du materiel
  10. Coût.

Presses d’emboutissage profond

Une variété de presses à emboutissage profond, chacune ayant des capacités différentes, sont utilisées pour produire des pièces embouties en estampage de métal.

Mécanique ou hydraulique, la presse nécessite le tonnage ou la force requise pour emboutir la pièce. La vitesse du piston est un autre facteur déterminant pour décider quelle presse de tonnage convient le mieux, laquelle ne doit pas dépasser la vitesse d’emboutissage du matériau.

La presse doit également être équipée d’un coussin de matrice, qui est généralement situé sous le plateau de la presse, afin de fournir une pression sur le serre-flan afin de contrôler le flux de matériau sur le rayon de la matrice; trop peu de pression peut entraîner des plis, tandis qu’une pression trop forte peut limiter l’écoulement de la matière au point de provoquer des fissures ou des déchirures.

Types de station d’emboutissage profond

Le processus d’emboutissage profond comprend de nombreux processus individuels plus petits. Ceux-ci peuvent inclure:

  • Découpage: Le découpage consiste à découper initialement la feuille ou la bobine de tôle en formes ronds ou profilés plats, appelés flans, nécessaires à l’emboutissage profond.
  • Emboutissage: L’emboutissage est le processus de formage du métal avec un poinçon et une matrice et constitue le cœur du processus d’emboutissage profond. L’emboutissage est souvent réalisé progressivement avec une série plus petite de matrices qui réduisent la forme et augmentent la profondeur de la pièce.
  • Découpage du flan et emboutissage: combine les opérations de découpage et d’emboutissage dans une matrice composée.
  • Perçage: Le perçage consiste à percer des trous dans le stock de métal nécessaires à la pièce finie.
  • Rognure: Dans le procède de rognure, l’excès de métal nécessaire pour emboutir la pièce est enlevée de la pièce finie.
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Au fur et à mesure que le matériau avance dans la matrice et le processus de formage, la pièce peut recevoir des opérations supplémentaires telles que:

  • Beading: Le matériau est déplacé pour créer un anneau de matériau de diamètre supérieur ou inférieur au diamètre du corps d’origine d’une pièce, souvent utilisé pour créer des sièges à joint torique.
  • Perçage: Une partie ronde ou en forme de métal est découpée dans la pièce.
  • Renflement: Une partie du diamètre de la pièce est forcée de dépasser de la géométrie environnante.
  • Frappe: Le matériau est déplacé pour former des formes spécifiques dans la pièce.
  • Curling: Le métal est roulé sous une matrice de curling pour créer un bord roulé.
  • Extrusion: Lorsqu’un trou pilote est percé, un poinçon de plus grand diamètre est poussé, ce qui provoque au métal de s’étendre et croît en longueur.
  • Repassage: Processus visant à réduire l’épaisseur de paroi des pièces.
  • Retrait: Le diamètre d’une partie de la pièce est réduit à un diamètre inférieur au diamètre principal.
  • Entaille: Une entaille (ronde, carrée ou en forme) est découpée dans l’extrémité ouverte de la pièce.
  • Formation de nervures: implique la création d’une côte saillante vers l’intérieur ou l’extérieur.
  • Perçage latéral: Des trous sont percés dans la paroi latérale de la partie emboutie.
  • Estampage / marquage: Généralement utilisé pour mettre une identification ou des marques sur une pièce.
  • Filetage: À l’aide d’une roue et d’un arbre, les filets forment une pièce.
  • Découpe: Le métal en excès nécessaire pour emboutir la pièce est coupé de la pièce finie.

Emboutissage profond vs repoussage de metal

Advantages

  1. Finition de surface: Contrairement au repoussage qui laisse souvent une finition de surface médiocre contenant ce qu’on appelle des «vrille», le processus d’emboutissage et d’emboutissage profond laisse généralement une finition beaucoup plus fine et uniforme.
  2. Précision: Les pièces embouties et embouties profond présentent généralement moins de variations dimensionnelles et des tolérances beaucoup plus strictes.
  3. Forme: Le repoussage est limité aux formes rondes, tandis qu’une pièce emboutie profond peut être carrée, rectangulaire ou un mélange de profils (par exemple, des réservoirs d’essence), soumis bien entendu aux limites de contrainte et de déformation du matériau utilisé et à la forme souhaitée.
  4. Coût à l’unité: En raison des taux de production beaucoup plus rapides par rapport au repoussage, une pièce embouti coûtera presque toujours moins cher.
  5.  

Disadvantages

  1. Coût d’outillageLes matrices d’emboutissage, en fonction de leur complexité, peuvent devenir très coûteuses, leur justification étant basée sur les volumes projetés, ainsi que sur les autres.

Conclusion

Travailler avec un estampeur de métal réputé, expérimentée, possédant une expérience en emboutissage, emboutissage profond et un outillage existant, constitue votre meilleure chance de tirer profit de ce processus. Rappelez-vous que plus votre conception est flexible, plus il est probable que le nombre de ré-emboutissage nécessaires sera réduit, de même que de capitaliser sur l’outillage existant du fabricant, éventuellement avec une modification minimale de l’outillage.

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Estampage à matrice progressive 101

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L’estampage par matrice progressive est un procédé de découpage/formage de métal en feuille utilisé largement dans la fabrication de pièces pour diverses industries.

Une matrice progressive est un dispositif constitué de plusieurs stations de travail individuel, chacun effectuant une ou plusieurs opérations différentes sur la pièce, telles que le poinçonnage, le découpage, le pliage, le formage et l’emboutissage. Les composantes de précision de la matrice progressive sont montées dans un ensemble appelé plaques de fixation (deux plaques en acier doux : une supérieure et une inférieure reliées entre elles par des colonnes de guidage de précision pour aligner les composantes), qui sera monté dans une presse à estampage alternative. Lorsque la partie mobile de la presse monte, la moitié supérieure de la matrice se déplace avec elle, permettant ainsi la bande d’avancer d’un pas à chaque coup. Ensuite, la partie mobile de la presse redescend, ainsi la matrice se ferme pour exécuter les opérations d’estampage simultanément sur toutes les stations de travail.
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une matrice progressive

Un système d’alimentation fait avancer une bande de métal (généralement sous forme d’une bobine) à travers tous les stations d’une matrice d’estampage progressive à une distance ou un «pas» spécifique, qui correspond à une distance constante entre chaque station de la matrice. Lorsque la bande est poussée dans la matrice, chaque station effectue une opération spécifique. Au fur et à mesure que la bande avance, un nombre croissant de caractéristiques deviennent inhérentes à la pièce. La station finale est une opération de découpe qui sépare la pièce finie de la bande ou (mise en bande). À chaque coup de presse, une pièce finie est éjectée de la matrice. La mise en bande, avec le métal qui a été découpé lors d’opérations précédentes, deviennent des déchets. Que ceux soient poinçonnés ou découpés, les déchets sont séparés de de la bande, puis éjectés ailleurs de la matrice.

Etant donné que différentes opérations sont effectuées progressivement dans différentes stations de la matrice, il est important que la bande soit avancée très précisément de manière à ce qu’elle s’aligne à quelques millièmes de pouce lorsqu’elle se déplace d’une station à une autre. Des « pilotes » à bout coniques pénètrent dans des trous préalablement percés dans la bande à fin d’assurer cet alignement, car le mécanisme d’alimentation seul ne suffit pas souvent pour fournir la précision nécessaire pendant l’avancement de la bande. Les composantes des matrices de haute précision (blocs de matrice, poinçons, cames, etc.) sont généralement fabriquées en acier à outils traité thermiquement pour résister à l’usure due aux fortes charges de choc, et aux forces abrasives associées.

Considérations financières pour les matrices progressives

Les coûts des matrices progressives sont déterminés par la complexité de la pièce, le nombre de fonctions ainsi que la complexité de chaque fonction. La minimisation et la simplification de tous ces aspects au sein de la pièce jouent un rôle essentiel dans la réduction des coûts de de fabrication de la matrice. Les fonctions trop petites, trop étroites ou proches les unes des autres peuvent être problématiques, car le fait qu’il n’y a pas suffisamment d’espace peut nécessiter des stations de supplémentaires, ce qui entraîne une augmentation de des coûts de la matrice progressive.

Les coûts de matrices progressives peuvent s’étendre  de moins de 10 000 dollars à plusieurs centaines de milliers de dollars. Ils dépendent en grande partie de la taille et de la complexité des pièces. La justification d’une matrice progressive est presque toujours dictée par la quantité de pièces. Quand le volume est assez suffisant, le recours au procédé d’estampage progressif peut être justifié, car il conduit au coût de fabrication la pièce, le plus bas, principalement grâce aux cadences de production souvent très élevées, menant à un coût de main-d’œuvre par pièce relativement faible et souvent sans aucune opération secondaire.

Alternatives a l'estampage progressive

  • Fabrication par CNC: Découpage par poinçonneuse, laser CNC, et d’autres techniques de fabrication de pièces en métal : Ces procédés requièrent peu ou pas d’outillage. Elles sont donc idéales pour les volumes de pièces inférieurs. Cependant, en raison de l’augmentation de la quantité de matière brute et manipulation de pièces, des opérations et de la main-d’œuvre, le coût des pièces sera invariablement plus élevé.
  • L’estampage progressif partiel: C’est ici que certaines des fonctionnalités de la pièce sont produites dans une matrice progressive, mais que les fonctionnalités les plus complexes, ou celles ayant de nombreuses variantes, sont produites soit dans une matrice secondaire (et à moindre coût), ou sont finies ou personnalisées à l’aide de Techniques de fabrication des métaux CNC.

Conclusion

En conclusion, à moins que les quantités de pièces soient exceptionnellement élevées (le cas où une matrice progressive serait la meilleure solution), ou exceptionnellement faibles (dans lequel cas une solution sans outillage pourrait être justifiée), une analyse coûts/avantages doit être effectuée pour évaluer les coûts à court et à long terme à différentes quantités de pièces en utilisant chaque procédé. Travailler avec un fabricant de métal bien réputé offrant une gamme multiple de solutions et de procédés de fabrication vous aidera à déterminer la solution la plus optimale pour vous.

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