Chapitre un : Qu'est-ce qu'une matrice d'emboutissage en métal ?

L'emboutissage de métal est un procédé de formage à froid qui commence par une bande de métal, appelée flan ou acier à outils. Grâce à un ou plusieurs outils, cette méthode découpe et façonne le métal pour obtenir la forme souhaitée de tôle ou de profilé. La force appliquée sur le flan modifie sa géométrie, induisant une contrainte qui rend la pièce apte au pliage ou au façonnage de formes complexes. Les pièces embouties produites par cette méthode peuvent varier considérablement en taille, de très petites à extrêmement grandes, selon l'application.

L'emboutissage des métaux, également appelé pressage, englobe diverses techniques telles que le poinçonnage, le découpage, le perçage, le matriçage et bien d'autres. La précision de la conception est essentielle pour garantir une qualité optimale à chaque poinçon.

Les matrices utilisées en emboutissage sont des outils spécialisés, conçus pour produire des motifs spécifiques, allant des simples objets du quotidien aux composants informatiques complexes. Elles peuvent être conçues pour des opérations à fonction unique ou pour s'intégrer à une série de fonctions exécutées par étapes. Il existe quatre types de matrices d'emboutissage : les matrices à poinçon unique, les matrices progressives, les matrices composées et les matrices de transfert.

Lorsque vous commencez à concevoir une matrice d'emboutissage, faites attention à l'acier et aux matériaux comme ci-dessous :

Si le matériau d'emboutissage a une dureté élevée, comme l'acier inoxydable, la matrice d'emboutissage doit utiliser de l'acier avec un matériau avec une bonne résistance à l'usure, comme le Cr12MoV.

1.2 Pour les matériaux souples,Pour les matrices d'emboutissage, comme l'aluminium, la résistance à l'usure est légèrement inférieure, mais l'adhérence du matériau doit être prise en compte pour éviter son adhérence. Vous pouvez choisir un acier pour matrices doté de bonnes propriétés anti-adhérentes.

Pour les matrices soumises à de fortes charges d'impact pendant le fonctionnement, telles que les matrices d'emboutissage pour les grandes couvertures automobiles, le matériau doit avoir une ténacité élevée et des aciers tels que SKD11 peuvent être sélectionnés.

Si l'environnement de travail de la matrice présente des risques de corrosion, comme le travail dans un environnement humide, vous devez choisir un acier de matrice résistant à la corrosion, comme l'acier inoxydable.

Pour les petits lots, les exigences de performance du matériau de la matrice peuvent être réduites de manière appropriée, et des matériaux moins chers tels que l'acier 45 peuvent être sélectionnés, et un traitement thermique approprié peut être effectué pour améliorer les performances.

Pour les grandes séries, privilégiez un acier à matrices performant, résistant à l'usure et offrant une longue durée de vie. Des matériaux comme le carbure cémenté peuvent être utilisés pour l'emboutissage des matrices destinées à la production en série.

Les moules de haute précision nécessitent une faible déformation du matériau, comme l'acier CrWMn, qui présente une faible déformation de trempe et convient à la fabrication de moules d'emboutissage de haute précision.

Afin de répondre aux exigences de performance, le prix de l'acier à mouler, le coût de transformation, etc., sont pris en compte de manière exhaustive. Par exemple, certains nouveaux aciers à mouler offrent de bonnes performances mais sont coûteux ; il est donc nécessaire de peser le pour et le contre.

Un poinçon ou moule simple est composé d'un moule concave et d'un moule de poinçon, ou de plusieurs moules concaves et de plusieurs moules de poinçon. Chaque poinçon ne réalise qu'une seule fois le perçage ou la forme, car sa structure et sa fonction sont fixes et conçues pour un procédé spécifique. Fabriqué en métal, il ne peut être utilisé pour d'autres procédés. Il est généralement destiné à la production en petite ou moyenne série, notamment lorsque la position ou la forme du poinçonnage doit être modifiée fréquemment. Il peut être ajusté et remplacé facilement en cours de production, et son coût est faible. Il convient à la production de petites séries d'emboutissage de métal avec des procédés relativement simples.

Tout d'abord, placez la plaque métallique à poinçonner dans la zone de travail de la matrice de poinçonnage. La pièce est souvent serrée pour assurer sa stabilité pendant l'emboutissage. Le poinçon de la matrice de poinçonnage descend, exerçant une force d'impact sur la pièce métallique. Le trou ou la forme souhaitée est formé. Une fois l'impact terminé, le poinçon est soulevé de la pièce pour préparer l'emboutissage suivant. Retirez ensuite manuellement la pièce et répétez l'opération ci-dessus.

2.1 Production plus rapide – Plusieurs découpes peuvent être réalisées à partir de plusieurs matrices.

2.2 Positionnement de l'ébauche – Le chargement et le repositionnement de l'ébauche sont faciles. Elle peut être tournée, retournée et déplacée sans effort.

2.3 Géométries complexes – Produit des géométries complexes sans nécessiter de calculs ou d’ajustements spéciaux.

2.4 Manipulation des matrices – Les matrices sont plus légères et moins coûteuses à manipuler.

2.5 Outillage – L’outillage est plus petit et facilement accessible.

L'outil progressif, également appelé outil continu ou moule, est un outil d'emboutissage à froid qui utilise des matières premières en forme de bande en une seule opération et utilise plusieurs postes pour réaliser simultanément plusieurs opérations d'emboutissage sur un ensemble de moules. Chaque opération d'emboutissage du moule est terminée. Une fois la bande de matériau déplacée à une distance fixe, les pièces découpées sont progressivement formées dans le moule continu. Le formage continu est une méthode de traitement concentrée, permettant de réaliser facilement des opérations de découpe, d'incision, de rainurage, de poinçonnage, de déformation plastique et de découpage. Ce processus est réalisé sur un moule.

L'outil progressif peut réaliser plusieurs opérations en une seule opération. Voici le déroulement typique d'un outil progressif :

(1) La plaque ou la bande métallique est introduite dans la matrice progressive sous forme de bobine. Le système d'alimentation guide le matériau métallique pour assurer son positionnement précis dans le moule.

(2) Le système guide la bande métallique dans le moule, le système de serrage garantit que la bande métallique reste stable pendant tout le processus d'emboutissage et le système de guidage garantit que la bande métallique est positionnée avec précision.

(3) Premier processus d'emboutissage : Dans le premier processus de la matrice progressive, la bande métallique passe à travers le premier poinçon et la première matrice pour terminer le premier processus d'emboutissage, qui peut être le poinçonnage, la découpe ou le formage de forme, etc.

(4) La courroie métallique guide la pièce qui a terminé le premier processus vers l'emplacement du processus suivant via le système mobile.

(5) Deuxième emboutissage : lors de ce deuxième processus, la bande métallique passe à nouveau dans un autre jeu de poinçons et de matrices pour finaliser le deuxième processus. Ce processus est répété dans tout le moule, chaque opération étant réalisée sur une bande métallique continue.

(6) Continuez jusqu'à ce que la pièce passe tous les processus conçus.

(7) Déchargement : Une fois tous les processus terminés, la pièce est déchargée du moule pour l'opération suivante, telle que l'assemblage ou le traitement ultérieur.

3.1 Les matrices progressives sont idéales pour produire des pièces simples à moyennement complexes avec des formes répétitives et des caractéristiques uniformes.

3.2 Ils sont très efficaces pour l’alimentation continue de matériaux et nécessitent une intervention minimale de l’opérateur.

3.3 Les matrices progressives sont bien adaptées aux longues séries de production avec une conception de pièce cohérente.

3.4 Chaque station de la matrice est chargée d'effectuer une opération spécifique, telle que la découpe, le pliage, le poinçonnage ou le formage, au fur et à mesure que la bande avance.

L'outil composé est un outil d'emboutissage qui réalise simultanément les opérations de perçage intérieur et de formage extérieur au même poste (il peut ainsi réaliser plusieurs opérations d'emboutissage simultanément en une seule opération). Plusieurs opérations peuvent être réalisées en un seul emboutissage, notamment le poinçonnage ou le formage de formes. La conception multi-processus combine, dans une certaine mesure, les avantages des outils à poinçon unique et des outils progressifs.

Les matrices composées sont utilisées dans de nombreuses opérations d'emboutissage. Lorsqu'une pièce nécessite l'emboutissage de plusieurs éléments et que ces opérations peuvent être réalisées indépendamment les unes des autres, une matrice composée peut être utilisée. Elle permet d'obtenir plusieurs éléments d'emboutissage à chaque passage de presse. De plus, elle assure une excellente planéité de la pièce.

4.1 Efficacité - Les matrices composées coupent des pièces complexes en un seul passage, évitant ainsi le recours à plusieurs matrices.

4.2 Rentabilité - L'emboutissage composé permet de fabriquer des pièces rapidement, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.

4.3 Vitesse - L'emboutissage composé produit des pièces en quelques secondes et peut produire plus de 1 000 pièces en une heure.

4.4 Répétabilité - L'utilisation d'une seule matrice dans l'emboutissage composé garantit que chaque pièce a les mêmes dimensions et la même configuration.

Placer les matières premières à traiter à l'emplacement prévu grâce à des dispositifs automatiques ou manuels. Lorsque le moule supérieur descend sous l'action du coulisseau de la presse, le moule, le déchargeur et le poinçon du moule supérieur entrent d'abord en contact avec la bande et continuent de se pressuriser. Les bords extérieurs du poinçon et du moule concave agissent ensuite sur le moule et le poinçon, ainsi que sur les bosses et les creux. L'alésage intérieur du moule est simultanément découpé et poinçonné pour séparer la pièce de la bande.

Les matières premières sont directement formées après avoir été estampées par le moule composite.

L'emboutissage par transfert est similaire à l'emboutissage progressif, mais les pièces sont transférées d'un poste à l'autre via un système de transfert mécanique. Il est principalement utilisé lorsque des pièces doivent être retirées de la bande pour permettre des opérations à l'état libre. Le moule de transfert peut être un moule unique, plusieurs moules ou machines disposés en ligne pour former une ligne de production. Il est généralement utilisé pour la production de pièces plus complexes, où chaque poste de travail peut effectuer différentes opérations telles que le poinçonnage, le pliage, l'étirage, etc.

5.1 Les matrices de transfert conviennent aux pièces complexes qui nécessitent plusieurs opérations et un positionnement précis.

5.2 Ils sont capables de produire des pièces complexes avec des tolérances serrées.

5.3 Les matrices de transfert sont souvent utilisées dans les séries de production à grand volume en raison de leur efficacité et de leurs capacités d'automatisation.

5.4 La pièce se déplace entre les stations et chaque station peut effectuer des opérations telles que la découpe, le pliage, le poinçonnage ou le frappe.

L'emboutissage par transfert utilise un dispositif de transmission pour transférer la pièce. Après chaque poste d'emboutissage, la pièce est déplacée mécaniquement ou manuellement vers le poste suivant pour l'emboutissage. Les systèmes d'emboutissage par transfert peuvent être constitués de plusieurs matrices distinctes ou d'une série de matrices.

En général, l'acier, l'aluminium, le cuivre, l'acier inoxydable et le laiton sont couramment utilisés dans l'emboutissage des matières premières.

6.1 La matrice à poinçon unique est simple et flexible, mais la vitesse est lente.

6.2 L'emboutissage progressif permet de fabriquer des pièces aux géométries complexes de manière rapide, rentable et avec une répétabilité élevée.

6.3 L'emboutissage composite est réalisé en une seule étape, il convient donc aux pièces aux structures relativement simples.

6.4 La matrice de transfert convient aux situations où plusieurs processus doivent être réalisés en une seule course.

Entretien

Retirez les copeaux métalliques, les débris et les résidus de lubrifiant de la matrice après chaque utilisation ou à intervalles réguliers. Utilisez des brosses, des soufflettes ou des solvants de nettoyage (adaptés au matériau de la matrice) pour maintenir la surface propre. Par exemple, pour une opération d'emboutissage de pièces automobiles en grande série, la matrice peut nécessiter un nettoyage quotidien.

Appliquez régulièrement un lubrifiant approprié pour réduire les frottements entre les pièces mobiles de l'outil. Des huiles ou graisses d'emboutissage de haute qualité peuvent prévenir l'usure et la surchauffe. La fréquence de lubrification dépend de la vitesse et de la charge d'emboutissage ; pour un outil peu sollicité, une lubrification hebdomadaire peut être nécessaire.

Vérifiez régulièrement l'absence de signes d'usure, tels que des marques d'usure sur les poinçons et les matrices, des fissures ou des déformations. Utilisez une inspection visuelle, une loupe ou des méthodes de contrôle non destructif comme la magnétoscopie. Par exemple, vérifiez les arêtes de coupe des matrices de découpage pour déceler tout signe d'émoussement après quelques milliers de cycles d'emboutissage.

Affûtage ou remplacement des poinçons et des matrices

Si les tranchants des poinçons et matrices s'émoussent, ils peuvent être affûtés pour restaurer leur capacité de coupe. En cas d'usure importante, il est nécessaire de remplacer les composants usés. Par exemple, un poinçon utilisé pour percer des trous peut nécessiter un affûtage après un certain nombre d'utilisations afin de conserver des bords nets.

Pour les petites fissures ou les zones endommagées du corps de la matrice, le soudage peut être une solution de réparation viable. Cependant, il est essentiel d'utiliser un procédé de soudage et un matériau d'apport adaptés au matériau de la matrice afin de garantir que la zone réparée présente des propriétés similaires à celles du matériau d'origine. Après le soudage, la pièce réparée nécessite généralement un traitement thermique et un usinage pour restaurer sa forme et ses dimensions.

Si les composants de l'outil sont désalignés en raison de vibrations ou de chocs pendant l'emboutissage, il est nécessaire de les ajuster. Cela peut impliquer un calage ou l'utilisation de mécanismes de réglage de précision pour réaligner les poinçons et les outils. Par exemple, dans un outil d'emboutissage progressif, un désalignement peut entraîner une formation imprécise des pièces, et le réalignement des postes peut corriger ce problème.

Une matrice d'emboutissage est un outil spécialisé utilisé dans le processus de fabrication. Elle est conçue pour découper, façonner ou façonner des tôles selon les formes et les composants souhaités.

- Il se compose généralement de plusieurs éléments, tels que le jeu de matrices (comprenant les moitiés supérieure et inférieure), les poinçons et les empreintes. Les poinçons servent à appliquer une force pour déformer ou couper le métal.

- Il existe 4 types de matrices d'emboutissage en fonction des opérations qu'elles effectuent, comme les matrices de découpage pour découper des formes dans une feuille plus grande, les matrices de perçage pour créer des trous et les matrices de pliage pour plier le métal.

- Les matrices sont fabriquées à partir de matériaux tels que l'acier à outils qui peuvent résister à des pressions élevées et à des impacts répétés pendant le processus d'emboutissage.

La précision de la conception et de la fabrication est cruciale, car elle détermine la précision et la qualité des pièces embouties. Elles doivent être correctement entretenues pour garantir des performances constantes et une longue durée de vie dans les environnements de production industrielle, où elles jouent un rôle clé dans la production efficace de composants métalliques en série.