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LeprocédédetransformationparcintrageDesapplicationsinnovantespossiblespourl’aluminiumPar Yves Archambault, chargé de projets, Alcoa Innovation
Danscetarticle,nousallonsfaireunsurvolrapideetillustréduprocédédecintrage,appliquéàdesprofilésd’aluminiumextrudé.Nousverronsaussileslimitesthéoriquesduprocédéimpliquantquelquesalliagescourants.L’objectifviséestdedonneruneinformationgénéralepermettantd’éviterdessituationsoù,àl’issued’unprocessusdeconception,unecomposantes’avéreraitplusdifficilequeprévuàcintrer.
Lecintrageestuntermegénériquequiinclutcinqtechniques:
1. Lecintrageparenroulement-traction(rotarydrawbending)2. Lecintrageparenroulement-compression(rotarycompressionbending)3. Lecintrageparroulage(rollbending)4. Lecintragesurpresse(rambending)5. Lecintrageparétirement(stretchforming)
Cestechniquessontdécritesetillustréesci-dessous:
1. CINTRAGEPARENROULEMENT-TRACTION(rotarydrawbending)
Description:
A:Lapièceàcintrer,untuberond,estretenuedansunmors(1)quifaitpartieintégrantedel’outildeformerotatif(2).Lemorsestappeléàtirerlapartieprisonnièredutubepourqu’ils’enrouleautourdel’outil.Toutjustederrièresetrouveunsystèmedeguidagefixe,formédessabots(3),(4)quimaintiendrontl’alignementdelapartielibredutubependantl’enroulement.
B:Lecintrages’effectueparlatractiondumors(1)quieffectueunerotationsimultanéeavecl’outildeforme(2),forçantletubeàs’enroulerautourdel’outil.Danslecasoùlaformecirculairedutubedoitêtremaintenue,unmandrinflexible(5)estinsérédansletube,telquemontré.Àdéfaut,letubeaurauneformeovaliséeplusoumoinsprononcéeselonladéformationimposée.
C:Leliensuivantvousdirigeraversunecourtevidéomontrantleprocédéréalisésurunesectioncarrée.
https://www.youtube.com/watch?v=ONA45QCvVZA
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2. CINTRAGEPARENROULEMENT-COMPRESSION(compressionbending)
Description:
Ceprocédéestunevarianteduprécédent,àladifférencequ’ils’agitmaintenantduboutlibredutubequiestenrouléautourdel’outil.Surl’imageci-contre,lemors(1)tientfermementletubesurl’outildeforme(2),etlesabot(3)sedéplacesurunarcdecercle,forçantainsiletubeàs’enroulerautourdel’outil.
https://www.youtube.com/watch?v=BmsicGz2Izw
3. CINTRAGEPARROULAGE(rollbending)
Description:
Leprofiléàcourberestplacésurlesdeuxrouleaux(1)etlerouleau(2)sedéplacepourappliqueruneforceverslebas,cequiapoureffetdedéformerplastiquementleprofilé.Legalet(2)estusinédefaçonàépouserlaformedelapièce.L’opérationpeutsefaireenplusieurspassagesaller-retour,pourgraduellementatteindrelerayondésiré.Uncontrôlenumériquedelapositiondugalet(2)permetdeproduiredesrayonsvariablessurunemêmepièce.
https://www.youtube.com/watch?v=J09E_luT1pM
Dansuneversionplusélaboréed’équipementdecintrage,untubepasseautraversd’unesériedegalets.Ci-contre,lapositiondugalet(2)déterminelerayonfinaldecintrage.Touslesgaletssontusinésselonlaformedutubepourenréduireladéformation.Enchangeantlapositiondugalet(2)encoursdeprocédé,ilestpossibledeproduireunepiècecontinuequipossèderaplusieursrayons.Deplus,unerotationdutubecréeradescourburesentroisdimensions.
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4. CINTRAGESURPRESSE(parpoussée,rambending)
Description:
Ils’agitprobablementdelaplusvieilleméthodedeplier,quiconsisteàdéformerunepièceentredeuxpointsd’appui.Onlaretrouvedanslecintragedetubesdesectionsymétrique,rond,carréetrectangulaire,surtoutenacier,maisàl’occasionavecl’aluminium.L’outillagealaréputationd’êtreéconomique.
www.youtube.com/watch?v=aj8XIvTOLtg
5. CINTRAGEPARÉTIREMENT(stretchbending,stretchforming)
Description:
Lapièceàcintrer,iciuntube,estretenueàsesextrémitéspardeuxmors(1).Letubeestétiréparlesmors,pendantquel’outildeforme(2)s’avancepourdéformerplastiquementletube.L’avantagedecetteméthodeestquel’effortd’étirementpermetd’éliminerlacompressiondelafibresituéeàl’intrados.Ilfaudracependanttenircomptedecetétirementinitialdelafibresituéeàl’extrados,quisubiraunallongementsupplémentairelorsdesadéformationsurl’outildeforme.Lesmorsetl’outildeformesontusinésenfonctiondelasectiondelapièceàétirer-cintrer,d’oùlaversatilitédeceprocédédanslecintragedeprofilésdedifférentesformes.
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Ci-dessous,unprofiléenformedeZestmontrédansundispositifdeformage.Unepiècecintréeestvisiblesurlatable.
Ceprocédéoffrelapossibilitédeformerdespiècesen3D,lorsqu’undéplacementverticalestajoutéauxmorsainsiqu’unoutildeformeprévuàceteffet.
Lesdeuximagesci-contremontrentunconceptd’unsystèmedecintrageparétirementen3D,oùlesmorssedéplacentautrementquedansleplanhorizontal.
https://www.youtube.com/watch?v=lPASKtj3jlA
https://www.youtube.com/watch?v=LoBD0ZLNbpA&t=13s
PièceforméeMors
MorsPièceenformage
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CALCULDURAYONMINIMALDECINTRAGE
Décritsimplementsanssesoucierdesinstabilitésdansuneapprochesimplifiée,leprocédédecintragerevientàétirerl’extradosetàcomprimerl’intrados.Lafibresituéeàl’axeneutredemeureinchangée.Notonsquelescalculsdedéformationsontbaséssurlapositiondel’axeneutreet,quedanslaréalité,cettepositionchangeencoursdeprocédé,d’oùlanécessitédevaliderexpérimentalementlescassévères.
Lafiguresuivanteillustrelestermescourammentutilisés:
Lesparamètresquisontenrelationserévèlent:l’extrados,l’intrados,lediamètreoriginaldutube(Do)qui,danslecasd’unprofiléd’uneautreforme,seraitlahauteurduprofilédansleplandecintrage,lerayonàl’axeneutre(R),ainsiquelerayonàl’intrados(Ri),lequelcorrespondaurayondel’outilutilisé.L’allongementserareprésentéparɛ.
Voicilesprincipalesrelationsrattachéesaucintrage,enneconsidérantquel’aspectgéométrique:
CALCULSDURAYONDECINTRAGEÀL’AXENEUTRE
Lecalculdel’allongementserésumeaurapportdescirconférences,ainsi:
𝐴𝑙𝑙𝑜𝑛𝑔𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 =𝐿𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟𝑑/𝑎𝑟𝑐à𝑙/𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 − 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟𝑑/𝑎𝑟𝑐à𝑙/𝑎𝑥𝑒𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑒
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟𝑑/𝑎𝑟𝑐à𝑙/𝑎𝑥𝑒𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑒
Lecalculapproximatifdel’allongement(ɛ)d’untubedediamètreDocintréàunrayonàl’axeneutre(R)estobtenupar:
ɛ =𝐷𝑜2 ∗ 𝑅
Extrados
Intrados
Axeneutre
Ri
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Cetterelationmetenévidencel’importancedurapportentrelediamètredutube,ouencorelahauteurduprofiléetlerayondecintrageàl’axeneutre.
Quelquesexemplesdel’importancedecerapport:
;<== 2=>ɛ = >
?∗?=>ɛ=0.25ou25%
;<== 10=>ɛ = >
?∗>B=>ɛ=0.05ou5%
;<== 100=>ɛ = >
?∗>BB=>ɛ=0.005ou0.5%
Appliquésàunalliaged’aluminium6061-T6,dontl’allongementàlaruptureestde8%,cesexemplespermettentdedéterminerlerapportlimite:
. 08 = <=?∗;
=> . 16 = <=; => 6.25 = ;
<=
Ainsi,danslecasd’untubed’undiamètrede2pouces,lerayondecintrageminimumàl’axeneutreserade12.5pouces.
CALCULDURAYONDECINTRAGEÀL’INTRADOS
Lerayondecintrageàl’intradosestsouventlavaleurd’intérêt,quecesoitpourledesigneroulecintreurquivoudradéterminerlerayondesonoutil.Lesrelationsmentionnéesprécédemmentpermettentaussibiendecalculerlerayonintérieurensoustrayantlademiehauteurdutubeaurayonàl’axeneutre.Àtitred’informationcomplémentaire,lesrelationsquisuiventutilisentlerayonintérieur(àl’intrados)aulieudurayonàl’axeneutre:
𝐴𝑙𝑙𝑜𝑛𝑔𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 =𝐷𝑜
2 ∗ 𝑅𝑖 + 𝐷𝑜
𝑅𝑖𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 =𝐷𝑜2∗1 − 𝐴%𝐴%
- OùA%estl’allongementàlarupturedumatériau.- Source:CQRDA,Feuillardtechnique«Lepliageetlecintragedel’aluminium».
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DÉFORMATIONSDELASECTIONCINTRÉE
Lesdéformationssimultanéesdel’extradosquis’allongeetdel’intradosquisecomprimeontpoureffetdemodifierlasectionduprofilé.
Laphotoci-contredémontrequel’extradostendàsedéformerverslecentre.Danscecas-ci,lerayondecintragen’étaitpassuffisammentpetitpourcauserunedéformationnotabledel’intrados.
Celle-cisepassedecommentaires.Saufsicen’estqu’ildevientévidentquedesméthodesdemaintiendelaformedoiventêtreutilisées.Ilpeuts’agirdesablecompacté,d’unserpentinou,silagéométrieduprofilélepermet,d’unepressiond’air.
Voiciunereprésentationschématiquedesdéformationsauxquellesonpeuts’attendreenfonctiondurapportdurayondecintrageàl’axeneutresurlahauteurduprofilé.Desméthodesdecompensationsontsuggérées.
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VARIATIOND’ÉPAISSEURETDÉPLACEMENTDEL’AXENEUTRE
Lesrelationsétabliesprécédemmentnetenaientcomptequedesparamètresgéométriquesduprofilé,durayondecintrageetdel’allongementàlarupturedumatériau.Danslaréalité,lesdéformationsplastiquesimposéesauprofilépeuventempirerleschoses.
Lafigureci-contremontreuntubeavantetaprèscintrage.LaformeinitialeapparaîtengrisavecsonaxeneutreenpositionO’.Laformefinaleestmontréeenbleu,oùl’étirementacauséunaplatissementdelasectionainsiqu’unamincissementdelaparoi,cequiaeupoureffetdedéplacerl’axeneutreàlapositionO’’.Onpeutconstaterquel’axeneutresedéplaceverslecentredurayondecintrage,quidevientainsipluspetit.L’idéeamenéeiciestque,dupointdevueduconcepteur,ilpeutêtrehasardeuxdes’aventurerdanslaconceptiond’unepiècecintréeavecdesvaleurslimites,àmoinsd’êtreaccompagnéd’uncintreurexpérimentéquipourraconfirmerquel’opérationpeutêtreréalisée.
PROPRIÉTÉSD’ALLONGEMENTÀLARUPTURED’ALLIAGESD’EXTRUSIONCOURANTS
Lecalculd’unrayonminimaldecintragedépend,entreautres,del’allongementàlarupturedumatériau.Nousavonsréunidesvaleursd’allongementàlarupturedesalliages6005A,6061et6063,dansdifférentesconditionsdetrempe.Nousavonsutilisélesbrochurespublicitairesd’Alcoa,deSAPA,d’HydroAluminiumainsiquelesiteMatweb.Ilimportedeconstater:
• quelavaleurd’allongementàlarupturevarieenfonctiondel’épaisseurdel’échantillonutilisépourl’essai;
• quelavaleurdel’allongementpeutêtreminimaleoutypique.
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Enrésumé,ilestimportantdebienchoisirlesdonnéesutilisées.Ilestsouventsuggéréderéaliserdesessaispréalablessurlematériauafind’endéterminerl’allongementàlarupture.
Alliage Épaisseur Allongementàlarupture Note Sources
6005A-T1 jusqu'à.249'' 15% Minimum SAPA6005A-T5 jusqu'à.249'' 7% Minimum SAPA6005A-T61 jusqu'à.249'' 8% Minimum SAPA 6061-O
nonspécifiée 16% Minimum Hydro,Alcoa.0625'' 25% Typique Matweb
6061-T1 nonspécifiée 16% Minimum Hydro,Alcoa
6061-T4 nonspécifiée 16% Minimum Hydro,Alcoa.0625'' 22% Typique Matweb
6061-T6 jusqu'à.249'' 8% Minimum Hydro,SAPA,Alcoa.0625'' 12% Typique Matweb
6063-T1 .0625'' 20% Typique Matweb6063-T4 .0625'' 22% Typique Matweb6063-T5 .0625'' 12% Typique Matweb6063-T6 .0625'' 12% Typique Matweb
Sources:
www.manufacturingguide.com
www.bendtooling.com
CQRDA,Feuillardtechnique#11,Lepliageetlecintragedel’aluminium
Alcoa,Webinairedel’AluminumExtrudersCouncil:ExtrusionBendingandShaping
www.kersteneurope.com(vidéossurplusieurstechniquesdecintrage)