Ces inserts en forme de peigne sont conçus pour être montés sur des supports spéciaux et contribuent à éliminer les plis dans diverses applications de vilebrequin.
Un client vous confie la fabrication de tubes à angle droit (90°). Cette application nécessite des tubes de 2 pouces de diamètre extérieur (DE) de 0,065 pouce et d'une épaisseur de paroi de 4 pouces. Le rayon de courbure de l'axe central (RCC) est de 200 pièces par semaine pendant un an.
Besoins en outillage : matrices de cintrage, de serrage, de pressage, mandrins et matrices de nettoyage. Aucun problème. Il semble que tous les outils nécessaires au cintrage des prototypes soient en stock et prêts à l'emploi. Après la programmation de la machine, l'opérateur charge le tube et effectue un cintrage d'essai pour vérifier que la machine ne nécessite aucun réglage. Le premier essai est concluant et le résultat est parfait. Le fabricant envoie donc plusieurs échantillons de tubes cintrés au client, qui signe ensuite un contrat, gage d'une activité régulière et lucrative. Tout semble aller pour le mieux.
Les mois passèrent et le même client souhaitait réduire ses coûts de matériaux. Cette nouvelle application nécessitait des tubes de 2″ de diamètre extérieur et de 0,035″ de diamètre, avec une épaisseur de paroi de 3 pouces et un rayon de courbure de 3 pouces. L'entreprise disposait en interne d'outils provenant d'une autre application, ce qui permettait à l'atelier de produire immédiatement des prototypes. L'opérateur chargea tous les outils sur la presse plieuse et tenta de vérifier le cintrage. Le premier tube sorti de la machine présentait des plis à l'intérieur du cintrage. Pourquoi ? Cela était dû à un composant de l'outil particulièrement important pour le cintrage de tubes à parois fines et à petits rayons de courbure : la matrice d'essuyage.
Lors du cintrage d'un tube de tirage rotatif, deux phénomènes se produisent : la paroi extérieure du tube s'affaisse et s'amincit, tandis que la paroi intérieure se rétracte et s'affaisse également. Les outils de cintrage de tubes à bras rotatifs doivent au minimum comporter une matrice de cintrage autour de laquelle le tube est cintré et une matrice de serrage pour maintenir le tube en place pendant le cintrage.
La matrice de serrage permet de maintenir une pression constante sur le tuyau au niveau de la tangente à la courbure. Cette pression génère la force de réaction qui crée la courbure. La longueur de la matrice dépend de la courbure de la pièce et du rayon de l'axe central.
L'application déterminera les outils nécessaires. Dans certains cas, seuls des outils de cintrage, de serrage et de presse sont requis. Si votre pièce présente des parois épaisses générant de grands rayons de courbure, un outil de raclage ou un mandrin peuvent s'avérer inutiles. D'autres applications nécessitent un jeu complet d'outils, incluant un outil de rectification, un mandrin et (sur certaines machines) une pince de serrage pour guider le tube et orienter le plan de rotation lors du cintrage (voir figure 1).
Les matrices de raclage permettent de maintenir et d'éliminer les plis sur le rayon intérieur du coude. Elles minimisent également la déformation hors du tuyau. Les plis apparaissent lorsque le mandrin à l'intérieur du tuyau ne peut plus exercer une force de réaction suffisante.
Lors du cintrage, l'outil de cintrage est toujours utilisé avec un mandrin inséré dans le tube. Le rôle principal du mandrin est de contrôler la forme du rayon extérieur du cintrage. Les mandrins permettent également de réaliser des rayons intérieurs, mais uniquement pour certaines applications impliquant une gamme limitée de coudes en D et de rapports d'épaisseur de paroi. Le rayon de courbure (D) est le rapport entre le rayon de courbure (CLR) et le diamètre extérieur du tube, et le facteur d'épaisseur de paroi est le rapport entre le diamètre extérieur du tube et son épaisseur (voir figure 2).
On utilise des matrices d'essuyage lorsque le mandrin ne permet plus un contrôle ou un support suffisant du rayon intérieur. En règle générale, une matrice de dénudage est nécessaire pour cintrer tout mandrin à paroi mince. (Les mandrins à paroi mince sont parfois appelés mandrins à pas fin, le pas correspondant à la distance entre les billes du mandrin.) Le choix du mandrin et de la matrice dépend du diamètre extérieur du tuyau, de l'épaisseur de sa paroi et du rayon de cintrage.
Le réglage précis des matrices de rectification est crucial pour les applications exigeant des parois plus fines ou des rayons de courbure plus petits. Reprenons l'exemple du début de cet article : ce qui convient pour des pièces de 100 mm (4 pouces) ne conviendra peut-être pas à des pièces de 75 mm (3 pouces). Les modifications apportées aux matériaux par CLR et ses clients pour réduire les coûts s'accompagnent d'une précision accrue pour le réglage de la matrice.
Figure 1. Les principaux composants d'une cintreuse rotative sont le système de serrage, le cintreur et les matrices de serrage. Certaines installations peuvent nécessiter l'insertion d'un mandrin dans le tube, tandis que d'autres requièrent l'utilisation d'une tête de raclage. La pince (non nommée ici, mais située au centre, à l'endroit où le tube est inséré) guide le tube pendant le cintrage. La distance entre la tangente (le point de cintrage) et l'extrémité du racleur est appelée décalage théorique du racleur.
Le choix de la matrice de raclage appropriée, un support adéquat de la matrice de cintrage, de la matrice et du mandrin, ainsi que le positionnement précis de la matrice d'essuyage afin d'éliminer les jeux responsables des plis et des déformations sont essentiels pour obtenir des cintres précis et de haute qualité. Généralement, la position de l'extrémité du peigne doit se situer entre 1,5 et 7,6 mm de la tangente (voir la déflexion théorique du peigne illustrée à la figure 1), en fonction du diamètre et du rayon du tube. Veuillez consulter votre fournisseur d'outillage pour connaître les dimensions exactes.
Assurez-vous que l'extrémité de la matrice d'essuyage affleure la rainure du tube et qu'il n'y a pas d'espace (ou de « renflement ») entre l'extrémité de la matrice et la rainure. Vérifiez également les paramètres de pression du moule. Si le peigne est correctement positionné par rapport à la rainure du tube, appliquez une légère pression sur la matrice de pression pour pousser le tube dans la matrice de cintrage et ainsi lisser les plis.
Les matrices de racleurs existent en différentes formes et tailles. Vous pouvez acheter des matrices de racleurs rectangulaires/carrées pour les tuyaux rectangulaires et carrés, et vous pouvez également utiliser des racleurs profilés/de forme spécifique pour s'adapter à des formes particulières et prendre en charge des caractéristiques uniques.
Les deux modèles les plus courants sont la matrice d'essuie-glace monobloc à dos carré et le porte-essuie-glace à lame. Les matrices d'essuie-glace à dos carré (voir figure 3) sont utilisées pour les produits à parois minces, les coudes en D étroits (généralement 1,25D ou moins), l'aérospatiale, les applications à haute exigence esthétique et les productions en petites et moyennes séries.
Pour les courbes inférieures à 2D, vous pouvez utiliser une matrice de raclage à dos carré, ce qui simplifie le processus. Par exemple, vous pouvez commencer avec un racleur courbe à dos carré 2D avec un facteur de paroi de 150. Vous pouvez également utiliser un porte-racleur avec une lame pour des applications moins exigeantes, comme les courbes 2D avec un facteur de paroi de 25.
Les plaques d'essuyage à dos carré offrent un support maximal pour le rayon intérieur. Elles peuvent également être rectifiées après usure de la pointe, mais il faudra alors régler la machine pour compenser la longueur réduite de la matrice d'essuyage.
Un autre type courant de porte-lame de racleur est plus économique et plus performant pour réaliser des coudes (voir figure 4). Il convient aux coudes en D de moyenne à forte courbure, ainsi qu'au cintrage de tuyaux de diamètre extérieur et de section transversale identiques. Dès que vous constatez une usure de la pointe, vous pouvez la remplacer. Lors du remplacement, la pointe se repositionne automatiquement, vous évitant ainsi de modifier la fixation du bras racleur. Notez toutefois que la configuration et l'emplacement de la clavette sur le porte-lame sont différents ; assurez-vous donc que la conception de la lame corresponde à celle du porte-lame.
Les porte-racleurs à inserts réduisent le temps de prise, mais ne sont pas recommandés pour les petits rayons. Ils ne conviennent pas non plus aux tubes ou profilés rectangulaires ou carrés. Les peignes de racleur à dos carré et les bras de racleur à insert peuvent être fabriqués à proximité. Les matrices de racleur sans contact sont conçues pour minimiser les chutes de tube, permettant des longueurs de travail plus courtes grâce à l'extension de la fixation derrière le racleur et au positionnement plus proche de la pince (bloc de guidage du tube) de la matrice de cintrage (voir figure 5).
L'objectif est de réduire la longueur de tuyau nécessaire, afin d'économiser du matériau pour l'application prévue. Bien que ces essuie-glaces sans contact réduisent les déchets, ils offrent un soutien moindre que les essuie-glaces arrière carrés classiques ou les supports d'essuie-glaces standard avec brosses.
Veillez à utiliser le matériau de racleur le plus adapté. Le bronze d'aluminium est recommandé pour le pliage de matériaux durs tels que l'acier inoxydable, le titane et les alliages INCONEL. Pour le pliage de matériaux plus tendres comme l'acier doux, le cuivre et l'aluminium, utilisez un racleur en acier ou en acier chromé (voir fig. 6).
Figure 2. En général, les applications moins agressives ne nécessitent pas de puce de nettoyage. Pour lire ce tableau, reportez-vous à la légende ci-dessus.
Lorsqu'on utilise un manche de couteau avec une lame, le manche est généralement en acier, mais dans certains cas, le manche et la pointe peuvent tous deux être en bronze d'aluminium.
Que vous utilisiez un peigne ou un porte-brosse à lames, la configuration de la machine reste la même. Maintenez le tube fermement serré, puis placez le racleur sur la courbure et l'arrière du tube. L'embout du racleur se clipsera en place en tapotant l'arrière de celui-ci avec un maillet en caoutchouc.
Si vous ne pouvez pas utiliser cette méthode, utilisez votre œil et une règle pour installer le porte-essuie-glace. Soyez prudent et vérifiez avec votre doigt ou votre œil que l'extrémité est bien droite. Assurez-vous qu'elle n'est pas trop avancée. La transition au niveau du porte-essuie-glace doit être douce. Répétez l'opération si nécessaire pour obtenir un coude de qualité.
L'angle de chasse est l'angle formé par la raclette et la matrice. Certaines applications professionnelles, notamment dans l'aérospatiale, utilisent des raclettes conçues avec un angle de chasse minimal, voire nul. Cependant, pour la plupart des applications, l'angle d'inclinaison est généralement réglé entre 1 et 2 degrés, comme illustré sur la figure 1, afin de garantir un dégagement suffisant et de réduire la traînée. Il vous faudra déterminer l'inclinaison exacte lors de la mise en place et des essais, même s'il est parfois possible de la régler dès le premier essai.
En utilisant une matrice d'essuyage standard, positionnez l'embout d'essuyage légèrement en retrait par rapport à la tangente. Cela permet à l'opérateur de déplacer l'embout de nettoyage vers l'avant au fur et à mesure de son usure. Cependant, ne jamais monter l'embout de la matrice d'essuyage tangentiellement ou au-delà ; cela l'endommagerait.
Pour cintrer des matériaux tendres, vous pouvez utiliser autant de racleurs que nécessaire. Cependant, pour cintrer des matériaux plus durs comme l'acier inoxydable ou le titane, veillez à minimiser l'inclinaison du racleur. Utilisez un matériau plus dur pour que le racleur soit aussi droit que possible ; cela facilitera l'élimination des plis dans les courbes et des zones droites après celles-ci. Ce montage doit également inclure un mandrin ajusté avec précision.
Pour une qualité de pliage optimale, il est conseillé d'utiliser un mandrin et une matrice de raclage pour soutenir l'intérieur du pli et contrôler la circularité. Si votre application nécessite une raclette et un mandrin, utilisez les deux : vous ne le regretterez pas.
Pour revenir au dilemme initial, il faut décrocher le prochain contrat pour des parois plus fines et un CLR plus dense. Grâce au moule de raclage en place, le tube est sorti de la machine sans le moindre défaut, sans le moindre pli. C'est la qualité que recherche l'industrie, et l'industrie mérite cette qualité.
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