Créé le : 03/08/2009
Nouvelle conception des outils d'emboutissage
L'écoulement de la matière dans les procédés d'emboutissage peut être spécifiquement contrôlé par l'utilisation de systèmes multipoints et d'outillages spécialement développés. En faisant varier la pression serre-flan localement on peut parvenir à un process reproductible. Des pressions serre-flan définies localement peuvent être obtenues en utilisant une matrice prismatique et un serre-flan élastique segmenté. Contrairement aux outils nervurés conventionnels une pression régulière peut être appliquée tout en nécessitant moins de retouches sur l'outillage. Le but des développements futurs est d'améliorer les capteurs sur les outils pour pouvoir créer un système de pilotage qui adaptera la pression serre-flan aux diverses conditions de mise en forme [1].
Réduction des coûts et du temps de mise au point d'outillages pour carrosserie automobile
K. Kaneko (Toyota Motor Corporation) a exposé le développement d'une nouvelle conception d'outillages de détourage expérimentée depuis 1995 [2]. Il s'agit de remplacer les poinçons et matrices classiques en fonte avec inserts de découpe en acier par des outillages entièrement en fonte. Les parties travaillantes de ces outils sont durcies localement à la flamme. Une nouvelle nuance de fonte a été mise au point de dureté supérieure à 50 HRC. Sa trempabilité doit être suffisante sur une profondeur de 2,5 mm.
Avantages :
- Economie de matière et de traitement des inserts,
- Les blocs matrices ne nécessitent plus de surfaces de montages ni de trous de fixations des inserts
- Pas d'ajustage des inserts
Revêtements innovants pour les outils d'emboutissage
Potentiels d'innovation des revêtements PVD [3]
Les entreprises du découpage-emboutissage utilisent effectivement les revêtements PVD pour combattre l'usure par abrasion, adhésion, fatigue et tribo-oxydation.
Revêtements carbone pour formage à sec
Le revêtement WC/C a une meilleure résistance à l'usure adhésive.
Les revêtements TiCN sont adaptés au formage de tôles d'environ 4 mm d'épaisseur. Pour des épaisseur supérieures, des revêtements plus épais permettent d'atteindre des durée de vie d'outil satisfaisantes. Cependant des problèmes d'adhésion commencent pour un revêtement de 5 µm. C'est pourquoi on préfère les revêtement CVD lorsque l'épaisseur est d'environ 10µm. les revêtements PVD modernes comme le TIAlN nanostructuré ont la même dureté que le TiCN (3000 HV) avec une adhérence supérieure à celle des structures monocouche. Par exemple une pièce de 6 mm d'épaisseur en acier 42CrMo4 peut être produite en découpage fin en série 80.000 au lieu de 8.000 en divisant par 10 le temps de réglage de l'outil et en supprimant les coûts de rectification.
Le WC/C est utilisé pour le formage de l'aluminium. le BALINIT C permet de réduire le coût de fabrication de 59% et augmente la productivité de 35%. Ainsi dans le cas d'une charnière de hayon en tôle d'aluminium de 3,5 mm d'épaisseur, le temps d'arrêt machine qui était auparavant d'environ 1,5 à 2 jours a été supprimé. La durée de vie de l'outillage est passé de 50.000 à 89.000 pièces et la cadence de 28 à 38 pièces/min.
Coût en Non revêtu Revêtu BALINIT
Outillages 3445 3445
Entretien et temps d'arrêt machine 6500
Revêtement 620
Total 9945 4065
Economie en 5880
Economie en % 59
Amélioration de la rugosité superficielle
Dans le cas d'une boucle de ceinture de sécurité en acier à haute résistance de 4,5 mm d'épaisseur, la durée de vie de l'outillage a été multipliée par 52 et les séries entre rectification après usure adhésive sont passées de 21.000 à 300.000 pièces tandis que la rugosité Ra a été ramenée de 3,45 à 0,12.
Réduction du coût en lubrifiants
Dans le cas d'une pièce en acier St32 de 1,5 mm d'épaisseur l'outil revêtun de BALINIT B a permis d'augmenter de 25% la cadence de la presse de 160 t et de réduire de 83% la consommation de lubrifiant.
Lubrifiants secs pour mise en forme des tôles [4]
Il existe plusieurs types de lubrifiants secs :
- Systèmes aqueux, séchés et durcie par rayons UV et formant un dépôt polymère complètement sec
- Dispersions de polymères hydratés séchés par chauffage et formant un film sec
- Dépôts hydrosolubles à base de savons
- Systèmes secs non hydrosolubles par dépôts à chaud ou électrostatique
- Lubrifiants secs non éliminables résistant à l'eau et aux solvants et pour contact alimentaire
Les lubrifiants secs posent des problèmes pour le collage des tôles avec des adhésifs à froid nécessitant leur élimination par lavage.
Cependant des pièces industrielles ont pu être produites dans l'industrie automobile en supprimant une station de huilage, en réduisant le coût en lubrifiants et la quantité de rejets.
Dans le cadre d'un projet de recherche européen, le comportement de tôles d'aluminium revêtues de lubrifiants secs a été étudié à l'IFU de Stuttgart : en frottement, lors de la mise en forme et pour le collage :
L'huile KTLN16 de Zeller+Gmelin a été le lubrifiant de référence.
Deux lubrifiants secs ont été testés :
- Le MULTIDRAW DRYLUBE E1 pour tous métaux, très flexible et destiné à de très fortes déformations
- Le MULTIDRAW DRYLUBE C1 pour acier et aluminium.
Le comportement en frottement est meilleur pour les lubrifiants secs et lors des essais d'emboutissage on a pu atteindre une profondeur de 100 mm avec le C1, 90 mm avec le E1 contre seulement 80 mm avec l'huile de référence. En revanche le collage de tôles d'aluminium par des adhésifs à froid n'est pas satisfaisant pour les deux lubrifiants secs alors qu'il l'est pour les tôles huilées.
Emboutissage profond sur outil composite
L'emboutissage continu profond de forme conique à l'aide d'outils composites de diamètres différents peut être une alternative à l'emboutissage profond en plusieurs passes avec passe de calibrage final et à l'emboutissage hydromécanique beaucoup plus coûteux [5].
Les applications sont les récipients sous pression (bouteilles de gaz, extincteurs
).
Il est envisagé d'adapter cette technologie à des emboutis rectangulaires.
(Doc. H&P Systec GmbH)
Formage superplastique
Le formage superplastique pénalisé par ses temps de cycle très long a jusqu'à présent été cantonné soit a des pièces très complexes en courtes séries (construction aérospatiale), soit à des pièces de très grandes dimensions avec une mise en forme précise mais peu profonde (panneaux architecturaux décoratifs. Cependant depuis 10 ans on constate une réduction de la taille des séries automobile et en parallèle la diversification des process utilisés. J. Hohnhaus (Dieffenbacher) souligne l'opportunité offerte au formage superplastique par l'évolution de la construction automobile vers les courtes séries personnalisées [6]. Cette technique de mise en forme aurait un intérêt économique jusqu'à 50.000 pièces en fonction de leur complexité.
La presse utilisée comporte un outil de 3.000 x 2.200 mm2 sous une pression de fermeture de 10.000 kN. Elle est conçue pour recevoir deux outils identiques superposés. Si ces outils sont doubles, la productivité peut être quadruplée. L'alimentation en flans et l'évacuation des pièces ont également été optimisées pour raccourcir les temps de cycles.
Un exemple de pièce est la planche de bord de la VW Lupo 3L TDI : quatre pièces sont formées simultanément sur un même flan.
Lors de l'exposition jointe au congrès, la société Formtec AG (Chippis, Suisse) présentait des pièces en aluminium et en magnésium mises en forme par formage superplastique.
[1] New deep-drawing tooling concept, Hengelhaupt J., Häussermann M., IFU Stuttgart , pp. 237-249
[2] Reducing cost and tooling leadtime for autobody stamping dies - Development of alloy cast iron, Kaneko K. et al., Toyota Motor Corporation, pp. 91-99
[3] Innovative coatings for sheet-metal processing tools, Bender D., Balzers Verschleissschutz GmbH, pp. 431-450
[4] Dry lubricants for sheet metal forming, Wagner S., IFU Stuttgart, pp.451-472
[5] Process variation for the forming of deep and non-cylundrical parts, Reitter G.K., H&P Systec GmbH, pp.149-159
[6] Superplastic forming with new type of press, Hohnhaus J., Dieffenbacher GmbH, pp.59-70