Effet de la direction du grain sur le pliage de la tôle

Si les opérateurs de presse plieuse plient un petit rayon avec le grain du matériau, c'est-à-dire que la ligne de pliage est parallèle à la direction du grain du matériau, ils doivent faire attention aux fissures. Getty Images

Question : Un de vos articles précédents suggère que la formation "avec" le sens du grain manifestera des fissures. Je pourrais être confus sur le verbiage. Cela signifie-t-il que le grain est perpendiculaire ou parallèle à la ligne de pliage ?

Je faisais des recherches sur le sujet parce que nous plions de l'aluminium 3003 H14 de 0,060 po d'épaisseur (voir la figure 1) et mon outilleur veut que je conçoive les coudes parallèlement au grain, car l'outil sera plus facile à travailler pour lui. Je ne suis pas fou de cette idée, mais je pense que ce sera OK. Notez également qu'il s'agit d'un pli décalé qui sera réalisé dans une presse à emboutir alimentée par bobine, pas une presse plieuse, mais je suppose qu'au moins certains des principes fondamentaux de formage des métaux s'appliquent. Toute autre orientation sur ce sujet serait très appréciée.

Réponse : Avant d'approfondir ce sujet, j'aimerais commencer par votre commentaire sur le verbiage. La confusion sur le verbiage est l'un des plus gros problèmes auxquels notre industrie est confrontée. Cette affirmation est vraie, que vous appreniez en classe ou que vous discutiez d'un projet au travail.

Très peu de termes spécifiques à un métier sont interchangeables. L'allocation de courbure d'une personne ne peut pas être le facteur k d'une autre personne, et un facteur k n'est pas une déduction de courbure - bien que je visite des magasins où c'est précisément le cas. Parce que ces termes ont des significations et des applications exactes, leur mauvaise utilisation rend la communication d'idées complexes compliquée et la création de pièces de qualité beaucoup plus difficile à réaliser. L'abus de terminologie est souvent brutal à corriger, et tout le monde donnera la même réponse quant à la raison pour laquelle il utilise les termes comme il le fait : parce que c'est comme ça que je l'ai appris.

Pour mettre tout le monde sur la même page et utiliser correctement la terminologie, je recommande de publier un simple tableau mural plastifié ou un document avec toutes les définitions pertinentes. En voici quelques-unes que vous pourriez inclure :

Ce ne sont que quelques définitions pertinentes; il y en a plus. Néanmoins, lorsque tout le monde utilise correctement la langue, eh bien, vous obtenez l'image.

Maintenant, revenons au sujet en question : la relation entre le sens du grain et la ligne de pliage. Dans les articles précédents, j'ai utilisé "plier dans le sens du grain" lorsque la ligne de pliage est parallèle à la direction du grain, comme le montre la figure 1. La flexion "à travers" ou "transversalement" au grain se produit lorsque la ligne de pliage est perpendiculaire au grain, ce qui donne une courbure plus forte qui est moins susceptible de se fissurer (voir la figure 2).

Une courbure parallèle au grain créera une courbure plus faible qu'une ligne de courbure allant contre ou transversalement au grain. De plus, le rayon extérieur de la courbure est plus sujet à la fissuration lors de la flexion parallèle à la direction du grain. Plus le rayon intérieur est petit lors de la flexion parallèle à la direction du grain, plus les risques de fissuration sont grands et plus cette fissuration peut être grave. L'utilisation d'un rayon de courbure plus grand peut aider à prévenir ces problèmes.

Il faut plus de force pour plier un morceau de matériau lorsque la ligne de pliage traverse le grain, mais ce même coude à travers le grain peut également contenir un rayon de courbure intérieur beaucoup plus petit. De plus, la profondeur de pénétration peut changer d'un pli à l'autre, en fonction de l'orientation de la ligne de pliage par rapport au grain du matériau.

Tous les matériaux n'ont pas de sens de grain. Le cuivre n'a pas de grain ; marinés et huilés laminés à chaud (HRP&O) en ont; et dans l'acier doux laminé à froid, le grain peut être assez prononcé. Dans l'inox, il peut être difficile et parfois impossible de définir le grain et le sens du grain. Les matériaux dont la direction du grain affecte l'angle de courbure sont considérés comme anisotropes. Les matériaux qui n'ont pas cette propriété sont considérés comme isotropes.

FIGURE 1. Les plis faits avec le fil (c'est-à-dire que la ligne de pli est parallèle au sens du fil) ont plus de chance de se fissurer.

L'un des meilleurs moyens d'atténuer les fissures consiste à rendre le rayon de courbure intérieur aussi proche que possible de l'épaisseur du matériau ; c'est-à-dire, faites en sorte que le rapport entre le rayon de courbure intérieur et l'épaisseur du matériau soit aussi proche que possible d'une relation un à un. Un rayon plus petit tire étroitement le matériau autour du coude et sépare ainsi les grains, se manifestant par des fissures. Vous voyez rarement des fissures dans les coudes où le rayon est supérieur à l'épaisseur du matériau. Parfois, les grains peuvent être écartés en étirant ou en étendant trop le rayon extérieur. Habituellement, cela se voit dans les matériaux moins ductiles ou ceux à haute trempe, tels que l'aluminium T-6. Néanmoins, une telle fissuration n'est pas courante.

Si vous devez plier dans le sens du grain et que la fissuration est toujours un problème, vous pourrez peut-être utiliser le matériau à l'état recuit, puis le tempérer au besoin. Par exemple, vous pouvez former de l'aluminium souple puis le tremper à l'état T-6.

Considérez également les types de virages que vous faites. Les coudes décalés sont des diables délicats pour commencer, car l'outillage contraint la bride centrale. Cette contrainte laisse l'allongement du coude aller ailleurs, notamment les deux ailes extérieures. Ce déplacement de l'allongement les rend dimensionnellement difficiles à prévoir. De tels décalages fonctionnent également mieux avec un rayon de courbure plus petit, ce qui ajoute au problème de fissuration.

Si vous formez cette pièce sur une presse à emboutir alimentée par bobine, vous êtes probablement en train de fondre (car le processus d'emboutissage ne se prête pas bien au formage à l'air), donc les options pour réduire la fissuration avec les méthodes de formage à l'air ne sont pas disponibles. Cependant, l'ajout d'un petit jeu angulaire au jeu de matrices aidera à maintenir le parallélisme entre les brides de pliage. Un degré ou deux suffit, en fonction du type de matériau et de la quantité de retour élastique inhérent à un matériau donné. Une relation un à un entre l'épaisseur du matériau et le rayon de courbure intérieur aide à maintenir le parallélisme de la bride.

La taille des grains affecte également considérablement la limite d'élasticité. Les matériaux à grains plus petits sont moins sujets à la séparation des grains et à la fissuration, et ont une plus grande limite d'élasticité, ce qui justifie l'achat de matériaux de meilleure qualité même s'ils sont plus chers. Néanmoins, les dépenses supplémentaires en matériaux seront facilement couvertes par une réduction des matériaux mis au rebut et les économies de main-d'œuvre résultant de la lutte contre la mauvaise qualité.

Les joints de grains jouent également un rôle dans la séparation et la fissuration du grain en perturbant ce que l'on appelle le mouvement de dislocation. Plus le grain est petit, plus la surface totale de la limite devient grande, plus la perturbation est importante et plus la limite d'élasticité est robuste et constante.

Pour en savoir plus sur ce sujet, vous pouvez consulter mes colonnes précédentes, y compris "La taille du grain du matériau est importante dans le pliage de la tôle", "Comment la taille du grain du métal affecte une opération de pliage" et "Considérations sur le grain du matériau sur une presse plieuse", que vous pouvez taper dans la barre de recherche sur thefabricator.com.

L'emboutissage est bien sûr différent du formage sur une presse plieuse, mais il a beaucoup de choses en commun, y compris la séparation des grains et la fissuration à l'extérieur du pli. Nous n'avons souvent pas d'autre choix que de plier avec le grain, mais il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire pour réduire au minimum les effets néfastes de la formation avec le grain.

FIGURE 2. La flexion transversale au fil (c'est-à-dire lorsque le sens du fil est perpendiculaire à la courbure) crée une courbure plus solide qui est moins susceptible de se fissurer.