Cintrage sur chant contre cintrage à plat

Le cintrer à plat et le cintrer de chant ne sont pas deux réglages d'une même opération. Il s'agit de problèmes de formage différents, avec des modes de défaillance limitants distincts, des outillages différents et, sur la plupart des machines, des capacités nominales différentes. La terminologie varie selon les régions : le cintrer à plat est aussi appelé cintrer de chant facile, pliage à plat ou pliage de niveau ; le cintrer de chant est le cintrer de chant difficile, pliage de chant ou pliage vertical. La mécanique reste identique.

Un pliage à plat plie la barre sur son épaisseur, donc la petite dimension détermine la résistance. Un pliage de chant la plie sur sa largeur, donc la grande dimension détermine la résistance. Tout découle de cette seule permutation.

Le module de section résume toute l'histoire

Pour une barre rectangulaire de largeur w et d'épaisseur t, le module de section élastique selon les deux axes principaux est :

• À plat : Z = w·t² / 6
• De chant : Z = t·w² / 6

Les modules plastiques conservent le même rapport, w·t²/4 et t·w²/4, et c'est la valeur plastique qui importe dès que le formage intervient. Leur rapport est simplement w/t.

Ce seul nombre est le multiplicateur du moment fléchissant. Cas concrets :

La dépendance à la largeur est notable. Le module de section à plat est linéaire en fonction de la largeur : doubler la largeur double la force. Le module de section de chant varie avec le carré de la largeur : doubler la largeur quadruple la force. Une barre de 200 mm de large nécessite quatre fois la force pour être pliée de chant par rapport à une barre de 100 mm, et non deux fois.

L'épaisseur se comporte à l'inverse. La force à plat varie avec t², tandis que la force de chant ne varie que linéairement avec t. Une barre mince et large est le pire candidat pour un pliage de chant, à la fois en raison de la force élevée requise et de la faible résistance au mode de défaillance décrit ci-après. Les chiffres de tonnage pour une section donnée peuvent être déterminés avec le calculateur de force de pliage de barres.

La stabilité impose la limite avant la force

Les machines sont limitées par le moment. Les pièces sont limitées par leur stabilité, et dans le pliage de chant, c'est la limite de la pièce qui est atteinte en premier.

À l'extérieur d'un cintrage en travers, la fibre se trouve à une distance de la ligne neutre égale à la moitié de la largeur de la barre, plutôt qu'à la moitié de l'épaisseur. La déformation de la fibre externe est :

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Pour un rayon interne égal à la largeur de la barre, cette valeur est de 33%. Pour deux fois la largeur, elle est de 20%. Pour quatre fois la largeur, elle est de 11%. Ces valeurs, comparées aux allongements dans les états de recuit de la EN 13601, expliquent pourquoi les rayons de cintrage en travers sont exprimés en multiples de la largeur plutôt qu'en multiples de l'épaisseur. Le R240 mi-dur spécifie un allongement minimum de 8%, et le R290 dur un allongement de 4%. La tolérance de déformation en flexion dépasse l'allongement à la rupture, pour les raisons exposées dans l'article sur l'état du cuivre et le rayon de cintrage minimum, mais la marge n'est pas suffisante pour faire de R/w inférieur à environ 2 une règle générale sûre.

À l'intérieur du cintrage, le problème est différent et est généralement le facteur limitant. La fibre interne est en compression le long d'un arc, et le matériau résistant à cette compression est une bande d'épaisseur t et de profondeur w. Il s'agit d'une tôle mince chargée dans son propre plan, et les tôles minces en compression flambent hors du plan. La contrainte critique diminue avec le carré de la finesse, donc lorsque le rapport w/t augmente, le bord intérieur se plisse de plus en plus facilement. Le résultat visible est un bord intérieur ondulé ou festonné, parfois avec la section entière qui se déforme hors de la perpendiculaire.

C'est pourquoi les capacités de cintrage en travers sont plus strictes que celles en applati. Sur la SMART-603CNC-S, le cintrage en applati est noté pour des barres de 260 × 20 mm et le cintrage en travers pour des barres de 125 × 15 mm. Les deux dimensions diminuent, pas seulement la largeur, et le même schéma est présent dans l'ensemble des machines de traitement de barres de cuivre. La note indique le point auquel l'outillage ne peut plus maintenir la section droite pendant le cintrage.

Limites pratiques

La combinaison de l'analyse des déformations avec les pratiques normales en atelier définit un domaine d'utilisation. Ces valeurs sont des points de départ indicatifs à confirmer sur une première pièce, et non des limites normatives.

Rayon interne d'au moins 2× la largeur de la barre pour le cuivre mou et mi-dur, et 3× ou plus pour le cuivre dur. Rapport largeur/épaisseur inférieur à environ 10 pour des résultats fiables sans support spécialisé ; au-delà de 12 à 15, le plissement du bord intérieur se produit quel que soit le rayon. Largeur de la barre inférieure à environ la moitié de la capacité en applati de la machine. Le cuivre dur en sections larges est la combinaison qui échoue le plus souvent, car la limite de déformation de la fibre externe et la limite de flambement se resserrent simultanément.

Le rappel se comporte également différemment. La géométrie de la zone plastique, la contrainte imposée par l'outillage et le rapport R/t effectif diffèrent tous du cas en applati, donc un décalage en travers ne peut pas être déduit d'un décalage en applati. La séparation des deux ensembles de valeurs dans le tableau de compensation du rappel est nécessaire.

Outillage et support

Un cintrage en travers doit être contraint partout où la section peut se déplacer, et l'outillage qui le fait n'est pas le même que celui utilisé pour cintrer en applati.

La barre doit être maintenue contre ses deux larges faces sur toute la longueur de l'arc de cintrage, et pas seulement à l'entrée. Des faces larges non maintenues laissent la section se déformer, et une section déformée produit un cintrage qui est hors plan autant que hors angle.

Le bord intérieur nécessite un appui-pliant ou un bloc de pression qui suit le pli et maintient le bord comprimé contre le déformage. Cet élément distingue une machine capable de cintrer sur chant d'une simple machine disposant d'un mode sur chant.

La première nécessite une gorge adaptée à l'épaisseur de la barre. Un méplat universel fonctionnant sur une plage d'épaisseurs à plat ne retiendra pas une section sur chant, car le jeu qui lui confère sa flexibilité est précisément le jeu dont la section a besoin pour se former enroulée.

La lubrification est plus importante qu'à plat, car les pressions de contact sur la face de la primaire sont plus élevées et la barre glisse davantage sur l'outil pendant le pliage.

L'entrée droite doit également être plus longue. La longueur de serrage est une contrainte dimensionnelle sur la disposition des pièces, et elle est une cause fréquente d'un principe de conception réalisable en théorie mais irréalisable sur la machine qui l'exécutera. Les trous et les assemblages à emboîtement doivent rester à l'écart de la zone de pliage ; prévoir au moins 10 mm entre un pli et un assemblage à emboîtement, et 20 mm entre un pli et un point de support, est une pratique courante en atelier de tableau.

Les alternatives de conception

Lorsqu'un pli sur chant dépasse l'enveloppe machine, trois alternatives existes, qui ne sont pas interchangeables.

Torsion et pliage à plat

Torsader la barre de 90° autour de son propre axe rotate la large face dans le plan de la direction requise, après quoi le changement s'effectue comme un pliage à plat classique. La mise en forme est facile, l'outillage est standard, la déformation en fibre externe dans le pli est gouvernée par l'épaisseur plutôt que par la largeur, et la barre arrive à destination déjà dans le plan requis par le bornier. Le coût est une perte en longueur : une torsion nécessite sa propre section droite, typiquement au moins deux fois la largeur de la barre et souvent plus. Le guide de torsion des barres omnibus détaille la géométrie et les angles réalisables, et la torsion est une fonctionnalité standard sur les têtes de cintrage de barres omnibus plutôt qu'une machine séparée.

Angle assemblé

Le changement de direction peut être réalisé avec deux barres droites et un assemblage à emboîtement boulonné. Aucune limite de formage n'existe, ce qui fonctionne quelle que soit la largeur et quelle que soit la trempe. Le coût est une jointure dans le circuit de courant, ce qui implique une résistance de contact, un couple de serrage, une obligation de maintenance et un point d'inspection. La pratique en tableau dimensionne le recouvrement de sorte que la surface de contact soit au moins cinq fois la section de la barre. Un assemblage constitue également une discontinuité thermique, il doit donc être positionné là où la vérification de l'échauffement peut le prendre en compte.

Plaque découpée ou profilée

Découper l'angle en une seule pièce façonnée à partir d'une plaque place le changement de direction dans le plan du matériau, de sorte qu'aucun formage n'est nécessaire. Cela offre la résistance la plus faible des trois options, aucune jointure, et une liberté totale sur la géométrie de l'angle. Les coûts sont le rendement matériel, car la chute à l'intérieur de l'angle est de la rebut, et une pièce qui n'est plus un profil standard sur le dessin.

Choix entre les options

Une règle de décision qui tient en pratique :

Pour une barre située dans l'enveloppe de cintrage sur chants de la machine et lorsque le dessin autorise un rayon intérieur d'au moins deux fois la largeur de la barre, la cintrer sur chants. C'est le nombre minimum d'opérations et de pièces.

Pour une largeur ou un rapport largeur/épaisseur hors de cette enveloppe, mais lorsque le tracé possède une longueur droite suffisante avant le changement de direction, la vriller puis la cintrer à plat. C'est l'option par défaut pour les barres larges et minces, et elle est généralement moins coûteuse que prévu car les deux opérations s'effectuent sur la même tête de cintrage.

Si aucune longueur n'est disponible pour une vrille, et si l'angle est un emplacement naturel pour une joint, utiliser un angle vissé. Un angle nécessitant déjà une prise, une transition entre sections ou un service d'entretien est un angle qui doit comporter un joint.

Si la densité de courant ou la géométrie de l'enceinte exclut un joint, et s'il n'y a pas de place pour une vrille, usiner l'angle à partir d'une platine.

L'ordre est important. Chaque étape supplémentaire dans la liste ajoute des pièces, des opérations ou des chutes. La progression doit donc se faire dans le sens de la liste, et non en commençant par le bas.

Où cela apparaît dans la revue de conception

La plupart des problèmes de cintrage sur chants sont tranchés bien avant que la barre n'atteigne l'atelier. Un tracé dessiné en 3D avec un angle de 90° dans le mauvais plan, sur une barre de 160 × 10, avec un rayon de 100 mm, n'est pas un problème de fabrication à résoudre avec plus de tonnage. C'est une géométrie qu'aucune force ne peut produire sans plissement du bord intérieur.

L'intervention la plus efficace consiste à vérifier trois valeurs lors de la revue de conception : la largeur de la barre par rapport à la capacité de cintrage sur chants de la machine, le rayon intérieur par rapport à la largeur de la barre, et la largeur par rapport à l'épaisseur. Si deux des trois critères ne sont pas satisfaits, le tracé doit être modifié. Des machines comme l'EMAC-BB-H12 qui lisent directement les géométries 3D et 2D facilitent l'automatisation de cette vérification, car la liste de pliures est déjà dans le fichier et l'enveloppe de capacité est déjà dans le contrôle.