Laser de formage

Oct 02, 2023

Le poinçonnage est le choix de longue date pour ajouter des formes aux pièces découpées au laser, mais la combinaison des composants de l'outil de poinçonnage dans l'outillage de la presse plieuse peut éliminer le besoin de cette machine.

Fermement serrée et positionnée avec précision, une feuille de métal repose sur la table d'une poinçonneuse. Dans l'empreinte de cette feuille se trouvent de nombreuses pièces différentes contenant des trous, des caractéristiques formées et des marques de numérotation, qui sont tabulées sur un squelette modérément robuste. Il y a un gaspillage de matériau, un léger marquage, des bavures, des marques de grignotage et éventuellement une certaine distorsion. Les caractéristiques du formulaire, cependant, sont nettes, précises et correctement situées. Dans un coin de l'atelier, ces pièces étaient presque complètes, mais aucun humain n'était obligé de les manipuler (voir la figure 1).

Dans une autre zone du même atelier, une pile de pièces de tôlerie très plates pousse sur une palette à côté de la machine laser. Ils ont été coupés à la taille du périmètre fini et remplis de trous, de fentes et de gravures. La qualité est excellente, sans marquage et avec un bord propre. Le squelette de la feuille ressemble plus à une toile d'araignée par rapport à celui de la feuille perforée. Aucune manipulation humaine n'intervient à ce stade, grâce à un trieur de pièces automatisé. Mais il existe une différence significative entre l'état de ces pièces et les pièces poinçonnées : celles-ci nécessitent toujours les caractéristiques formées (voir Figure 2).

Les fabricants qui ont abandonné l'utilisation de poinçonneuses pour diverses raisons sont confrontés à la question de savoir comment produire les formes sur une pièce en tôle découpée au laser. Selon la gamme de produits, le volume, la taille et la forme, les options sont vraiment limitées. Le plus souvent, un fabricant utilise soit une poinçonneuse, qu'elle soit interne ou externe, soit une presse plieuse.

Il y a des décennies, de grandes feuilles de matériau étaient serrées dans des poinçonneuses, ce qui ajoutait des trous et des formes comme la genèse d'une pièce ou d'un ensemble de pièces imbriquées. Les programmes correctement créés ont été exécutés avec précision, assurant le placement précis des trous et des éléments formés sur le métal solidement fixé. La manipulation a été minimisée à une interaction chargement/déchargement, secouage.

Aujourd'hui, davantage de pièces sont découpées au laser à partir de feuilles plus grandes, puis envoyées à une presse plieuse, créant une opération supplémentaire pour ajouter les caractéristiques formées. Un opérateur place manuellement la pièce dans l'outillage et la positionne en utilisant l'une des nombreuses méthodes de calibrage. Généralement, chaque pièce est traitée individuellement, une pièce par coup de machine, par opposition à plusieurs pièces par manipulation.

Alors que les fabricants cherchent à gagner plus d'affaires, certains tentent d'utiliser la presse plieuse pour produire des pièces avec des caractéristiques formées historiquement fabriquées à l'aide de poinçonnage ou d'emboutissage. Ces opportunités peuvent être le résultat de l'exigence d'un fabricant d'un volume de production inférieur, d'un prototypage ou d'une augmentation des coûts et de nouvelles limitations pour un fournisseur ou un processus actuel. Quelle que soit la raison, essayer de fabriquer sur la presse plieuse apportera à la fois des avantages et des défis.

Les avantages du formage sur la presse plieuse ne manquent pas. Le plus évident est qu'il n'est pas nécessaire de posséder, d'utiliser et d'entretenir une poinçonneuse. De plus, le jeu disponible entre le poinçon, la matrice et la pièce sur le frein peut également être de plusieurs mètres par rapport au jeu d'alimentation moyen disponible sur une poinçonneuse. Ce dégagement et la plus grande force disponible de la machine permettent des formes plus grandes et plus difficiles dans des matériaux plus épais.

La presse plieuse peut former tous les côtés d'une pièce avec une relative facilité, et ses vitesses de formage plus lentes peuvent être avantageuses pour le processus de formage. La force du serre-flan peut être augmentée au-delà de celle d'un assemblage de guide de poinçonnage, ce qui permet de mieux contrôler le flux et l'étirage du matériau. Et comme il n'est pas nécessaire de créer des imbrications de pièces et des séquences de poinçonnage, la programmation se limite à définir les emplacements de profondeur de course et éventuellement les positions de la butée arrière.

Cependant, certains défis accompagnent le changement. Les principaux d'entre eux sont le positionnement, l'orientation et la physique de la création d'une forme dans un flan libre de se déplacer plutôt que dans une grande feuille serrée. Alors que les pièces créées sur une poinçonneuse peuvent être serrées avec précision tout au long du processus, les pièces sur une presse plieuse doivent être localisées et orientées pour chaque course de la machine. Les butées arrière orientent la pièce et la mesurent pour recevoir la forme au bon endroit, mais elles ne peuvent pas toujours être utilisées, par exemple lorsque le bord de mesure de la pièce se trouve dans l'empreinte de l'outil et que le poinçon doit entrer en contact avec la pièce avant la rétraction de la jauge. Et les vibrations de la machine créées pendant le déplacement du faisceau peuvent à elles seules déplacer de très petites pièces de faible épaisseur hors de leur position. La sécurité devient alors plus préoccupante, car l'opérateur doit placer de petites pièces dans une enveloppe d'outillage qui peut être plusieurs fois plus grande que la pièce elle-même.

La qualité de la forme peut être meilleure sur une presse plieuse, mais elle peut aussi en souffrir. La formation près du bord d'un flan peut provoquer un emboutissage (voir la figure 3), ce qui aurait été évité auparavant en formant avant de séparer ou de découper. De plus, sans l'avantage d'une grande feuille solidement maintenue par des pinces, des charges déséquilibrées ou la présence de forces latérales peuvent déplacer le flan, malgré l'utilisation du serre-flan, entraînant une très mauvaise qualité de formage - si le formage est possible.

FIGURE 1. Étant donné que la feuille est fermement serrée et positionnée avec précision, une poinçonneuse peut fournir des éléments de forme nets, précis et correctement situés. Ces pièces quittent la poinçonneuse presque complète sans qu'il soit nécessaire qu'un opérateur les touche.

Lorsque l'on envisage de former des pièces sur le frein, il est également important de reconnaître la possibilité qu'une pièce produite via un autre processus (emboutissage ou poinçonnage) nécessite plusieurs coups de machine pour réussir.

Ces défis peuvent être surmontés avec une bonne planification et une bonne compréhension de ce qui peut être réalisé et à quel prix.

L'outillage de presse plieuse de précision conventionnel peut être utilisé pour créer des formes dans des flans de tôle au lieu de la poinçonneuse (voir Figure 4). Comme mentionné, non seulement il peut reproduire les formes généralement créées par l'outillage de poinçonnage, mais il ouvre également la porte à la production de formes qui ne sont pas possibles sur la poinçonneuse.

Un profil de poinçon et de matrice robuste permet des charges de formage plus importantes. La grande empreinte linéaire en forme de bloc offre la possibilité d'installer des mécanismes de maintien de flans. Parallèlement à cela, il est possible de créer une plus grande force de maintien, réduisant ainsi l'aspiration et la distorsion du matériau. La charge de formage est répartie sur une plus grande surface de la poutre, réduisant ainsi le risque d'endommagement de la poutre.

Le règne de plusieurs décennies du poinçonnage en tant que processus principal de création de formes dans des pièces en tôle a autant à voir avec l'outillage qu'avec la machine, peut-être plus. Les innovations dans l'outillage de poinçonnage, dans une variété de cas, ont même entraîné des innovations dans les machines. Contrairement à l'outillage de freinage, qui doit parfois avoir une taille ou un profil unique pour chaque application, l'outillage de poinçonnage est créé pour une famille de tailles standard de l'industrie. Différents styles de machines utilisent différents styles et tailles d'outillage, mais pour la plupart, l'outillage se limite à une poignée d'empreintes. Les machines-outils et les processus ont été perfectionnés pour produire une excellente qualité, permettant des délais de livraison courts (voir Figure 5).

Les univers du poinçonnage et du pliage de tôle sont très différents. En se concentrant sur l'outillage, les différences les plus évidentes sont peut-être la taille physique, la forme et le poids - en forme de bloc linéaire par rapport à cylindrique. L'outillage de frein plus grand entraîne un coût plus élevé (et un délai d'exécution plus long) pour la masse de matériau et le temps d'usinage accrus.

Chaque outil est généralement capable de produire un résultat unique, qu'il s'agisse de plusieurs caractéristiques ou d'un seul trait par machine, et généralement dans un type et une épaisseur de matériau (voir Figure 6). Considérez un outil de chaque monde, construit pour produire un gaufrage ou un débossage à Ø20 mm avec une hauteur de 6 mm. Chaque outil produirait la même forme, mais l'outil de frein coûterait beaucoup plus cher et prendrait beaucoup plus de temps à recevoir. Si la forme doit changer ou si une nouvelle pièce nécessite un gaufrage de taille légèrement différente, un nouvel outillage serait nécessaire, et le coût et le délai seraient, encore une fois, beaucoup plus importants pour l'outillage de frein que pour l'outillage de poinçonnage.

L'opération supplémentaire de formage sur une presse plieuse après découpe au laser a été justifiée, et l'outillage de frein conventionnel peut faire le travail, mais ce n'est pas la meilleure solution. Une approche moins conventionnelle consiste à réunir les outils de freinage et de poinçonnage (voir Figure 7). De nombreux avantages d'un outil de presse plieuse associés aux performances des composants de l'outil de poinçonnage facilitent la transition vers la plieuse pour le formage.

Les fabricants avertis ont fixé des outils de poinçonnage sur leurs freins avec l'aide de leurs salles d'outillage. Et un fabricant d'outils, avec une expertise dans la conception, l'ingénierie et la production d'outils de presse plieuse et d'outils de poinçonnage, intègre des composants de poinçonnage de précision dans un système d'outillage de presse plieuse depuis 2016.

Le système Brake Partner de stock, les supports prêts à l'emploi acceptent des composants internes spécifiques aux pièces. Cela permet au fabricant de supprimer ces composants et d'installer un autre ensemble pour créer un formulaire différent. La possibilité de remplacer uniquement les composants internes réduit les coûts.

FIGURE 2. Ces ébauches découpées au laser sont en excellent état, sans marquage et avec un bord propre. Mais il existe une différence significative entre l'état de ces pièces et les pièces poinçonnées - celles-ci nécessitent toujours les caractéristiques formées.

Les supports sont capables de forces d'au moins le double de celles de la plupart des poinçonneuses, et cette force est correctement répartie pour éviter d'endommager le faisceau. Les grands logos en relief, les timbres inventés, les symboles de tiret et de masse et les outils de timbre-lettre sont de bons exemples d'applications qui bénéficient de ce système. Le système de maintien des flans peut fournir une force plus élevée que les ensembles de guidage de poinçonnage.

La version de support non guidé, qui est alignée manuellement dans la machine, peut gérer la plupart des applications de formage telles que les outils d'essuyage préfendus et les persiennes (voir Figure 8).

Des caractéristiques de positionnement de pièce telles que des goupilles de positionnement (voir Figure 9), des poches usinées, des blocs de clavetage réglables et des doigts peuvent être incorporées dans l'outillage. Les extrusions, les fraisages formés, les gaufrages avec un trou, les formes filetées/écrous Tinnerman et les plaques de marche peuvent être positionnés en plaçant le pré-trou sur un pilote remplaçable (voir Figure 10). Pour les pièces plus petites ou les formes proches du bord de la feuille, une butée ou une poche peut être usinée dans la matrice inférieure. Diverses jauges réglables et détachables peuvent également être incorporées.

Les coffrages nécessitant un piquage ou un perçage conviennent mieux à la version guidée afin de garantir le maintien d'un alignement et d'un dégagement de coupe appropriés (voir Figure 11). Chaque fois qu'une limace est produite, comme c'est le cas avec un outil de perçage de grappe, des composants supplémentaires sont nécessaires.

De nombreux fabricants adoptent cette nouvelle approche pour fabriquer des formes de poinçonnage, depuis la formation de pièces en forme de disque, qui ne peuvent pas être maintenues dans les pinces de la poinçonneuse, pour couler les formes de drainage jusqu'aux trous de perçage.

Diverses méthodes de mesure sont utilisées pour relever le défi de localisation des pièces créé avec le passage au frein. La haute pression derrière un serre-flan ou un tampon de pression maintient les pièces plus plates (voir Figure 12).

Que les fabricants créent déjà des formes de poinçonnage sur le frein ou envisagent le changement, des options innovantes et non conventionnelles sont disponibles qui en font une méthode économiquement saine, allégée et fiable pour répondre aux besoins immédiats et potentiellement ouvrir la porte à de nouveaux revenus.