A.3.b) Nouveau montage

Ce dispositif expérimental (voir figure VI-5, VI-6 et VI-7) a été conçu et fabriqué lors du projet de fin d’étude de l’année 2010 [1]. Il est destiné aux expériences de mises en forme dont l’emboutissage avec laminage.

Les opérations d’emboutissage avec laminage vont être effectuées sur des pièces en alliage d’aluminium dans un premier temps pour éprouver la résistance à la pression et au matage de certains éléments roulants du dispositif (roulements, rouleaux…) et le poinçon.

L’alliage d’aluminium a été choisi puisqu’il présente des bonnes aptitudes à la déformation et donc au laminage en sollicitant relativement peu d’effort. Des efforts dont le maximum peut facilement être supporté par les éléments du dispositif.

Et c’est justement le phénomène de roulement sans glissement de la tôle sur les rouleaux qui fait que le frottement entre tôle et matrice ainsi qu’entre tôle et serre flan ne sera pas pris en compte dans la simulation EF (Eléments Finis).

Les pièces embouties simplement ou embouties et laminées en même temps sont étudiées suivant les profils qu’elles présentent après retour élastique. C’est en fait l’étude du retour élastique de ces éprouvettes embouties qui est effectué.

Poinçon

Rouleaux inférieurs (matrice) Figure VI-5 Dispositif d’emboutissage avec laminage

Rouleaux supérieurs (serre flans)

Sur la figure VI-5 sont indiqués clairement les composants essentiels qui participent à la mise en forme du type emboutissage. On peut positionner facilement le poinçon, les rouleaux inférieurs et les rouleaux supérieurs.

Figure VI-6 Différentes vues du dispositif d’emboutissage avec laminage monté sur la machine de traction-compression SCHENK 250 kN

Les deux tiges indiquées sur la figure VI-6 ont pour rôle d’immobiliser les cales biseautées en translation verticale afin d’empêcher tout écartement des rouleaux inférieurs par rapport au poinçon lorsque leur position a été fixée. Les mousquetons permettent de retirer les cales, ce qui faciliterait le retrait de l’éprouvette emboutie. Les deux vis de centrage (une vis de chaque côté) rapprochent ou écartent les rouleaux inférieurs du poinçon lors du réglage du paramètre « jeu sur épaisseur ». Sur la figure VI-7, ci-après, est montrée la mise en place de l’éprouvette et des rouleaux supérieurs préparant à une opération d’emboutissage. L’éprouvette est posée sur les rouleaux inférieurs puis sont montés les rouleaux supérieurs. Et l’opération d’emboutissage - avec ou sans laminage simultané - peut commencer en faisant descendre le poinçon.

Figure VI-7 Opération d’emboutissage

La figure VI-8 montre la forme prise par l’éprouvette après cette opération d’emboutissage. Quelques précautions sont à prendre lors du retrait du produit (éprouvette emboutie). Ces précautions se résument à l’écartement des rouleaux

Tiges _{Mousqueton Comparateur Vis de centrage}

inférieurs avant de remonter le poinçon et libérer le flan embouti. Pour y parvenir, il faut retirer les tiges qui bloquent les cales biseautées (Figure VI-6), faire remonter ces cales et écarter les rouleaux supérieurs après dévissage des vis (Figure VI-7) qui bloquent ces rouleaux par rapport au bâti.

Figure VI-8 Eprouvette emboutie

(1) Montage du dispositif

(a) Description

Sans entrer dans le détail descriptif de cette machine, par ailleurs bien fait dans [1], les principaux éléments à connaître dans cet appareil destiné, parmi d’autres opérations, à l’emboutissage avec et sans laminage sont : le poinçon, les deux rouleaux inférieurs faisant office de matrice et les deux rouleaux supérieurs servant de serre flans.

Avec des vis, le poinçon est rendu solidaire du mors supérieur mobile de la machine de traction compression SCHENK 250 kN du Laboratoire LaMCoS. Bien qu’il présente l’inconvénient de n’avoir aucune mise en position, ce système de fixation permet d’ajuster en rotation le poinçon par rapport au système.

En fixant sa course à 90 mm pour que la mise en forme soit correcte, le poinçon - de 50 mm de diamètre à son extrémité - emboutit une éprouvette en tôle de manière à avoir un pliage en forme de ‘U’. Conçu et fabriqué dans un matériau très rigide (limite élastique : Z160 spécifique aux outils de mise en forme), il permet d’opérer des emboutissages accompagnés ou non de laminage suivant le besoin.

Les rouleaux inférieurs jouent le rôle de la matrice de ce système. Ils font partie intégrante de l’outil de mise en forme qui a l’avantage de centrer les éléments mobiles et d’assurer ainsi la symétrie essentielle à l’obtention d’un produit ‘uniforme’ et exploitable. Les deux rouleaux inférieurs (matrice) sont en liaison pivot avec le bloc. Leurs positions (écartement) peuvent être réglées par rapport au poinçon grâce à un système vis-écrou situé en dessous du bâti et de deux vis latérales.

Les serre-flans (rouleaux supérieurs) ne sont utiles qu’en emboutissage afin de donner une bonne forme en ‘U’ au flan (éprouvette). L’espace entre le rouleau inférieur (matrice) où repose l’éprouvette et le rouleau supérieur faisant office de serre-flan est légèrement plus grand que l’épaisseur de l’éprouvette afin d’assurer une mise en forme ‘sans frottement’. Deux dispositions de montage de ces rouleaux serre flans permettent d’effectuer l’emboutissage des tôles de 1mm et de 2mm. Les serre flans sont immobilisés (sauf rotation), après montage, par vissage sur le bloc.

(b) Mise en place

La première opération à réaliser est le réglage du jeu sur épaisseur (j/e) : le poinçon est descendu entre les deux rouleaux inférieurs servant de matrice. Ces rouleaux sont ensuite mis en contact contre le poinçon. Le poinçon, solidaire de la traverse supérieure de la machine de traction, est fixé en rotation. Les deux rouleaux inférieurs (matrice) sont ensuite écartés légèrement afin de régler le jeu sur épaisseur grâce à des cales étalons. Ces cales permettent d’obtenir le jeu poinçon/matrice désiré.

On remonte le poinçon et on dépose une éprouvette (tôle rectangulaire plane) sur les deux rouleaux inférieurs. Puis on met en place les rouleaux supérieurs (serre flans) qui sont en liaison pivot avec le bâti. Ils reposent librement sur l’éprouvette. L’éprouvette, ainsi prise entre matrice (rouleaux inférieurs) et serre-flans (rouleaux supérieurs), peut être emboutie en faisant descendre le poinçon.

Pour une opération d’emboutissage sans laminage, il suffit de faire un centrage du dispositif au préalable en mettant en contact le poinçon et les rouleaux inférieurs. Puis on écarte légèrement les rouleaux du poinçon et avec des cales étalons on assure le jeu nécessaire pour que l’éprouvette soit emboutie sans être laminée. Le jeu à assurer est juste supérieur à l’épaisseur de la pièce à emboutir.

Et pour une opération avec laminage, après l’opération de centrage, on écarte les rouleaux du poinçon et on procède à un réglage de jeu utile à l’opération d’emboutissage accompagné de laminage par tâtonnement vu les multiples jeux propres au mécanisme qui se reportent automatiquement sur le produit final. En effet, sur le bâti qui semble être la partie du dispositif présentant le moins de jeu, on a pu mesurer avec un comparateur un jeu de 7/100 en appuyant fortement dessus avec la main. On peut imaginer les jeux que peuvent introduire les autres organes…

Vu l’importance des jeux qui ne sont pas encore maîtrisés, la procédure adoptée pour effectuer l’opération d’emboutissage avec laminage n’est pas du tout « industrielle » mais elle offre la possibilité d’obtenir des résultats exploitables. Ainsi on ne peut pas fixer au préalable un taux précis de laminage.

Avec un jeu d’environ 0.5 (cale étalon de 0.5) entre rouleaux et poinçon, on a un laminage d’environ 26%. Lorsque c’est une cale étalon de 0.6, on a un laminage de 19% et en utilisant une cale de 0.7 on arrive à laminer à un taux de 10%. Il faut noter que toutes les éprouvettes utilisées, en alliage d’aluminium, ont une épaisseur de 1.15 mm avec quelques rares fois des variations d’un centième de millimètre.

Les flans (éprouvettes) sont découpés aux dimensions 270x10 mm puis nettoyés à l’alcool. Les dimensions utiles (épaisseur, longueur et largeur) sont remesurés avant l’essai. Les mesures d’épaisseurs sont faites aux extrémités et au milieu de l’éprouvette pour s’assurer de leur quasi-uniformité.

270 mm

Direction de laminage 10 mm

Il faut bien aligner l’éprouvette avec le profil du bloc supportant les rouleaux. Pour cela, des tétons de réglage ont été prévus et garantissent son bon alignement sans créer des désalignements pour l’éprouvette durant les expérimentations.

L’emboutissage proprement dit commence après cette procédure de mise en place. Un programme de pilotage permet de contrôler la vitesse de déplacement de la traverse, fixée à 10mm/min pour tous les essais, ainsi que les enregistrements simultanés de la course du poinçon (environ 90 mm), de l’avalement et de l’effort exercé verticalement par le poinçon (dépendant du taux de laminage).

Une fois l’opération terminée, avant de faire remonter le poinçon, il faut écarter les rouleaux pour que le poinçon n’entraîne pas la pièce emboutie lors de sa remontée. Une fois le poinçon remonté et les serre-flans retirés, l’embouti est extrait manuellement et délicatement pour ne pas fausser la forme du retour élastique. Trois essais sont réalisés pour chaque configuration pour assurer la répétabilité.

(2) Les vérifications à faire pendant les expérimentations

Translations des supports rouleaux

C’est une vérification importante à faire surtout lors d’une mise en forme nécessitant de très grands efforts comme l’emboutissage accompagné du laminage. Ces efforts vont avoir tendance à écarter les rouleaux qui vont repousser les cales inclinées (biseautées).

Après réglage, il faut vérifier que les cales inclinées ne remontent pas lors de l’opération d’emboutissage avec laminage afin d’assurer une uniformité du taux de laminage sur tout le « mur » de l’éprouvette. Comme ce contrôle est difficile à effectuer visuellement, il faut s’équiper d’un comparateur pour vérifier que la cale ne se déplace pas pendant l’expérimentation.

Translation du bâti

Il a été dit précédemment qu’un petit effort exercé sur le bâti a fait déceler le rattrapage d’un jeu de l’ordre de 7/100. Il faut donc vérifier que le bâti ne se déplace pas pendant l’expérimentation (dévisser les vis de réglage en translation). Un mauvais centrage du poinçon entre les rouleaux entraînerait une dissymétrie des efforts.

Mesure du laminage

Le réglage précis de la distance entre les rouleaux ne suffit pas pour déterminer précisément le taux de laminage de l’éprouvette. Il faut mesurer l’épaisseur avant et après l’expérimentation au pied à coulisse, par exemple.

VI.B. Résultats expérimentaux

Plusieurs expériences ont été menées avec le nouveau dispositif (figure VI-5) mais seuls les résultats – d’emboutissage sans et avec laminage – obtenus avec les éprouvettes de 270 mm de long, 10 mm de large et 1.15 mm en moyenne d’épaisseur, en alliage d’aluminium de nuance 6016 vont être exploités.

Ce sont les profils de ces emboutis qui sont étudiés pour évaluer l’impact du laminage sur le retour élastique.