Procedes Et Methodes de Production 2-I PDF [PDF]

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Institut Supérieur Des Études Technologique De Sousse

DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE

SUPPORT DE COURS

PROCEDES ET METHODES DE PRODUCTION 2 UE : PROCEDES ET METHODES DE PRODUCTION 2

Première Année Licence Appliquée en Génie Mécanique

PRÉPARÉS PAR : Ayech Othman Ben Hadj Saleh Mehdi KHOUAJA Hatem CHAOUI Abir AU 2020/2021

PARTIE I : PROCEDES DE MISE EN FORME

Procédés de mise en forme par déformation plastique : pliage, ceintrage: principe, outillages, possibilités et limites. Choix du procédé.

5 séances

Procédés de mise en forme par déformation plastique : emboutissage : principe, outillages, possibilités et limites. Choix du procédé.

4 séances

Procédés de découpage : principe, outillages, possibilités et limite. Choix du procédé (poinçonnage, oxycoupage. Découpage par laser, plasma, jet d’eau …)

4 séances

Support de cours Procédés de mise en forme

Chapitre 1 : La mise en forme des matériaux métalliques

Chapitre 1 :

Généralités sur la mise en forme DES MATERIAUX METALLIQUES

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Support de cours Procédés de mise en forme

Chapitre 1 : La mise en forme des matériaux métalliques

Stratégie pédagogique : Chapitre 1 : MISE EN FORME DES MATERIAUX METALLIQUES

Objectif de la leçon : A l’issue de cette leçon l’étudiant doit être capable de -

Donner une idée générale sur les procédés de mise en forme des matériaux métalliques.

-

Introduire le mode de mise en forme des matériaux métalliques par déformation

plastique ainsi que les paramètres qui influent ce mode. Préréquis : Connaissances sur les modes d'obtention des pièces mécaniques ainsi que sur l'aptitude des matériaux métalliques à se déformer plastiquement Critères d’évaluation : 1- Objectifs validés 2- Réussir les travaux dirigés

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Chapitre 1 : La mise en forme des matériaux métalliques

CHAPITRE I : Généralités sur la mise en forme des matériaux métalliques I - Introduction : Les activités de mise en forme des matériaux métalliques peuvent se subdiviser en deux types - Activités de mise en forme de la matière : elle consiste à obtenir des pièces par façonnage. - Activités d'assemblage des pièces façonnées pour constituer des produits manufacturés que nous trouvons sur le marché. II - Procédés de mise en forme des matériaux métalliques : L’organigramme suivant illustre les différents procédés de mise en forme des matériaux métalliques qu’on peut rencontrés à l’échelle industrielle :

Fig.1 : Principaux procédés de mise en forme des matériaux métalliques

Dans ce qui suit on va s’intéresser aux procédés de formages des matériaux métalliques

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Chapitre 1 : La mise en forme des matériaux métalliques

III - Formage des matériaux métalliques :

III – 1 –Définition : Le mot formage regroupe les procédés utilisant l'aptitude à la déformation plastique (appelée ductilité ou forgeabilité) La capacité de déformation est une fonction : • • •

Du matériau Du procédé (mode d'application des contraintes) Des conditions opératoires (tribologie, température, vitesse) Le formage revêt un triple aspect :

• • •

Aspect mécanique (contraintes nécessaires à l'écoulement de la matière) Aspect métallurgique (transformation structurale au cours de la déformation plastique) Technologique (moyens mis en œuvre)

III – 2 –Déformation : III.2.1. Définition :

En entend par déformation, toute variation de nature géométrique entre le produit initial et le produit final III.2.2. Modes de déformation usuelles :

Les deux modes de déformation usuelles sont : • La déformation élastique. • La déformation plastique ou permanente. On peut bien visualiser ces deux modes sur une courbe de traction d’un matériau ductile

Fig.2 : Courbe de traction d’un matériau ductile

Zone OA : Zone de déformation élastique Zone ABC: Zone de déformation plastique (permanente)

III – 3 - Elasticité résiduelle : Etant donnée la composante élastique initiale, lorsqu'on supprime la sollicitation après déformation plastique, il se produit « un retour élastique ». AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Chapitre 1 : La mise en forme des matériaux métalliques

III – 4 - Influence de la température de formage : La température de formage est un paramètre fondamental, car elle conditionne la valeur de la contrainte d’écoulement plastique. En règle générale, une élévation de la température diminue la résistance du matériau. Ainsi pour une contrainte donnée, le matériau présentera une capacité de déformation meilleure à chaud qu'a froid (Fig. 3).

Fig.3 : évolution avec la température T de la contrainte d'écoulement plastique  0 de divers aciers – domaines du forage à froid, à tiède et à chaud.

Nous ferons la distinction entre les types de comportement, en fonction de la température. III. 4.1. A froid :

Elle correspond à une température comprise entre 0,15 Tf, et 0,3 Tf, ou la structure du matériau n'évolue notablement que durant la déformation plastique et cette évolution, appelée écrouissage, augmente sa contrainte d'écoulement et diminue sa ductilité, c'est-à-dire son aptitude à subir une déformation plastique sans apparition de fissures, voire rupture III. 4.2. A Chaud :

Elle correspond à une température supérieure à 0,5 Tf, C'est le domaine thermiquement activé dans lequel on constate notamment une décroissance de la résistance de la déformation. Les produits obtenus par déformation à chaud présentent les particularités suivantes : • Mauvais état de surface • Large intervalle de tolérance • Difficulté de contrôler la température. III. 4.3. A tiède :

On notera qu’il existe le domaine intermédiaire de la déformation à tiède (ou à michaud), notamment par forgeage permettant, au moins en théorie, de cumuler les avantages du chaud (contrainte d’écoulement plus faible qu’à froid) et du froid (durcissement du produit par écrouissage); toutefois cette pratique reste assez peu développée.

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Chapitre 2 : LE PLIAGE – CINTRAGE DES TOLES

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Stratégie pédagogique :

Chapitre 2 : LE PLIAGE – CINTRAGE DES TOLES

Objectif de la leçon : A l’issue de cette leçon l’étudiant doit être capable de -

Définir les procédés de pliage des tôles.

-

Voir de prés l'aspect mécanique du pliage.

-

Décrire les principales machines utilisées en pliage

-

Décrire les modes de pliage

-

Définir le procédé de cintrage des tôles et des tubes

-

Décrire les modes de cintrage manuels et mécaniques des tôles et des tubes.

-

Décrire les principales machines utilisées.

-

Calculer la longueur développée.

-

Calculer les efforts appliqués lors de l’opération de pliage. Préréquis : Connaissances sur les modes d'obtention des pièces mécaniques ainsi que sur l'aptitude

des matériaux métalliques à se déformer plastiquement

Critères d’évaluation : 3- Objectifs validés 4- Réussir 80% des travaux dirigés

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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CHAPITRE 2 : le pliage – cintrage des tôles I - le pliage

I – 1 - Introduction : Le pliage est une technique de mise en forme par déformation plastique permettant d’obtenir, à partir d’une tôle (flan), une pièce développable par la réalisation d’un ou plusieurs dièdres adjacents présentant des arêtes plus ou moins arrondies.

Fig.1: Pliage des tôles

I – 2 - Principe : Le pliage est effectué par une succession d’opérations sous une force actionnante, par l’intermédiaire d’un poinçon et d’une matrice ou d’un tablier pivotant, sur la pièce. Celle-ci repose sur des appuis (fig. 2) ou elle est encastrée à une extrémité (fig. 3).

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Fig2. Pliage sur presse plieuse

Fig3. Pliage à tablier plieur (ou volet plieur)

Le pliage des tôles peut conserver des pièces de grandes dimensions utilisées dans l’industrie automobile, jusqu’à des pièces de précision utilisées dans le domaine électrique par exemple.

I – 3 - Analyse de la déformation : L'étude d'une pièce pliée montre que dans la partie pliée, les fibres du métal ont subi une déformation. - Les fibres extérieures ont subi un allongement (extension). - Les fibres intérieures ont subi un raccourcissement (compression). - La fibre moyenne n'a subi aucune déformation et modification de longueur par rapport à la longueur initiale, d'ou l'appellation de Fibre neutre.

Fig.4 : Zones de déformation des tôles pliées Sous l'action du poinçon, le métal compris dans la section (1) est soumis aux forces de compression et de traction pour (2), leur intensité s'annule sur la fibre neutre. Le maintien de l'équilibre des sections (l'une qui augmente, l'autre qui diminue) provoque un déplacement de la fibre neutre vers le rayon intérieur. Entre les deux zones de déformation, la fibre neutre qui ne subit aucun allongement ni raccourcissement sera la base du calcul de la longueur développé. Le tableau suivant illustre la position de la fibre neutre en fonction du rapport ( Ri ) e

Ou Ri : Le rayon intérieur de pliage e : L’épaisseur de la tôle plié Sous l’action du poinçon, le métal compris dans la section I est soumis aux forces de compression et de traction pour H, leur intensité s’annule sur la fibre neutre et leur valeur AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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maximum est atteinte en E et K. Le maintien de l’équilibre des sections (l’une qui augmente, l’autre qui diminue) provoque un déplacement de la fibre neutre vers le rayon intérieur.

Approximativement, la fibre neutre est située à : si

R/e ≥ 3

2e/5 si

R/e ≈ 2

e/3

R/e ≈ 1

e/2

si

Fig5. Analyse de la déformation La position de la fibre neutre peut servir de référence pour déterminer la longueur initiale de la tôle à plier. Dans la partie pliée de la tôle le rayon Rf de la fibre neutre est exprimé par : Rf = R + k.e ; Avec k : coefficient de proportionnalité dont quelques valeurs sont citées dans le tableau suivant :

I – 4 - Retour élastique : I.4.1. Principe

Pendant l’opération de pliage sous l’action du poinçon la tôle est pliée d’un angle θ lorsque le poinçon se relève, le flan ne reprend pas sa forme initiale, mais une forme intermédiaire qui est d’autant plus éloignée de celle obtenue par fléchissement maximum que l’élasticité du métal est grande. L’angle s’ouvre légèrement jusqu’à un angle θ0. Ce phénomène, dû au relâchement des contraintes élastiques, est appelé retour élastique. Pour obtenir une pièce à des cotes précises il faut tenir compte du retour élastique au moment de la conception de l’outillage. Les angles du poinçon et de la matrice seront usinés à αp tel que : αp = π – (θ + Δθ) avec : Δθ = θ0 – θ (retour élastique)

Fig6. Retour élastique

Pour le calculer on peut utiliser une méthode de calcul approximative : α1 = k. α2 avec α1 : Angle de l’outil ou de pliage. α2 : Angle à obtenir. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Fig.7: Des valeurs pour le coefficient du retour élastique

I.4.2. Calcul du retour élastique

La fibre neutre de la tôle garde une longueur constante au cours du pliage et du retour e 2

e 2

élastique, on a donc :  (r  )   0 (r0  )

e

r0   2  rmo  k  e 0 rm r



2

k : est appelé facteur de retour élastique Ce facteur dépend de plusieurs paramètres tel que : - le module d’élasticité longitudinale du métal « E » - la limite élastique du métal « R » e

-

le coefficient d’écrouissage « n » le rapport (r/e) L’abaque suivant permet de déterminer le facteur du retour élastique :

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I – 5 - Modes de pliage : I.5.1. Pliage sans frappe

On peut plier un flan en lui appliquant un effort de pliage, le flan se déforme dans ce cas selon un angle α1 (voir fig.9) lorsqu’on cesse l’effort et on dégage la pièce, le flan prend dans ce cas une position intermédiaire caractérisé par l’angle α2 , c’est en fait le retour élastique qui a engendré une telle situation, on parle donc de pliage sans frappe et dans ce cas l’angle terminal étant celui du Vé augmenté du retour élastique.

Fig. 8 : pliage sans frappe

Fig. 9 : Retour élastique après pliage sans frappe

I.5.2. Pliage avec frappe

Si en fin du pliage à fond du vé le poinçon continue sa course, en provoquant un forgeage local par un léger encastrement de son extrémité dans l’épaisseur du métal et en équilibrant, par déformation plastique, les contraintes des zones comprimées avec celles qui sont tendues ; Le retour élastique est quasiment supprimé c’est l’opération de pliage avec frappe.

Fig.11 : pliage avec frappe

I – 6 - Types de pliage : On peut distinguer: I.6.1. Le pliage en l’air

A effectuer sur des plieuses à tablier ou sur des presses-plieuses, en production unitaire ou de série, sur des flans de toutes épaisseurs. Sur des plieuses à tablier un volet-presseur maintient le flan d’un coté, le pliage étant obtenu par basculement d’un volet-plieur, régie au rayon de giration.

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a : pliage en l'air

b : pliage en l'air successif c : pliage d'une pièce sans la marquer Fig.12: exemples d'exécution du pliage en l'air

Pour flans plastifiés, en acier inoxydable, cuivre, laiton, aluminium poli : on évite de marquer la pièce dans le pli extérieur, pour cela on utilise une matrice en élastomère sur des presses plieuses le principe est explicité sur la figure 11c. I.6.2. Pliage en matrice

Ce procédé s'effectue avec un outillage poinçon-matrice spécifique au produit à obtenir, en production de série pour petites à moyennes pièces de faible épaisseur (e ≤ 4mm). L'outillage est conçu pour effectuer différents pliages (en vé, en équerre, en Z, en U, ….)

Fig.13: principe du pliage en matrice

I – 7 - Machines de pliage : I.7.1. Pliage par rotation d'un outil pivotant : Plieuse à tablier

La plieuse à tablier est sans doute la machine la plus utile dans un petit atelier de tôlerie. Sur une plieuse à tablier on doit obligatoirement avancer ou reculer la mâchoire en fonction de l'épaisseur du métal à plier.

Fig.14 : principe d’exécution des pliages sur des plieuses à tablier

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Fig.15 : Plieuse universelle à tablier I.7.2. Pliage sur presses plieuses : Poinçon et matrice :

Les presses plieuses, surtout utilisées pour le pliage en V, sont directement dérivées des presses d’emboutissage. Elles sont hydrauliques ou mécaniques, leur coulisseau est très long (2 à 6 m). Les presses destinées au pliage en U sont des presses simples effet. La figure suivante illustre le principe de travail d'une presse plieuse

A : matrice B : poinçon

Fig.16 : pliage sur presse plieuse

Fig. 17 : Presse plieuse AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Le schéma suivant illustre une pièce pliée obtenue sur une presse plieuse en sept étapes

Fig.18 : exemples d’exécution

I – 8 - Techniques de pliage des tôles sur presses plieuses : Le pliage des tôles sur une presse plieuse permet d’obtenir des pièces de forme complexe. Il existe trois techniques de pliage soit : ■ Le pliage en U. ■ Le pliage en V. ■ Le pliage à rayon important. I.8.1. Pliage en U :

Le pliage en U souvent un angle vise à obtenir en une opération une pièce à fond plat, celui-ci faisant le plus à 90° avec les deux ailes pliées. Si le pliage est sans frappe, le phénomène du retour élastique est présent. Dans ce cas on a une composante de retour élastique αe.

Fig.19 : pliage en U sans frappe Pour remédier à ce problème des moyens de correction sont utilisés.

Fig.20 : pliage en U avec frappe

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Support de cours Procédés de mise en forme I.8.2. Pliage en V :

Pliage en V sans frappe : Si le pliage est effectué dans un Vé, suivant la position du poinçon en fin de course, différents angles intermédiaires peuvent être obtenus avec le même outillage. L’angle terminal étant celui du Vé augmenté du retour élastique. C’est le pliage en l’air.

Le rayon R obtenu est voisin de a/6 à condition que Rp ≤R

Pliage en V avec frappe : Si, en fin de pliage à fond de Vé le poinçon continue sa course, il provoque un forgeage local par un léger encastrement de son extrémité dans l’épaisseur. Le métal, déplacé équilibre, par déformation plastique, les contraintes des zones comprimées avec celles qui sont tendues. Il supprime le retour élastique mais il est limité à e≤3mm car on peut avoir une trop forte

diminution de e dans la région du pli pour e >3, c’est l’opération de pliage avec frappe.

Fig. 21 : pliage en V sans frappe

Fig.22 : pliage en V avec frappe

I.8.3. Pliage à rayon important :

Fig.23 : Pliage à rayon important sur presses plieuses

I – 9 - Rayon minimal de pliage I.9.1. Définition

L’expression du rayon minimal de pliage « R » désigne toujours le rayon intérieur

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

Support de cours Procédés de mise en forme I.9.2. Rayon minimal

C’est le plus petit rayon pour lequel il n’ya pas apparition de fissures l’ors du pliage : Il dépend de :  La géométrie de la pièce  La nature et l’état du métal (recuit ou écroui)  La capacité du métal à la déformation plastique Le tableau suivant nous donne quelques valeurs :

D’après catalogue CETIM Fig.24 : valeurs des rayons minimales de pliage pour différents matériaux

I - 10 - Calcul de la longueur développée Il est nécessaire de connaître la longueur développée d’une pièce pliée pour le découpage du flan et le réglage de la position des plis lors de l’opération de pliage. La fibre neutre sert de référence pour établir la longueur initiale de la pièce à plier. Quelque soit la valeur de l’angle de pliage la longueur développée de la tôle pliée est donnée par la formule suivante :

L=A+B–C Avec :

 180     C  2( R  e) cot g  ( R  k.e)   2  180

La valeur de k est déterminée en fonction du rapport R/e dans le tableau du paragraphe 2. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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La valeur de C peut être déterminée directement par l’abaque suivant.

Fig. 25 : abaque de détermination directement de la valeur de C Exemple : Rayon du pliage : r = 4,8mm ; α = 30° (ouvert) et épaisseur de la tôle est e = 1,5mm. La valeur de C est donnée par la courbe située à l’intersection de la droite qui joint les valeurs de r et de e et l’horizontal passant par α. Dans notre cas C = 1,5mm.

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I – 11 - Effort de pliage I.11.1. Pliage en Vé

Lors d’un pliage en Vé l’effort est difficile à évaluer compte tenu du frottement (pièce outil), de l’évolution des masses métalliques extérieures au pli, et de l’évolution de la résistance du métal qui s’écrouit. Les formules expérimentales suivantes fournissent des valeurs acceptables.

Cas de pliage en l’air :

L.e 2 .Rm F1  k a Avec : k = 1,4 pour a = 6 e k = 1,33 pour a = 8 e k = 1,24 pour a = 12 e k = 1,20 pour a = 16 e

e : épaisseur à plier (mm) L : longueur du pli (mm) a : ouverture du Vé (mm) Rm : résistance à la rupture du métal à plier (N/mm² ou

MPa) Le rayon R obtenu est voisin de a/6 à condition que Rp ≤ R. On peut utiliser des abaques pour déterminer l’effort de pliage.

Cas de pliage avec frappe : De bons résultats sont obtenus pour a = 6 e. Le rayon R p du poinçon qui pénètre le métal doit être voisin de 2/3 de R obtenu par pliage « en l’air ». L’effort F2 à fournir progresse avec l’épaisseur. Dans les conditions ci-dessus, il peut atteindre : F2 = 2 F1 Il supprime le retour élastique mais est limité à e ≤ 3 mm (trop forte diminution de e dans la région du pli pour e > 3 mm). I.11.2. Pliage en U :

Cas de pliage sans frappe : Dans ce cas, l’effort est fortement tributaire du jeu entre poinçon et matrice. Si le jeu égal à l’épaisseur de la tôle, l’effort peut être défini par la relation suivante :

F3 

2  e L.Rm .e.1   3  a

Cas de pliage avec frappe : F4 = 2,5 F3

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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I – 12 - Applications : I.12.1. Application 1: Réalisation des profils en pliage :

Fig.26 : Exemples d'exécution de pliage I.12.2. Application 2: Développement d’un flan

Les deux exemples suivants illustrent deux exemples de calcul de la longueur développé d’un flan

* Exemple 1 :

Fig.27 : Exemple 1 : Développement d'un flan1 pour pliage

Si R1 et R2 sont les rayons de la fibre neutre alors la longueur totale du flan est :

Ft  l1 

2. .R1.1 2. .R2 . 2  l2   l3 ( α1 et α2 en degré ° ) 360 360

* Exemple 2 :

Fig.28 : Exemple 2 : Développement d'un flan 2 pour pliage AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Si R1 est le rayon de la fibre neutre alors la longueur totale du flan est :

Ft  l1 

2. .R.  l3  l4 ( α en degré ° ) 360

II - LE CINTRAGE

II – 1 - Définition: Le cintrage est une technique de formage à froid des formes courbes sur des profilés, des tubes et des tôles. Le cintrage s'obtient par une flexion provoqué, soit par un effort à la main ou avec une machine (machine à rouler, presse), soit par chocs et ce à différentes températures. Il est possible de cintrer plusieurs matériaux tels que les métaux, les plastiques et le bois ….

II – 2 - Cintrage des tôles: II.2.1. Principe :

C’est une technique qui a pour but la réalisation d'une surface courbe réglée à partir d'une surface également réglée, par allongement des fibres extérieures (tendues) et refoulement des fibres intérieures (comprimées), la fibre centrale ou fibre neutre étant de longueur invariable. Le cintrage des tôles s'effectue sous l'action de trois rouleaux presseurs parallèles, disposées triangulairement et réglables en position relative, sur une rouleuse (fig.1).

Fig.29 : principe de cintrage à trois rouleaux et différentes pièces pouvant être obtenues II.2.2. Aspect du cintrage :

Le cintrage est une opération de mise en forme par déformation plastique des matériaux pour leurs donner une forme cylindrique. Il résulte alors de cette opération des zones de contraintes dans les matériaux : • Une zone en compression • Une zone en extension (traction) • Une zone sans contrainte, appelée la fibre neutre, dont la longueur reste inchangé

Fig.30 : Zones en compression - Zones en extension - Fibre neutre AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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II – 3 - Techniques de cintrage : II.3.1. Le cintrage manuel :

Pour les tôles minces : En général, ce mode de cintrage est utilisé pour les petits diamètres. Il s’effectue manuellement en utilisant un tas en fonte ou en acier et un maillet.

Pour les tôles épaisses : La tôle est positionnée sur deux appuis : rails, ronds, fer en U, cintreuse, etc. Puis à l’aide d’un gabarit on forme la pièce par martelage. II.3.2. Le cintrage mécanique :

II.3.2.1. Précautions : Deux points importants sont à signaler : - Autant que possible, le cintrage se fera dans le même sens que le laminage. - Toutes les dimensions doivent être calculées en prenant comme référence la fibre neutre. - Autant que possible le cintrage se fait perpendiculairement au sens du laminage ou dans un sens intermédiaire, autrement on risque d'avoir des entailles qui risquent la rupture de la tôle.

II.3.2.2. Principe d’exécution du cintrage mécanique : Dans une opération de cintrage typique on commence toujours par l’amorçage, appelée aussi croquage, qui a pour but de faciliter la pénétration de la tôle, il consiste à former les extrémités de la tôle au rayon de courbure désiré, suite à l’amorçage on effectue le roulage complet de la pièce. Le schéma suivant décrit une opération de cintrage complète d’une tôle comportant l’amorçage de la tôle et son roulage :

Présentation de la tôle Engagement, Croquage de premier bord Croquage de 2ème bord

Roulage complet

Fig.31 : Opération de cintrage mécanique L'amorçage peut s'exécuter manuellement ou mécaniquement, suivant les épaisseurs des tôles à cintrer, il se pratique aux deux extrémités sur une largeur, variant entre 50 et 100 mm.

II.3.2.3. Les machines de cintrage : Les machines utilisées à l’heure actuelle, peuvent être classées en deux familles : Type pyramidal à 3 rouleaux, et type planeur à 3 ou 4 rouleaux. a. Cintreuses de type pyramidal :

Il s’agit du type le plus ancien dont le principal défaut est de ne pas pouvoir réaliser un cintrage parfait des extrémités de la tôle. Restant droites, celles-ci doivent être amorcées au préalable, ou supprimées après cintrage, par découpage. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Les schémas suivants présentent les deux configurations pyramidales standards :

Fig.32 : cintreuse de type pyramidal b. Cintreuses de type planeur :

Pour ces machines la position des rouleaux A et B (voir schémas ci-dessous) permet un brisage de la tôle, supprimant ainsi les grosses déformations. Ce sont les plus utilisées des machines à cintrer et elles peuvent être composées de trois ou quatre rouleaux. Dans les machines modernes, les rouleaux A et B sont moteurs, entraîneurs et A est réglable permettant ainsi le cintrage conique. Les schémas suivants présentent deux configurations de cintreuses de type planeurs et les modifications apportées aux positions des rouleaux pour le cintrage conique :

Fig.33 : cintreuse de type planeur

Fig.34 : cintrage des formes coniques sur rouleuse à quatre rouleaux

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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II – 4 - Choix de la température de cintrage : II.4.1. Cintrage à froid :

A chaque fois que cela est possible, il est préférable de former à froid car en formage à chaud la précision dimensionnelle est plus difficile à maîtriser et les coûts sont plus élevés. II.4.2. Cintrage à chaud :

Ce procédé est appliqué lorsque la puissance de la machine est insuffisante, ou lorsque la capacité de déformation à froid du métal n’est pas assez grande pour réaliser la pièce au diamètre désiré sans risque de rupture. En travaillant à chaud, on peut approximativement doubler la capacité en épaisseur d’une machine. Industriellement on utilise le cintrage à froid. III - Cintrage des tubes :

III – 1 - Principe : Le cintrage des tubes consiste à appliquer une force sur un tube pour créer une déformation plastique du profilé.

Fig.35 : Schéma de principe de cintrage des tubes

III – 2 - Les procédés de cintrage des tubes : III.2.1. Cintrage manuel :

  

Les tubes sont remplis de sable fin, bien séché et soigneusement tassé. Le cintrage s’effectue à chaud. Le maintien est assuré à l’intérieur du tube (sable).

III.2.1.1. Cintrage sur forme :

Fig.36 : Le cintrage sur forme

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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III.2.1.2. Cintrage sur marbre à trous :

Fig.37 : Le cintrage sur marbre à trous III.2.1. Cintrage mécanique :

III.2.1.1. Cintrage par poussée ou par pression :   

Le diamètre du tube à cintrer détermine le choix du galet. Le rayon de cintrage est fonction du galet. Le maintien est assuré à l’extérieur du tube.

Fig.38 : Le cintrage par poussée

III.2.1.2. Cintrage par enroulement :   glissant).

a. Sur machine à olive :

Le galet détermine le rayon de cintrage. Le maintien est assuré à l’intérieur (olive) et à l’extérieur du tube (galet et patin

Fig.39 : Le cintrage par enroulement b. Sur machine à galets :

 

Le maintien se fait à l’extérieur du tube. Le rayon de cintrage est déterminé par le galet de forme.

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Chapitre 2 : Le pliage – cintrage des tôles

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Fig.40 : Le cintrage sur machine à galets

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Chapitre 3 : Emboutissage

Chapitre 3 : L’EMBOUTISSAGE

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Chapitre 3 : Emboutissage

Stratégie pédagogique : Chapitre 3 : EMBOUTISSAGE DES TOLES

Objectif de la leçon : A l’issue de cette leçon l’étudiant doit être capable de -

Définir les procédés d’emboutissage des tôles.

-

Voir de prés l'aspect mécanique d’emboutissage des tôles.

-

Décrire les principales machines utilisées en d’emboutissage.

-

Décrire les domaines d’applications d’emboutissage.

-

Détermination des flans d’emboutissage.

-

Calculer les efforts appliqués lors de l’opération d’emboutissage. Préréquis : Connaissances sur les modes d'obtention des pièces mécaniques ainsi que sur

l'aptitude des matériaux métalliques à se déformer plastiquement

Critères d’évaluation : 5- Objectifs validés 6- Réussir 80% des travaux dirigés

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Chapitre 3 : Emboutissage

Chapitre 3 : EMBOUTISSAGE DES TOLES I - Introduction : La technique de formage la plus répondue dans l’industrie est l’emboutissage. La reconnaissance mondiale de ce mode de mise en forme est due en grande partie à la pression d’éléments extérieurs tels que la nécessité croissante d’alléger les produits, la lutte contre la corrosion ou la concurrence des matériaux non métalliques. II - Définitions : L'emboutissage est un procédé de formage par déformation plastique, à chaud ou à froid, d'une surface de métal entraînée par un poinçon dans une matrice. La surface est transformée par déplacement moléculaire de la matière difficilement réversible; de ce fait, on considère que la pièce obtenue n'est pas développable.

Fig.1: Exemples de pièces obtenues par emboutissage

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Chapitre 3 : Emboutissage

III - Principe: Le principe de l'emboutissage des tôles est représenté par la succession des opérations suivantes.

Phase 1 : poinçon et serre-flan sont relevés. La tôle, préalablement graissée, est posée sur la matrice

Phase 2 : le serre-flan est descendu et vient appliquer une pression bien déterminée, afin de maintenir la tôle

Phase 3 : le poinçon descend et déforme la tôle de Phase 4 : le poinçon et le serre-flan se relèvent : la façon plastique en l’appliquant contre le fond de la pièce conserve la forme acquise (limite d’élasticité matrice dépassée). Phase 5 : on procède au « détourage » de la pièce, c’est-à-dire à l’élimination des parties devenues inutiles. (Essentiellement les parties saisies par le serre-flan).

Fig.2: Principe de l’exécution de l’emboutissage des tôles

IV - Outils pour emboutissage des tôles L’emboutissage se pratique à l’aide de presses à emboutir de fortes puissances munies d’outillages spéciaux qui comportent, dans le principe, trois pièces: 1) Une matrice : En creux, épouse la forme extérieure de la pièce. 2) Un poinçon: En relief, épouse sa forme intérieure en réservant l’épaisseur de la tôle. 3) Un serre-flan: Il entoure le poinçon, s’applique contre le pourtour de la matrice et sert à coincer la tôle pendant l’application du poinçon.

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Fig.3: Outils pour emboutissage des tôles

V - Jeu entre poinçon et matrice : Le jeu de construction entre le poinçon et la matrice est aménagé en fonction de l'épaisseur de la tôle et de l'opération. 1 ère passe : Jeu = 2 e/10 Autres passes: Jeu = 3 à 4 e/10 Calibrage: Jeu = e + tolérance sur l'épaisseur de la tôle augmentée de 20 %. VI - Machines utilisées Ce sont les mêmes machines qu'en découpage, c'est l'outillage qui change. Pour cela on distingue.

IV – 1 - Les presses mécaniques : Ces presses travaillent par choc, ils sont réservées pour les embouties de faible hauteurs (hd) ainsi on peut moduler l'effort appliqué sur le flan dans les cas délicats.

Fig.6: Principe de travail des presses hydrauliques d'emboutissage : Exemple presses à doubles effets

VII - Aspect de l'emboutissage : Au cours de l'opération d’emboutissage, chaque élément du f1an subit des déformations imposées par la forme du poinçon. Ces déformations correspondent à un état de contrainte spécifique, et ainsi deux types de déformations peuvent être observés qui sont : - Une déformation en expansion localisée dans la zone de contact avec le poinçon. - Une déformation en retreint localisée dans la zone située sous le serre-flan.

Fig.7: Les zones de déformation sur l’embouti

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VII – 1 - Température d'emboutissage: VII – 1 – 1 - L'emboutissage à froid :

Cette technique consiste à former une pièce à température ambiante. Elle est principalement utilisée sur un outillage avec serre – flan mais peut l'être sur un outillage sans serre –flan dans le cas ou les embouties sont peu profondes ou ils nécessitent peu d'efforts de serrage. Ce type de formage permet d'obtenir une meilleure précision dimensionnelle, limite les coûts et évite la formation d'oxyde. VII – 1 – 2 - L'emboutissage à chaud :

Cette technique facilite la déformation du matériau, permet l'emboutissage de pièces profondes par chauffage du flan (et de la matrice). Les pièces finies sont de moins bonne qualité que ce soit au niveau de l'état de surface ou de dimensionnement.

VII – 2 - Les avantages de l'emboutissage : L’emboutissage est un procédé qui présente des tels d’avantages notamment :  Il est possible d'obtenir des formes très variées impossible à obtenir avec un tour ou une fraiseuse.  L'état de surface d'une pièce brute d'emboutissage est nettement meilleur que celui d'une pièce coulée. L'esthétique des pièces embouties en est donc bien supérieure et les travaux de finition tel que le polissage sont moins lourds à gérer et surtout moins coûteux.  Cette technique de mise en œuvre offre un bas prix de revient et permet des cadences de production très élevées.

VII – 3 - Les inconvénients et défauts de l'emboutissage : Les zones d'étirement subissent un amincissement (qui doit rester limite pour éviter la rupture) et les zones de retreint (compression) subissent une combinaison d'épaississement et de plissement.  Le retour élastique, lorsque le poinçon se retire après la phase de mise en forme, la pièce ainsi formée n'est plus soumise à la force de maintien.  L'entrée de la matrice doit être très arrondie et polie pour éviter toute déchirure du métal et pour optimiser le comportement des zones de retreint.  Le temps de préparation est important. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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 La mise au point des outils, poinçon, et matrice est très coûteuse et nécessitent un savoir faire de l'entreprise. VIII - Domaines d’application : L'emboutissage est un procédé très largement utilisé dans l'industrie automobile pour les éléments de carrosserie mais aussi dans le domaine des appareils électroménagers du sanitaire et de l'emballage : lavabos métalliques, bacs de couches, boites de boisson, conserves, ...

VIII – 1 - Application sur l’emboutissage des tôles : Le travail d’un fabriquant utilisant l’emboutissage comme procédé de fabrication se résume essentiellement en : 1. la détermination des flans d’emboutissage (tôle brut servant pour l’emboutissage) 2. La détermination de nombre de passe d’emboutissage, étant donnée que tous les pièces ne peuvent pas être obtenus après une seule opération d’emboutissage. Pour cela on propose les applications suivantes donnant des méthodes pratiques en ce sujet.

VIII – 2 - Emboutissage des pièces cylindriques: Tout calcul aboutissant à la détermination des flans (tôle brute en emboutissage) s’effectue toujours en se référant à la fibre moyenne ; Pour la détermination du flan on peut opter à trois méthodes : ● Une méthode analytique. ● Une méthode graphique. ● Une méthode par abaques. VIII – 2 – 1 - Détermination des flans par la méthode analytique :

Cette méthode se base sur le fait que L’air du flan = L’air total de l’embouti On cherche, donc, le diamètre du flan de l’embouti, en négligeant le rayon de raccordement Cette hypothèse est acceptable si r ≤d/10 

Exemple de calcul : Pour une pièce cylindrique emboutie de diamètre d et de hauteur h, on a la surface du

flan est : La surface de l’emboutie est : En négligeant de rayon de raccordement r on peut écrire que S = Sf

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√

d’où

Fig.9: Détermination des flans par la méthode analytique

Le tableau suivant illustre les différentes formules à utiliser dans la détermination du flan de départ pours différents emboutis

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Fig 10.Tableaux pour la détermination des diamètres de flan (df ) pour des pièces de révolution types

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VIII – 2 – 2 - Détermination des flans par utilisation des abaques:

La détermination des flans d’emboutissage peut s’effectuer en utilisant des abaques, pour cela voici deux exemples 

Emboutis cylindrique sans collerette: On peut déterminer le diamètre du flan primitif d'un embouti cylindrique sans

collerette à partir de l’abaque N° l en suivant la méthode suivante:

- Joindre h et r : on obtient

a1 sur le vertical de a.

- Joindre a1 et d : on lit la valeur de D/2 (le rayon du flan) sur le vertical correspondante.

Fig .11: Détermination du diamètre du flan à partir des abaques (embouti sans collerette)

Remarque : Le diagramme comporte 3 échelles différents repère I, II, III pour les valeurs de D/2 , elle seront utilisés en concordance Exemple : Données r = 25mm ; h = 40mm ; d = 20 mm (échelle II) Résultat :D/2 = R = 34 mm AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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

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Emboutis cylindrique avec collerette: On peut déterminer le diamètre du flan primitif d'un embouti avec collerette à partir

de l’abaque N° 2 en suivant la méthode suivante:

- Joindre h et r : on obtient bl sur la verticale b. - Joindre bl et rc : on obtient le point a1 sur la verticale a. - Joindre a1 et d : on obtient le point c1 sur la vertical c. - Joindre c1 et dc: on lit la valeur de D sur la verticale correspondante.

Fig .12: Détermination du diamètre du flan à partir des abaques (embouti avec collerette) VIII – 2 – 3 - Détermination graphique du diamètre du flan. Application du théorème de Gulden:

Le schéma suivant représente une pièce à emboutir ainsi que le flan recherché

L'application du théorème de Gulden permet d'écrire que La surface du flan = La surface de l'embouti.

∑ AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Méthode de traçage :

Fig .14: Détermination du diamètre du flan par la méthode de Gulden

● Tracer la demi section de l'embouti. ● Décomposer la forme (section) en éléments simples (droites ou arcs de cercles). ● Calculer la longueur de chaque élément simple. ● Déterminer la position du centre de gravite Gi de chaque élément simple, ● Tracer les lignes de rappels verticales issus des Gi des éléments simples. ● Tracer le vecteur AB li ● Prendre un point P quelconque et joindre les extrémités des vecteurs li à P. ● Numéroter les polaires Pi de P1 à Pn , en commençant par le haut. ● Tracer une droite S1 parallèle au polaire P1 et coupant les deux premiers lignes de rappels D1 etD2 en A1 et A 2 . ● Répéter la même opération pour le segment S2 parallèles au polaire P2 , sachant que l’origine de la droite S2 est le point A2 ● Répéter la même procédure jusqu’au polaire Pn ( P8 dans notre cas) AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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● Prolonger les segments S1 et Sn qui se couperont en un point qui présentera la position du centre de gravité, R, de la section par rapport à l'axe de l'embouti, ● Tracer le segment BC=2.R, ● Tracer le demi-cercle de rayon

∑ La perpendiculaire élevé en B coupe le cercle en D et devient la hauteur du triangle rectangle ACD. BD est égale au rayon du flan recherché r. VIII – 2 – 4 - Techniques de réduction :

Etant donnée une pièce à emboutir, on ne peut pas toujours exécuter l’emboutissage en une seule passe, vue que le taux de déformation des matériaux ne le permet pas toujours, on est amener dans ce cas à faire l’emboutissage en plusieurs passes. 

Nombre de passe d’emboutissage : L’équation suivante permet de fournir une bonne approximation sur le nombre de

passes d’emboutissage d’une pièce cylindrique.

d : diamètre de l’embouti après la dernière passe (produit final) D : Diamètre du flan k 0 : Coefficient d’emboutissage du premier passe k : Coefficient d’emboutissage de la deuxième passe et des passes successives (voir tableau suivant) Vitesse d’emboutissage 0,150 à 0,275 ms-1 0,280 à 0,350 ms-1 1ère K0 = 0,50 à 0,55 K0 = 0,60 à 0,63 Acier suivantes K = 0,72 à 0,75 K = 0,80 à 0,85 ère 1 K0 = 0,50 à 0,52 K0 = 0,57 à 0,60 Laiton suivantes K = 0,70 à 0,72 K = 0,75 à 0,80 ère 1 K0 = 0,55 à 0,60 Aluminium suivantes K = 0,75 à 0,80 Remarque : les valeurs du coefficient de l’emboutissage présentées dans ce tableau concernent les épaisseurs de la tôle comprises entre 0,5 et 3 mm Matériaux

Opérations

Fig .15: coefficient de réduction



Avantages de la réduction:

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La technique de réduction des diamètres des flans d’emboutissage permet de réduire les risques de plissement du métal et facilite la retreinte de celui-ci ainsi que de réduire l'effort de serrage du serre-flan. Le tableau ci-contre donne une approximation sur le taux de réduction en fonction - des passes à réaliser, - de la matière du métal,

Exemple :

Fig .17: Calcul des diamètres d’emboutissage

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Méthode de calcul : Utilisation du tableau précèdent 1ère passe : Φ 1 = Φ 0 x R1 2ème passe : Φ 2 = Φ 1 x R2 3ème passe : Φ 3= Φ 2 x R3 XI - Détermination des efforts d’emboutissage

XI – 1 - Sollicitations aux quelles est soumis l’embouti : Au cours de l'opération d'emboutissage la tôle est soumise à des contraintes très complexes de compression de direction tangentielle et de traction de direction radiale.

Fig 18. Sollicitations mécaniques Pour qu'il y ait emboutissage sans déchirure, il faut que le fond de l'emboutissage résiste à la pression du poinçon, si on prend (Fd) comme effort nécessaire pour découper le fond, on peut admettre que l'effort d'emboutissage (Fe) ne doit pas dépasser la moitié de cet effort. F e 15° le métal peut se dérober et la partie découpée est fortement fléchie, donc déformée. Il est nécessaire d’établir un compromis. Les cisailles munies de lames longues sont appelées cisailles guillotines, 2° 30 ≤α ≤6° pour coupes rectilignes.

I.1.5. Cisaillage avec lames circulaires : I.1.5.1. Principe :

Les lames sont rotatives et motrices. Pour un diamètre convenable de lames et a bien réglé, le métal à découper est entraîné. Les axes des lames peuvent être parallèles ou inclinés par rapport au plan de coupe.

Fig.5: Cisaillage avec lames circulaires à axes parallèles

Fig.6: Cisaillage avec lames circulaires ayants des axes inclinés

I.1.5.2. Utilisation :

Ce procédé est bien adapté à la découpe en continu de grandes longueurs, au détourage de pièces préalablement embouties d’épaisseur maxi de 2,5 mm avec lames circulaires biconiques. I.2. Découpage – Poinçonnage :

I.2.1. Définition : I.2.1.1. Le découpage :

C’est un procédé de fabrication des pièces par cisaillage sur un contour fermé qui a pour but d’obtenir un flan défini selon une forme et des cotes précises, c’est un procédé qui se pratique généralement sur des tôles planes, mais aussi sur papiers, carton, mousse etc.….

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Fig.7 : Pièces obtenues par découpage I.2.1.2. Le poinçonnage :

Le poinçonnage est une opération semblable au découpage qui s’agit de la découpe de déboucheurs (trous de petit diamètre).

Fig.8 : Pièces obtenues par poinçonnage

I.2.2. Principe : La pièce à obtenir est réalisée par cisaillage du métal : Un poinçon traverse la bande de tôle et découpe un flan ou un déchet qui tombe au travers de la matrice.

Fig.9 : Schéma de principe de poinçonnage –découpage

I.2.3. Utilisation : Le découpage – poinçonnage constitue le procédé le moins coûteux et le plus rapide pour obtenir un profil donné dans un produit plat en grande, moyenne, voire petite séries. Les procédés de découpages poinçonnages des tôles ont pour but de générer des produits (flans) qui seront récupérés pour emboutissage et pliage aussitôt bien que des tôles et des pièces perforés qui seront utilisés pour différentes applications etc…

I.2.4. Caractéristiques - Limites du procédé : Parmi les limites de ce procédé on peut citer :  Le procédé de découpage – poinçonnage se caractérise sur la pièce par l’aspect de la paroi découpée ou poinçonnée ; la paroi n’est pas lisse comme après un perçage au foret ou un fraisage : les rugosités obtenues sont très supérieures au micron.. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Chapitre 4 : Le cisaillage – coupage mécanique

Dans les cas courants, nous pouvons chiffrer les précisions sur :  une opération seule (un diamètre de trou, une cote d’un flan découpé par exemple), à environ 0,1 mm ;  un positionnement (distance d’un trou à un bord du flan par exemple), à environ 0,2 mm.  Les poinçonnages deviennent délicats lorsque le diamètre à percer atteint des valeurs proches de l’épaisseur e de la tôle. Les risques sont alors de deux ordres :  Risques de flambement des poinçons, ou perforateurs, qui nécessitent des guidages particuliers  Risques de ruptures par compression excessives sur le poinçon.

I.2.5. Désignation des opérations élémentaires : a) Poinçonnage : le déchet est appelé dé bouchure, trous de petit diamètre. Par rapport au perçage, le poinçonnage est extrêmement économique (gain de temps, usure moindre des outils, affûtage peu fréquent) et donne la possibilité d’utiliser toute sortes de formes pour les trous. b) Découpage : le produit obtenu est un flan (récupéré pour emboutissage ou pliage). c) Crevage : découpage partiel. d) Encochage : découpage débouchant sur un contour. e) Grignotage : poinçonnage partiel par déplacement progressif de la pièce ou du poinçon. Le grignotage est un procédé de découpage réalisé par des machines assimilables à des poinçonneuses animées d’un mouvement rapide (250 à 1200 coups par minute). L’organe de découpage est un poinçon de forme spéciale qui reste constamment engagé dans la matrice ; il opère une succession de découpages en forme de croissants.

f) Arasage : découpage en reprise (précision de cotes et d’état de surface). g) Détourage : finition d’un contour déjà ébauché, modifié au cours d’une déformation.

Fig.10 : Différents opérations associés au poinçonnage –découpage

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I.2.6. Poinçons et matrices : I.2.6.1. Les poinçons :

Les poinçons sont fixes si les matrices sont mobiles et mobiles dans le cas contraires. Ils doivent résister à la compression et au flambage. I.2.6.2. Les matrices :

Les matrices ont des caractéristiques tels que :  Une entrée à section constante, de hauteur h = 4 à 5 mm.  Une matrice en acier peut produire environ 50000 pièces sans être affûtée. L’affûtage diminue h de 2 à 5/10 de mm.  Une dépouille permet de réduire le nombre de débouchures coincées et empilées et limite ainsi l’effort de poinçon.

Fig.11 : Paramètres associés aux poinçons et matrices

I.3. Aspect de la coupe : Rôle du dévêtisseur : En cas du découpage (poinçonnage) sans dévêtisseur les contraintes diamétralement opposées, provoquent une augmentation de diamètre de l’ajout et une diminution de celui du dé bouchure ou du flan. Le découpage terminé, l’élasticité du métal crée l’effet inverse, frettant ce dernier sur le poinçon et coinçant la débouchure dans la matrice, d’ou la nécessité d’un dévêtisseur pour le poinçon et h limitée sur la matrice.

Fig.12: Aspect de découpage sans dévêtisseur

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Poinçon avec dévêtisseur

Descente du poinçon

Découpage de la pièce

Fig.13 : Découpage avec dévêtisseur I.4. Jeu entre matrice et poinçon: Le jeu entre la matrice et le poinçon est j = D – d (voir fig.11) j = 0,05 e ; pour les aciers doux, laiton, cuivre. j = 0,06 e ; pour les aciers demi-dur. j = 0,07 e ; pour les aciers dur. j = 0,10 e ; pour l'aluminium. Le jeu est pris sur la matrice si l’on désire obtenir un ajour précis. Sur le poinçon, si le flan doit être précis. I.5. Découpage des pièces en série :

I.5.1. Principe : Le métal nécessaire à la fabrication alimente un outil associant poinçon(s) et matrice(s), une partie de l’outil étant bridée sur la table fixe de la presse, l’autre animée du mouvement alternatif du coulisseau. A chaque course un ou plusieurs découpages sont effectués.

I.5.2. Mise en bande des pièces : La mise en bande des pièces est le positionnement des pièces à découper dans la bande ou le rouleau.

I.5.3. Organisation des découpes sur la bande : L’étude de la mise en bande consiste à rechercher la disposition des pièces dans la bande donnant le minimum de déchets et le plus grand nombre de pièces. En découpage courant on peut définir un coefficient d’utilisation u  Sp .100  65% Sb

Avec

Sp : La surface des pièces et Sb : La surface de la bande Cette condition implique une organisation rationnelle des pièces sur la bande La mise à bande est caractérisée par les paramètres suivants:  l1: Espace entre les découpes (voir fig.14)  l 2 : Espace entre les découpes et le bord de la bande (voir fig.14)  Le pas (voir fig.14)

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Une organisation rationnelle des pièces sur la bande implique des valeurs de l1 de l2 et du pas les plus réduits que possible En général on admet l1 = l2 ≥ 2 mm ; Ensuite - Il faut choisir le pas le plus faible que possible - Ainsi que la mise en bande qui simplifie la matrice Dans la suite voici quelques exemples de mise en bande et des commentaires :

Fig. a

Fig. b

Fig. c Fig. d Fig.14 : Quelques exemples de découpage de mise en bande

■ Commentaire Fig. a : Trop de déchets Fig. b : Deux pièces découpés simultanément, mais le pas est important Fig. c : Faible pas, solution d’autant plus acceptable si le produit doit être plié à faible rayon ensuite (échappe au sens de laminage) Fig. d : Découpage en deux passages avec retournement entre chaque passage, Les déchets d1 et d2 s’allongent proportionnellement à la longueur découpée. La bande set fléchie avec difficulté pour le second passage .On y remédie partiellement en doublant la valeur de l 1 et l2 I.6. Les outils de découpage : Les plus importants sont :

I.6.1. Outils composés (outils découverts) : Guidés essentiellement par le coulisseau, se montent sur une presse en parfait état. Peuvent être utilisés pour un poinçonnage en pleine tôle, ce sont des outils effectuant, en une seule descente du coulisseau, plusieurs opérations telles que découpages – poinçonnages – formages, la pièce étant produite au cours de cette seule descente.

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Fig.15 : Outil découverts ainsi qu’une tôle poinçonnée

I.6.2. Outil progressifs (outils à suivre) : La bande de métal subit, au fur et à mesure de son avance à l’intérieur de l’outil progressif, des poinçonnages, encochages, crevées, la dernière opération étant la découpe extérieure (ou le détourage). À chaque descente du coulisseau, les diverses opérations sont exécutées, si bien que plusieurs pièces se trouvent constamment dans l’outil à des stades divers de fabrication. Parmi les outils qui appartiennent à cette famille on peut citer : I.6.2.1. Les Outils à engrenage : pour lesquels :

La contre – plaque sert de guide au poinçon et décroche la bande de ce dernier. Une butée (engreneur) assure le contrôle de l’avance à chaque coup de presse (pas). C’est un outil se limitant aux tôles d’épaisseur ≥ 1 mm, aux pièces inscrites dans un carrée ≤ 250 mm et à un seul poste de découpage.

Fig.16: Exemple d’outil à engrenage

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1.

Outils à couteau :

L’engrenage est supprimé, remplacé par un poinçon qui découpe latéralement une largeur de bande ; Entre deux coups successifs de presse, la bande est poussée ou tirée et vient buter contre le guide

Fig.17: Découpage avec outil à couteau

Fig.18: Séquence de découpage-poinçonnage sur outil progressif

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I.7. Presses utilisés : Les presses utilisées sont généralement des presses mécaniques à colonnes :

Fig.19: Presse mécanique à colonnes

II. LE COUPAGE THERMIQUE – LE COUPAGE A JET D’EAU II.1. Le coupage thermique

II.1.1. Définition : Le terme, coupage thermique, désigne le sectionnement par combustion d’un métal à l’aide d’une flamme oxygène – combustible, d’un arc plasma, d’une électrode ou d’un laser.

II.1.2. Principe : Ce sont des procédés basés sur la fusion ponctuelle du matériau à découper (sur toute l’épaisseur) et sur le déplacement du front de fusion selon une trajectoire qui définit la forme de la découpe. Ce sont donc des procédés qui utilisent tous une source de chaleur pour le coupage des métaux. Cette famille de coupage, se distinguant des procédés dits « mécaniques » par l’absence de contact et de réaction pièce/outil, regroupe trois importants procédés : - L’oxycoupage. - Le coupage plasma - Le coupage laser Par la suite on essayera de donner le plus important sur ces procédés.

II.1.3. L’oxycoupage : II.1.3.1. Définitions :

II.1.3.1.1. L’oxycoupage : L’oxycoupage est une opération de coupage mettant en œuvre l’énergie thermique générée par la combustion du fer, associée à l’énergie cinétique du jet d’oxygène qui permet l’éjection des oxydes produits, La combustion du fer nécessite la présence de flammes de préchauffage pour s’amorcer et s’entretenir ensuite correctement. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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Fig.20 : Schéma de principe de l’oxycoupage

II.1.3.1.2. La combustion : La combustion est une oxydation rapide du matériau, et ainsi tous les matériaux peuvent brûler s’ils sont tous d’abord portés à leur température d’amorçage en présence d’oxygène, on parle aussi de chaleur de combustion qui permet de maintenir le métal situé au voisinage de la zone de coupe à la température d’amorçage si bien que l’oxycoupage progresse de façon régulière. II.1.3.2. Principe de réalisation :

Le principe de réalisation d’un oxycoupage peut se résumer dans les étapes suivantes : Etape 1 : En premier lieu on a une flamme appelée flamme de chauffe composée d’oxygène (appelée oxygène de chauffe) et de gaz combustible (qui peut être l’acétylène…). La flamme de chauffe emmène la pièce à la température d’amorçage (1300°C). Etape 2: Une fois la pièce est chauffé à 1300°C, un jet d’oxygène sous une pression définie se déclenche, il traverse la pièce en brûlant le fer (la coupe est amorcée et entretenue par la flamme de chauffe). Etape 3: Une fois la pièce est traversé, la coupe démarre à une vitesse elle aussi prédéfinie. Lors de la coupe, le jet d’oxygène dégage des scories (métal fondu).

Fig.21 : Principe de réalisation AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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La flamme de chauffe a trois rôles fondamentaux : - Porter localement le métal à une température suffisante (de l’ordre de 1300 °C) pour que la réaction fer – oxygène puisse s’initier et ensuite s’entretenir ; - Assurer la stabilité de la coupe, en particulier sur des tôles calaminées ou grasses ou revêtues ou peintes ; - Autoriser les meilleurs compromis entre vitesse et qualité de coupe. Le tableau suivant fournit les températures de flamme maximales pouvant être atteintes (au niveau du dard) des principaux combustibles :

Fig.22 : Températures de flamme des principaux combustibles utilisés en oxycoupage II.1.3.3. Outils de mise en œuvre :

L’outillage de coupe en oxycoupage est formé de :

II.1.3.3.1.. L’outil de coupe (La tête de coupe : (nommée parfois buse de coupe)) : Elle est portée et alimentée par le chalumeau coupeur. Les têtes de coupe sont de deux types : i. Les têtes à mélange préalable : pour lesquels le mélange oxygène de chauffe et gaz combustible est obtenu avant leur arrivée à la tête.

Fig.23 : Tête à mélange préalable

ii. Les têtes mélangeuses : Pour lesquels le mélange oxygène de chauffe – gaz combustible se fait dans la tête lui même

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Fig.24 : Tête à mélange directement dans la tête

La tête de coupe est choisie en fonction de plusieurs paramètres tels que (Le chalumeau utilisé ; le combustible utilisé ; la pression d’oxygène disponible ; du travail à effectuer (épaisseur à couper, coupe droite ou Chanfrein etc.….)

II.1.3.3.2. Les chalumeaux coupeurs : Les chalumeaux coupeurs se distinguent selon plusieurs critères : - Leur mode d’utilisation ; - Leur type de mélange des gaz de chauffe. Mode d’utilisation Le chalumeau manuel comporte, comme le chalumeau soudeur un manche ou corps, tenu par l’opérateur, comprenant les arrivées, circuits et robinets de l’oxygène et du gaz combustible (acétylène, propane, etc.….), et, en plus, un circuit d’oxygène de coupe, dont la commande est indépendant de celle des autres circuits. La figure 25 montre le schéma d’un chalumeau coupeur à mélange des gaz dans la buse La figure 26 montre un chalumeau coupeur à mélange préalable La figure 27 montre un chalumeau en cours de l’exécution de l’oxycoupage

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Fig.25 : Coupe schématique d’un chalumeau coupeur pour lequel les gaz de préchauffage se mélangent dans la buse à l’endroit où celle – ci se raccorde à la tête du chalumeau

Fig.26 : Coupe schématique d’un chalumeau coupeur avec chambre de mélange pour flamme de chauffe située dans le corps du chalumeau

Fig.27 : Exécution du coupage par un chalumeau coupeur. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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II.1.3.4. Matériaux pouvant être coupés :

L’oxycoupage est très répandu, car il permet de couper simplement et proprement les aciers non alliés ou faiblement alliés. Ces aciers constituent la plus grosse part en tonnage des métaux utilisés. Les équipements de mise en œuvre peuvent être simples, même pour couper des épaisseurs importantes (200 à 300 mm) ce qui contribue encore à la diffusion du procédé. La précision de coupage est de 1 à 2 mm sur machines. II.1.3.5. Limites d’emploi :

Les limites de l’emploi de ce procédé sont : - D’ordre chimique : présence d’oxydes réfractaires qui bloquent la combustion du fer dans les aciers inoxydables ; - D’ordre métallurgique : formation de microfissures sur les aciers autotrempants ; pour limiter ce dernier risque, il convient de préchauffer les pièces à couper. - Pour le coupage des aciers alliés et inoxydables, il existe une variante du procédé qui consiste à injecter de la poudre de fer dans le flux d’oxygène ; celle – ci en brûlant augmente l’apport thermique et produit des oxydes de fer capables de diluer les oxydes de chrome et de nickel particulièrement réfractaires. II.1.3.6. Aspect de la coupe :

Les figures suivantes montrent des aspects de la coupe avec différents défauts pouvant être rencontrés.

Fig.28 : Aspect de coupe en oxycoupage

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II.1.4. Le coupage plasma : II.1.4.1. Introduction :

Le plasma est parfois baptisé quatrième état de la matière, faisant suite aux trois états classiques (solide, liquide, gazeux). Il se compose d’un grand nombre d’espèces (molécules, atomes et ions), le plus souvent dans des états excités, ainsi que d’électrons qui rendent le mélange conducteur de l’électricité. C’est l’état d’une matière à haute température.

Fig.30 : Le plasma : quatrième état de la matière II.1.4.2. Principe d’obtention d’un jet de plasma :

Le jet de plasma est obtenu par l’effet combiné d’un arc électrique et d’un gaz ou mélange de gaz. L’énergie thermique et cinétique de la colonne de gaz ionisé, fusionne et chasse hors de la saignée le matériau à découper. (La température engendrée est entre 12000° à 24000° C). L’outil de coupage plasma se compose de : al’électrode : non fusible, est en tungstène, zirconium ou hafnium ; Elle crée l’arc et porte le gaz à haute température en favorisant l’ionisation du gaz. bLe gaz : les gaz employés sont : l’argon, l’azote, l’hydrogène, l’hélium, l’air.

a) Eléments pour coupage plasma

b) coupage des tôles par jet de plasma Fig.31

c) Exemple de pièces coupées

II.1.4.3. Outils pour mise en œuvre :

L’outil de base est la torche de coupage et sa technologie se rapproche de celle des torches de soudage plasma. AYECH O. & BHS Mehdi &KHOUAJA H. & CHAOUI A.

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La figure suivante montre une torche mono – gaz à électrode pointu pour coupage plasma :

Fig.32 : Torche mono – gaz à électrode pointue avec injection axiale II.1.4.4. Avantage :

Le coupage plasma, ne faisant pas intervenir de notion de combustion du métal, mais procédant par fusion/éjection, peut intervenir sur tous les matériaux conducteurs de l’électricité, y compris bien sûr les aciers non alliés évoqués précédemment Suivant le régime d’arc, les gaz et les intensités utilisés le procédé permet le découpage  Des fines et des fortes épaisseurs.  Tous les aciers au carbone jusqu’à 80 mm  Les aciers inoxydables jusqu’à 100 mm  Les alliages légers jusqu’à 120 mm.  Le cuivre et ses alliages jusqu’à 100 mm.  La précision de coupage est de 0,5 à 1mm II.1.4.5. Limite du procédé :

En coupage plasma, il est possible d’atteindre des épaisseurs de 150 mm, et même de 200mm au maximum, mais l’opération cesse d’être rentable sur aciers faiblement alliés au – delà de 50mm. Pour ces épaisseurs, l’avantage de la vitesse disparaît et le coût des puissances électriques à mettre en jeu est trop élevé. - Le coupage plasma exige que l’on prenne un peu plus de précautions du fait du rayonnement d’arc et des fumées produites (lunettes et ventilation).

II.1.5. Le coupage Laser : II.1.5.1. Présentation du procédé :

Le coupage laser, met en œuvre une énergie de rayonnement par émission photonique, sous forme d’un faisceau concentré de lumière cohérente et monochromatique, c’est-à-dire d’une seule longueur d’onde. L’absorption de cette énergie par la pièce à l’impact du faisceau, focalisé par lentille ou miroir (en général la dimension de la tâche focale est inférieure à 0,2 mm² et la densité de puissance en ce point est de 1000 à 6000 kW/cm²), provoque une fusion / vaporisation du

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matériau, les fumées et éléments liquéfiés étant expulsés de la saignée par l’effet cinétique d’un jet de gaz de vitesse élevée, injecté dans l’axe du faisceau au travers d’une buse de faible diamètre (0,7 à 2 mm). La tête de coupage, communément appelée tête de focalisation, est alimentée par une source laser ainsi que par une source de gaz d’assistance. La figure 33 présente le schéma de principe du coupage laser avec deux technologies de focalisation du rayon laser.

Fig.33 : Coupage laser : exemple de réalisation technologique de focalisation du rayon II.1.5.2. Avantages du procédé :

Le coupage laser peut intervenir aussi bien sur de nombreux métaux que sur les substances ou matériaux non métalliques, tels que tissus, plastiques, bois (contre-plaqué), etc. La précision de coupage set de 0,1 à 0,2 mm. Limites du procédé Pour le coupage au laser (comme pour le jet d’eau) les performances en vitesse seront très médiocres dès que les épaisseurs s’accroissent aussitôt que les investissements de mise en œuvre seront importants. II.2. Le coupage au jet d’eau :

II.2.1. Introduction Le coupage au jet d’eau est un procédé n’appartenant pas à la famille de coupage thermique puisque c’est un procédé qui n’est pas basé sur la fusion, cependant il est fréquemment associé à cette famille, de coupage thermique, par le fait qu’il est aussi basé sur le déplacement d’un point d’impact et qu’il est mis en œuvre par des moyens assez similaires et pouvant avoir des applications assez proches.

II.2.2. Principe : Le coupage au jet d’eau met en œuvre un « simple » jet d’eau très fin (quelques dixièmes de millimètre de diamètre), mais animé d’une vitesse très élevée résultant de la très haute pression d’injection, soit 3 000 à 5 000 bars. L’énergie cinétique de ce jet est alors

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susceptible d’exécuter de fines saignées sur des produits très divers. Cette action cinétique de l’eau pure est souvent renforcée pour le coupage de métaux ou alliages très durs, par l’addition de produits abrasifs dans l’eau :

Fig.34 : Principe de coupage au jet d’eau

II.2.3. Outil de coupage : L’outil de coupage proprement dit est relativement simple et comporte une buse de sortie, généralement en saphir, raccordée à la tuyauterie d’arrivée d’eau sous pression. L’ensemble est parfois complété par un dispositif d’injection d’abrasif en poudre, surtout pour le coupage des métaux ou plus généralement des matériaux durs (voir figure 34).

II.2.4. Installation de coupage : La figure 35 présente le schéma de principe d’une installation de coupage au jet d’eau.

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Fig.35 : Schéma de principe d’une installation de coupage au jet d’eau

II.2.5. Matériaux coupés : Le coupage au jet d’eau peut intervenir sur tous les matériaux, il est utilisé: - Dans l’industrie mécanique pour couper des matériaux divers et notamment les matériaux nobles très durs qui ne supportent ni oxydation de surface (exemple le titane) ni choc thermique (la température dans la saignée ne dépasse pas 80 °C), - Dans l’industrie textile pour couper des tissus, - Dans l’industrie aéronautique, - Dans l’industrie agroalimentaire mais aussi pour la découpe de céramiques, de marbres, de plastiques, des matériaux composites etc.….,

II.2.6. Limites d’utilisation : Le coupage au jet d’eau peut intervenir sur tous les matériaux, comme le coupage laser, mais les vitesses de coupe de ce procédé sont très faibles sur les métaux dès que les épaisseurs dépassent quelques millimètres.

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III. Récapitulatif : Choix d'un procédé de découpage: Le tableau suivant illustre des critères qui peuvent s'appliquer pour choisir un procédé de découpage Procédé Critères Découpage – Poinçonnage

Oxycoupage

Coupage plasma

Epaisseurs à découper : de 0,25 à 6 mm (valeurs usuels) C'est le procédé le moins coûteux et le plus rapide pour obtenir un profil donné dans un produit plat en grande et moyenne série. Précisions dimensionnels 0,1 à 0,2 mm Couper des aciers non alliés ou faiblement alliés. Les équipements de mise en oeuvre peuvent être simples Couper des épaisseurs importantes (200 à 300 mm) La précision de coupage est de 1 à 2 mm sur machines. Couper des fines et des fortes épaisseurs:  Tous les aciers au carbone jusqu’à 80 mm  Les aciers inoxydables jusqu’à 100 mm  Les alliages légers jusqu’à 120 mm  Le cuivre et ses alliages jusqu’à 100 mm. La précision de coupage est de 0,5 à 1mm cesse d’être rentable sur aciers au-delà de valeurs seuils.

Coupage laser

Coupage des métaux, des substances ou matériaux non métalliques, tels que tissus, plastiques, bois (contre-plaqué), etc. La précision de coupage set de 0,1 à 0,2 mm. Les performances en vitesse seront très médiocres dès que les épaisseurs s’accroissent aussitôt que les investissements de mise en œuvre seront importants.

Coupage au jet d'eau

Couper des matériaux divers et notamment les matériaux nobles très durs qui ne supportent ni oxydation de surface (exemple le titane) ni choc thermique (la température dans la saignée ne dépasse pas 80 °C), couper des tissus, des matières agroalimentaires, céramiques, des marbres des plastiques etc… les vitesses de coupe de ce procédé sont très faibles sur les métaux dès que les épaisseurs dépassent quelques millimètres.

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