L E   PLIAGE

   1.1 - Paramètre : position de la fibre neutre
   1.2 - Paramètre : allongement de la fibre externe et écrouissage
   1.3 - Paramètre : effet de ressort ou ressaut élastique   
2 - Pliage des tôles sur presse-plieuse
   2.1 - Pliage en l’air
   2.2 - Pliage en frappe
   2.3 - Les machines
3 - Pliage des tôles sur plieuse-presse
4 - Autres procédés de pliage
   4.1 - Pliage sur élastomère
   4.2 - Pliage par outil pivotant
   4.3 - Pliage en U 
   4.4 - Outillage de pliage sur poinçonneuse
   4.5 - Pliage par étirage 
5 - Préparation du travail :
   5.1 - Gamme de pliage
   5.2 - Perte au pli
   5.3 - Calcul du développé
   5.4 - Grugeage avant pliage

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Le coefficient de retrait K = a / a0 est le rapport entre l’angle obtenu et l’angle en fin d’action de pliage.

Pour une poutre sur deux appuis avec charge centrale (cas du pliage en l'air) l'angle ø (en radian) de rotation des extrémités de la poutre est donné par la formule ø = FL²/16EI. Où l'on peut noter que l'ouverture du vé (L) a une influence selon le carré de sa valeur et qu'il est donc prudent de ne pas augmenter la largeur du vé. 

Il existe des diagrammes qui donnent l’effet de ressort ou retrait en fonction de l’épaisseur du flan, de la nature de l’alliage, de son état d’utilisation et de l’angle de pliage (rayon de courbure de la matrice dans le cas de l’emboutissage).

La figure ci-dessous donne une image de son évolution en fonction de l’épaisseur et de l'état du métal.

Cas de l’acier inoxydable : il faut faire quelques réserves pour le pliage des aciers inoxydables ferritiques dont la grande directionnalité ou anisotropie empêche le pliage sens travers pour des épaisseurs supérieures à 1,5 mm (risque d’apparition de gerçures à l’extérieur du pli).

Les aciers inoxydables austénitiques n’ont pas cet inconvénient, par contre il faudra tenir compte de leur écrouissage d’autant plus que leur teneur en nickel sera basse et de leur effet de ressort.

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 2 - PLIAGE A LA PRESSE-PLIEUSE :

Deux procédés sont couramment utilisés pour le pliage des tôles sur presses-plieuses (There are two sheet metal folding methods on press brakes) :

- le pliage « en l’air » pour toutes épaisseurs et toutes natures de tôle,

- le pliage « en frappe » ou « à fond de matrice » pour les faibles épaisseurs jusqu’à 2 mm et pour des nuances de métal supportant le pliage avec un rayon intérieur approximativement égal à l’épaisseur de la tôle.

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 2.1 - PLIAGE EN L'AIR :

C’est cette technique qui est la plus fréquemment utilisée dans l’industrie.

La forme des outils, poinçons et matrices n’a pas d’importance, on utilise, en effet, uniquement les deux arêtes de la matrice et l’arête du poinçon pour obtenir le pliage (voir figure ci-dessous ).

Avec de tels outils, c’est la profondeur de pénétration du poinçon dans la matrice qui détermine l’angle de pliage.

Une presse-plieuse hydraulique doit donc avoir un point mort bas précis et fidèle, pour permettre d’obtenir des angles constants et rigoureux, c’est pourquoi l’on utilise de plus en plus la commande numérique sur ces machines.

Ce procédé de pliage obéit à des règles de base qui, sans être impératives, gagnent cependant à être connues.

 2.1.1 - Paramètres : 

 a - Rayon du poinçon R1 :

          Pour les tôles épaisseur de 0 à 4 mm, on utilise des poinçons ayant un méplat de 0,7 à 1 mm.

          Pour les épaisseurs supérieures, il convient d’utiliser des poinçons ayant un rayon d’environ 5 mm, ce qui évitera de marquer la tôle.

 b - Ouverture de la matrice (cote V) :

          Pour tôle d’épaisseur e < à 6 mm, V =   8 à 10 fois e.

          Pour tôle d’épaisseur e > à 6 mm, V = 10 à 12 fois e.

e	0,8	1	1,2	1,5	2	2,5	3	4	5	6	8	10	15	20	30
V	6	8	10	12	16	20	25	32	40	50	63	80	160	200	320

           Pour éviter de rayer la tôle et pour faciliter son glissement, les angles d'entrée du vé sont arrondis (rayon Rd) et polis.

 c - Rayon intérieur de pliage (cote Ri) :

          Pour des tôles de qualité courante, ce rayon est directement lié à l’ouverture du vé :

          On prend couramment  Ri = 1 / 6 de V  soit Ri =  16,7 %  de la distance entre les 2 points d'appui.

 Cette distance peut être différente de la cote V à cause des rayons d'entrée de l'outillage ou de la présence de ronds. Voir "Calcul des points de contact". Le rayon d'entrée de la matrice doit être au moins égal à la moitié de l’épaisseur de la tôle.

          Mais ce rayon intérieur varie selon la nuance de matière travaillée, par exemple :  

         -  Acier laminé à chaud  (hot-rolled steel) pour tôles fortes > 5 mm, nuance genre S235JR (EN 10025), Rr de 360 à 510 MPa, A% = 25 --------------> Rayon intérieur =  12 %  de Vé

         -  Acier laminé à froid  (cold-rolled steel) pour tôles fines < 6 mm nuance genre S235JR (EN 10025), Rr de 360 à 510 MPa, A% = 26 ---------------> Rayon intérieur pli =   15 %  du Vé

       -  Acier électro-zingué  (electro-galvanized steel) pour tôle fine (ou fer blanc), nuance genre S185 (EN 10025),Rr de 310 à 540 MPa, A% = 15 ----> Rayon intérieur pli =  18 %  du Vé

       -  Acier inoxydable austénitique  (stainless steel) nuance genre 1.4301 - X5CrNi18-10 (EN ou AISI 304), Rr de 510 à 700 MPa, A% = 45 --------------> Rayon intérieur pli =  20 %  du Vé

         -  Aluminium corroyé stabilisé  1/4 dur nuance genre AW 5052 (H32) AlMg2.5 
Rr de 210 à 250 MPa, A% = 5 --------------------------> Rayon intérieur pli =  15 %  du Vé

 pour une valeur précise : Utiliser l'applicatif : RM-Pliag.exe   

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Cas de l’acier inoxydable : le rayon de pliage minimum admissible dépend de l’épaisseur et de l'état de la tôle inoxydable.

En pratique, on se basera sur les valeurs suivantes :

a) pour les aciers inoxydables hypertrempés le rayon de pliage minimum est de 0,5 e, c’est-à-dire que pour un pliage à 180°, les deux branches du U seront distantes de l’épaisseur du métal e.

b) pour les aciers inoxydables écrouis ¼ dur (Rrt > 870 MPa et Re0,2 > 520 MPa) le rayon sera de e, soit 2 e entre les deux branches du U.

c) pour les aciers inoxydables écrouis ½ dur (Rrt > 1050 MPa et Re0,2 > 770 MPa) le rayon sera de 2,5 e, soit 5 e entre les deux branches du U.

d) pour les aciers inoxydables écrouis ¾ dur (Rrt > 1230 MPa et Re0,2 > 950 MPa) le rayon sera de 3 e, soit 6 e entre les deux branches du U.

 

 d - Bord minimal réalisable (cote D) :

          Il est évidemment directement lié à l’ouverture de la matrice V ;

          pour un pli à 90°, D =  racine(2)  / 2 . V  soit environ = 0,7 V

e	0,5	1	1,2	1,5	2	2,5	3	4	5	6	8	10	15	20	30
V	6	8	10	12	16	20	25	32	40	50	63	80	160	200	320
D	4	5,7	7,1	8,5	11	14	18	23	28	35	45	57	113	140	226

 pour une valeur précise : Utiliser l'applicatif : RM-Pliag.exe   

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 e - Force de pliage :

Chaque constructeur présente des abaques permettant de déterminer par simple lecture la force nécessaire au pliage.

Il est également possible par l’application de formules simples, de calculer la force (précision de ± 20 %) nécessaire au pliage d’une tôle de longueur = 1 mètre. ·

F = Rrt ( e² / 6 V )

Pour l’acier ordinaire Rrt = 400 MPa :

e	0,6	1	1,2	1,5	2	2,5	3	4	5	6	8	10	15	20	30
V	6	8	10	12	16	20	25	32	40	50	63	80	160	200	320
F	4	8	10	13	17	21	24	34	42	48	68	85	95	135	190

 pour une valeur précise : Utiliser l'applicatif : RM-Pliag.exe   

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 Exemple d’application :

Pourra-t-on plier une tôle e = 4 mm, résistance 400 MPa, longueur 4 mètres sur une presse-plieuse de 120 tonnes ?

V = Ri x 6 = 5 x 6 = 30 mm => choix du vé standard = 32 mm

F = (400 e² / 6 V) = 34 tonnes pour 1 m, donc pour une longueur de 4 m = 136 tonnes

Ce travail dans ces conditions ne sera pas possible sur une presse-plieuse de 120 tonnes et, pourtant il est réalisable dans d’autres conditions :

La force de 120 tonnes permet de disposer d’un tonnage métrique de 120 / 4 = 30 tonnes.

En pliant dans un vé de 40 mm, il sera possible de plier cette tôle de 4 mm, longueur 4 mètres, sur la presse-plieuse de 120 tonnes avec : Ri = 36 / 6 = environ 6,7 mm.

Le bord minimum réalisable sera : D = 40 x 0,71 = environ 28 mm.

 f - Flexion des machines sous l'effort de pliage : 

       

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 Avantages du pliage « en l’air » :

-     grande universalité, différents angles peuvent être obtenus avec le même outillage, l'angle maximum étant celui du vé augmenté du retour élastique.

-     emploi de machines de tonnage (force de poussée) raisonnable, ·

-     minimum d’outillage, ·

-     pliage de toutes épaisseurs et natures de tôle.

 

 Inconvénients du pliage « en l’air » :

-     Cette technique de pliage implique l’utilisation : d’une machine précise et fidèle, d’outils de pliage de qualité.

-     Les défauts de la tôle auront une grande influence sur la qualité du pliage réalisé.

-     Les différences d’épaisseur, de dureté, de limite élastique, le manque d’homogénéité de la tôle, le sens du laminage sont autant d'éléments qui entraîneront des variations angulaires à cause du retour élastique (ressaut) mal maîtrisé.

Cependant 90 % des problèmes de pliage sont traités par ce procédé.

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 2.2 - LE PLIAGE «  EN FRAPPE »  OU « A FOND DE MATRICE » :

Ce procédé est utilisé généralement pour des tôles d’épaisseur de 0 à 2 mm.

Dans ce procédé poinçon et matrice doivent parfaitement coïncider. 

Le poinçon provoque un forgeage local par un léger encastrement de son extrémité dans l'épaisseur.

Les outils, poinçons et matrices, doivent être usinés rigoureusement à l’angle à obtenir. 

Ainsi si l’on veut, dans un matériau courant, obtenir un angle de 122°, les poinçons et matrices seront usinés à 122°.

Cette technique de pliage obéit à des règles rigoureuses qui doivent être scrupuleusement respectées pour permettre un travail de qualité.

L’application stricte de ces observations de laboratoire n’est cependant pas réalisé par l’industrie à cause de sa complexité théorique, on a donc étudié des outils et des règles qui permettent l’utilisation industrielle de cette technique, tout en mettant en œuvre un nombre d’outils limités.

 Paramètres :

 a - Ouverture de la matrice (cote V) :

Elle doit être de 4,5 à 6 fois l’épaisseur de la tôle à plier V = 4,5 à 6 e.

Les plis de 90° étant les plus fréquents, on commercialise des matrices de pliage en frappe à 90° possédant les vés suivants :

Vé de 6 mm à 90° utilisé pour de la tôle de 0 à 12/10 mm.

Vé de 9 mm à 90° utilisé pour de la tôle de 12 à 20/10 mm.

Vé de 12 mm à 90° utilisé pour de la tôle de 15 à 20/10 mm.

Cette gamme de vés qui transgresse sensiblement la règle, permet cependant de plier en frappe dans de bonnes conditions, les matériaux courants de 0 à 2 mm, avec un nombre de vés raisonnable. 

Pour des angles différents de 90°, on exécute les outils de pliage en frappe à la demande.

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 b - Rayon intérieur de pliage Ri :

Dans cette technique le rayon intérieur est environ égal à l’épaisseur de la tôle : Ri minimum = e, s'il n'y a pas de forgeage de l'intérieur du pli, sinon ce rayon est déterminé par la forme des poinçons     Ri = Rayon du poinçon. Plus le rayon sera petit, plus la force nécessaire au forgeage sera grande.

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 c - Le bord minimum réalisable (cote D) :

Pour un pli à 90°, D = V x 0,71

A noter que cette technique mettant en œuvre des vés de petites dimensions, on pourra obtenir un bord plié de très faibles dimensions.

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 d - La force de pliage F :

Cette force a été déterminée par essais, les règles ci-dessous sont valables avec poinçon ayant un méplat de 1 à 1,2 mm.  

Acier Rrt = 400 MPa.

F = 30 tonnes / mm d’épaisseur / mètre de longueur, on écrit:    F = 30 T / mm / mètre.

Acier inoxydable

F = 45 T / mm / mètre

Aluminium

Certains alliages d’aluminium peuvent être pliés en frappe; 

Poinçons à angle vif

Pour de tels outils, cette règle devient:

F = 50 tonnes / mm / mètre pour des tôles à 400 MPa.

F = 75 tonnes / mm / mètre pour acier inoxydable.

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 Exemple d’application :

Pourra-t-on plier, en frappe à 90° sur une presse-plieuse de 90 tonnes une tôle de 15/10 - longueur 1,50 mètre ?

F = 30 x 1,5 x 1,5 = 67,5 tonnes.

Ce travail sera possible et l’on utilisera les outils suivants:

- un poinçon ou mise rapportée angle 90° méplat 1 à 1,2 mm.

- Vé de 9 mm, qui déterminera un bord D minimum réalisable :

D = 9 X 0.71 = 6,4 mm.

Cette technique de pliage implique l’utilisation d’une machine très rigide, ayant des flexions minimales sous fortes charges.

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 Avantages du pliage «  en frappe » :

-     Une grande partie des imperfections de pliage dues à la tôle disparaît lorsque l’on utilise le «  pliage en frappe ».

-     La précision angulaire est supérieure à celle obtenue en « pliage en l’air ».

-     Ri de pliage très faible (dans la mesure ou le métal peut supporter un tel pliage),

-    Possibilité d’exécuter des plis de petites dimensions.

 

 Inconvénients du pliage «  en frappe » :

-     Même pour des tôles de faible épaisseur, il est nécessaire d’utiliser des presses-plieuses de forte puissance (Puissance nécessaire plus importante que pliage en l'air).

-     Obligation d’utiliser et d’investir dans un grand nombre d’outils (Outillage moins polyvalent, donc plus d'investissement). ·

-     Méthode réservée à des métaux minces et supportant le pliage avec un faible rayon.

-     Réservé aux tôles minces (< 2 mm) supportant un faible rayon. Il est possible d’envisager le pliage « en frappe » de tôle épaisseur supérieure à 2 mm; les règles précisées ci-dessus ne peuvent cependant être appliquées. Chaque problème pour des tôles épaisses devra faire l’objet d’une étude de l’outillage le mieux approprié.

 

 2.3 - CARACTÉRISTIQUES DES MACHINES :

Généralement ces machines ont :

          - Un bâti en tôles épaisses assemblées par soudure

          - Une table fixe

          - Un  coulisseau   mobile actionné par des vérins hydrauliques à double effet.

          - Un groupe hydraulique fournissant une pression de service de 250 bars.

          - Des butées arrières pour le travail en série.

          - Sur les machines récentes, une commande numérique des mouvements (coulisseau, butées).

 Capacités :

- Force : jusqu'à 3 000 t (30 10⁶ N)

- Longueur de pliage : jusqu'à 18 m

- Distance table-coulisseau : < 600 mm

- Course : jusqu'à 300 mm

- Profondeur du col de cygne: < 400 mm

 

 Constructeurs :

 

 3 - PLIAGE SUR PLIEUSE - PRESSE : (ou machine à plier). 

Dans ce procédé la tôle est serrée entre une table fixe et un sommier, la tôle est fléchie par une table mobile appelée volet plieur.

La gamme des machines va de la machine simple manœuvrée à la main jusqu'à des machines à têtes multiples à commande numérique.

Les capacités vont jusqu'à 6 m de largeur de pliage pour une épaisseur pliée maximum de 25 mm.

 Avantages :

- Grâce au système des tabliers pivotants, la tôle ne glisse pas sur les lèvres du vé comme sur une presse-plieuse.

- Économie d'outillage : il n'y a pas de matrice et un poinçon unique pour obtenir tous les angles.

 

 Inconvénients :

- Machine moins polyvalente que la presse - plieuse.

  

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 4 - AUTRES PROCÉDÉS DE PLIAGE :

 4.1 - Pliage sur élastomère (ou par matériau élastique) :

Les méthodes de formage dans lesquelles un poinçon de forme déterminée presse un flan sur un matériau résiliant tel que le caoutchouc comprimé ou le polyuréthanne, ou sur un fluide comprimé, conviennent bien pour le formage des aciers.

Ce procédé est généralement réservé au pliage de l’aluminium poli ou pré-oxydé (anodisés), aux aciers inoxydables, aux cuivres et laitons et aux métaux recouverts (peinture, plastique).

Cette solution permet de mettre en œuvre un métal ayant un poli initial plus poussé ce qui réduit ainsi les frais de polissage.

L'élastomère le plus utilisé a une dureté de 90 Shore.

Les coûts de l’outillage sont également réduits, car l’opération n’exige qu’un poinçon de forme appropriée.

Cette technique est employée sur des presses-plieuses. 

Voir : " Le pliage sur élastomère "

 4.2 - Pliage par outil pivotant :

 4.3 - Pliage en U :

                    Se fait dans un outillage spécial : exemple

 

 4.5 - Pliage par étirage (stretch bending) :

Dans le pliage libre, le métal à l’extérieur de la partie cintrée est en tension alors qu’à l’intérieur il est toujours en compression.

Si la tension est appliquée avant le pliage, les forces de compression sont réduites; elles peuvent même être éliminées complètement si une tension suffisante est appliquée. Le flambage et l’effet de ressort sont réduits en conséquence.

Les aciers inoxydables, grâce à leur bonne ductilité se prêtent parfaitement à cette opération. Le procédé est très employé pour plier les profiles tels que les cornières, les fers en U et les profilés creux, qu’il serait difficile de plier avec un autre procédé.

Il est courant d’appliquer une tension préalable égale à 10 à 20 % de la limite d’élasticité du métal.

Les bords de pièces à plier doivent être lisses pour éviter les déchirures éventuelles.

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 5 - Préparation du travail :

 5.1 - Gamme de pliage :

exemples :

 

 Exemple 2 : origine AMADA 

  5.2 - Perte au pli :

  5.3 - Calcul du développé : 

voir " Calcul du développé "

 5.4 - Grugeage avant pliage :

voir " Le grugeage en coin "

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 5.5 - Choix des poinçons :

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