Maîtriser les cisailles et le cisaillement : guide pratique

Le cisaillement est l'un des plus anciens procédés de travail des métaux disponibles et est généralement le premier procédé et la première machine utilisée lors de la fabrication de pièces usinées. Toutes les cisailles sont évaluées sur leur capacité à couper l'acier et doivent être sélectionnées selon la capacité requise par rapport à l'acier. Si votre application est l'acier inoxydable, vous devriez sélectionner une cisaille évaluée pour environ 1,5 à 2 fois l'épaisseur du matériau que vous utilisez. Si vous cisaillerez de l'aluminium, une cisaille dimensionnée pour la moitié de l'épaisseur du matériau avec laquelle vous travaillez est probablement suffisante. Bien qu'il existe de petites cisailles manuelles ou à pédale (principalement utilisées dans les industries CVC et de la toiture), cette introduction se concentrera principalement sur les cisailles motorisées dans la gamme 14 gauge (1,9 mm x 3 m) et plus lourdes, que l'on trouve dans la plupart des ateliers de fabrication en Amérique du Nord.

Description du processus :

Cisailler de la tôle ou de la plaque d'acier ressemble beaucoup à l'utilisation de ciseaux pour couper du papier ou du carton. Les lames se rejoignent à une distance ou un décalage minimum que nous décrivons comme « jeu de lames » afin de fracturer le matériau dans les tailles de blanc souhaitées pour un traitement ultérieur. La lame inférieure est fixée dans le « banc » de la cisaille tandis que la lame supérieure se déplace soit dans un mouvement droit haut et bas style « guillotine », soit dans un mouvement oscillant « rotatif ». Plus le matériau est épais ou dur, plus les lames doivent être écartées ou les angles de lame augmentés (angle de cisaillement) afin de réduire la force requise pour cisaillement (ou fracturer) le matériau jusqu'à la capacité nominale de la machine.

Une cisaille de qualité peut faire économiser de nombreuses heures sur les processus ultérieurs tels que le pliage, le soudage et l'assemblage, il est donc important de s'assurer que vous êtes capable de faire des coupes de qualité, propres, droites, précises et répétables rapidement. Certains des facteurs clés dans le choix d'une cisaille sont décrits ci-dessous et lors du choix de votre cisaille, neuve ou d'occasion, ces facteurs devraient être considérés dans votre prise de décision.

Composants d'une cisaille :

Toutes les cisailles sont composées des mêmes composants de base :

1. Châssis principal : Le châssis principal de la machine soutient tous les autres composants, le banc et le système d'entraînement. Une cisaille de qualité a un châssis robuste et lourd pour la taille et la capacité du matériau. Certaines cisailles légèrement construites sont connues pour être sujettes à des cadres latéraux fracturés, des bancs fissurés ou des béliers déformés en raison d'une mauvaise conception ou d'abus.
2. Banc : Le banc est ce sur quoi votre opérateur travaillera en introduisant le matériau aux lames de cisaillement. Le banc est le support non seulement pour le matériau mais aussi pour la lame inférieure de cisaillement. Le banc d'une cisaille de qualité devrait être lourd et solide avec des commodités pour la manutention comme des découpes pour que l'opérateur glisse ses mains sous la tôle pour la soulever et des transferts à billes pour « rouler » le matériau cisaillement plus facilement en place.
3. Équerre de repérage : Une équerre de repérage est cruciale pour s'assurer que le matériau coupé est à un angle droit de 90 degrés. Pour obtenir une équerre correcte, une équerre de repérage est utilisée qui a été configurée et ajustée pour s'assurer qu'elle est parfaitement perpendiculaire aux lames de cisaillement. Cette équerre peut également avoir une échelle de mesure qui peut aider à mesurer des pièces très courtes depuis l'avant de la machine par opposition à l'utilisation de la butée de jauge comme butoir derrière les lames. Typiquement, l'équerre de repérage est égale à la longueur des lames mais peut être de toute longueur qui convient à l'application pour laquelle vous la sélectionnez.
4. Pressoirs : Les « pressoirs » sont des pinces (ou une pince à barre unique) située à côté des lames de cisaillement et qui maintient fermement le matériau cisaillement pour l'empêcher de bouger pendant le processus et, plus important encore, pour l'empêcher de se soulever ce qui introduirait le matériau comme un coin entre les lames supérieure et inférieure forçant l'écartement à s'ouvrir davantage. Typiquement, plus la force et le nombre de pressoirs équivalent au signe d'une cisaille meilleure et de meilleure qualité.
5. Lames : Les lames de coupe (ou de cisaillement) sont généralement en acier à outils et sont trempées pour la résistance à l'usure et affûtées pour le tranchant. Elles sont montées sur le bélier mobile supérieur et le banc fixe inférieur et espacées généralement de quelques millièmes de pouce. Les lames peuvent être « retournées » quand elles sont usées par l'utilisation progressive vers un autre côté, réaffûtées ou remplacées. Les cisailles ont généralement des lames avec 2 tranchants ou 4 côtés utilisables selon la conception de la machine.
6. Jauge (Système de mesure) : Bien que non spécifique à chaque cisaille, la jauge (ou butoir de longueur de pièce/système de mesure) se trouve sur environ 95 % des cisailles sur le marché aujourd'hui. Une jauge correcte est cruciale non seulement pour maintenir la longueur de cisaillement correcte, mais pour permettre à l'opérateur de « jauger » rapidement le prochain blanc cisaillement et de répéter le processus très rapidement. Généralement, ces « jauges » (ou butoirs) sont à l'arrière de la cisaille et sont couramment des barres de jauge à vis commandées par ordinateur pour buter le matériau. Ces jauges peuvent être positionnées manuellement ou électroniquement (programmées) pour fournir plusieurs longueurs de cisaillement ainsi que l'utilisation répétée de la même longueur. Un système de jauge de qualité sera assez fort pour supporter un poids de matériau équivalent à la pleine capacité de la cisaille pendant de nombreuses années.
7. Contrôle : Un contrôle de cisaille peut être aussi simple qu'une volant manuel positionnant le contre-appui en conjonction avec une pédale d'embrayage/pied, ou aussi complet qu'un système de jauge programmable permettant un positionnement programmable précis du système de jauge tout en gardant un comptage de cycles précis. Bien que la plupart des contrôleurs de jauge de cisaille soient utilisés comme simples positionneurs « Aller Ici », beaucoup sont capables de bien plus, y compris le cisaillement de « kits » de plusieurs pièces et longueurs, tous positionnés et comptés automatiquement.
8. Accessoires/Options : Une cisaille peut être personnalisée pour répondre à une variété de besoins en ajoutant des accessoires optionnels qui peuvent rendre l'opération de la cisaille plus simple, plus rapide, plus précise et plus fiable. Options courantes :

• Empileur/Convoyeur
• Systèmes de refroidissement hydraulique
• Jauge avant
• Contre-appuis étendus
• Haute vitesse (Hydraulique uniquement)
• Options de sécurité comme rideaux lumineux, clôtures, etc.
• Transferts à billes dans le banc
• Découpes pour mains
• Échelles dans le banc
• Équerres à onglet
• Usinage ou taraudage spécial du banc pour accessoires

Types de cisailles

Guillotine

Une conception « Guillotine » dans une cisaille fait référence à l'action de mouvement de la lame supérieure. La lame est entraînée en ligne droite par un mécanisme et un système de guidage entraînant le bélier et la lame droit vers le bas et vers le haut. Habituellement, cette conception équivaut à une conception plus grande et plus lourde dans une cisaille et se trouve presque toujours sur des conceptions évaluées à une capacité de 12 mm ou plus.

Bascule (Swing Beam)

Une cisaille à bascule utilise la puissance du levier à travers un bélier en porte-à-faux pour augmenter la force et ainsi la capacité de cisaillement. En plaçant la lame supérieure sur un bélier pivotant mécanisé, la lame est ensuite forcée vers le bas par une actuation mécanique ou hydraulique en utilisant la puissance du levier. Cette conception équivaut généralement à une machine plus courte en hauteur et aussi à des lames qui doivent être dégagées pour le dégagement, permettant généralement seulement 2 tranchants par lame. Il existe également des versions modifiées de cette conception qui sont parmi les conceptions les plus populaires vendues aujourd'hui.

Types de systèmes d'entraînement de cisaille

Hydraulique

La pression hydraulique est appliquée à travers un ou plusieurs cylindres pour forcer le bélier et la lame supérieure de la machine vers le bas. Les machines hydrauliques peuvent avoir typiquement un ou deux cylindres hydrauliques pour le fonctionnement.

Mécanique

Un moteur fait tourner un grand volant d'inertie à grande vitesse, l'opérateur engage alors un embrayage qui peut être activé via pneumatique, hydraulique ou engagement mécanique. Une fois l'embrayage engagé, le volant mobile est accouplé à un vilebrequin auquel le bélier de la machine est attaché. Le vilebrequin tourne alors en cyclant le bélier et la lame de cisaillement haut et bas.

Autres facteurs de conception de cisaille à considérer :

Angle de cisaillement (Rake Angle) :

L'« angle de cisaillement » est l'angle de la lame de coupe supérieure lorsqu'elle est introduite au-delà de la lame de coupe inférieure. Cet angle d'introduction permet à seulement une petite portion de matériau d'être réellement engagée avec les lames à un moment donné, réduisant ainsi considérablement les forces requises pour cisaillement de grandes longueurs. Idéalement, si la force requise pour cisaillement une pièce n'était pas une considération, une machine aurait un angle de cisaillement de 0 car cela fournirait théoriquement la pièce cisaillement la plus droite et le temps de cycle le plus rapide. Cependant, comme les cisailles travaillent généralement avec 3-3,6 m de longueur de matériau ou plus, la force requise serait massive et donc prohibitive en coût. L'angle de cisaillement est donc nécessaire pour minimiser la force réelle requise pour « fracturer ou couper » le matériau cisaillement.

Idéalement, une machine de qualité a un angle de cisaillement minimum possible, typiquement 6 mm par pied, car un angle excessif peut causer de la torsion (pièce cisaillement s'enroulant) et/ou de l'arcure (pièce cisaillement roulant en arc).

Angle de cisaillement ajustable :

Certains fabricants de cisailles utilisent un mécanisme qui permet à la lame supérieure de varier l'angle de cisaillement afin de maximiser la capacité de la cisaille. En augmentant l'angle de cisaillement, la quantité de matériau plus épais réellement engagé dans les lames reste dans la « fenêtre » de puissance de la cisaille. Bien que ces fabricants annoncent cela comme un « avantage » de leur machine, la réalité est qu'ils offrent une machine beaucoup plus légère avec la capacité de cisaillement de matériau plus épais grâce à cet angle accru. Lors du choix d'une cisaille à angle de cisaillement variable, assurez-vous de l'examiner minutieusement quant à sa capacité à son réglage d'angle le plus bas ou recommandé, car c'est vraiment ce que la cisaille a été conçue pour gérer et les épaisseurs supérieures ne sont atteintes qu'en augmentant l'angle de cisaillement et donc en augmentant la torsion et l'arcure que vous pouvez attendre dans la pièce cisaillement résultante.

Réglage de l'écartement des lames :

Dans toute opération de cisaillement, plus l'écartement entre les lames supérieure et inférieure est élevé, plus la force requise pour briser ou fracturer le matériau est faible. À mesure que l'écartement devient excessif, des bavures (ou déchirures) commencent à apparaître sur les blancs cisaillement. Si l'écartement est réglé trop près, la force requise pour briser le matériau peut dépasser la capacité de la cisaille. Comme différents matériaux comme l'aluminium, l'acier et l'acier inoxydable ont des forces de fracture différentes, ils nécessitent différents réglages d'écartement pour s'assurer que vous obtenez la meilleure qualité de pièce cisaillement pour le type et l'épaisseur de matériau donnés. Toutes les cisailles viennent avec la capacité d'« écarter » les lames soit par calage manuel (très lent), ajustement du banc/lame inférieure (lent) ou par un mécanisme de réglage rapide de l'écartement qui peut aussi être motorisé (le plus rapide). Selon la gamme de types et d'épaisseurs de matériaux avec lesquels vous travaillez déterminera la nécessité d'une fonction de réglage rapide de l'écartement sur votre cisaille.

Arguments courants lors de la sélection d'une cisaille

Argument 1 : Mécanique vs Hydraulique - Lequel est meilleur ?

Lors de la sélection d'une cisaille, beaucoup supposent que le fonctionnement hydraulique est une meilleure option car ils l'associent à une presse plieuse. Cependant, le cisaillement est un processus complètement différent et l'actuation mécanique peut en fait être préférée dans une cisaille pour les facteurs suivants :

• Vitesse : Les cisailles mécaniques sont plus rapides en mode cycle complet
• Simplicité : Les cisailles mécaniques ont des mécanismes plus simples à entretenir et réparer, augmentant le temps de fonctionnement et réduisant les temps d'arrêt
• Bruit : Les cisailles mécaniques sont plus silencieuses car elles n'ont pas le fonctionnement constant de l'hydraulique
• Chaleur : Sans hydraulique, les cisailles mécaniques tournent beaucoup plus frais
• Écologique : Pas d'huile hydraulique, pas de chaleur hydraulique (nécessitant refroidissement), pas de déchets d'huile hydraulique, pas de déchets de filtres

Où les cisailles hydrauliques ont un avantage :

• Longueur de course variable : Les cisailles mécaniques doivent faire le cycle complet lors du cisaillement alors que les cisailles hydrauliques peuvent être réglées pour effectuer des courses courtes rapides utiles lors du cisaillement de matériau de seulement quelques pouces de large.
• Protection contre la surcharge : Protégée par une soupape de décharge, une cisaille hydraulique peut arrêter la lame d'entrer dans une position « bloquée » avec le matériau lorsque l'hydraulique atteint le PSI maximum pour la cisaille, une soupape de sécurité s'ouvre et purge l'hydraulique haute pression, arrêtant la force descendante et permettant ainsi au bélier de reculer et à l'obstruction/surcharge/durcissement d'être retirée.

Argument 2 : Fosse vs Pas de fosse - Lequel est meilleur ?

À mesure que les cisailles augmentent en capacités d'épaisseur de matériau (force/tonnage), ou s'étendent en largeur, elles peuvent nécessiter une « fosse », ou plus précisément décrite comme une rainure dans le sol. La raison pour laquelle ce relief dans le sol est requis est due aux propriétés mécaniques du cisaillement qui causent la déflexion du banc et du bélier sous le tonnage élevé requis. Bien qu'ajouter de la masse au bélier (partie supérieure de la cisaille) rende simplement la machine plus haute, ajouter de la masse au banc élèverait la hauteur de travail de la machine au-delà d'un niveau confortable. Par conséquent, le moyen le plus simple et le meilleur de contrer ces forces est d'ajouter plus de masse au banc et de mettre cette masse sous le sol. En ajoutant cette masse, les fabricants ont fait une machine plus forte, plus lourde, qui peut fonctionner avec un faible angle de cisaillement pour de bonnes pièces de qualité et ne fléchira pas sous charge. Cette masse ajoutée augmente en fait la rigidité, la qualité des pièces, l'espérance de vie et le coût de fabrication de la cisaille et se trouve donc dans les cisailles de meilleure qualité, plus lourdes et plus larges.

La meilleure méthode pour garder la machine et les pièces droites est de ne pas les laisser fléchir en premier lieu et donc une fosse est en fait préférée aux machines montées au ras du sol pour les capacités plus élevées (10 mm et plus) ou largeurs plus larges (4,2 m et plus).

Résumé

Lors de la sélection de votre cisaille, ou de toute machine d'ailleurs, assurez-vous d'obtenir la meilleure machine pour votre application. Il est si facile de tomber dans le piège commun du prix, de la disponibilité, de l'emplacement, du fret, etc., tout cela n'aura plus d'importance dans 6 mois après que la bonne (ou mauvaise) machine soit sur votre sol et certainement pas dans 3, 5 ou même 10 ans plus tard. Rappelez-vous que votre commercial peut vous vendre littéralement tout ce que vous « achetez » et cela inclut la remise, l'emplacement ou la bonne machine, mais seulement si vous le demandez.

Chez Southern Fabricating Machinery Sales, Inc., notre personnel est expert en cisaillement, tant le processus que les problèmes courants. Appelez-nous aujourd'hui au 813-444-4555 pour vous aider à sélectionner la bonne cisaille pour votre application ET votre budget.