L'emboutissage expliqué : types, procédés et applications

Qu'est-ce que l'emboutissage ?

L'emboutissage (ouestampage) est un procédé de fabrication qui transforme des tôles métalliques planes en formes finales. Une tôle plate (sous forme de blanks ou de bobines) est placée dans une presse d'emboutissage où un outil et une matrice façonnent le métal selon la forme désirée.

L'emboutissage regroupe divers procédés de formage de tôle : poinçonnage (presse mécanique ou presse d'emboutissage), découpage, gaufrage, pliage, bordage etestampage à froid.

Il peut s'agir d'une opération en une seule étape (chaque course de la presse crée la forme finale) ou d'une suite d'opérations. Le procédé s'applique généralement à la tôle, mais aussi à d'autres matériaux comme le polystyrène.

Les matrices progressives sont généralement alimentées par une bobine d'acier : dérouleur pour dévider la bobine, redresseur pour l'aplatir, puis chargeur qui avance le matériau dans la presse et les matrices à une longueur d'avance prédéterminée. Selon la complexité de la pièce, le nombre de stations de la matrice est défini.

L'emboutissage s'effectue habituellement sur des tôles à froid. Voir Forging pour les opérations de formage à chaud.

Brève histoire

Les premières monnaies dateraient du VIIe siècle av. J.-C., frappées par les Lydiens (Turquie actuelle). Le martelage de monnaies resta la méthode dominante jusqu'en 1550. En Allemagne, Marx Schwab développa un nouveau procédé d'emboutissage où 12 hommes actionnaient une grande roue pour presser le métal en monnaies. Le poinçonnage fut encore amélioré dans les années 1880.

Des pièces emboutissantes servirent à la production de vélos en série dans les années 1880. L'emboutissage remplaça le forgeage sous presse et l'usinage, réduisant considérablement les coûts. Bien que moins résistantes que les pièces forgées, elles offraient une qualité suffisante.

En 1890, des pièces de vélo embouties furent importées d'Allemagne vers les États-Unis. Les entreprises américaines firent alors construire leurs propres presses par des fabricants d'outils machines locaux. Grâce à la R&D, Western Wheel parvint à emboutir la plupart des pièces de vélo.

Plusieurs constructeurs automobiles adoptèrent l'emboutissage. Henry Ford refusa d'abord les recommandations de ses ingénieurs, mais devant l'incapacité du forgeage à suivre la demande, il dut s'y résoudre.

Dans l'histoire de l'emboutissage, du forgeage et de l'emboutissage profond, les presses de toutes sortes sont le socle de la fabrication métallique. Les procédés s'améliorent en déplaçant plus de métal par course de presse. L'automatisation interconnectée augmente les cadences, réduit la main-d'œuvre et améliore la sécurité.

Aujourd'hui, des systèmes comme I-PRESS avec Connected Enterprise enregistrent l'historique, envoient des rapports, ou permettent le contrôle à distance via mobile. Une nouvelle tendance pour collecter les données de production à des fins d'historique.

Types d'emboutissage métallique

Trois grandes techniques d'emboutissage existent : progressif, à quatre coulisseaux et emboutissage profond.

1. Emboutissage à matrice progressive

L'emboutissage progressif comporte plusieurs stations, chacune ayant une fonction unique.

La bande métallique est alimentée dans une presse progressive. Elle se déroule depuis une bobine vers la matrice où chaque station effectue une coupe, un poinçonnage ou un pliage différent. Les actions successives s'additionnent pour produire une pièce finie.

Sans cette technique, un fabricant devrait changer d'outil sur une même presse ou occuper plusieurs presses, chacune réalisant une seule action. Même avec plusieurs presses, des opérations d'usinage secondaires étaient souvent nécessaires. L'emboutissage progressif est donc la solution idéale pour les pièces complexes nécessitant :

• Délais plus courts
• Coûts de main-d'œuvre réduits
• Longueurs de série plus courtes
• Répétabilité accrue

2. Emboutissage à quatre coulisseaux (Four-slide)

Le four-slide (ou multi-slide) utilise un alignement horizontal et quatre coulisseaux distincts — soit quatre outils travaillant simultanément pour façonner la pièce. Ce procédé permet des coupes complexes et des pliages élaborés pour les pièces les plus sophistiquées.

L'emboutissage four-slide offre plusieurs avantages sur l'emboutissage par presse classique :

• Polyvalence pour pièces plus complexes
• Flexibilité accrue pour modifications de conception

Comme son nom l'indique, un four-slide a quatre coulisseaux, permettant d'utiliser jusqu'à quatre outils différents (un par coulisseau) pour réaliser plusieurs pliages simultanés. Le matériau est plié en succession rapide par chaque arbre porte-outil.

3. Emboutissage profond (Deep Draw)

L'emboutissage profond consiste à tirer un blank de tôle dans la matrice via un poinçon, lui donnant sa forme. On parle d'« emboutissage profond » lorsque la profondeur de la pièce dépasse son diamètre.

Ce formage est idéal pour créer des composants nécessitant plusieurs séries de diamètres et constitue une alternative économique aux procédés de tournage, qui consomment généralement plus de matière première. Applications et produits courants :

• Composants automobiles
• Pièces aéronautiques
• Relais électroniques
• Ustensiles et batterie de cuisine

Emboutissage en petite série (Short Run)

L'emboutissage en petite série nécessite peu d'investissement initial en outillage et convient aux prototypes ou petits projets. Après création du blank, le fabricant utilise une combinaison d'outillages personnalisés et d'inserts de matrice pour plier, poinçonner ou percer la pièce.

Les opérations de formage personnalisées et la taille réduite des séries peuvent augmenter le coût unitaire, mais l'absence de frais d'outillage rend le short-run plus rentable pour de nombreux projets, surtout ceux exigeant un délai court.

Opérations d'emboutissage

L'emboutissage (ou pressage) consiste à placer une tôle plate (bobine ou blank) dans une presse. L'outil et la matrice façonnent le métal. Poinçonnage, découpage, pliage,estampage, gaufrage et bordage sont toutes des techniques d'emboutissage.

• Pliage (Bending) – déformation du matériau le long d'une ligne droite.
• Bordage (Flanging) – pliage le long d'une ligne courbe.
• Gaufrage (Embossing) – étirement du matériau en une faible dépression. Utilisé principalement pour motifs décoratifs. Voir aussi Repoussé et ciselage.
• Découpage (Blanking) – découpe d'une pièce dans une tôle, généralement pour créer un blank pour usinage ultérieur.
• Estampage (Coining) – compression d'un motif dans le matériau. Utilisé traditionnellement pour la frappe de monnaies.
• Emboutissage (Drawing) – étirement de la surface d'un blank en forme alternative par écoulement contrôlé du matériau. Voir aussi emboutissage profond.
• Étirage (Stretching) – augmentation de la surface du blank par tension, sans déplacement vers l'intérieur du bord. Souvent utilisé pour carrosseries lisses.
• Refoulement (Ironing) – compression et réduction d'épaisseur le long d'une paroi verticale. Utilisé pour canettes et douilles de cartouches.
• Rétrécissement/Colletage (Reducing/Necking) – réduction progressive du diamètre de l'extrémité ouverte d'un vase ou tube.
• Enroulement (Curling) – déformation en profil tubulaire. Charnières de porte en sont un exemple courant.
• Bourdonnage (Hemming) – repli d'un bord sur lui-même pour augmenter l'épaisseur. Les bords de portières automobiles sont généralement bourdonnés.

Le perçage et la découpe peuvent aussi être réalisés sur presses d'emboutissage. L'emboutissage progressif combine les méthodes ci-dessus avec une série de matrices traversées pas à pas par une bande de matériau.

Avantages de l'emboutissage métallique

Si vous avez besoin de pièces, composants ou produits métalliques, faire appel à une entreprise d'emboutissage offre de nombreux atouts.

1. Précision

Si votre pièce exige une découpe haute précision, une entreprise d'emboutissage dispose des outils et procédés adaptés. Une telle précision coûterait cher en interne ; l'externalisation permet une qualité supérieure à moindre prix.

2. Cohérence

Certains affirment que seule la découpe pièce par pièce garantit une précision constante, mais les grands noms du secteur métallurgique disent le contraire. La cohérence en production de masse s'obtient en maîtrisant l'ensemble du processus : CAO précise, outillage adéquat, presses pilotées par des professionnels, contrôle qualité sur chaque pièce.

3. Production de masse

Besoin de grandes quantités de pièces de qualité ? Une entreprise équipée de machines et outils adaptés gérera votre projet rapidement et efficacement.

4. Gain d'espace

Externaliser l'emboutissage évite d'allouer temps et surface dans vos propres locaux. Vous vous concentrez sur votre cœur de métier sans vous enliser dans les détails de production.

Applications de l'emboutissage métallique

L'emboutissage s'applique à divers matériaux selon leurs qualités métallurgiques, pour de nombreuses applications dans une large gamme d'industries. Il peut exiger le formage de métaux communs ou d'alliages rares pour leurs avantages spécifiques.

Certaines industries requièrent la conductivité électrique ou thermique du cuivre-béryllium (aérospatial, électrique, défense) ou la haute résistance de l'acier et ses alliages (automobile).

Les secteurs faisant appel à l'emboutissage incluent (liste non exhaustive) :

• Automobile
• Machines industrielles
• Électronique grand public
• Aérospatial
• Électrique
• Télécommunications