Emboutissage métal et hydroformage : alternatives rentables à l'estampage traditionnel

Vos quantités de pièces sont-elles trop faibles pour un outil d'emboutissage ? Avez-vous seulement besoin d'un prototype ? Voici deux alternatives à l'estampage et à l'emboutissage profond qui méritent l'attention : l'emboutissage métal (metal spinning) et l'hydroformage.

Des pièces en forme de chapeaux hauts, bols mélangeurs et cônes de fusées sont assez faciles à fabriquer, mais les produire en grandes quantités implique généralement d'investir dans un outil d'emboutissage. Cela peut ajouter des coûts significatifs à un projet qui n'aurait besoin que de quelques pièces — et des semaines ou mois au délai de livraison.

La bonne nouvelle est qu'il existe des options : l'hydroformage et l'emboutissage métal sont des procédés d'usinage matures et prévisibles, bien qu'ils ne soient généralement pas bien compris.

Ces deux approches de travail des métaux sont capables de concurrencer sur les travaux de faible volume qui nécessiteraient autrement un outillage dédié et de livrer des pièces qui seraient autrement impraticables à produire. Voici ce que vous devez savoir sur l'emboutissage métal et l'hydroformage.

Qu'est-ce que l'emboutissage métal dans la fabrication ?

Pour les machinistes qui cotent sur des pièces ressemblant à des bols et chapeaux hauts et se demandent comment ces pièces sont faites, ceci est pour vous. L'emboutissage métal fonctionne en forçant doucement des tôles métalliques sur un mandrin usiné à la même forme et taille que l'intérieur de la pièce souhaitée.

C'est généralement un processus « à froid » l'aidant à s'écouler dans les zones étroites et autour des coins ou là où l'écrouissage est une préoccupation. Notez : un chalumeau peut être utilisé pour rendre le métal plus malléable.

Tout métal ductile convient à l'emboutissage métal, y compris l'aluminium, le cuivre, le laiton, les aciers au carbone et inoxydables, et les superalliages, tels que le titane et l'Inconel.

Si vous souhaitez fabriquer une cloche en acier inoxydable, par exemple, vous monteriez d'abord un mandrin en forme de cloche sur une broche de tour. Le mandrin peut être en bois, plastique dur ou métal pour les travaux de volume plus élevé.

Un disque légèrement plus grand que la longueur maximale de la surface extérieure de la cloche est nécessaire et est assez fin — environ 1/8 de pouce, mais cela dépend de la taille de la cloche. Certains ateliers spécialisés suggèrent que des matériaux jusqu'à 1 pouce ou plus épais peuvent être emboutis.

Voir l'emboutissage métal en action. Source : Good Machine

Le disque est ensuite positionné au bout du mandrin et pincé contre lui avec un plateau de pression rotatif similaire à un pointeau tournant monté sur poupée mobile. Une fois la broche du tour engagée, un outil appelé à juste titre « cuillère » (spoon) est utilisé pour appliquer la pression, forçant progressivement le métal dans la forme désirée.

C'est souvent un processus manuel. Les artisans emboutissent des pièces métalliques depuis qu'il existe des tours et des bras forts. Cependant, des machines d'emboutissage CNC sont également disponibles offrant une plus grande précision et productivité. Dans ce cas, un outil à rouleau serait utilisé.

Il y a très peu de déchets avec l'emboutissage métal.

Dans l'exemple de la cloche, la seule ferraille serait un anneau étroit autour de la base de la cloche qui est rogné après formage. Des épaisseurs de paroi uniformes avec des précisions de +/- 0,015" sont possibles en CNC, ainsi que des finitions miroir, en supposant qu'une cuillère ou un outil à rouleau de burnissage est appliqué. Sinon, certaines marques d'outil peuvent être visibles.

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Qu'est-ce que l'hydroformage dans la fabrication ?

L'hydroformage partage quelques similitudes avec l'emboutissage métal, mais le mécanisme de déplacement est très différent. Par exemple, un brut légèrement plus grand que la pièce finie est utilisé comme point de départ.

Il n'a pas besoin d'être rond — l'hydroformage peut produire des polygones et des pièces de forme irrégulière, à condition que les coins soient arrondis. Une grande variété de métaux ductiles peuvent être formés, similaires à l'emboutissage métal ; cependant, l'hydroformage favorise les matériaux de plus faible épaisseur (gage) et les géométries de pièces plus complexes.

Il y a un mandrin impliqué, mais il ne tourne pas et il n'y a pas besoin de cuillère ou d'outil à rouleau. À la place, le mandrin est placé sur le plateau d'une machine qui ressemble beaucoup à n'importe quelle autre presse de formage. Dans ce cas, considérez le mandrin comme un poinçon mâle.

Notez : Vous pouvez utiliser plusieurs mandrins à la fois, y compris ceux de formes différentes. La différence est la présence d'une vessie élastomère qui agit comme une matrice.

Voir l'hydroformage en action. Source : Jones Metal Products

Techniques d'hydroformage : formage par cellule fluide

Il existe diverses techniques d'hydroformage incluant l'hydroformage par cellule fluide, l'hydroformage de tubes, l'hydroformage d'emboutissage profond et d'autres. Tous reposent sur la pression hydraulique, mais certains permettent l'utilisation de mandrins femelles comme dans l'emboutissage métal. D'autres types utilisent un mécanisme pour gripper les bords du matériau pour éviter le froissage, et certains déplacent le mandrin plutôt que la vessie.

Pour illustrer l'hydroformage en action, regardons l'hydroformage par cellule fluide.

Une fois le brut de pièce positionné sur les mandrins, le bélier descend en place, fermant l'espace de travail, et des milliers de livres de pression hydraulique sont appliqués. Cela force la vessie contre le matériau et la forme aux poinçons mâles en dessous.

Considérez cela comme un processus d'emboutissage profond. Ce peut être une simplification excessive, mais c'est un processus complexe — et il peut impliquer beaucoup plus d'étapes selon la technique d'hydroformage utilisée.

Besoin de plus d'axes pour produire plus de pièces ? Apprenez comment. Lisez « Is It Time to Embrace High-Performance Machining ? »

Quels sont les avantages de l'emboutissage métal et de l'hydroformage ?

L'emboutissage métal et l'hydroformage sont d'excellentes alternatives à l'emboutissage profond traditionnel car l'investissement en outillage est une fraction plus petite des procédés de formage traditionnels. Les temps de mise en place sont plus courts, aussi, et la flexibilité est accrue.

Ces technologies peuvent également être compétitives dans des scénarios de volume plus élevé — surtout dans l'hydroformage. Il est largement utilisé dans les industries aérospatiale et automobile pour une gamme de composants complexes de niveau production.

Quels inconvénients ou avantages trouvez-vous dans l'emboutissage profond ? Avez-vous évalué l'emboutissage ou l'hydroformage ? Parlez-en à vos pairs sur le forum métal. [inscription requise]