Les bases de la conception de tôlerie, conseils pour la manufacturabilité

Introduction à la conception de tôlerie

Regardez autour de vous et vous vous rendrez compte qu'il existe une abondance de produits en tôle. Qu'il s'agisse de produits de consommation tels que des canettes de boisson, des ustensiles de cuisine, des classeurs ou des produits industriels tels que des carrosseries, des cadres et des échappements de voiture. Les tôles sont un atout précieux pour les industries et la production à faible volume. Par conséquent, cet article est consacré à la discussion des bases de la conception de tôlerie et à quelques conseils utiles pour les concepteurs de tôlerie. De nombreuses industries adoptent le concept de Design For Manufacturability, ou plus communément appelé DFM. Dans les industries de conception de tôlerie, DFM permet d'éviter les erreurs techniques dans le processus de conception pour améliorer les délais de fabrication en fonction du tableau d'épaisseur de tôlerie et des calculs précédents. C'est pourquoi la conception de tôlerie pour la fabricabilité est également un sujet important abordé dans cet article.

Qu'est-ce que la tôle ?

Avant d'aborder les aspects techniques de la conception de la tôlerie, il est essentiel de comprendre ce qu'est la tôlerie. La tôle est un métal tel que l'aluminium, le laiton, le titane, le nickel, l'étain et le cuivre transformé en pièces plates minces comme des feuilles, des feuilles et des plaques.

Puisqu'ils sont formés pour être légers, minces, stables et élastiques, ils sont largement utilisés dans les industries à des fins de revêtement et de revêtement.

Opérations de tôlerie de base

La tôlerie implique des opérations de formage et de découpe sur des tôles, des bobines et des bandes métalliques pour fabriquer des composants et des parties de produits. Il existe plusieurs opérations différentes pour les conceptions de tôlerie, dont certaines sont décrites ci-dessous.

1. Pliage

La déformation de tôles autour d'un axe droit en appliquant une force sur une zone localisée est appelée flexion. La pièce est placée sur un bloc de matrice et un poinçon est enfoncé, formant la forme souhaitée de la tôle. Différentes industries utilisent différents outils pour plier le métal, mais les outils les plus courants sont les presses plieuses ou les plieuses.

2. Dessin 

Une autre opération de tôlerie est l'emboutissage, également appelé emboutissage au gobelet ou emboutissage profond. Il s'agit de l'étirement de la tôle pour former une forme creuse ou concave. Un serre-flan maintient la pièce dans une matrice, tandis qu'un poinçon en forme de U poinçonne la pièce en tôle. La figure ci-jointe illustre le processus :

3. Cisaillement

Contrairement aux opérations décrites ci-dessus, le cisaillement est un processus de tôlerie impliquant la découpe de la pièce en appliquant une force sur le poinçon, plutôt qu'un processus de formation de conception de tôle.

Comme le montre la figure, la pièce métallique qui est d'abord placée sur la matrice subit une force verticale sur le poinçon pour produire un effet de cisaillement et couper la pièce.

4.Processus divers

Il existe divers autres procédés de conception de tôlerie qui peuvent ou non utiliser les outils de matrice et de poinçonnage pour plier le métal. Ces processus incluent

• Retournage :l'opération de repoussage comprend le pressage d'une pièce métallique à symétrie axiale sur un mandrin ou un mandrin rotatif pour façonner la tôle.
• Formage par étirement : le formage par étirement consiste à étirer la tôle et à la plier simultanément tout en l'étirant pour former des formes profilées.
• Gaufrage :il crée des lettrages ou des surfaces en relief sur la tôle.
• Compression :il s'agit d'une combinaison de processus tels que le dimensionnement et la frappe pour créer des métaux ductiles.
• Coupe :également appelée rasage, la tonte consiste à éliminer les bavures des bords coupés pour les rendre lisses.
• Pierçage :il s'agit d'un processus de création de trous de forme quelconque dans les tôles à l'aide d'un poinçon pointu et pointu pour percer la pièce.
• Poinçonnage :le poinçonnage crée des trous circulaires sur une pièce de tôle à l'aide d'un poinçon et d'une matrice.
• Découpage :il s'agit de découper une forme donnée dans la bande de tôle. Cette pièce découpée s'appelle une ébauche. Le masquage est couramment utilisé pour créer des disques ou des rondelles.

Directives DFM pour la conception de tôlerie

Les variations dans les conceptions assistées par ordinateur et les produits réels sont inévitables; cependant, suivre les directives DFM peut réduire ces erreurs. DFM ou Design for Manufacturability est basé sur le concept de conception de composants, de pièces ou de produits de manière à ce qu'ils soient faciles à fabriquer et moins coûteux. Il se concentre sur la réduction du coût de production global en réduisant le délai d'exécution.

Les recherches suggèrent que les fabricants passent environ 40 % de leur temps à corriger les erreurs, dont 24 % sont des erreurs de fabrication. Par conséquent, les industries doivent corriger ces erreurs. Le respect des directives DFM peut réduire considérablement les erreurs de conception.

DFM se concentre sur la simplification des conceptions de pièces pour une fabricabilité et une reproductibilité faciles. Il suggère la standardisation des pièces pour réduire le nombre de pièces et produire des produits de qualité rentables.

Quelques facteurs de base pour la conception de tôlerie 

La conception de tôlerie pour la manufacturabilité se concentre sur les points qui sont critiques dans le processus de conception global. Les instructions suivantes permettent d'améliorer la conception :

• Rayon du trou

Il faut éviter de créer de petits trous sur la pièce métallique car ils nécessitent de petits poinçons, qui peuvent casser pendant l'opération. Par conséquent, les trous doivent avoir un diamètre égal ou supérieur à l'épaisseur de la pièce.

• Soulagement de courbure

Une indentation sur les conceptions de tôle est appelée relief de pliage afin que le processus de pliage soit fluide pendant le processus de conception de tôle. Cela permet d'éviter la casse lors de l'opération de pliage.

• Dégagement du trou pour plier

Il est recommandé que la distance entre les trous et un pli soit 1,5 fois l'épaisseur de la tôle avec le rayon de pli ajouté.

• Rayon de courbure de la tôle

Un rayon de courbure minimal de la tôle doit être adapté. Ce rayon de courbure minimum dépend des outils utilisés pour plier le métal. Plus le métal est souple, plus il devient facile d'avoir un petit rayon.

• Largeur de bride

Dans une conception en tôle, la largeur minimale de la bride doit idéalement être quatre fois l'épaisseur de la tôle. Ce facteur est essentiel pour l'esthétique et la propreté de votre conception.

Conseils DFM pour la conception de tôlerie

Voici quelques conseils de conception de tôlerie pour la fabrication de votre conception.

1. Il est nécessaire d'avoir des diamètres de trou plus importants par rapport à l'épaisseur de la tôle.

2. La distance entre deux trous compte le plus. Il est recommandé que cette distance soit le double de l'épaisseur de la feuille. Ce facteur vous aidera à prévenir la déformation du métal des trous poinçonnés.

3. Si les trous poinçonnés sont très proches du bord extérieur de la feuille, il est recommandé de laisser un espace minimum égal à l'épaisseur de la feuille entre le trou et le bord.

4. Il doit y avoir au moins 1,5 fois l'épaisseur du matériau entre le pli et les trous.

Avantages du DFM

DFM offre une option commerciale aux fabricants pour améliorer la qualité de leur produit tout en réduisant les coûts de production. Il a une liste interminable d'avantages, dont certains sont énumérés ci-dessous :

• Très rentable
• Réduit les coûts de main-d'œuvre
• Améliore la qualité du produit
• Améliore la satisfaction client
• Réduit le temps de développement du produit
• Simplifie et standardise la conception pour une fabrication facile

Erreurs à éviter lors de la conception de pièces en tôle

Certains problèmes surviennent fréquemment dans une conception de tôlerie. Certains des problèmes répertoriés ci-dessous doivent être évités lors de la conception de la pièce de tôlerie :

1. Évitez d'utiliser des modèles 3D sans aucun pli

2. Retenez les angles parfaitement perpendiculaires et pointus de la tôle

3. Empêcher le placement d'éléments à proximité des lignes de pliage

4. Faites des recherches approfondies avant de choisir une mise à plat pour les pièces en tôle conçues

5. Évitez de sélectionner le mauvais type de tôlerie pour la conception d'un produit

6. Doit inclure des spécifications détaillées dans le fichier de conception CAO en fonction du tableau d'épaisseur de tôle

7. Gardez un œil sur les exigences de soudage, assurez-vous de ne pas les rendre irréalistes

8. Tenez toujours compte de la résistance du profilé en U dans votre processus de sélection des matériaux

Prototypage de tôlerie

Le prototypage de tôle consiste à modéliser un échantillon d'un produit métallique pour tester un concept. Il aide les entreprises à tester une idée avant de lancer la production de masse. Contrairement au prototypage traditionnel, les prototypes de tôlerie sont conçus en moins de temps.

Différentes entreprises utilisent différentes méthodes pour la production de prototypes de tôlerie, dont certaines sont mentionnées ci-dessous :

• L'emboutissage de prototypes de précision utilise une presse à emboutir pour développer des pièces de haute précision.
• Le prototypage rapide fabrique le modèle à l'aide d'un dessin virtuel 3D.
• Le formage incrémentiel de la tôle utilise une fraiseuse pour former le produit sans matrice.

Conclusion

Les tôles ont une importance indéniable dans nos vies. Ils ont de vastes applications allant des industries de l'électroménager, des industries automobiles, des industries robotiques et des produits de consommation. Par conséquent, il est essentiel de comprendre les bases de la conception de tôlerie et les directives de conception de tôlerie DFM prises en compte dans le processus de fabrication.