Introduction

Le processus de cisaillement Il s'agit d'une opération fondamentale dans le domaine du travail des métaux et de la fabrication, essentielle à la découpe précise de divers matériaux, notamment des tôles. Elle consiste à retirer de la matière le long d'une ligne définie en la soumettant à des forces de cisaillement, ce qui permet une découpe nette et précise.

À la base, tonte Le procédé repose sur l'application d'une force pour provoquer une déformation plastique du matériau, le séparant ainsi efficacement selon une trajectoire prédéterminée. Ce procédé est généralement réalisé à l'aide de machines spécialisées, appelées cisailles, dont les lames tranchantes sont disposées de manière à faciliter une découpe efficace.

Les éléments clés du processus de cisaillement comprennent la pièce à usiner, c'est-à-dire le matériau à couper, et les lames de cisaillement, qui exécutent l'action de coupe. Le matériau est placé entre les lames et, sous l'effet de la force, celles-ci exercent une pression suffisante pour provoquer une déformation et une séparation le long de la ligne de coupe.

Plusieurs facteurs influencent l'efficacité du processus de cisaillage, notamment les propriétés du matériau telles que l'épaisseur, la dureté et la ductilité, ainsi que le tranchant, le jeu et l'alignement de la lame. Un contrôle précis de ces paramètres est essentiel pour obtenir des coupes précises avec un minimum de distorsions et de défauts.

L'utilisation des cisailles dans la production de tôles a diminué grâce à l'utilisation d'outils de découpe pour le poinçonnage CNC et à l'utilisation de la technologie de décochage pour séparer les pièces du squelette de la tôle. Les cisailles sont principalement utilisées pour cisailler des rectangles ou des bandes pour l'emboutissage et les presses CNC.

Dans les cas où le procédé de cisaillement est utilisé pour obtenir les dimensions finales, l'épaisseur du matériau et la dimension XY de la pièce déterminent le degré de précision réalisable économiquement. Un matériau plus épais et des dimensions XY plus importantes nécessitent des tolérances plus généreuses.

Dans la vaste gamme de production de tôles, les épaisseurs de matériaux varient de 0,005 po (0,13 mm) à 0,25 po (6,35 mm) dans les matériaux ferreux et non ferreux. Équipement de tonte varie en conséquence, d'une capacité de 1⁄4 po (6,0 mm) x 12 pi (3,5 m) de longueur de lit à de minuscules cisailles manuelles avec une capacité de 0,030 po (0,8 mm) et une longueur de lame de 12 po (300 mm).

Dans la dimension XY, une tolérance de ± 1,52 mm (0,060 po) est appliquée pour les matériaux épais et de ± 0,26 mm (0,010 po) pour les matériaux plus fins. Il est conseillé de consulter votre fournisseur de formage des métaux pour connaître les capacités des équipements disponibles.

Nature des bords coupés

Chaque fois que la tôle est coupée, que ce soit par des poinçons et des matrices, des cisailles ou des refendeuses, les caractéristiques des bords coupés sont similaires (Figure 1).

L'action de coupe se déroule en trois étapes, à mesure que l'arête de coupe traverse le matériau : déformation plastique initiale, pénétration et fracture. Lors de la déformation plastique initiale, le « rayon d'arête » ou « roulement » se forme. Lors de la pénétration, la « bande de coupe » ou « brunissage » se forme. Et lors de la fracture, la « rupture » ou « décollement » et la bavure se développent.

Les cisailles et autres outils de coupe du métal sont généralement entretenus et réglés pour assurer une qualité de coupe acceptable avec des bavures minimales et limiter l'usure de l'outillage et du matériel. Cela produit une coupe dont la profondeur de pénétration atteint environ 1/3 de l'épaisseur du matériau et la fracture se produit à travers le matériau restant. Un réglage correct génère une bavure qui dépasse rarement 10% de l'épaisseur du matériau.

Caractéristiques de l'équipement

Une grande variété d'équipements de cisaillement mécanique est utilisée. Les principaux éléments communs à la plupart des cisailles comprennent le châssis, le banc, la table, le coulisseau, les dispositifs de maintien, les jauges, le mécanisme d'activation et les lames (figure 2). Les dispositifs de maintien, disposés le long du banc, près de la lame, engagent la pièce et la maintiennent fermement en position pour le cisaillage.

Les butées arrière servent à positionner la pièce sous la lame mobile à une dimension prédéterminée. Elles peuvent aller de simples butées mécaniques positives à une série de sondes (capteurs de proximité) qui détectent la pièce et activent la machine lorsque plusieurs d'entre elles sont touchées simultanément. Selon leur type et leur complexité, les butées arrière peuvent être réglées manuellement ou programmées.

Les butées frontales sont souvent utilisées pour positionner la pièce, notamment pour les grandes pièces. Elles peuvent être mécaniques ou programmables.

Les jauges latérales, également appelées « bras d'équerrage », sont montées perpendiculairement à la lame, sur le côté gauche ou droit du lit, et aident à guider et à équarrir la pièce par rapport à la lame.

Opération

Quelle que soit leur conception, leur taille ou leur vitesse, toutes les cisailles électriques fonctionnent de manière similaire. Une feuille de matériau est avancée sur la table jusqu'à ce que les butées arrière soient en contact et que la ligne de coupe se trouve sous la lame (figure 3). Lorsque la machine est activée, les dispositifs de maintien serrent le matériau et la lame mobile inclinée coupe progressivement la feuille, à la manière d'une guillotine.

Selon l'application, les cisailles électriques peuvent être alimentées par l'avant ou par l'arrière. L'alimentation par l'arrière peut réduire la manipulation de la pièce pour les coupes suivantes, mais nécessite un opérateur supplémentaire.

Maintenir la qualité

D'importants contrôles qualité sont effectués pendant l'opération de cisaillage. Les facteurs de contrôle qualité comprennent la planéité initiale du matériau, l'état général de la surface et des bords. Les défauts de surface et les marques de dérapage sont courants sur les produits en bobines et en tôles et sont généralement acceptables pour le fabricant, sauf si ces marques entraînent le rejet esthétique du produit fini. Le délaminage, les inclusions de surface et autres défauts graves du matériau peuvent également être identifiés et entraîner un rejet.

Considérations de conception

Pour une production économique, un concepteur averti doit tenir compte de plusieurs aspects affectant les coûts et la qualité lors du cisaillage et des opérations ultérieures. Voici quelques considérations relatives à la conception des produits.

● Utilisation des matériaux : Les fournisseurs de matériaux proposent généralement des tôles de dimensions standard (30, 36, 48 et 60 pouces de largeur). L'utilisation efficace de ces dimensions standard permet de réaliser des économies significatives en évitant les frais de refendage ou de préparation de fraisage supplémentaires. Une consultation préalable avec le métallurgiste peut permettre de modifier les dimensions des brides invisibles du produit afin d'obtenir une disposition globale de la pièce légèrement inférieure à la dimension standard de la tôle. Cela permet d'éviter des coûts supplémentaires et de réduire les déchets.

● Sens du grain : Le sens du grain des produits laminés plats (dans le sens de la longueur de la bobine) n'est pas toujours un facteur déterminant. Cependant, dans certaines opérations comme le formage et le pliage, l'orientation du grain peut être importante. Pour les pièces de très grandes dimensions comportant des brides ou des éléments formés, le concepteur doit consulter un fournisseur qualifié avant de spécifier l'orientation du grain et le rayon de courbure afin de déterminer si les dimensions du matériau permettent d'obtenir des éléments formés perpendiculairement au grain. Ce sujet est abordé plus en détail dans les chapitres consacrés au formage et à l'emboutissage sur presse plieuse.

●Caractéristiques du processus : Les bavures, les marques de maintien et la torsion (figure 4) sont des caractéristiques du processus de cisaillement.

1. Des bavures sont présentes après le cisaillement (comme dans toute opération de coupe de métal) et sont normalement contrôlées dans des limites acceptables grâce à des pratiques de cisaillement appropriées.

2. Des marques de serrage, se présentant sous la forme de légères empreintes le long d'un côté du bord cisaillé de la pièce, résultent parfois du serrage des serre-joints. Ces marques posent rarement problème. Elles peuvent souvent être intégrées à une bride invisible du produit final, ou disparaître complètement lors de l'ébarbage lors d'opérations ultérieures.

Dans les applications critiques, des revêtements sur les dispositifs de maintien peuvent être utilisés pour protéger la pièce. Des matériaux avec revêtement protecteur amovible sont parfois utilisés pour réduire les marques et rayures inhérentes au processus de cisaillement. Ces alternatives entraînent des coûts supplémentaires considérables.

3. Torsion : une courbure en spirale du matériau se produit lors du cisaillement de bandes étroites. Elle est provoquée par l'effet de ciseaux et est influencée par le rapport entre la largeur cisaillée, l'épaisseur et la trempe de la bande. 

La torsion est rarement un facteur important, sauf lors du cisaillage de bandes étroites. Lorsqu'un travail nécessite des bandes très étroites, il est souvent possible de les remplacer par des bobines refendues (si la quantité commandée est suffisante) ou des barres.