D'après mon expérience dans la fabrication de métaux, la compréhension cisaille Les fondamentaux ont été cruciaux pour réaliser des coupes précises et des opérations efficaces. Cisailles Les cisailles à tôle sont des outils essentiels pour découper divers matériaux, tels que la tôle et les plaques, avec précision et rapidité. Au fil des ans, j'ai étudié la mécanique de ces machines, explorant leurs composants, leurs principes de fonctionnement et leurs meilleures pratiques d'utilisation. Dans cet article, je partagerai mes connaissances sur les fondamentaux des cisailles à tôle, offrant une vue d'ensemble complète qui aidera les opérateurs débutants comme expérimentés à améliorer leurs capacités de découpe et à optimiser leur flux de travail.

Partie 1 Terminologie du cisaillement

● Composants de base et philosophie de cisaillement

Le cadre de cisaillement de base se compose d'un ensemble de table soudé ou boulonné aux cadres latéraux, d'un ensemble de vérin mobile alimenté hydrauliquement ou mécaniquement et d'un vérin de maintien également fixé aux cadres latéraux.

Le cisaillage est un procédé simple qui consiste à découper une feuille de métal en morceaux plus petits par deux couteaux positionnés en angle l'un par rapport à l'autre. Le couteau inférieur est solidement fixé dans une cavité de la table fixe, tandis que la lame supérieure est fixée au coulisseau mobile. Les deux lames ne sont séparées que par une distance mesurée en millièmes de pouce au point de coupe.

Les pinces de maintien fixées au vérin fixe avant doivent être enfoncées juste avant que le couteau du vérin mobile n'entre en contact avec le matériau à cisailler. Cela évite que le matériau ne se tortille ou ne se déplace pendant le cisaillage.

Tout comme vous trouverez des systèmes mécaniques, hydrauliques et hydra-mécaniques presses plieuses, c'est la même chose avec les ciseaux.

Une cisaille mécanique est entraînée par un excentrique, lui-même enclenché par un embrayage à volant d'inertie. Ce système d'entraînement est généralement rigide et rapide, mais offre moins de contrôle à l'opérateur et une protection contre les surcharges.

Le système d'entraînement hydraulique comprend un moteur couplé à une pompe, elle-même reliée à un collecteur équipé de vannes hydrauliques et d'un ou plusieurs vérins hydrauliques. L'huile est pompée dans le ou les vérins, ce qui actionne le vérin.

Un système d'entraînement hydramécanique est une combinaison des deux, dans laquelle le vérin est alimenté hydrauliquement, mais développe un avantage mécanique grâce à un ensemble culbuteur. 

● Guillotine

La guillotine est un terme utilisé pour décrire une cisaille utilisant un système de calage pour assurer la stabilité de la barre de coupe supérieure lorsqu'elle est guidée vers le bas dans un plan rectiligne, permettant l'utilisation de lames à quatre tranchants. Cette conception rigide est efficace, mais elle ne permet généralement pas un réglage aisé du jeu de lames.

● Poutre pivotante

Le terme « poutre pivotante » désigne une cisaille dont la barre de coupe supérieure se déplace en arc de cercle autour d'un pivot. Normalement, la lame supérieure est conique et ne comporte que deux arêtes utilisables afin d'éviter toute interférence avec la lame inférieure pendant le mouvement d'arc. La cisaille à poutre pivotante est généralement plus compacte et plus légère que la guillotine, mais elle facilite également le réglage du jeu de la lame grâce à un excentrique intégré au pivot.

● Culbuteur hydra-mécanique

Cette conception, unique à la cisaille, offre la résistance, la puissance et la rigidité du système à guillotine, tout en offrant un dégagement de lame plus important que celui de la cisaille à poutre pivotante. Cette conception hydramécanique utilise deux vérins hydrauliques, reliés entre eux par un tube de torsion à paroi épaisse, pour fournir la force de cisaillement du vérin.

Comme la guillotine, la cisaille produit un mouvement de coupe rectiligne dans le matériau, permettant l'utilisation de lames à 4 tranchants et un angle de dépouille de 1 degré. À l'instar de la poutre pivotante, la conception de la cisaille permet un réglage aisé du jeu de lames grâce à un système de came excentrique intégré au pivot du bras de liaison arrière. 

Partie 2Principes de cisaillement

● Torsion

La torsion est une condition de cisaillement courante, caractérisée par la tendance du morceau de matériau découpé à s'enrouler en spirale ou en tire-bouchon. Bien que la torsion puisse être causée par des contraintes internes au matériau et des lames de couteau émoussées, elle est principalement due à l'angle de coupe de la lame supérieure et à la largeur de la pièce de chute. Des angles de coupe élevés augmentent considérablement la torsion du matériau pendant le processus de cisaillement. 

● Arc

La courbure est la tendance du matériau à s'enrouler vers le bas lors du cisaillement. Elle est particulièrement fréquente lors du cisaillement de bandes longues et étroites. Elle est causée par des défauts ou des contraintes dans le matériau et par un cisaillement à des angles de coupe élevés. 

● Cambrure

La cambrure se produit lorsque le matériau cisaillé s'éloigne horizontalement de la tôle. Elle résulte presque entièrement des contraintes internes au matériau lui-même. Cependant, la vitesse du piston, le sens du fil et le jeu du couteau peuvent également avoir une incidence sur l'ampleur de la cambrure. 

● Angle de coupe et qualité de cisaillement

L'angle de coupe d'une cisaille correspond à l'inclinaison du couteau supérieur de gauche à droite. Les cisailles ont soit un angle de coupe fixe, soit un angle réglable, l'opérateur réglant l'angle en fonction de l'épaisseur du métal à cisailler.

La charge requise pour cisailler le matériau dépend de l'épaisseur et de l'angle de coupe de la lame supérieure. Plus l'épaisseur du métal augmente, plus la charge de cisaillement augmente rapidement. Par exemple, l'acier doux de 3/8" n'est que 50% plus épais que celui de 1/4", mais la charge de cisaillement augmente de 225% pour un angle de coupe identique.

Augmenter l'angle de coupe réduit considérablement la charge, mais entraîne une baisse de la qualité du matériau cisaillé en raison de la torsion et de la courbure accrues. Il est important de noter que de nombreuses cisailles vendues dans le monde sont légères et intègrent des angles de coupe réglables. Or, ces angles sont généralement très élevés, ce qui entraîne une qualité de matériau cisaillé inférieure en raison de la torsion et de la courbure.

Les angles de coupe élevés augmentent :

Torsadez et courbez le morceau de tissu coupé

Exigences de longueur de course diminuant ainsi les cycles par minute.

Gaspillage de matériau tordu au-delà de toute récupération ou temps inutile pour le redresser

● Pourquoi le jeu de lame réglable est important

Le jeu entre les lames correspond à la distance entre les lames supérieure et inférieure de la cisaille lorsqu'elles se croisent pendant le processus de cisaillage. Pour une qualité de cisaillage optimale, le jeu entre les lames supérieure et inférieure doit être réglé à environ 7% de l'épaisseur du matériau.

Un jeu excessif entre les lames peut entraîner des bavures sur les bords du matériau cisaillé. Un jeu insuffisant peut entraîner une double coupe.

Un réglage optimal de la lame permettra une fracture nette du matériau. La plupart des cisailles sont équipées d'un système de réglage manuel ou électrique. Cependant, dans certains cas, leur réglage peut être difficile ou limité.

Partie 3 Facteurs qui influencent la précision de la coupe

A) Affaissement de la plaque

La butée arrière ne peut pas mesurer l'affaissement entre le tranchant du couteau et la barre de butée arrière. En effet, l'affaissement laisse les pièces cisaillées plus longues que le réglage de la butée arrière. Le problème est plus critique lors du cisaillage de matériaux fins, et un système de support de tôle peut être nécessaire pour garantir une bonne précision.

B) Réglage du jeu de la lame

Le réglage du jeu de la lame influence le point de coupe par rapport au couteau inférieur. La butée arrière est réglée pour mesurer la distance par rapport au couteau inférieur fixe. Cependant, lorsque le jeu de la lame est augmenté pour les métaux plus épais, le point de coupe s'éloigne également du couteau.

C) Tranchant de la lame

La qualité de coupe est directement proportionnelle au tranchant des lames. Des lames émoussées laisseront des bords irréguliers.

D) Entretien de la butée arrière

Une maintenance préventive normale, comprenant la lubrification et le réajustement du parallélisme de la barre de butée arrière, est nécessaire pour obtenir systématiquement une précision élevée de la butée arrière.

● Coupe en biseau

Les bords coupés peuvent être biseautés selon le réglage du jeu de la lame. En effet, la longueur de la pièce cisaillée peut varier de plusieurs millièmes de pouce selon la mesure effectuée à partir du haut, du milieu ou du bas de la coupe. Le biseau est plus visible sur les épaisseurs plus importantes.

Partie 4 Lames de cisaillement

● Classifications

La plupart des fabricants de lames de cisaillement produisent une variété de lames sous différentes classifications.

La lame la plus dure vendue est la D2, mais elle ne devrait être proposée que sur des cisailles de 6,35 mm ou moins, en raison de son manque d'absorption des chocs. Bien que cette lame conserve son tranchant plus longtemps que les autres types, elle est également cassante et sujette aux fractures ou à l'écaillage lors du cisaillement de métaux plus durs ou de gros calibres.

Une classification courante des lames est la lame à haute teneur en carbone et en chrome. Bien que moins dure que la D2, cette lame offre une bonne résistance à l'usure pour des capacités de cisaillement allant jusqu'à 9,5 mm (3/8 po) inclus. Elle est également sujette à la fracture ou à l'écaillage lors du cisaillement de métaux plus durs ou de tôles plus épaisses. Les cisailles d'une capacité de 12,7 mm (1/2 po) ou plus doivent toujours être vendues avec des lames résistantes aux chocs à haute teneur en carbone. Une lame résistante aux chocs ne conservera pas un tranchant aussi longtemps que la D2 ou la HCHC, mais elle offre les caractéristiques de résistance aux chocs nécessaires pour supporter les charges de tôles plus lourdes.

Certains fabricants de lames proposent également une lame intermédiaire, dite « haute teneur en carbone et haute teneur en chrome ». Cette lame offre la dureté nécessaire et une résistance aux chocs permettant de minimiser les risques d'écaillage lors du cisaillement de métaux tels que l'acier inoxydable ou les tôles T1.

Atteindre une durée de vie maximale de la lame

L'affûtage des lames est primordial pour obtenir des coupes de qualité optimale. Des lames émoussées doivent pénétrer davantage le matériau avant de produire une fracture nette. Cela rend la coupe moins agréable et augmente la pression de coupe. Deux facteurs – le type de matériau cisaillé et le nombre de cycles de cisaillement – déterminent la durée de vie normale des lames. Les matériaux plus durs, comme les tôles T1 et les aciers inoxydables, réduisent d'autant la durée de vie des lames. Pour une meilleure longévité des lames de cisaille, les règles suivantes doivent être respectées :

Ne pas cisailler le métal sur les bords brûlés

Ne pas cisailler la barre ronde

Ne pas cisailler le matériau au-delà de la capacité nominale de la cisaille

Ne pas tondre avec des surfaces de couteau émoussées ou arrondies 

Ne tondez pas avec des réglages de jeu de lame incorrects

Partie 5 Atteindre une productivité plus élevée

● Convoyeur à cisaillement / Empileur

La question la plus courante posée par un client étudiant l'utilité d'un convoyeur/empileur est : « Ce système permettra-t-il de gagner du temps et de l'argent ? » Dans une pratique de cisaillage classique, une ou plusieurs personnes sont nécessaires pour retirer la tôle cisaillée de derrière la cisaille, la mettre en pile et évacuer les chutes. Un système de convoyeur/empileur s'en charge automatiquement, éliminant ainsi la ou les personnes nécessaires à cette application. Les économies réalisées sont considérables, notamment lorsqu'un cisaillage de production est nécessaire. 

Une étude temporelle, montrant un seul opérateur de cisaille qui… cisaille le matériau requis, puis rassemble le matériau derrière la cisaille, empile les plaques et sépare les coupes de finition… a produit la répartition suivante :

Alimentation ……………………………..30%

Cisaillement réel ………………….…5%

Sortie et empilage ………………65%

L'utilisation d'un coût de main-d'œuvre de $30,00 par heure donnera la répartition suivante :

Alimentation …………………………$ 9,00

Tonte ……………………………1,50

Sortie ……………………………19,50

On peut clairement voir à partir de cette étude qu’un système de convoyeur/empileur automatique aura un excellent retour sur investissement.

● Jauge avant CNC

Il existe très peu de systèmes de butée frontale CNC pour les opérations de cisaillage. Cependant, une butée frontale CNC est recommandée pour les opérations de cisaillage à grande échelle ou pour des coupes de différentes largeurs sur une même pièce.

La possibilité de programmer le nombre de coupes et les dimensions de largeur permettra de gagner un temps considérable lorsque des cisaillements de production élevés sont nécessaires.

Il faut toutefois garder à l'esprit que le calibrage frontal CNC à lui seul n'offre qu'une augmentation limitée des niveaux de production, car l'enlèvement de matière représente toujours la majeure partie d'une application de cisaillage. (Voir les informations sous « Convoyeur/empileur de cisaillement » pour une analyse des pourcentages d'alimentation, de cisaillage et de sortie.)

La jauge avant permet d'obtenir une précision de cisaillage supérieure à celle d'une opération de cisaillage standard, car le matériau repose à plat sur les supports avant et fournit une mesure précise du tranchant du couteau. Dans une application de cisaillage classique sans jauge avant ni support en tôle pour maintenir la pièce de chute, le matériau s'affaisse avant d'atteindre la butée arrière, ce qui crée des imprécisions.

● Options de butée arrière

Les butées arrière des cisailles varient des simples compteurs mécaniques aux systèmes CNC.

Il est important de considérer l'ensemble des fonctionnalités de la butée arrière et d'examiner les différentes fonctions permettant de gagner du temps. Par exemple, le bouton « Aller à la position » sur la butée arrière constitue un excellent gain de temps. La possibilité de définir rapidement la valeur de butée arrière souhaitée, puis d'appuyer sur la touche « Aller à la position », permet à l'opérateur de positionner le métal pendant que la barre de la butée se positionne.

Certains systèmes de mesure offrent un stockage de programmes ainsi que la possibilité d'un cisaillement séquentiel en une seule étape. Ces fonctionnalités permettent un gain de temps considérable dans de nombreuses applications.

● Temps de cycle à grande vitesse

Les fabricants de cisailles proposent généralement des systèmes hydrauliques haute vitesse. Bien que le cycle de cisaillement réel ne représente qu'un faible pourcentage de l'application globale, cette option doit être envisagée pour le cisaillement de production.

Partie 6 Problèmes de sécurité

La sécurité des ateliers d’usinage est régie par les réglementations et directives de l’OSHA et de l’ANSI.

Au Canada, la sécurité est régie par la Loi sur les accidents du travail.

Des informations sur ces organisations peuvent être trouvées dans le Manuel de sécurité, chapitre 1, pages 6 à 9.

Shear dispose de nombreuses fonctions de sécurité intégrées à ses machines, et plus d'informations sont disponibles au chapitre 2, pages 18 à 21 du manuel de sécurité.

Certaines de ces caractéristiques comprennent : une protection contre les surcharges électriques, un interrupteur de déconnexion manuel, des interrupteurs de fin de course, une soupape de décharge de pression pour éviter de surcharger le châssis et le système hydraulique, et une soupape de contrepoids hydraulique qui empêche le vérin de s'abaisser en raison de son propre poids. 

Les cisailles sont équipées d'un protège-lame conforme à la norme OSHA, d'un interrupteur à pédale avec un couvercle de pédale et un loquet, et disposent de trois modes de fonctionnement : jog, auto et manuel.

Partie 7 Questions à poser à un acheteur potentiel

● Quelle est l'épaisseur maximale du matériau que vous allez cisailler ?

De nombreux acheteurs sous-dimensionnent encore leurs machines, espérant pouvoir cisailler une pièce courte et plus épaisse que la capacité nominale. N'oubliez pas que les forces de cisaillement se développent au point de coupe. L'utilisation d'une machine plus épaisse que la capacité nominale bloquera la cisaille et exercera une pression excessive sur les lames.

● Quelles qualités de métal allez-vous cisailler ?

Les matériaux varient considérablement en termes de résistance à la traction et de limite d'élasticité. Tous les cisailles sont évaluées à une certaine capacité par rapport à l'acier doux. Il est toutefois essentiel de connaître cette capacité nominale. Par exemple, une plaque d'acier doux de 6,35 mm (1/4 po) peut atteindre une dureté de 75 000 psi (1/4 po), mais la cisaille elle-même peut n'atteindre qu'une résistance de 6,35 mm (1/4 po) à 60 000 psi (60 000 psi). Consultez le « Tableau des capacités de cisaillement », page 4.10, pour déterminer les capacités de cisaillement d'autres métaux tels que l'acier inoxydable, l'aluminium et les plaques d'acier T1.

● Quelle est la construction et le poids de la cisaille ?

Les cisailles légères équipées de tables à rails laissent à désirer à long terme. La précision du cisaillage de bout en bout est difficile à maintenir en raison des déflexions horizontales accrues du banc et du coulisseau sur les cisailles légères. De plus, travailler sur une table à rails est fastidieux, surtout pour le cisaillage de petites pièces.

● Quel est l'angle de coupe pour une capacité maximale ?

De nombreuses cisailles, notamment les marques offshore, sont vendues avec des angles d'inclinaison réglables. À capacité nominale maximale, l'inclinaison est généralement très élevée, ce qui entraîne trois effets indésirables :

Augmentation de la torsion et de la courbure de la pièce de matériau.

Temps de cycle plus lents aux capacités nominales en raison des longueurs de course plus longues requises.

Temps supplémentaire requis pour définir les angles de coupe pour différentes épaisseurs de métal.

● Quelle est la fonctionnalité de butée arrière ?

Les utilisateurs finaux doivent avoir une compréhension claire de toutes les fonctions de la butée arrière sur une cisaille, y compris la facilité de réglage du nombre souhaité, la programmabilité, les longueurs de déplacement et les fonctionnalités de butée arrière… telles que la possibilité de pivoter vers le haut à la course maximale.

● Quelles fonctionnalités optionnelles supplémentaires sont requises ?

Toutes les options doivent être identifiées et prises en compte pour garantir que la cisaille est correctement équipée. Le client a-t-il envisagé un système de convoyage pour l'enlèvement des plaques ?

● Quelle est la garantie de cisaillement et la disponibilité des pièces ?

Une nouvelle cisaille est couverte par une garantie. Il est toutefois important d'en comprendre les conditions avant tout achat. La disponibilité des pièces détachées est également une préoccupation majeure pour l'acheteur. L'achat d'une machine d'une autre marque à un prix attractif perdra rapidement de son attrait si les pièces détachées deviennent difficiles à obtenir et coûteuses.

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