Calcul du pliage de tôles : facteurs de conception expliqués

Lorsque vous pliez une pièce en tôle, son épaisseur augmente ou ses dimensions prennent une valeur différente. La taille finale dépassera les dimensions extérieures du dessin, à moins que le pliage ne soit envisagé. Bien que certains décrivent ce phénomène comme un étirement du matériau, en réalité, il subit un allongement. L'allongement prévu se produit parce que l'axe neutre se déplace vers le côté intérieur du métal.

L'axe neutre de pliage est une position qui reste inchangée pendant le processus de pliage. Le matériau situé à l'extérieur de l'axe neutre est soumis à une tension et le côté intérieur de la section est comprimé. Sur cette ligne de parité, il n'y a aucun changement, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'allongement ou de condensation le long de la ligne. Si l'axe de neutralité se déplace vers l'intérieur, plus de matériau est déplacé vers l'extérieur que poussé vers l'intérieur, ce qui provoque un retour élastique. Cet article porte sur le calcul, les formules et les aspects techniques du pliage de tôles. De plus, il couvrira des conseils de conception généraux pour un pliage efficace.

Calcul du pliage de tôles : tolérance de pliage (BA)

Marge de pliage

Dans le calcul du pliage de tôle, la tolérance de pliage (BA) est un facteur de mesure identique. Elle fournit une longueur supplémentaire nécessaire pour développer le motif plat d'une pièce afin de tenir compte du changement de profil du matériau pendant le pliage. Le calcul de la tolérance de pliage selon la bonne norme permet d'éviter les problèmes courants tels que le mauvais alignement et le mauvais ajustement de la pièce finie.

Formule de tolérance de pliage

La formule typique utilisée dans un calculateur de tolérance de pliage est:

BA=π/180×R×(A+B)

Où? :

• BA = Tolérance de pliage (en pouces ou en mm)
• R = Rayon de courbure (en pouces ou en mm)
• A = Angle de courbure (en degrés)
• B = Épaisseur du matériau (en pouces ou en mm)

Déduction de pliage (BD) dans le calcul du pliage de tôle

Marge de pliage vs. déduction de pliage

En plus de la tolérance de pliage, il est également important de calculer la déduction de pliage (BD), qui tient compte de la différence entre la longueur à plat du matériau et la longueur totale de la pièce pliée. 

La formule de déduction de courbure est :

BD=(A×B)+(BA×2)

Où? :

• BD = Déduction de courbure
• A = Angle de courbure
• B = Épaisseur du matériau
• BA = tolérance de pliage

Tableau de calcul de la tolérance de pliage

Recul extérieur en flexion (OSSB)

Retrait extérieur en flexion (OSSB)

Le retrait extérieur (OSSB) est un facteur essentiel dans le calcul du pliage de tôles. Il détermine la distance mesurée entre le bord extérieur du matériau et l'axe de pliage. Les mesures du retrait extérieur de pliage (OSSB) garantissent que la meilleure pièce est de la bonne taille. De plus, les calculs sont essentiels pour éliminer les erreurs dans le processus de fabrication d'un nouveau produit.

Le processus de calcul OSSB permet de réduire la quantité de matériaux utilisés dans les projets de construction. De plus, il permet d'améliorer les plans d'étage, ce qui peut conduire à une optimisation de l'utilisation des matériaux. 

Formule pour le contretemps extérieur

Pour calculer le retrait extérieur, utilisez la formule ci-dessous :

OSSB=R+T⋅ cos⁡(A/2)

Où? :

• OSSB = Retrait extérieur (en pouces ou en mm)
• R = Rayon de courbure (en pouces ou en mm)
• T = Épaisseur du matériau (en pouces ou en mm)
• A = Angle de courbure (en degrés)

Tableau de calcul du recul extérieur

Développement de mises en page plates et vierges

Deux approches principales sont utilisées pour développer un plan à plat dans le calcul du pliage de tôle. La méthode choisie est basée sur les dimensions dont vous disposez. Dans la première approche, une connaissance des dimensions des pattes est essentielle. Chaque patte est une pièce plate, dont au moins un côté est un bord ou un pli d'une autre patte ou d'elle-même. Dans la deuxième approche, des mesures des bords jusqu'au sommet du pli sont nécessaires. Le sommet du pli est un point où deux éléments se rencontrent le long de plans externes parallèles.

• Plat vierge = Dimension de la première branche + Dimension de la deuxième branche + Marge de pliage
• Plat vierge = Distance entre le haut du pli intérieur et le haut du pli extérieur + Distance entre le haut du pli intérieur et le haut du pli extérieur – Marge de pliage.

La deuxième méthode traite les déductions de courbure de manière positionnelle. Cela peut être soit un plus, soit un moins. C'est pourquoi, pour OSSB, la déduction de courbure peut être négative si les angles inclus sont inférieurs à 90 degrés, comme dans l'exemple 10 – (-5) = 15. Les calculateurs de tolérance de courbure gèrent ces signes automatiquement pendant les calculs sans nécessiter d'instructions supplémentaires. Une déduction négative est importante lors d'un calcul manuel, car vous devez suivre les changements de signe. (Lire la suite sur pliage de tubes en acier inoxydable)

Calcul du facteur K pour le pliage de tôles

Calcul du facteur k en flexion

In pliage de tôleLe facteur K est une constante utilisée pour calculer la quantité de matériau nécessaire au pliage. Il représente la distance entre l'axe neutre et l'épaisseur de travail du matériau, qui décrit comment le matériau est étiré ou écrasé dans la région de la ligne de pliage. La connaissance du facteur K permet aux ingénieurs d'évaluer correctement la tolérance de pliage et d'obtenir les dimensions de pièce correctes.

Formule du facteur K

Sous forme mathématique, le facteur K s'exprime comme suit :

Facteur K = Distance par rapport à l'axe neutre/Épaisseur du matériau

Où,

• Axe neutre: La zone à l'intérieur du matériau qui ne subit aucune compression ni étirement lors de la flexion.
• Épaisseur de matériau: L'épaisseur totale de la tôle à plier.

La valeur du facteur K varie généralement entre 0 et 0.5. Par exemple, un facteur K de 0.5 indique que l'axe neutre est situé à mi-épaisseur. Des valeurs inférieures placent l'axe neutre plus près de la courbure intérieure, ce qui entraîne un étirement moindre.

Tableau : Facteurs K typiques pour les matériaux

Le facteur K dépend du type de matériau, de son épaisseur, des rayons de courbure et de l'outil utilisé. Il est essentiel de disposer de valeurs de facteur K précises pour une utilisation dans un logiciel de CAO. Ces valeurs permettent d'estimer la taille finale de la pièce. De plus, ces valeurs garantissent la cohérence des pièces produites.

Faits sur les facteurs K

• Le facteur K indique dans quelle mesure un matériau métallique s'étend latéralement pendant le pliage.
• Elle est mesurée comme la distance de l'axe neutre à la fibre la plus externe du matériau divisée par l'épaisseur du matériau.
• Les valeurs du facteur K sont normalement comprises entre 0 et 0.5.
• Un facteur K de 0.5 signifie que l'axe neutre est au milieu ou à 50 % du chemin.
• Les pièces avec un faible facteur K positionnent leur axe neutre plus près de l'intérieur du coude.
• Si l'épaisseur du matériau augmente, le facteur K diminue.
• Facteurs K courants : pour pliage de l'aluminium (0.33–0.4), pour pliage de l'acier inoxydable (0.35-0.4).
• Le logiciel de CAO utilise les valeurs du facteur K pour estimer les tolérances de pliage.
• Le facteur K permet d'obtenir les dimensions adéquates sur les pièces pliées.

Calcul du retour élastique dans le pliage de tôles

Retour élastique en flexion

Le retour élastique signifie que lorsque la tôle est pliée, elle reprend légèrement sa forme initiale. La réaction suivante se produit en raison des propriétés élastiques du matériau. Lors du pliage, le matériau s'amincit à l'intérieur et s'épaissit à l'extérieur. En d'autres termes, il se raccourcit dans un sens et s'allonge dans l'autre. 

De plus, l'effet de retour élastique se développe lorsque la pression est relâchée pour permettre au métal de revenir à sa position initiale. Le degré de retour élastique doit être géré avec précision pour obtenir les dimensions et les calculs finaux souhaités. Vous pouvez y parvenir en ajustant l'angle de pliage pour obtenir une forme quadrilatérale. Vous pouvez également appliquer plus de force à un pliage spécifique.

Conseils de conception pour le pliage de tôles

Vous trouverez ci-dessous quelques conseils simples mais essentiels que vous devriez prendre en compte lors de l'embauche techniques de pliage de tôleCes conseils couvrent les pratiques de pliage pour éviter les problèmes. De plus, ils couvrent les solutions à ces problèmes.

Longueur minimale de la bride 

Longueur de la bride en flexion

Chaque bride a une longueur minimale requise en fonction de son épaisseur. Reportez-vous au tableau des tolérances de pliage pour obtenir des conseils sur le choix approprié de la largeur de la matrice. Les brides plus courtes que les normes définies ne doivent pas être conçues car elles risquent de ne pas s'adapter et peuvent entraîner une mauvaise qualité de pliage.

Bords chanfreinés

Lors de la conception des brides chanfreinées, veillez à laisser suffisamment de matière à proximité du chanfrein pour conserver les angles de pliage intacts. Ne prolongez pas les chanfreins jusqu'à la ligne de pliage pour éviter toute déformation. De plus, la longueur minimale des brides permet d'obtenir des pliages précis.

Position du trou par rapport au pli

Position du trou en pliage

Lorsque les trous sont placés à proximité de la zone de pliage, en particulier pour les trous non circulaires, cela peut entraîner une déformation et un mauvais alignement des raccords de boulons. Pour éviter cela, positionnez les trous au-delà de la mesure minimale de la bride indiquée sur le tableau des forces de pliage standard.

Symétrie dans la conception

Il est moins difficile de concevoir des pièces symétriques. Dans la mesure du possible, essayez de concevoir une disposition symétrique de manière à minimiser les erreurs de l'opérateur et les pliages incorrects. Cependant, l'asymétrie peut amener l'opérateur à mal évaluer la direction du pliage. Dans les cas où une symétrie complète ne peut pas être obtenue, veillez à fournir des signaux clairs pour orienter le processus de pliage afin d'obtenir les résultats escomptés.

Positionnement de l'écrou à rivet

Les écrous à sertir proches des lignes de pliage doivent être bien positionnés. Il est recommandé d'installer les écrous à sertir avant le pliage pour éviter toute déformation des trous. 

Petites brides sur de grandes pièces

Les petites brides sur des composants de grande taille sont difficiles à produire. Ces configurations doivent être évitées car la manipulation est généralement difficile et peut impliquer un levage manuel et entraîner des coûts plus élevés. Essayez de trouver des moyens alternatifs pour réduire la complexité du processus de fabrication chaque fois que vous le pouvez.

Virages consécutifs

Lorsque les pliages sont séquentiels, ils doivent être planifiés avec soin. Vérifiez toujours si votre pièce s'adaptera à l'outil par la suite et à chaque étape progressive de sa création. Pour le formage des coudes en U, la partie centrale du coude en U est plus longue que les ailes latérales pour faciliter le positionnement correct de l'outil, sans être gâchée par des difficultés.

Aligner les coudes le long d'une ligne

L'introduction de plis sur une seule ligne est rentable en raison de la réduction des étapes de production. Le maintien des plis en ligne réduit le nombre de fois où les pièces doivent être repositionnées, ce qui diminue le temps et l'argent nécessaires. Si les plis sont isolés, chacun doit être corrigé individuellement. Ce processus peut prendre du temps et être coûteux.

Aplatissement d'une ligne le long d'un bord

Réalisez des lignes de pliage parallèles à un côté afin que les pièces puissent s'insérer facilement en position. Un côté adjacent aide à positionner correctement la machine. S'il n'y a pas un tel alignement, la précision de maintien devient un défi et peut entraîner des disparités.

Soulagement de courbure

Dégagement de courbure

Les reliefs de pliage doivent également être utilisés pour le pliage et pour fournir un support structurel si nécessaire. Une fente ou une découpe dans le bord de la bride empêche les déchirures et les fractures de contrainte. Il est conseillé de concevoir ces découpes légèrement plus grandes que l'épaisseur du matériau et de prévoir un petit congé pour minimiser la contrainte sur le matériau.

Plier une boîte

Laissez de petits espaces entre les brides de la boîte pour éviter toute interférence. Sans ces espaces, les pliages finaux peuvent interférer avec les pliages précédents, provoquant ainsi des défaillances structurelles. De petites tolérances permettent de contrôler les pliages et de maintenir la forme de la boîte.

Vérifiez le modèle plat

Utilisez fréquemment une vue à plat en CAO. Des contrôles réguliers permettent d'éviter les défauts de conception qui ne sont pas visibles dans les formes plates. Positionnez-la de manière à ce qu'elle s'adapte parfaitement à la pièce pour éviter d'utiliser trop de matière et éventuellement d'imprimer plusieurs pièces d'un modèle sur une seule feuille.

Rayon de courbure minimum 

Guide des rayons de courbure

Sélectionnez un rayon de courbure qui ne soit pas inférieur à l'épaisseur du matériau à cintrer. Cela facilite le processus de pliage et minimise la probabilité de développer des courbures incorrectes. Bien que des rayons plus grands puissent nécessiter plus de calculs, un rayon plus petit peut entraîner des problèmes de matériau.

Orientation du flux de fibres par rapport à la flexion

Les courbures qui se trouvent dans le plan de la section laminée sont appelées courbures d'alignement. Elles sont perpendiculaires au sens du fil des matériaux laminés. L'aluminium et certains types d'acier, par exemple, sont connus pour se fissurer s'ils sont pliés dans le sens du fil. En pliant le matériau dans le sens contraire du fil, les surfaces obtenues sont plus solides et plus uniformes.

Techniques d'ourlet

Un ourlet est utile pour renforcer les bords, mais évitez de créer un rayon intérieur qui doit être petit. Pour aplatir complètement le rayon, vous avez besoin de plus de pression et cela peut provoquer des fissures. Ce risque est minimisé lorsqu'un calculateur de rayon de pliage de tôle précis est utilisé pour garantir la cohérence du matériau.

Choix des matériaux

La plupart des pliages sont réalisables lorsque l'épaisseur de la tôle d'acier est standard, jusqu'à 3 mm pour les tôles d'acier normales. Les matériaux plus épais ou spéciaux peuvent nécessiter certaines instructions de manipulation à suivre. 

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