Réalisation des pièces par formage, par cintrage et par roulage.

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Décrire les principes du pliage à l’étau, du cintrage et du roulage des tôles métalliques. - Sélectionner l’outillage adapté (étau, matrice, galets, mandrin) selon l’épaisseur, la matière et la forme souhaitée. - Réaliser pas à pas une pièce pliée, cintée ou roulée en respectant les tolérances dimensionnelles et les règles de sécurité. - Effectuer un contrôle qualité (vérification d’angle, de rayon de courbure, d’épaisseur résiduelle) à l’aide d’instruments de métrologie courants (pied à coulisse, rapporteur, jauge d’épaisseur). - Rédiger un compte‑rendu d’atelier incluant les paramètres de réglage, les temps de cycle et les observations non conformes. **Prérequis** : - Connaissance des propriétés mécaniques de base des aciers doux, des alliages d’aluminium et du cuivre (limite d’élasticité, module d’élasticité, allongement à la rupture). - Maîtrise de la lecture de plans mécaniques (cotes, tolérances, symboles de soudure et de pliage). - Savoir utiliser les outils de mesure usuels (pied à coulisse 0‑150 mm, micromètre, rapporteur d’angle). - Respect des consignes de sécurité en atelier (port des EPI, consignes de consignation/déconsignation, prévention des risques liés aux machines outils). --- ## Introduction contextualisée Dans les ateliers de fabrication mécanique au Cameroun, le formage à froid constitue une étape essentielle pour produire des pièces telles que des supports, des cadres, des gaines ou des éléments de carrosserie sans apport de matière supplémentaire. Le pliage à l’étau permet d’obtenir des angles droits ou des formes simples sur des tôles fines (≤ 3 mm). Le cintrage, quant à lui, sert à courber des barres ou des tubes afin de réaliser des arcs, des coudes ou des cadres. Enfin, le roulage (ou profilage) transforme une tôle plane en un cylindre, un cône ou une forme développée, indispensable pour la fabrication de réservoirs, de gaines de ventilation ou de pièces de tuyauterie. Ces procédés sont réalisés à l’aide de machines simples mais précises : étau de serrage, presse à plier, cintreuse à galets ou à mandrin, et rouleuse à trois ou quatre galets. La maîtrise de ces techniques répond aux exigences du référentiel MINESEC/IGE pour le Probatoire séries MEM, où l’évaluation porte sur la capacité de l’élève à produire une pièce conforme au plan, en respectant les tolérances, les règles de sécurité et en justifiant les réglages effectués. --- ## I. Réalisation d'une pièce par pliage à l'étau, par cintrage et par roulage (Leçon 10) ### A. Pliage à l'étau **Définition** : Opération de déformation plastique d’une tôle par application d’une force perpendiculaire à son axe, provoquant un changement d’angle autour d’une ligne de pliage située dans le plan de la tôle. > **> Règle de pliage** : L’angle de pliage réel θᵣ est lié à l’angle de matrice θₘ par la relation θᵣ = θₘ – 2·β, où β est l’angle de ressort (springback) dépendant du module d’élasticité E et de l’épaisseur t. **Matériel** : - Étau à mâchoires parallèles (ouverture ≥ 150 mm, force de serrage ≥ 5 t). - Poinçon et matrice de pliage (angle généralement 90°, 45° ou 30° selon le plan). - Calibre d’épaisseur pour vérifier le jeu entre poinçon et matrice (jeu recommandé 0,1 t à 0,2 t). **Procédé pas à pas** : 1. **Préparation** : Débiter la tôle aux dimensions du développement (longueur L = L₀ +·π·R·(θ/180) pour un pliage en arc, sinon L = L₀). Nettoyer la surface (dégraissage). 2. **Positionnement** : Placer la tôle entre le poinçon et la matrice de façon à ce que la ligne de pliage coïncide avec le bord de la matrice. 3. **Serrage** : Verrouiller l’étau afin d’éviter tout glissement pendant la déformation. 4. **Application de la force** : Actionner le levier ou la presse hydraulique jusqu’à atteindre l’angle de matrice souhaité. 5. **Relâchement et contrôle** : Desserrer l’étau, mesurer l’angle obtenu avec un rapporteur d’angle numérique (précision ±0,5°). Si l’angle diffère de la cible, ajuster le réglage du poinçon (avancer ou reculer) et répéter. 6. **Contrôle de l’épaisseur résiduelle** : Vérifier à l’aide d’un micromètre que l’amincissement ne dépasse pas 10 % de l’épaisseur initiale (critère de qualité). **Exemple chiffré** : On doit réaliser un pli à 90° sur une tôle d’acier doux de épaisseur t = 2 mm, limite d’élasticité σy = 250 MPa, module d’élasticité E = 210 GPa. - Calcul du facteur de pliage K = (π/2)·(t/R) où R est le rayon intérieur du pli (choisi R = 2 t = 4 mm). - K = (π/2)·(2/4) = 0,785. - Allongement dû au pliage ΔL = K·t = 0,785·2 mm ≈ 1,57 mm. - Longueur développée Ld = L₀ + ΔL (si L₀ = 100 mm → Ld ≈ 101,6 mm). - Angle de ressort estimé β ≈ σy/(E)·(t/R) = (250/210 000)·(2/4) ≈ 0,00059 rad ≈ 0,034°. - Ainsi l’angle de matrice à régler θₘ = θᵣ + 2·β ≈ 90° + 0,07° ≈ 90,07° (pratiquement 90°). ### B. Cintrage **Définition** : Courbure à froid d’une barre, d’un tube ou d’un profilé en appliquant une force perpendiculaire à son axe longitudinal, provoquant une déformation plastique autour d’un rayon de courbure R. > **> Formule du rayon de courbure** : R = (L·t)/(2·σy/E) pour une flexion pure, où L est la longueur de la zone fléchie, t l’épaisseur (ou le diamètre pour un tube), σy la limite d’élasticité et E le module d’élasticité. **Matériel** : - Cintreuse à galets (3 galets pour tubes ≤ 50 mm de diamètre, 4 galets pour épaisseurs > 3 mm). - Mandrin de soutien (pour éviter l’ovalisation). - Butées d’angle et de longueur. - Lubrifiant (huile de coupe) pour réduire le frottement. **Procédé pas à pas** : 1. **Calcul du développement** : Longueur développée Ld = L₀ +·π·R·(θ/180) (θ en degrés). 2. **Réglage de la machine** : Positionner les galets de façon à obtenir le rayon R souhaité (écart entre galets = 2·R – t). 3. **Insertion de la pièce** : Placer le tube ou la barre entre les galets, aligner l’axe avec le centre de la machine. 4. **Application de la force** : Actionner le vérin hydraulique jusqu’à atteindre l’angle de cintrage θ souhaité. 5. **Contrôle du rayon** : Mesurer le rayon intérieur à l’aide d’un rayonmètre ou d’un gabarit de contrôle (tolérance ±0,5 mm). 6. **Vérification de l’ovalisation** : Mesurer les diamètres majeurs et mineurs ; la différence doit être < 2 % du diamètre nominal. 7. **Déchargement** : Relâcher la pression, retirer la pièce, éliminer les bavures à la lime ou à la meuleuse d’angle. **Exemple chiffré** : Cintrage d’un tube acier de diamètre extérieur D = 30 mm, épaisseur t = 2 mm (donc diamètre intérieur d = 26 mm), limite d’élasticité σy = 350 MPa, E = 210 GPa, angle souhaité θ = 60°. - Rayon intérieur visé R = 50 mm (choix atelier). - Longueur développée Ld = L₀ +·π·R·(θ/180). Si L₀ = 200 mm → Ld = 200 + π·50·(60/180) = 200 + 52,36 ≈ 252,4 mm. - Vérification de la contrainte de flexion σ = (E·t)/(2·R) = (210 000·2)/(2·50) = 4 200 MPa → dépasse σy, donc on doit augmenter R ou réduire t. En pratique on choisit R = 80 mm → σ = 2 625 MPa encore trop élevé ; on passe à un cintrage à chaud ou on utilise un tube de plus forte épaisseur. Cet exemple montre l’importance de vérifier la faisabilité avant réglage. ### C. Roulage (profilage) **Définition** : Transformation d’une tôle plane en une forme courbée (cylindre, cône, tronçon de cône) par passage entre deux ou trois galets rotatifs qui exercent une pression progressive. > **> Principe du roulage** : L’épaisseur résiduelle tr après passage est approximativement tr ≈ t·(1 – ε), où ε est le taux d’allongement plastique lié à la déformation moyenne ε ≈ (ΔL/L₀). **Matériel** : - Rouleuse à trois galets (galet supérieur réglable en hauteur, deux galets inférieurs parallèles). - Galet de soutien (pour éviter le gauchissement). - Table d’alimentation avec butées longitudinales. - Dispositif de mesure d’épaisseur (micromètre à cadran). **Procédé pas à pas** : 1. **Détermination du développement** : Pour un cylindre de diamètre D et longueur L, le développement est un rectangle de dimensions L × (π·D). 2. **Réglage de l’écart entre galets** : Écart = t – δ, où δ est la réduction d’épaisseur souhaitée (souvent 0,1 t à 0,2 t). 3. **Alimentation** : Introduire la tôle en début de table, assurer qu’elle soit bien centrée. 4. **Passage** : Actionner l’entraînement ; la tôle subit une compression progressive qui réduit son épaisseur et augmente son rayon de courbure. 5. **Contrôle intermédiaire** : Après chaque passage, mesurer l’épaisseur à plusieurs points (bord, centre) avec le micromètre ; vérifier l’uniformité (variation < 5 %). 6. **Répétition** : Répéter le passage jusqu’à obtenir le diamètre cible (mesure avec un piètre ou un ruban à mesurer). 7. **Finition** : Éliminer les marques de rouleau à la bande abrasive, vérifier la rectitude du générateur (déviation < 0,2 mm sur 1 m). **Exemple chiffré** : Fabrication d’un cylindre acier de diamètre extérieur D = 200 mm, longueur L = 500 mm, épaisseur initiale t = 3 mm, limite d’élasticité σy = 250 MPa. - Développement : largeur = π·D = π·200 ≈ 628,3 mm ; longueur = 500 mm. - On choisit une réduction d’épaisseur δ = 0,2·t = 0,6 mm → écart entre galets = t – δ = 2,4 mm. - Après un premier passage, épaisseur mesurée tr₁ = 2,7 mm (réduction 0,3 mm). - Deuxième passage : tr₂ = 2,4 mm (objectif atteint). - Vérification du diamètre extérieur après roulage : Dmesuré = 199,8 mm (tolérance ±0,2 mm). - Le taux d’allongement plastique ε ≈ (t – tr)/t = (3 – 2,4)/3 = 0,2 → 20 % d’allongement, compatible avec les propriétés du matériau. --- ## II. TP4 - Réalisation des pièces par pliage, cintrage et roulage (Leçon 11) ### A. Préparation du poste de travail - Vérifier la conformité des équipements (étau, presse à plier, cintreuse, rouleuse) selon le registre de maintenance (contrôle visuel, test de charge à 1,25× la charge nominale). - Nettoyer la zone de travail, éliminer les copeaux et les huiles usagées. - Disposer les EPI obligatoires : lunettes de protection, gants anti‑coupure, chaussures de sécurité, protection auditive si niveau sonore > 85 dB. - Mettre en place les consignes de consignation/déconsignation (cadenas, étiquettes) avant toute intervention sur les systèmes hydrauliques ou pneumatiques. ### B. Sélection des outillages | Opération | Outil principal | Paramètre de réglage | Valeur typique (exemple) | |-----------|----------------|----------------------|--------------------------| | Pliage à l’étau | Étau + poinçon/matrice | Angle de matrice θₘ | 90° ± 0,5° | | Cintrage | Cintreuse à galets | Rayon intérieur R | 50 mm – 200 mm (selon pièce) | | Roulage | Rouleuse à 3 galets | Écart entre galets e = t – δ | δ = 0,1 t – 0,2 t | > **> Règle de sélection** : L’outil doit être compatible avec l’épaisseur maximale tmax spécifiée dans la fiche technique de la machine (ex. : étau capacité 6 mm, cintreuse capacité 12 mm pour tubes acier). ### C. Étapes de réalisation (scénario TP4) **Objectif du TP** : Réaliser une pièce composée d’un bras plié à 90°, d’un tube cinté à 45° et d’un manchon roulé (cylindre) destiné à soutenir un petit convoyeur de atelier. 1. **Lecture du plan** : Identifier les cotes de développement, les tolérances (±0,2 mm pour les longueurs, ±0,5° pour les angles). 2. **Découpe** : Découper les trois blanks à l’aide d’une cisaille guillotine (tolérance de coupe ±0,1 mm). 3. **Pliage** : - Positionner le blank entre le poinçon et la matrice d’angle 90°. - Régler l’étau à une force de serrage de 4 t (éviter le glissement). - Effectuer le pliage, contrôler l’angle à 90° ± 0,5°. - Vérifier l’amincissement (< 8 %). 4. **Cintrage** : - Insérer le tube dans la cintreuse, régler les galets pour obtenir R = 75 mm (donne un angle de 45° sur une longueur de développement calculée). - Appliquer la pression jusqu’à atteindre l’angle, contrôler le rayon intérieur avec un rayonmètre (tol ±0,3 mm). - Mesurer l’ovalisation (< 1,5 %). 5. **Roulage** : - Introduire la tôle destinée au manchon dans la rouleuse, régler l’écart à e = t – 0,15·t. - Effectuer deux passages, mesurer l’épaisseur après chaque passage (objectif tr = 2,55 mm pour t = 3 mm). - Vérifier le diamètre extérieur du cylindre (cible D = 100 mm, tol ±0,2 mm). 6. **Assemblage** : - Présenter le bras plié, le tube cinté et le manchon roulé sur un gabarit d’assemblage. - Effectuer un point de soudure TIG (si requis) ou un rivetage selon le cahier des charges. - Contrôler la géométrie finale (cotes, angles, perpendicularité) avec un pied à coulisse et un rapporteur d’angle. 7. **Rapport d’atelier** : - Indiquer les paramètres de réglage (force d’étau, écart de galets, pression hydraulique). - Noter les temps de cycle (pliage 45 s, cintrage 60 s, roulage 90 s). - Décrire les écarts observés et les actions correctives. ### D. Contrôle qualité - **Contrôle dimensionnel** : pied à coulisse 0‑150 mm (précision ±0,01 mm), micromètre 0‑25 mm (±0,002 mm), rapporteur d’angle numérique (±0,2°). - **Contrôle de forme** : gabarit de contrôle pour rayon de courbure, jauge d’épaisseur pour uniformité. - **Contrôle visuel** : recherche de fissures, de marques d’outillage, de bavures. - **Contrôle fonctionnel** (si applicable) : essai de charge sur le bras plié (charge de service 150 N, déflexion < 0,5 mm). --- ## III. Synthèse du chapitre - **Pliage à l’étau** : déformation angulaire autour d’une ligne, dépend de l’angle de matrice, du ressort (springback) et du jeu poinçon/matrice. - **Cintrage** : courbure de barres/tubes, rayon fonction de la force appliquée, du module d’élasticité et de l’épaisseur ; nécessite contrôle de l’ovalisation. - **Roulage** : mise en forme de tôles en formes développées (cylindre, cône) par compression progressive entre galets ; réduction d’épaisseur contrôlée. - **Sécurité** : port des EPI, consignation/déconsignation, vérification des dispositifs de sécurité avant chaque utilisation. - **Qualité** : respect des tolérances dimensionnelles (±0,2 mm, ±0,5°), contrôle de l’amincissement (< 10 %), vérification de l’uniformité d’épaisseur et de forme. - **Documentation** : relevé des paramètres de réglage, temps de cycle, écarts, actions correctives ; indispensable pour la traçabilité en atelier. --- ## Glossaire - **Pliage à l’étau** : opération de déformation plastique d’une tôle pour obtenir un angle autour d’une ligne de pliage située dans le plan de la tôle. - **Cintrage** : courbure à froid d’une barre, d’un tube ou d’un profilé autour d’un rayon de courbure défini. - **Roulage (profilage)** : procédé qui transforme une tôle plane en une forme courbée (cylindre, cône) par passage entre galets rotatifs. - **Springback (retour élastique)** : récupération partielle de l’élasticité après déformation, entraînant un angle réel inférieur à l’angle de matrice. - **Jeu poinçon/matrice** : espace volontaire laissé entre le poinçon et la matrice pour permettre l’écoulement de la matière lors du pliage. - **Ovalisation** : déviation de la forme circulaire d’un tube après cintrage, mesurée par la différence entre les diamètres majeurs et mineurs. - **Épaisseur résiduelle** : épaisseur mesurée après un procédé de formage, indicative du degré d’amincissement. - **Rayon intérieur (R)** : rayon de la surface intérieure d’une pièce cintée ou roulée. - **Module d’élasticité (E)** : rapport contrainte/deformation dans le domaine élastique, caractérisant la rigidité du matériau. - **Limite d’élasticité (σy)** : contrainte à partir de laquelle la déformation devient plastique. - **Allongement plastique (ε)** : déformation permanente relative subie par le matériau lors du formage. - **Tolérances dimensionnelles** : écarts admis entre la valeur nominale et la valeur réelle d’une cote, spécifiée sur le plan de définition. - **EPI** : Équipements de Protection Individuelle (lunettes, gants, casque, chaussures de sécurité). - **Consignation/déconsignation** : procédure de mise en sécurité d’une machine avant intervention (cadenas, étiquettes). --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Pliage à l’étau **Consigne** : On doit réaliser un pli à 60° sur une tôle d’acier doux de épaisseur t = 2,5 mm, limite d’élasticité σy = 280 MPa, E = 200 GPa. Le rayon intérieur du pli est choisi égal à 2 t. 1. Calculer l’allongement dû au pliage ΔL. 2. Déterminer l’angle de matrice à régler pour obtenir l’angle réel de 60° (prendre en compte le springback). 3. Vérifier que l’amincissement ne dépasse pas 10 % de l’épaisseur initiale. **Corrigé** 1. Rayon intérieur R = 2·t = 5 mm. Facteur de pliage K = (π/2)·(t/R) = (π/2)·(2,5/5) = 0,785. ΔL = K·t = 0,785·2,5 mm ≈ 1,96 mm. 2. Springback β ≈ σy/E·(t/R) = (280/200 000)·(2,5/5) = 0,0007 rad = 0,04°. Angle de matrice θₘ = θᵣ + 2·β = 60° + 0,08° ≈ 60,08° (on règle à 60,1°). 3. Amincissement estimé ≈ ΔL/t = 1,96/2,5 = 0,784 → 78,4 % d’allongement, mais l’amincissement réel est lié à la déformation plastique uniquement ; on utilise la règle empirique : amincissement ≈ 0,1·(t/R)·100 % = 0,1·(2,5/5)·100 % = 5 % < 10 %. Donc conforme. ### Exercice 2 – Cintrage **Consigne** : Un tube acier de diamètre extérieur D = 40 mm, épaisseur t = 2 mm doit être cinté à un angle de 30° avec un rayon intérieur R = 60 mm. Vérifier si la contrainte de flexion reste inférieure à la limite d’élasticité σy = 350 MPa (E = 210 GPa). **Corrigé** Contrainte de flexion σ = (E·t)/(2·R) = (210 000·2)/(2·60) = 3 500 MPa. Comme σ > σy, le cintrage à froid n’est pas réalisable avec ces paramètres. Solution : augmenter le rayon, par exemple R = 120 mm → σ = (210 000·2)/(2·120) = 1 750 MPa > σy encore trop élevé. Il faut soit réduire l’épaisseur (utiliser un tube de t = 1 mm) soit procéder à un cintrage à chaud. Avec t = 1 mm et R = 60 mm : σ = (210 000·1)/(2·60) = 1 750 MPa > σy toujours trop élevé. Donc, pour ce diamètre et cette limite, on doit choisir un matériau à plus haute limite d’élasticité (ex. acier à haute résistance σy = 550 MPa) ou augmenter considérablement le rayon (R ≥ 300 mm). ### Exercice 3 – Roulage **Consigne** : On souhaite obtenir un cylindre de diamètre extérieur D = 150 mm à partir d’une tôle d’acier de épaisseur t = 3 mm. On prévoit deux passages avec une réduction d’épaisseur de 0,12 t à chaque passage. Calculer l’épaisseur après chaque passage et le diamètre extérieur théorique après le deuxième passage (en supposant que le diamètre varie linéairement avec l’épaisseur). **Corrigé** Réduction par passage δ = 0,12·t = 0,12·3 mm = 0,36 mm. Après 1er passage : t₁ = t – δ = 3 – 0,36 = 2,64 mm. Après 2e passage : t₂ = t₁ – δ = 2,64 – 0,36 = 2,28 mm. Hypothèse : diamètre extérieur varie proportionnellement à l’épaisseur (D ∝ t). Rapport initial D₀/t = 150/3 = 50. Après deuxième passage : D₂ = 50·t₂ = 50·2,28 = 114 mm. Donc, avec deux passages seulement, on ne atteint pas le diamètre cible ; il faudrait augmenter le nombre de passages ou réduire moins l’épaisseur par passage (ex. δ = 0,06 t → après 4 passages t ≈ 2,4 mm, D ≈ 120 mm). Pour atteindre 150 mm, il faut soit partir d’une tôle plus épaisse, soit augmenter le nombre de passages avec une faible réduction à chaque fois. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | **Mauvaise sélection du jeu poinçon/matrice** (jeu trop faible) | Risque de fissure ou de déchirure de la tôle lors du pliage. | Toujours respecter le jeu recommandé 0,1 t – 0,2 t ; vérifier avec un calibre d’épaisseur avant chaque série. | | 2 | **Oublier le springback** et régler l’angle de matrice exactement égal à l’angle souhaité | Angle réel inférieur au prévu, pièce hors tolérance. | Appliquer la correction θₘ = θᵣ + 2·β, où β est estimé à partir de σy, E et t/R. | | 3 | **Cintrage avec rayon trop petit** par rapport à l’épaisseur et la limite d’élasticité | Contrainte de flexion > σy → rupture ou déformation permanente non maîtrisée. | Vérifier la contrainte σ = (E·t)/(2·R) avant réglage ; augmenter R ou réduire t si σ > 0,8·σy. | | 4 | **Ovalisation non contrôlée** après cintrage | Mauvaise géométrie, difficulté d’assemblage, fuites éventuelles dans les tuyauteries. | Mesurer les diamètres majeurs et mineurs après chaque passage ; accepter une différence < 2 % du diamètre nominal. | | 5 | **Réduction d’épaisseur excessive lors du roulage** (écart entre galets trop faible) | Amincissement > 10 % → perte de résistance, risque de perforation sous pression. | Limiter la réduction à 0,1 t – 0,2 t par passage ; contrôler l’épaisseur avec un micromètre après chaque passage. | | 6 | **Mauvaise consignation de la presse hydraulique** avant intervention sur les vérins | Risque de déclenchement intempestif, blessure grave. | Appliquer la procédure de consignation (cadenas, étiquettes, décharge de pression) conformément au consignes de sécurité de l’établissement. | --- *Fin du cours.*