Réalisation des pièces par formage, par cintrage et par roulage. (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Définir les opérations de pliage, cintrage et roulage et distinguer leurs domaines d’application. - Sélectionner l’outil adapté (étau, cintreuse, rouleuse) selon la géométrie de la pièce et le matériau. - Réaliser un pliage à l’étau en respectant les cotes, les tolérances et les règles de sécurité. - Effectuer un cintrage et un roulage de profilés métalliques en suivant une procédure normalisée. - Contrôler la conformité d’une pièce formée (angle, rayon, développement) à l’aide d’instruments de métrologie. - Rédiger un compte‑rendu d’atelier incluant les paramètres de réglage, les observations et les éventuelles non‑conformités. **Prérequis** : - Connaissance des propriétés mécaniques des métaux (limite d’élasticité, allongement à la rupture). - Lecture et interprétation de plans mécaniques (cotes, tolérances, symboles de soudure). - Utilisation des instruments de mesure (pied à coulisse, micromètre, rapporteur d’angle). - Notions de base en sécurité d’atelier (port des EPI, consignes d’arrêt d’urgence). --- ### Introduction contextualisée Dans les ateliers de fabrication mécanique au Cameroun, la transformation des tôles et des profilés métalliques par des procédés de formage à froid est incontournable pour produire des éléments tels que des supports, des châssis, des gaines ou des pièces de carrosserie. Le pliage à l’étau permet d’obtenir des angles précis sur des pièces de faible épaisseur, tandis que le cintrage et le roulage sont privilégiés pour les formes courbes (arceaux, tubes, couronnes). Maîtriser ces trois opérations garantit la qualité dimensionnelle, réduit les rebuts et assure la conformité aux normes nationales (ex. : NM 03‑001 pour les constructions métalliques). Ce cours présente les principes, les réglages et les bonnes pratiques associés à chaque procédé, en s’appuyant sur des situations réelles rencontrées dans les lycées techniques et les petites entreprises de métallurgie du territoire. --- ## I. Leçon 10 – Réalisation d’une pièce par pliage à l’étau, par cintrage et par roulage ### A. Pliage à l’étau **Définition** : Le pliage à l’étau consiste à déformer plastiquement une tôle en la coinçant entre deux mâchoires (une fixe et une mobile) et en appliquant une force qui crée un angle le long d’une ligne de pliage prédéterminée. > **Le pliage est une opération de déformation plastique où la fibre neutre subit aucun allongement ni raccourcissement.** **Principes de fonctionnement** : - La fibre neutre se situe à environ 0,5 × épaisseur pour les matériaux ductiles (acier doux, aluminium). - Le facteur de pliage *K* dépend du rapport rayon intérieur / épaisseur (r/t). - L’angle de pliage réel θᵣ est lié à l’angle de matrice θₘ par la relation : θᵣ = θₘ – 2·α, où α est l’angle de ressort (springback). **Règles de sécurité** : - Porter des lunettes de protection et des gants anti‑coupure. - Vérifier que les mâchoires sont propres et exemptes de bavures. - Ne jamais placer les mains entre les mâchoires pendant le serrage. **Méthode pas à pas** : 1. **Préparation** : nettoyer la tôle, repérer la ligne de pliage au crayon ou au poinçon. 2. **Positionnement** : placer la tôle de façon que la ligne de pliage coïncide avec le bord de la mâchoire mobile. 3. **Serrage** : régler la pression de l’étau afin d’éviter le glissement mais sans écraser la matière. 4. **Pliage** : actionner le levier ou la vis de serrage jusqu’à atteindre l’angle souhaité (contrôlé avec un rapporteur d’angle). 5. **Contrôle** : mesurer l’angle formé, vérifier l’absence de fissures ou de marques de surcharge. 6. **Désserrage** : relâcher progressivement la pression pour éviter le retour élastique brusque. **Exemple d’atelier** : pliage d’une tôle d’acier doux de 2 mm d’épaisseur pour obtenir un angle de 90° sur une longueur de 150 mm. ### B. Cintrage **Définition** : Le cintrage est la mise en forme d’un profilé (tube, cornière, plat) autour d’un rayon de courbure prédéfini à l’aide d’une cintreuse à rouleaux ou à mandrin. > **Le cintrage à froid préserve les propriétés mécaniques du matériau tant que la déformation reste inférieure à 15 % de l’allongement à la rupture.** **Principes de fonctionnement** : - Le rayon intérieur *Rᵢ* doit être supérieur à une valeur minimale *Rₘᵢₙ* dépendant du diamètre extérieur *D* et du facteur de forme *C* (ex. : Rₘᵢₙ = C·D). - L’allongement relatif ε de la fibre neutre après cintrage d’un angle θ (en degrés) est donné par ε = [(Rᵢ + t/2)·θ·π/180 – L₀]/L₀, où *L₀* est la longueur développée du profilé avant cintrage. - Le ressort élastique (springback) est compensé par un sur‑cintrage de 2° à 5° selon le matériau. **Règles de sécurité** : - S’assurer que les rouleaux sont bien alignés et lubrifiés. - Utiliser des cales pour empêcher le profilé de rouler latéralement. - Arrêter immédiatement la machine en cas de bruit anormal ou de vibration. **Méthode pas à pas** : 1. **Choix de la cintreuse** : selon le diamètre et l’épaisseur du profilé. 2. **Installation du mandrin** (si nécessaire) pour éviter l’ovalisation. 3. **Réglage du rayon** : positionner les rouleaux afin d’obtenir le rayon intérieur souhaité. 4. **Insertion du profilé** : le placer contre le rouleau d’entrée, vérifier l’alignement. 5. **Cintrage** : actionner la manivelle ou le moteur progressivement, contrôler le rayon avec un gabarit. 6. **Contrôle final** : mesurer le rayon intérieur et extérieur, vérifier l’absence de fissures ou de plis. **Exemple d’atelier** : cintrage d’un tube carré de 20 × 20 mm, épaisseur 2 mm, pour obtenir un rayon intérieur de 30 mm. ### C. Roulage **Définition** : Le roulage consiste à faire passer une tôle entre deux ou trois rouleaux parallèles afin de réduire son épaisseur ou de lui donner une forme cylindrique ou conique. > **Le roulage à froid permet d’obtenir une réduction d’épaisseur jusqu’à 30 % sans recuit intermédiaire, selon la ductilité du matériau.** **Principes de fonctionnement** : - Le rapport de réduction *r* = (e₀ – e₁)/e₀, où *e₀* et *e₁* sont les épaisseurs initiale et finale. - La vitesse de déplacement de la tôle v doit être adaptée au diamètre des rouleaux D et à la résistance au flottage σy afin de garantir une déformation uniforme et éviter le glissement. - La largeur de contact *b* entre rouleau et tôle influence la pression moyenne *p* = F/(b·L). **Règles de sécurité** : - Ne jamais toucher les rouleaux en mouvement. - Utiliser des protections latérales pour éviter l’éjection de la tôle. - Vérifier l’état des roulements avant chaque utilisation. **Méthode pas à pas** : 1. **Nettoyage** de la tôle et des rouleaux. 2. **Réglage de l’écart** entre les rouleaux selon l’épaisseur cible. 3. **Alimentation** de la tôle côté entrée, maintenir une tension légère. 4. **Passage** : faire avancer la tôle à vitesse constante, surveiller l’apparition de plis ou de vagues. 5. **Contrôle** de l’épaisseur avec un micromètre à plusieurs points. 6. **Réglage fin** si nécessaire et répétition jusqu’à l’obtention de la tolérance souhaitée. **Exemple d’atelier** : roulage d’une tôle d’acier de 3 mm d’épaisseur pour obtenir une épaisseur finale de 2,1 mm sur une largeur de 500 mm. --- ## II. Leçon 11 (TP4) – Réalisation des pièces par pliage à l’étau ### A. Préparation du poste de travail - Vérifier la propreté de l’étau et des mâchoires. - S’assurer que l’éclairage est suffisant (minimum 300 lux). - Disposer les EPI (lunettes, gants, chaussures de sécurité) à portée de main. ### B. Sélection des outils et réglages | Paramètre | Valeur typique (acier doux, épaisseur 1,5 mm) | Unité | |-----------|----------------------------------------------|-------| | Rayon intérieur minimal (rᵢ) | 0,8 ×  épaisseur | mm | | Facteur de pliage K | 0,33 (pour r/t = 0,5) | – | | Angle de matrice θₘ | 92° (pour compenser 2° de ressort) | degré | | Pression de serrage | 0,6 × σy·A | N (σy = limite d’élasticité, A = surface de contact) | > **Le facteur K permet de calculer le développement Ld = L₀ + (π·(rᵢ + K·e)·θ/180).** ### C. Étapes de pliage (mesure, traçage, serrage, pliage, contrôle) 1. **Mesure et traçage** : reporter la cote de pliage sur la tôle à l’aide d’un traceur et d’une équerre. 2. **Positionnement** : placer la tôle de façon que la ligne de traçage coïncide avec le bord de la mâchoire mobile. 3. **Serrage** : appliquer la pression calculée (voir tableau) ; vérifier l’absence de glissement en tentant un léger déplacement latéral. 4. **Pliage** : actionner le levier jusqu’à atteindre l’angle de matrice θₘ (ex. : 92°). 5. **Contrôle d’angle** : mesurer l’angle formé avec un rapporteur d’angle numérique ; accepter une tolérance de ±1°. 6. **Retrait** : relâcher progressivement la pression, retirer la pièce, éliminer les éventuelles bavures à la lime. ### D. Contrôle qualité et finition - Vérification de la perpendicularité des faces à l’aide d’un carré de précision. - Contrôle de l’absence de fissures par examen visuel à la loupe (10×). - Ébavurage si nécessaire, puis application d’un léger film d’huile de protection contre la corrosion. **Exemple chiffré entièrement résolu** : *Objectif* : déterminer le développement Ld d’une tôle d’acier de 2 mm d’épaisseur à plier à 90° avec un rayon intérieur de 4 mm. 1. Données : e = 2 mm, rᵢ = 4 mm, θ = 90°. 2. Calcul du facteur K (pour rᵢ/e = 2 on prend K = 0,33, valeur issue des tableaux standards). 3. Développement : Ld = L₀ + π·(rᵢ + K·e)·θ/180. - Supposons L₀ = 100 mm (longueur de la partie plane). - Terme de courbure : π·(4 + 0,33·2)·90/180 = π·(4 + 0,66)·0,5 = π·4,66·0,5 ≈ 3,1416·2,33 ≈ 7,32 mm. - Ld ≈ 100 mm + 7,32 mm = **107,3 mm**. Le opérateur doit donc couper la tôle à 107,3 mm avant pliage afin d’obtenir exactement 100 mm de partie plane après le pli à 90°. --- ## Synthèse du chapitre - Le pliage à l’étau, le cintrage et le roulage sont trois procédés de formage à froid utilisés pour transformer des tôles et des profilés métalliques. - Chaque procédé repose sur des lois de déformation plastique (facteur K, rayon minimal, rapport de réduction) et nécessite le respect de règles de sécurité spécifiques (EPI, vérification des outils, contrôle des pressions). - Le pliage à l’étau se caractérise par la maîtrise de l’angle de matrice et du ressort élastique ; le cintrage nécessite un rayon intérieur supérieur à une valeur minimale dépendant du diamètre du profilé ; le roulage agit sur l’épaisseur et la forme cylindrique grâce à l’écart entre rouleaux. - Le développement d’une pièce à plier se calcule à l’aide de la formule Ld = L₀ + π·(rᵢ + K·e)·θ/180, où K dépend du rapport rᵢ/e. - Le contrôle qualité comprend la vérification des angles, des rayons, des épaisseurs et de l’absence de défauts de surface. - En atelier camerounais, ces opérations sont réalisées sur des étaux manuels ou hydrauliques, des cintreuses à trois rouleaux et des rouleuses universelles, avec un suivi documentaire (fiche de poste, relevé de paramètres). --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Pliage | Déformation plastique d’une tôle le long d’une ligne afin d’obtenir un angle déterminé. | | Cintrage | Mise en forme d’un profilé autour d’un rayon de courbure prédéfini à l’aide d’une cintreuse. | | Roulage | Réduction d’épaisseur ou obtention d’une forme cylindrique/conique en faisant passer une tôle entre des rouleaux. | | Fibre neutre | Couche du matériau qui subit aucun allongement ni raccourcissement lors du pliage. | | Facteur de pliage (K) | Coefficient permettant de calculer le développement d’une pièce pliée en fonction du rayon intérieur et de l’épaisseur. | | Ressort élastique (springback) | Retour partiel du matériau vers sa forme initiale après relâchement de la force de pliage. | | Rayon intérieur minimal (Rₘᵢₙ) | Valeur inférieure en dessous de laquelle le cintrage provoquerait des défauts d’ovalisation ou de fissuration. | | Rapport de réduction (r) | Pourcentage d’amincissement obtenu lors du roulage : r = (e₀ – e₁)/e₀. | | Ébavurage | Enlèvement des bavures ou arêtes vives résultant d’une opération de formage. | | Tolérance | Intervalle admissible de variation d’une dimension par rapport à la valeur nominale. | | EPI | Équipements de Protection Individuelle (lunettes, gants, chaussures de sécurité). | | Développement (Ld) | Longueur de la tôle à couper avant pliage afin d’obtenir la longueur plane souhaitée après déformation. | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 **Situation** : Vous devez réaliser un support en acier doux de 1,8 mm d’épaisseur, constitué d’une bride plane de 120 mm de longueur, pliée à 90° avec un rayon intérieur de 3 mm. **Questions** : 1. Calculer le développement Ld à couper avant pliage. 2. Déterminer l’angle de matrice à régler sur l’étau sachant que le ressort élastique estimé est de 2,5°. **Corrigé** : 1. Données : e = 1,8 mm, rᵢ = 3 mm, θ = 90°. - Rapport rᵢ/e = 3/1,8 ≈ 1,67 → K ≈ 0,33 (valeur courante pour cette plage). - Ld = L₀ + π·(rᵢ + K·e)·θ/180 = 120 mm + π·(3 + 0,33·1,8)·90/180 = 120 mm + π·(3 + 0,594)·0,5 = 120 mm + π·3,594·0,5 = 120 mm + 3,1416·1,797 = 120 mm + 5,645 mm ≈ **125,6 mm**. 2. Angle de matrice θₘ = θ souhaité + ressort = 90° + 2,5° = **92,5°**. --- ### Exercice 2 **Situation** : Un tube carré de 25 × 25 mm, épaisseur 2 mm, doit être cintré pour obtenir un rayon intérieur de 20 mm. **Questions** : 1. Vérifier si le rayon intérieur respecte la règle de cintrage (Rₘᵢₙ = 1,5 × D, où D est le côté du carré). 2. Calculer l’allongement théorique ε développé lors du cintrage, en supposant que la fibre neutre se situe à mi‑épaisseur. **Corrigé** : 1. D = 25 mm → Rₘᵢₙ = 1,5 × 25 = 37,5 mm. Le rayon demandé (20 mm) est **inférieur** à Rₘᵢₙ, donc le cintrage tel que spécifié n’est pas réalisable sans risque d’ovalisation ou de fissure. Il faudrait augmenter le rayon à au moins 38 mm ou recourir à un cintrage à chaud. 2. Longueur développée de la fibre neutre avant cintrage : L₀ = périmètre du carré = 4 × 25 = 100 mm. Rayon de la fibre neutre : Rₙ = rᵢ + e/2 = 20 mm + 1 mm = 21 mm. Longueur de la fibre neutre après cintrage : L = 2·π·Rₙ·(θ/360) pour un demi‑cercle (θ = 180°) → L = π·Rₙ = 3,1416·21 ≈ 65,97 mm. Comme le cintrage considéré est un demi‑cercle, l’allongement ε = (L – L₀/2) / (L₀/2) (on ne considère que la moitié du périmètre qui subit la courbure). L₀/2 = 50 mm. ε = (65,97 – 50) / 50 = 15,97 / 50 ≈ **0,32** soit **32 %** d’allongement. Cette valeur dépasse largement la limite d’allongement à la rupture de l’acier doux (~20 %), confirmant l’impossibilité du cintrage à froid avec ces paramètres. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Placer les doigts entre les mâchoires de l’étau pendant le serrage | Risque de coupure ou d’amputation | Toujours utiliser une clé ou une manette pour serrer ; garder les mains hors de la zone de pincement. | | 2 | Négliger le ressort élastique (springback) lors du réglage de l’angle de matrice | Angle final hors tolérance, pièce non conforme | Ajouter systématiquement l’angle de ressort estimé (2°–5° selon matériau) à l’angle souhaité. | | 3 | Utiliser un rayon intérieur inférieur à Rₘᵢₙ en cintrage | Ovalisation, fissures, rupture du profilé | Consulter le tableau des rayons minimaux selon le diamètre et l’épaisseur ; augmenter le rayon ou recourir au cintrage à chaud. | | 4 | Serrer excessivement l’étau, entraînant un écrasement local de la tôle | Amincissement local, perte de résistance, fissure de traction | Régler la pression en fonction de la formule P = 0,6·σy·A ; vérifier l’absence de marques après serrage. | | 5 | Ne pas vérifier l’alignement des rouleaux de la rouleuse avant le roulage | Défauts d’épaisseur, conicité non voulue, endommagement des rouleaux | Effectuer un contrôle visuel et un test à vide ; ajuster les rouleaux jusqu’à obtenir un écart parallèle sur toute la longueur. | | 6 | Oublier d’ébavurer les pièces après pliage ou cintrage | Blessures lors de la manipulation, mauvaise qualité de soudure ou d’assemblage | Passer systématiquement une lime ou une brosse métallique sur les arêtes vives ; contrôler au toucher et à la loupe. | --- *Fin du cours.*