Procédé et dispositif pour le pliage d'une tôle métallique, en particulier d'une tôle d'acier.
La présente invention concerne un procédé pour le pliage d'une tôle métallique, en particulier d'une tôle d'acier.
La fabrication des pièces métalliques les plus diverses à partir de tôles, fait constamment appel à des opérations de pliage sous des angles extrêmement variés.
Dans la description qui va suivre, on fera plus spécialement référence au pliage d'une tôle d'acier, car il s'agit d'un cas extrêmement fréquent. Il doit cependant être bien entendu que le procédé de l'invention ne se limite pas à ce cas particulier important, mais qu'il peut en principe s'appliquer à toute tôle susceptible d'être pliée, en tout métal donnant lieu au phénomène rappelé ci-dessous.
Le pliage d'une tôle d'acier constitue une déformation permanente de cette tôle et implique par conséquent que la contrainte appliquée à la tôle soit supérieure à la limite d'élasticité de l'acier utilisé.
On sait cependant que la limite d'élasticité de l'acier n'est pas dépassée en tout point de la zone déformée au cours du pliage. Il subsiste toujours dans cette zone, des plages, dépendant de la distribution des contraintes dues à l'effort de pliage, dans lesquelles la contrainte reste inférieure à la limite d'élasticité de l'acier. Dans ces plages, la déformation est en principe purement élastique et elle disparaît lorsque l'effort de pliage cesse d'être appliqué. Ce phénomène pourrait être appelé "effet ressort élastique".
On sait également que, même dans les plages de la tôle où la limite d'élasticité de l'acier est dépassée, la déformation plastique n'est pas entièrement permanente. En effet, lorsque l'on supprime l'effort de déformation, par exemple lors du retrait de la tôle de l'outillage de pliage, les contraintes internes dans la tôle se réarrangent élastiquement de manière à respecter les lois de l'équilibre des forces. Il en résulte une certaine modification de forme de la partie pliée, que l'on pourrait appeler "effet ressort plastique", puisqu'elle se produit dans une zone déformée plastiquement.
Dans le cas considéré du pliage d'une tôle, cet effet ressort plastique provoque une réouverture du pli, d'un angle dont la valeur dépend notamment des propriétés élastiques du métal, en l'occurrence l'acier, ainsi que de l'épaisseur de la tôle, du rayon de courbure du pli, et de l'angle de pliage désiré.
Cet angle de retour plastique peut être estimé dans chaque cas et il est actuellement de pratique courante d'exécuter le pliage
<EMI ID=1.1>
et de l'angle de retour plastique. On cherche ainsi à compenser, avec plus ou moins de précision, l'effet néfaste du retour plastique.
Malgré cet artifice, l'effet ressort plastique reste un inconvénient sérieux pour le pliage des tôles ou, plus généralement des produits métalliques, notamment en raison de l'anisotropie de la microstructure et des propriétés élastiques de ces produits, et
à cause de la variation de ces propriétés d'une livraison d'acier à-l'autre. Il est très difficile de déterminer avec précision l' angle de retour plastique et par conséquent d'exécuter correctement l'opération de pliage désirée.
La présente invention a pour objet un procédé qui permet de remédier à cet inconvénient en minimisant, ou même en annulant, l'effet ressort plastique lors du pliage.
Elle est basée sur la constatation inattendue selon laquelle il est possible d'annuler l'angle de retour plastique lors du pliage d'une tôle, quel que soit le matériau constituant la tôle,
en pratiquant un contre-pliage dont l'importance dépend essentiellement des caractéristiques géométriques du pli à réaliser. Ces caractéristiques géométriques sont l'épaisseur de la tôle ainsi que les rayons de courbure utilisés pour le pliage et le contre-pliage.
Dans le cas extrêmement fréquent où les rayons de courbure sont du même ordre de grandeur que l'épaisseur de la tôle, l'importance du contre-pliage est strictement indépendante des propriétés élastiques du métal mis en oeuvre; elle n'est donc pas affectée par les variations éventuelles de ces propriétés élastiques. Dans le cas contraire, l'influence de ces propriétés
se traduit par une annulation imparfaite del"angle de retour plastique.
Dès lors, le procédé qui fait l'objet de la présente invention,
<EMI ID=2.1>
est essentiellement caractérisé en ce que l'on effectue au moins deux opérations de pliage partiel dans le sens désiré et au moins une opération de contre-pliage dans le sens inverse au sens désiré, les angles respectifs des dites opérations de pliage partiel et de contre-pliage étant tels que leur somme algébrique soit égale à l'angle de pliage imposé a et que la somme algébrique de leurs angles respectifs de retour plastique soit nulle ou sensiblement nulle.
Selon une modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on effectue des opérations de pliage partiel dans le sens désiré, de façon à pratiquer deux plis parallèles
<EMI ID=3.1>
et une opération de contre-pliage de façon à pratiquer un contrepli, également parallèle au pli désiré et situé entre les dits deux plis partiels, de préférence à égale distance de ces deux plis partiels.
Selon une variante de cette modalité, on effectue les dites opérations de pliage partiel et de contre-pliage en une seule étape.
Selon une autre variante de cette modalité, on effectue les dites opérations de pliage partiel et de contre-pliage en plusieurs étapes successives; à cet égard, il s'est avéré particulièrement avantageux de pratiquer en premier lieu le contrepli et ensuite les deux plis partiels situés de part et d'autre du contre-pli central.
Afin de faire bien comprendre la portée et l'intérêt du procédé de l'invention, on va maintenant en décrire un exemple de mise
en oeuvre dans le cas fréquent du pliage d'une tôle d'acier sous un angle total a = 90[deg.].
Cet exemple se réfère aux figures annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement la réalisation d'un pli total constitué de deux plis partiels de part et d'autre d'un contre-pli;
- la figure 2 illustre deux possibilités de pliages et contrepliages multiples selon l'invention, avec les outillages correspondants.
Soit à plier à 90[deg.] une tôle d'une épaisseur t = 1 mm en un acier
<EMI ID=4.1>
élasticité R = 300 MPa. Conformément à l'invention, on choisit
e
de plier cette tôle en deux plis partiels d'angle � et un
<EMI ID=5.1>
choisis de telle façon que l'angle de retour plastique total soit aussi faible que possible. Dans le cas présent, l'angle
de retour plastique total comprend deux composantes tendant à ouvrir le pli, dues aux pliages partiels d'angle � , et une composante tendant à fermer le pli, due au contre-pliage d' angle,
On sait par ailleurs que, si le rayon de courbure r d'un pliage est suffisamment petit par rapport à l'épaisseur t de la tôle, l'angle de retour plastique correspondant ne dépend que de la valeur de l'angle de pliage, du module d'élasticité et de la charge de rupture de l'acier et d'un coefficient F = t/2r.
Grâce aux deux conditions énoncées plus haut, le procédé de l' invention permet de supprimer toute influence des propriétés mécaniques sur l'angle de retour plastique total, dans le cas d'un pliage avec contre-pliage. Il peut donc s'appliquer à n'importe quel type de matériau sujet à l'effet ressort plastique.
Dans ces conditions, l'angle de contre-pliage ne.dépend plus que
<EMI ID=6.1>
pend que du rayon de courbure r et de l'angle des pliages partiels.
Dans le cas du présent exemple, le choix d'un rayon de courbure r = 4 mm et d'un angle = 60[deg.] conduit à un rayon de courbure r' = 16 mm et à un angle V- = 30[deg.].
Ces valeurs permettent d'assurer un angle de retour plastique nul.
A titre de comparaison, l'angle de retour plastique correspondant à un pliage unique à 90[deg.], avec un rayon de courbure de 4 mm, serait supérieur à 1[deg.] .
Outre son influence favorable sur les composantes de l'angle de retour plastique, le choix de rayons de courbure petits par rapport à l'épaisseur de la tôle permet de réduire l'encombrement du pli total. L'encombrement du pli représente la partie de la pièce pliée que l'on ne peut prendre en considération pour le calcul du moment d'inertie qui détermine la rigidité de la pièce. Il est donc particulièrement intéressant de le réduire:
Il faut encore remarquer que pour des rayons de courbure r grands par rapport à l'épaisseur t, et/ou pour des angles de
<EMI ID=7.1>
qui conduisent à un angle de retour plastique nul. Il suffit alors de tenir compte de paramètres supplémentaires tels que la limite d'élasticité de l'acier et d'un coefficient carac-
térisant l'écrouissage de l'acier.
Le procédé de la présente invention permet de compenser l'effet ressort plastique, mais il n'a pas d'action sur l'effet ressort élastique. Il convient donc, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, d'éliminer ou au moins d'atténuer l'effet ressort élastique. D'autre part, le pliage avec un rayon de courbure faible dans une matrice en V peut donner lieu à un angle de retour plastique inférieur à celui que l'on calcule par la théorié, vraisemblablement en raison du pliage - dépliage des deux branches du V. Cet effet doit également être éliminé ou minimisé, pour assurer l'efficacité maximum du procédé de pliage.
La présente invention porte également sur un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus et d'éliminer les effets indésirables qui viennent d'être rappelés.
En faisant référence à la figure 2 ci-jointe, qui en montre des exemples de réalisation, le dispositif conforme à l'invention comporte :
a) une matrice (1) dans laquelle est ménagée une gorge à profil en V, dont l'angle d'ouverture correspond à l'angle a du pli à former, le fond de la gorge étant percé d'une fente longitudinale; b) un poinçon (2),dont la tête présente un profil général en V correspondant au profil de la dite gorge, la dite tête comportant au moins deux saillies incurvées de rayon de courbure approprié destinées à former les plis partiels dans la tôle; c) un contre-poinçon (3), logé et mobile dans la fente longitudinale de la matrice (1), et dont la tête présente au moins une surface incurvée de rayon de courbure approprié pour former le ou les contre-pli(s) dans la tôle.
Ce dispositif permet de réaliser le pliage conforme à l'invention soit en une seule passe, soit en deux passes en remontant
le contre-poinçon (3) pour former le contre-pli, puis en abais-
sant le poinçon (2) qui forme alors les plis partiels.
Revendications.
1. Procédé pour le pliage d'une tôle métallique, en particulier d'une tôle d'acier, sous un angle imposé a , caractérisé en ce que l'on effectue au moins deux opérations de pliage partiel dans le sens désiré et au moins une opération de contre-pliage dans le sens inverse, les angles respectifs des dites opérations de pliage partiel et de contre-pliage étant tels que.leur sommealgébrique soit égale à l'angle de pliage imposé a et que la somme algébrique de leurs angles respectifs de retour plastique soit nulle ou sensiblement nulle.
Method and device for bending a metal sheet, in particular a steel sheet.
The present invention relates to a method for bending a metal sheet, in particular a steel sheet.
The production of the most diverse metal parts from sheets, constantly calls for bending operations from extremely varied angles.
In the description which follows, reference will be made more particularly to the bending of a steel sheet, since this is an extremely frequent case. It should however be clearly understood that the process of the invention is not limited to this important particular case, but that it can in principle be applied to any sheet metal capable of being bent, of any metal giving rise to the phenomenon mentioned. below.
The bending of a steel sheet constitutes a permanent deformation of this sheet and consequently implies that the stress applied to the sheet is greater than the yield strength of the steel used.
However, it is known that the yield strength of the steel is not exceeded at any point in the deformed zone during bending. There still remain in this zone, ranges, depending on the distribution of the stresses due to the bending force, in which the stress remains below the elastic limit of the steel. In these ranges, the deformation is in principle purely elastic and it disappears when the folding force ceases to be applied. This phenomenon could be called "elastic spring effect".
It is also known that, even in the ranges of the sheet where the elastic limit of the steel is exceeded, the plastic deformation is not entirely permanent. Indeed, when the deformation force is removed, for example during the removal of the sheet from the folding tool, the internal stresses in the sheet are rearranged elastically so as to respect the laws of the balance of forces . This results in a certain modification of the shape of the folded part, which could be called "plastic spring effect", since it occurs in a plastically deformed area.
In the case considered of the folding of a sheet, this plastic spring effect causes a reopening of the fold, of an angle whose value depends in particular on the elastic properties of the metal, in this case steel, as well as on the thickness the sheet metal, the radius of curvature of the fold, and the desired folding angle.
This plastic return angle can be estimated in each case and it is currently standard practice to perform folding.
<EMI ID = 1.1>
and the plastic return angle. We thus seek to compensate, with more or less precision, for the harmful effect of the plastic return.
Despite this device, the plastic spring effect remains a serious drawback for the bending of sheets or, more generally of metal products, in particular due to the anisotropy of the microstructure and the elastic properties of these products, and
because of the variation of these properties from one steel delivery to another. It is very difficult to accurately determine the plastic return angle and therefore to correctly execute the desired folding operation.
The subject of the present invention is a method which makes it possible to remedy this drawback by minimizing, or even canceling out, the plastic spring effect during folding.
It is based on the unexpected observation according to which it is possible to cancel the plastic return angle during the bending of a sheet, whatever the material constituting the sheet,
by practicing a counter-folding, the importance of which essentially depends on the geometric characteristics of the fold to be produced. These geometrical characteristics are the thickness of the sheet as well as the radii of curvature used for bending and counter-bending.
In the extremely frequent case where the radii of curvature are of the same order of magnitude as the thickness of the sheet, the extent of the counter-bending is strictly independent of the elastic properties of the metal used; it is therefore not affected by any variations in these elastic properties. Otherwise, the influence of these properties
results in an imperfect cancellation of the plastic return angle.
Consequently, the process which is the subject of the present invention,
<EMI ID = 2.1>
is essentially characterized in that at least two partial folding operations are carried out in the desired direction and at least one counter-folding operation in the opposite direction to the desired direction, the respective angles of said partial folding and counter operations -bending being such that their algebraic sum is equal to the imposed folding angle a and that the algebraic sum of their respective angles of plastic return is zero or substantially zero.
According to a preferred embodiment of the method of the invention, partial folding operations are carried out in the desired direction, so as to make two parallel folds
<EMI ID = 3.1>
and a counter-folding operation so as to make a counter-fold, also parallel to the desired fold and situated between said two partial folds, preferably at equal distance from these two partial folds.
According to a variant of this method, said partial folding and counter-folding operations are carried out in a single step.
According to another variant of this method, said partial folding and counter-folding operations are carried out in several successive stages; in this regard, it has proven to be particularly advantageous to practice first the plywood and then the two partial plies located on either side of the central plywood.
In order to clearly understand the scope and interest of the process of the invention, we will now describe an example of implementation
implemented in the frequent case of bending a steel sheet at a total angle a = 90 [deg.].
This example refers to the appended figures, in which:
- Figure 1 schematically shows the production of a total fold consisting of two partial folds on either side of a counter-fold;
- Figure 2 illustrates two possibilities of multiple folding and folding according to the invention, with the corresponding tools.
Either to bend a sheet of thickness t = 1 mm into a steel at 90 [deg.]
<EMI ID = 4.1>
elasticity R = 300 MPa. According to the invention, we choose
e
to fold this sheet into two partial corner folds � and one
<EMI ID = 5.1>
choose so that the total plastic return angle is as small as possible. In this case, the angle
total plastic return includes two components tending to open the fold, due to partial angle bends � , and a component tending to close the fold, due to the angle bending,
We also know that, if the radius of curvature r of a bending is sufficiently small compared to the thickness t of the sheet, the corresponding plastic return angle only depends on the value of the bending angle, of the modulus of elasticity and the breaking load of the steel and of a coefficient F = t / 2r.
Thanks to the two conditions set out above, the method of the invention makes it possible to eliminate any influence of the mechanical properties on the total plastic return angle, in the case of a folding with counter-folding. It can therefore be applied to any type of material subject to the plastic spring effect.
Under these conditions, the back-bending angle only depends on
<EMI ID = 6.1>
hangs only from the radius of curvature r and the angle of the partial folds.
In the case of the present example, the choice of a radius of curvature r = 4 mm and an angle = 60 [deg.] Leads to a radius of curvature r '= 16 mm and to an angle V- = 30 [ deg.].
These values ensure a zero plastic return angle.
For comparison, the plastic return angle corresponding to a single fold at 90 [deg.], With a radius of curvature of 4 mm, would be greater than 1 [deg.].
In addition to its favorable influence on the components of the plastic return angle, the choice of small radii of curvature in relation to the thickness of the sheet makes it possible to reduce the size of the total fold. The size of the fold represents the part of the folded part that cannot be taken into account for the calculation of the moment of inertia which determines the rigidity of the part. It is therefore particularly interesting to reduce it:
It should also be noted that for radii of curvature r large with respect to the thickness t, and / or for angles of
<EMI ID = 7.1>
which lead to a zero plastic return angle. It then suffices to take into account additional parameters such as the yield strength of the steel and a characteristic coefficient
testing the hardening of steel.
The process of the present invention makes it possible to compensate for the plastic spring effect, but it has no action on the elastic spring effect. It is therefore appropriate, during the implementation of the method of the invention, to eliminate or at least reduce the elastic spring effect. On the other hand, folding with a small radius of curvature in a V-shaped matrix can give rise to a plastic return angle less than that which is calculated by the theory, probably due to the folding - unfolding of the two branches of the V. This effect must also be eliminated or minimized, to ensure the maximum efficiency of the folding process.
The present invention also relates to a device making it possible to implement the method described above and to eliminate the undesirable effects which have just been mentioned.
With reference to the attached FIG. 2, which shows exemplary embodiments thereof, the device according to the invention comprises:
a) a matrix (1) in which is formed a V-shaped groove, the opening angle of which corresponds to the angle a of the fold to be formed, the bottom of the groove being pierced with a longitudinal slot; b) a punch (2), the head of which has a general V-shaped profile corresponding to the profile of said groove, said head comprising at least two curved projections of appropriate radius of curvature intended to form the partial folds in the sheet; c) a counter-punch (3), housed and movable in the longitudinal slot of the die (1), and the head of which has at least one curved surface of appropriate radius of curvature to form the counter-fold (s) in the sheet metal.
This device allows the folding according to the invention to be carried out either in a single pass, or in two passes by going up.
the counter-punch (3) to form the counter-fold, then lower it
sant the punch (2) which then forms the partial folds.
Claims.
1. Method for bending a metal sheet, in particular a steel sheet, at an imposed angle a, characterized in that at least two partial bending operations are carried out in the desired direction and at least a counter-folding operation in the opposite direction, the respective angles of said partial folding and counter-folding operations being such that their algebraic sum is equal to the imposed folding angle a and that the algebraic sum of their respective angles plastic return either zero or substantially zero.