Démystifier le pliage d'extrusion d'aluminium

Le marché de la fabrication fait pression pour réduire les coûts et le poids, et les extrusions d'aluminium, qui doivent souvent être courbées, répondent à ce besoin. Une extrusion bien conçue et incurvée efficacement peut créer un lien homogène dans une structure et, en fin de compte, entraîner moins de problèmes pour le sous-traitant de pliage, le fabricant et le client final.

Techniquement parlant, toutes les tailles d'extrusions peuvent être pliées, mais les petits ateliers de pliage atteignent souvent des profils de 10 po de haut ou de 6 po de large. Lorsqu'un fabricant recherche un sous-traitant de cintrage, il doit examiner l'expérience de l'entreprise en matière de cintrage d'extrusions similaires. Un spécialiste de la flexion pourrait dire que certains attributs du travail sont acceptables, et un autre pourrait dire qu'ils ne le sont pas.

Cela remonte à l'expérience spécifique d'une entreprise en matière de pliage par extrusion et, surtout, à la technologie dont dispose l'atelier de pliage. Par exemple, si un atelier dit qu'il peut former de grands profilés structurels, il a besoin d'une machine à cintrer avec des centres d'arbres larges.

Qu'il envisage de sous-traiter ou d'effectuer le travail en interne, un fabricant doit commencer par deux questions fondamentales : Quels attributs de conception rendent une extrusion facile à plier ? et Si toutes les adaptations de conception ne peuvent être faites, quelles sont les options ? Répondre à ces deux questions dès le départ - avant le début d'un projet de cintrage d'extrusion d'aluminium - peut aider un fabricant à éviter un nombre considérable de maux de tête sur la route.

Lorsqu'il s'agit de former des extrusions d'aluminium, un ingénieur concepteur doit tenir compte de beaucoup de choses. Cela va au-delà des facteurs de coût typiques, notamment le poids et l'alliage utilisé dans l'extrusion, qui sont des considérations naturelles pour tout projet à grande échelle.

Un ingénieur concepteur doit avoir une idée de base de ce qui rend une extrusion pliable. L'épaisseur des différentes zones d'une extrusion affectera la flexion de la section. Il en va de même pour la symétrie. Très souvent, la nécessité d'économiser de l'argent rend une extrusion impossible à plier.

L'alliage choisi par le concepteur déterminera non seulement la résistance, la résistance à la corrosion, le poids et la durabilité de l'extrusion, mais également sa capacité de pliage. Comme dans toute situation de formage, certaines qualités d'aluminium extrudé sont plus flexibles que d'autres.

La plupart des pliages d'extrusion d'aluminium impliquent des alliages de la série 6000, car ces aluminiums offrent une bonne résistance et une bonne formabilité. L'état idéal dépend de l'application. T6 offre la plus grande résistance mais est le plus difficile à former (voirFigure 1 ). Pour des rayons plus serrés, inférieurs à 10D (un rayon inférieur à 10 fois le diamètre), un concepteur doit envisager une trempe maximale de T4. T0 offre la meilleure formabilité mais a peu de résistance et est susceptible d'être endommagé pendant le montage et le fonctionnement. Un spécialiste du pliage peut envoyer une section formée pour un traitement thermique, vieillissant artificiellement le profil à une température plus élevée, mais cela augmente bien sûr les coûts.

Les traitements de surface et les exigences de finition doivent également entrer dans l'équation. Par exemple, considérez une extrusion anodisée, un traitement courant pour protéger l'aluminium dans les environnements difficiles. La courbure de la section à un rayon serré va "faire craquer" la surface à mesure que la microfissuration se propage à travers la couche anodisée, qui manque de ductilité. La fissuration se produit dans la zone construite du revêtement anodisé et non dans le substrat. Pour éviter cela, une opération doit effectuer une anodisation après pliage.

La peinture ou le revêtement en poudre, cependant, ne doivent pas toujours se produire après le pliage (Figure 2 ). Une section peinte ou enduite de poudre bien préparée peut être formée sans marquage si le rayon n'est pas si serré qu'il est proche de la limite du profil et que la section est relativement symétrique.

Figure 1 La formabilité des profilés extrudés en aluminium de la série 6000 varie en fonction de l'état. Le 9 par 2,5 pouces. pièce avec une paroi de 1/16 po d'épaisseur sur la gauche est un matériau T6, et même le moindre profil de courbure formait une ondulation. Sur la droite, la même pièce, bien qu'à un état pliable, s'est formée proprement à un 34-in. rayon. Ce profil a été formé avec succès sur une machine avec 44 pouces. centres.

La complexité de la forme extrudée joue également un rôle. La fabrication d'une forme plus complexe peut réduire certains coûts, comme ceux associés à l'assemblage, mais en même temps peut augmenter d'autres coûts, y compris les coûts de pliage. De plus, si la machine à cintrer et ses outils ne peuvent pas contrôler de manière fiable le mouvement d'une extrusion pendant le cintrage, le processus devient moins stable, plus coûteux et parfois peu pratique ou carrément impossible.

Le concepteur doit également penser à la manière dont l'extrusion sera utilisée. Si certaines faces des profilés extrudés sont visibles et esthétiquement critiques, le concepteur doit s'assurer que ces faces peuvent être formées sans marquage.

Très souvent, une petite modification de conception d'une section peut la rendre pliable, ou du moins pliable au rayon nécessaire. Lors de la création du profil, les concepteurs doivent essayer de conserver autant de symétrie que possible dans l'axe de l'axe de pliage.

Lorsqu'une section est asymétrique, une force de torsion (torsionnelle) réagit à la force de flexion. Moins une section a de symétrie, plus la force de torsion lors de la flexion devient importante. Cela crée des problèmes lors de la flexion car il s'agit souvent d'une force moins prévisible. Le contrôler signifie généralement appliquer une pression sur un autre axe, ce qui peut créer des problèmes supplémentaires.

figure 3 montre les sections extrudées initiales d'un concepteur à gauche et, à droite, ces mêmes conceptions modifiées pour se plier à un rayon plus serré. Remarquez comment la symétrie et le support interne jouent un rôle clé, tout comme le fait d'avoir une forme (comme une bride suffisamment profonde) que l'outillage de pliage peut saisir de manière cohérente. Bien sûr, il n'est pas toujours possible d'apporter ce genre de modifications à une forme extrudée. Dans ces cas, c'est toujours une bonne idée de chercher un spécialiste avec plus d'expérience.

Les sections creuses carrées peuvent poser des problèmes de flexion pour deux raisons principales. Premièrement, les concepteurs créent souvent ces sections avec des coins internes carrés, ce qui peut provoquer des fissures et même des fractures dans les matériaux durs. En ajoutant très peu de frais, un concepteur peut simplement arrondir les angles et éliminer ce point de tension.

Deuxièmement, la section creuse est susceptible de devenir concave sur la face intérieure si l'épaisseur de paroi n'est pas adéquate. Cela indique que la forme ne peut pas gérer les forces de flexion requises. C'est parce que les forces pendant la flexion agissent vers le centre et vers l'axe neutre, qui se trouve au milieu d'une section symétrique.

Pour contrer cela, les concepteurs ont plusieurs options. Ils peuvent augmenter l'épaisseur de la paroi, mais ce n'est souvent pas possible car le coût est trop élevé. Alternativement, ils peuvent ajouter un raidisseur ou une nervure dans le plan de flexion, ajouter un rayon aux coins internes, ou faire les deux (voirFigure 4 ). L'ajout de raidisseurs et de rayons internes augmente naturellement le poids du profil, mais cela peut être acceptable pour l'amélioration de la qualité.

L'asymétrie est l'ennemi de la flexion facile, c'est pourquoi les sections de canal peuvent être si difficiles à former (voirFigure 5 ). Leur forme très asymétrique subit une grande force de torsion lors de la flexion et les jambes tentent de se déplacer vers l'axe central. La modification de la conception - en une avec une base égale ou un peu plus large que les jambes - aidera les spécialistes de la flexion à contrôler un peu mieux la torsion.

Les sections de canal ont souvent un but, comme faire partie d'une voie ou d'un système de transport. La plupart des spécialistes du pliage devraient être en mesure de les former correctement, à condition que des tolérances soient spécifiées dans quelques domaines clés. Si un fabricant sous-traite le travail, il doit envoyer des pièces ou des raccords au spécialiste du pliage pour s'assurer que tout s'adapte comme il se doit.

Figure 2Ce profil en aluminium prélaqué a été plié sans marquage

Toute commande pour un spécialiste du formage de l'aluminium doit indiquer les exigences qui permettraient à la section de s'intégrer ou de se déplacer librement dans l'assemblage tel que conçu. La commande doit également spécifier la tolérance d'écart (n ° 1 dansFigure 6) pour le chariot ou la glissière, ainsi qu'une tolérance de torsion (n° 2 sur la figure 6) qui garantira que le chariot ne heurtera pas le profil.

Considérez la forme structurelle en aluminium dansFigure 7 , étant courbé dans le sens indiqué par la flèche noire. Toutes les jambes sont forcées vers le centre (comme indiqué par les flèches rouges sur la figure) - une tendance particulièrement visible sur les sections structurelles de type solives.

S'il s'agissait d'une poutre en acier au carbone conventionnelle, les semelles seraient tirées dans la direction opposée, ce qui exercerait une tension sur l'âme et, par conséquent, maintiendrait l'âme à plat. Cette technique n'est généralement pas adaptée à l'aluminium, cependant, d'autres techniques entrent en jeu.

Idéalement, le concepteur modifie la forme du profil ou ajoute des fonctionnalités pour permettre un formage facile. Mais dans le monde réel, bien sûr, ce n'est pas toujours possible, souvent parce que les fonctionnalités souhaitées dans une section ne permettent tout simplement pas de changement significatif.

Une entreprise de pliage peut avoir une machine à cintrer à mandrin à grand rayon, qui peut supporter la section en interne pendant le pliage. Mais il s'agit d'un processus spécialisé et peu d'entreprises possèdent de telles machines.

Une autre solution consiste à remplir le profil ; les matériaux appropriés comprennent les alliages à bas point de fusion ; une charge soluble dans l'eau de type cire; nylon souple; et du sable compacté pour aider à soutenir la forme. Chaque matériau de remplissage a ses avantages et ses inconvénients. Certaines de ces options ne sont généralement fournies que par de plus grands spécialistes du pliage sur un marché particulier.

Les extrusions d'aluminium peuvent avoir des caractéristiques spéciales qui peuvent grandement simplifier la fabrication et l'assemblage ultérieurs. Mais lors de l'ajout de telles fonctionnalités, les concepteurs doivent les placer avec soin et considérer comment ces fonctionnalités affecteront la flexion.

Les orifices à vis, une excellente idée de gain de temps pour fixer les embouts sur les profilés, en sont un excellent exemple (voirFigure 8 ). Si le concepteur les place perpendiculairement au rayon de courbure, ces ports se déplaceront très probablement vers la ligne centrale, à moins qu'ils ne soient pris en charge en interne. Lorsqu'ils sont placés dans l'alignement du rayon, les orifices facilitent la flexion car ils ont l'effet d'une nervure de renforcement. La fourniture de l'embout lui-même au spécialiste du pliage, qui peut l'utiliser comme outil de contrôle, est essentielle.

Les pistes de noix sont un autre bon exemple. Ces caractéristiques aident à sécuriser les sections extrudées ensemble. Il s'agit essentiellement d'un canal conçu pour ajuster fermement une tête d'écrou ou de boulon entre les méplats, empêchant ainsi la tête d'écrou ou de boulon de tourner.

Les concepteurs doivent s'assurer que la piste de l'écrou n'est pas dans la ligne de pliage, comme illustré à gauche dansFigure 9 . Lors de la flexion autour d'un axe, les forces doivent pouvoir se transférer facilement sur le profil. Si possible, il est toujours préférable d'ajouter un orifice de vissage sur un côté du profilé, comme illustré à droite sur la Figure 9.

figure 3Les extrusions d'aluminium sur la gauche sont des conceptions originales, tandis que celles de droite sont des conceptions modifiées pour se plier à des rayons plus serrés.

Si la section est quelque peu symétrique, elle peut probablement être pliée jusqu'à la toute fin du profil, éliminant ainsi le besoin de couper le reste droit après le pliage. Que cela puisse être fait efficacement et de manière répétée dépend de la conception de l'extrusion.

Considérez les analyses par éléments finis (FEA) des trois formes de profil différentes de la figure 10. L'extrusion sur la gauche est une section de type Z, et les zones rouges (contraintes) montrent des zones distinctement inégales sous les forces de flexion. Le profil médian est un angle, qui est également asymétrique mais présente moins de contraintes d'un côté et, par conséquent, moins de force de torsion. Le profil à l'extrême droite est symétrique à l'axe de flexion et, par conséquent, se plie uniformément jusqu'à la toute fin de la section.

Une extrusion peut ne pas se former aussi bien sans une bonne planification, et ces FEA illustrent un point critique : il s'agit vraiment de gérer le stress. Cela s'applique lors de la conception non seulement de la forme globale du profil, mais également de toutes les caractéristiques et revêtements spéciaux. En fin de compte, moins une section en aluminium extrudé subit de contraintes lors du pliage, meilleurs seront les résultats.

Craig Barnshaw est directeur général de la société britannique Inductaflex Ltd., 44-333-939-8888, www.inductaflex.com, représentée aux États-Unis par Trilogy Machinery, Belcamp, Md., 410-272-3600, www.trilogymachinery.com.