Science des matrices : les bases de la conception des matrices, partie II

La sélection des bons composants de guidage de matrice est essentielle pour réussir l'emboutissage, mais ils ne peuvent pas compenser une presse mal entretenue. Image : CEP Technologies

Dans la première partie de cette série en deux parties, j'ai discuté du processus de sélection d'un type et d'une épaisseur de matrice. Voyons maintenant divers composants de guidage de matrice disponibles dans le commerce et quelques directives de base pour décider quel type est le mieux adapté à votre opération.

Tout d'abord, permettez-moi de faire cette déclaration : la fonction des goupilles de guidage est de localiser correctement les sabots supérieurs et inférieurs ou les pièces moulées afin que tous les composants de la matrice montés sur les sabots supérieur et inférieur puissent s'interfacer précisément les uns avec les autres. Ils guident la coupe et le formage des composants et des sections afin que le jeu correct puisse être atteint et maintenu efficacement. Les goupilles de guidage ne sont pas destinées à aider à guider le vérin d'une presse mal entretenue ou bâclée !

La presse doit être guidée indépendamment avec précision.

Un monsieur m'a dit un jour : "Les matrices font des pièces, pas les presses." Ma réponse a été : "Avec tout le respect que je vous dois, monsieur, la filière et la presse font partie d'un système. Chacune doit fonctionner comme l'ingénieur l'avait prévu." Inutile de dire qu'il avait de nombreux problèmes d'estampage liés à la presse.

L'une des déclarations que je fais à chaque session de formation que je dirige est : "Vous pouvez construire et concevoir un bijou d'outil, mais si vous le mettez dans un compacteur de déchets glorifié de 200 tonnes, vous allez avoir des problèmes." N'essayez pas de compenser une presse mal entretenue ou bâclée en choisissant des broches de guidage surdimensionnées ou considérablement plus nombreuses sur un jeu de matrices.

Les goupilles de guidage, parfois appelées poteaux de guidage ou piliers, fonctionnent avec des bagues de guidage pour aligner avec précision les sabots de matrice supérieur et inférieur. Ce sont des goupilles en forme de cylindre en acier à outils trempé, rectifiées avec précision souvent à moins de 0,0001 pouce. Les deux types de goupilles de guidage de base sont les goupilles à friction (souvent appelées goupilles à palier lisse) et les goupilles à roulement à billes (également appelées goupilles de guidage ultraprécision). Les broches s'insèrent avec précision dans un manchon rectifié avec précision appelé douille. Comme les goupilles de guidage, les bagues sont souvent rectifiées à moins de 0,0001 pouce.

Les goupilles de friction (voir Figure 1) sont légèrement plus petites (généralement environ 0,0005 po plus petit) que le diamètre intérieur de la douille de guidage. Les goupilles de friction et les douilles coûtent généralement moins cher que les goupilles à roulement à billes et sont couramment utilisées lorsqu'une grande poussée latérale est attendue dans la matrice. Parce qu'ils génèrent beaucoup de frottement, ils ne sont pas souhaitables pour les opérations d'emboutissage à grande vitesse. Pour minimiser le frottement, les bagues sont généralement doublées d'un matériau résistant à l'usure appelé aluminium-bronze qui peut contenir des bouchons en graphite pour réduire davantage le frottement. De plus, les goupilles de friction sont souvent lubrifiées avec de la graisse haute pression.

Un problème courant associé à l'utilisation de goupilles de friction est qu'il rend souvent le processus de séparation de la matrice assez difficile, en particulier les matrices plus grandes. Des précautions doivent être prises pour que la matrice soit séparée de manière à ce que les sabots de matrice supérieure et inférieure restent parallèles pendant le processus de séparation. L'armement de la matrice peut entraîner la flexion d'une broche de guidage. Pour les matrices plus grandes, une machine hydraulique spéciale appelée séparateur de matrices est souvent utilisée pour aider à la séparation des matrices.

Les goupilles à roulement à billes (voir Figure 2) sont de loin le choix le plus populaire. Contrairement aux goupilles à friction, ces goupilles roulent sur une série de roulements à billes contenus dans une cage à billes en aluminium spéciale qui permet aux roulements de tourner sans tomber. Ces épingles présentent plusieurs avantages. Tout d'abord, le frottement est réduit, de sorte que la matrice peut fonctionner à des vitesses plus rapides sans générer de frottement ni de chaleur excessifs. Cela les rend idéales pour les opérations à grande vitesse. Deuxièmement, ils permettent aux fabricants de matrices et aux techniciens de maintenance des matrices de séparer facilement les sabots de matrice supérieurs et inférieurs. Et troisièmement, parce qu'ils utilisent des roulements à billes, ils peuvent être fabriqués avec une plus grande précision que les goupilles à friction. En fait, la plupart des gens ne réalisent pas que l'ensemble goupille et roulement est d'environ 0,0002 po plus grand que le diamètre intérieur de la douille. Cela explique pourquoi de nombreux fabricants les appellent des goupilles de guidage "à pente négative". Contrairement aux goupilles à friction, les goupilles de guidage à roulement à billes ne doivent jamais être graissées ; lubrifiez-les uniquement avec de l'huile légère.

Les blocs de guidage sont des blocs en acier spéciaux qui sont usinés avec précision, vissés, goujonnés et souvent coulés ou soudés sur les sabots de matrice supérieur et inférieur. Ils contiennent des composants en acier à outils trempés appelés plaques d'usure. Les blocs de guidage sont utilisés pour aligner et talonner les matrices lorsqu'un alignement ultraprécis n'est pas requis.

Contrairement aux blocs de guidage, les blocs de talon (voir Figure 3) servent souvent de complément aux goupilles et douilles de guidage. Ils sont particulièrement importants si la force générée est fortement déséquilibrée ou unidirectionnelle. Une trop grande force générée dans une direction peut entraîner la déviation des broches de guidage, ce qui peut entraîner un désalignement des composants critiques de coupe et de formage. De nombreuses grandes matrices, telles que celles utilisées dans le dessin, ne nécessitent pas d'alignement ultraprécis, elles utilisent donc des guides en boîte et des plaques d'usure plutôt que des broches de guidage et des bagues. Ne sous-estimez pas l'importance des goupilles de guidage, des bagues et des composants de guidage. Rappelez-vous l'importance d'une base solide. Un manoir de marbre avec des piliers dorés s'effondrera sans lui.