Trous dans la tôle : Machines de découpe laser ou de poinçonnage ?

FIGURE 1. En matière de perforation, une poinçonneuse se distingue toujours par sa capacité à générer un grand nombre de trous en peu de temps.

Beaucoup de choses ont changé dans la fabrication de métaux au cours des 30 dernières années, en particulier en ce qui concerne la fabrication de trous dans la tôle. Dans les années 1990, la poinçonneuse était la seule voie à suivre, jusqu'à ce que l'émergence de la machine de découpe laser CO2 change la nature de la conversation.

Dans les années 2000, la technologie de découpe laser était prête à décoller. Au cours des premières années du 21e siècle, les poinçonneuses restaient une option compétitive pour les ateliers de fabrication, en particulier si elles livraient une multitude de trous à une ébauche de tôle et des formes qui ne pouvaient être dupliquées que dans une presse ou une presse plieuse.

Ce n'est qu'avec l'avènement de la technologie de découpe au laser à fibre dans les années 2010 que les fabricants de longue date ont dû repenser leur approche de la fabrication de trous. Ces lasers à semi-conducteurs pouvaient déchirer une tôle mince à une vitesse qui donnait aux lasers CO2 un aspect désuet.

Aujourd'hui, les lasers à fibre ont atteint une puissance de 20 kW et ils coupent des matériaux plus épais à des vitesses auxquelles peu de gens s'attendaient lorsque la technologie a fait ses débuts. Les ventes de laser devraient croître à un rythme accéléré dans les années à venir, les entreprises de fabrication de métaux essayant de suivre les progrès technologiques. Mais où cela laisse-t-il la poinçonneuse lorsqu'il s'agit de faire des trous ?

Bien sûr, le poinçonnage a toujours sa place. C'est polyvalent. Les ateliers peuvent créer des formes telles que des persiennes et des gaufrages sans avoir à les déplacer vers une autre machine. Une poinçonneuse est également généralement moins chère qu'une machine de découpe laser à fibre.

Mais les poinçonneuses se distinguent toujours comme des bêtes de somme pour les applications où de petits trous doivent être créés de manière cohérente et rapide (voir Figure 1). Pour ces types d'applications, le poinçonnage peut être le moyen le plus économique de produire des trous.

Considérez la production d'écrans perforés, par exemple. Les outils de groupe sont généralement utilisés pour poinçonner ces modèles de trous, car plusieurs poinçons peuvent être utilisés dans un seul outil, maximisant ainsi le nombre de trous créés en un seul coup (voir Figure 2). Imaginez un poinçon ayant jusqu'à 234 broches et créant autant de trous en un seul coup ! C'est fait.

De nombreuses conceptions de poinçons et zones de regroupement différentes sont également disponibles, offrant de nombreux choix de poinçonnage. Par exemple, vous pouvez utiliser un outil de forme hexagonale pour créer des motifs de trous avec des angles et ajouter un intérêt visuel à l'écran.

Gardez à l'esprit que pour le poinçonnage en grappes, la poinçonneuse doit être capable de fournir la force de poinçonnage requise pour l'application. La force de poinçonnage maximale recommandée ne doit pas dépasser 75 % de la capacité de la presse. La formule suivante peut être utilisée pour estimer la force de poinçonnage requise :

Longueur linéaire de coupe x Épaisseur du matériau x Résistance au cisaillement = Force de poinçonnage en tonnes

FIGURE 2. Un poinçon en grappe est un moyen efficace de percer des trous d'un seul coup. Il s'agit d'un ensemble de clusters entièrement guidés à 234 broches.

La longueur linéaire de coupe est égale au périmètre du trou multiplié par le nombre de poinçons dans le groupe. Le périmètre du trou pour un trou rond est de 3,14 fois le diamètre. Le périmètre du trou pour un trou en forme, comme l'hexagone, est la somme des longueurs des côtés.

Lorsque vous perforez une feuille comportant de nombreux trous, la feuille va vouloir se courber vers le haut en raison de la force et de la contrainte qui lui sont appliquées dans la zone perforée (voir Figure 3). Pour ce scénario, vous pouvez utiliser des matrices bombées qui aideront à contrer le curling. Comment cela marche-t-il? Un décapant de forme concave se déplace vers le bas avec le coup et fait fléchir la feuille vers le bas sur la matrice en forme de dôme, ce qui contrecarre la courbure vers le haut qui accompagne le poinçon.

Pour une plus grande uniformité tout en aidant à maintenir les feuilles à plat, le motif de perforation peut être modifié pour éviter de concentrer tous les trous perforés dans une seule zone (voir Figure 4). En répétant le motif, une zone peut être remplie de trous avec le même nombre de coups mais sans que la pression extrême soit appliquée à une zone pour compléter un motif de trous.

Pour les applications dans lesquelles le matériau présente un défi de perçage ou les poinçons sont utilisés à plusieurs reprises, changement après changement, les poinçons en grappe entièrement guidés sont extrêmement utiles. Dans cette situation, le décolleur serre le matériau sur la matrice pendant toute la longueur de la course afin qu'il puisse supporter le poinçon aussi près de la pointe que physiquement possible. Sans ce type de support, en particulier dans les travaux où le poinçon est plus étroit que l'épaisseur du matériau, le poinçon est vulnérable aux forces latérales qui pourraient plier la pointe. Si le poinçon est sévèrement abusé de cette manière, il se plie suffisamment pour raser la matrice, endommageant les deux outils. (En règle générale, vous ne devez jamais grignoter une bande plus étroite que 2,5 fois l'épaisseur du matériau.)

Parfois, vous n'aurez peut-être besoin que d'un nombre limité de trous, mais ils doivent être de très haute qualité. C'est là qu'une poinçonneuse peut également se démarquer.

Prenez, par exemple, lorsqu'un trou fileté est requis. Dans une application comme celle-ci, il n'y a pas beaucoup de place à l'erreur. En règle générale, lorsqu'un poinçon est utilisé pour créer un trou, les côtés seront très droits jusqu'au fond du trou où se produit la fracture du matériau. Le fond du trou va être un peu plus grand que le reste du trou à cause de cette fracturation. Un coup de poing et un rasage peuvent changer cette dynamique et créer des résultats très précis. Lorsque cette combinaison d'outils est utilisée, le poinçon est légèrement plus petit que la taille finale du trou. Une fois les trous créés, un autre poinçon légèrement plus gros est utilisé avec un jeu plus serré pour raser les murs laissés par l'action de poinçonnage précédente. Le résultat est une paroi droite tout au long du trou, ce qui offre beaucoup plus de possibilités d'engagement de filetage lorsque le taraudage se produit.

Lorsqu'il s'agit de faire ces trous, vous devez connaître certaines directives concernant le rapport entre le poinçon et l'épaisseur du matériau :

Pour l'outillage non guidé

Pour un outillage entièrement guidé

Comment appliquez-vous ces directives à l'action de frappe ? Si vous poinçonnez de l'aluminium de 0,078 po d'épaisseur, par exemple, vous devez percer un trou avec un outillage non guidé d'au moins 0,059 po. Avec un outillage guidé, le trou poinçonné ne doit pas être inférieur à 0,39 po.

FIGURE 3. La feuille supérieure montre à quel point la tôle se courbera si des mesures ne sont pas prises pour y remédier pendant le processus de poinçonnage.

Vous devez également être conscient de l'endroit où ces trous sont percés. Des trous au mauvais endroit pourraient déformer les trous et les formes à proximité. En général, il doit y avoir deux fois l'épaisseur du matériau entre les trous et deux fois l'épaisseur du matériau entre les trous et le bord de la feuille.

Un rappel supplémentaire : si vous avez un bon alignement entre le poinçon et la matrice et que le bon jeu de matrice est sélectionné pour le type de matériau et l'épaisseur à poinçonner, les résultats devraient être acceptables. Et l'outillage durera plus longtemps que s'il était maltraité.

Les poinçonneuses ont une place légitime dans l'atelier de fabrication moderne. Ils peuvent fournir des dizaines de trous en quelques secondes et peuvent fournir des trous à haute tolérance qui peuvent être difficiles à reproduire avec un laser.

Mais cela ne s'arrête pas là. Les machines sont mieux adaptées au traitement efficace de petites pièces. Lorsque les ébauches finales sont séparées du squelette, elles peuvent être envoyées dans la goulotte de la poinçonneuse ou collectées dans la poubelle. Si la pièce n'est pas attachée au squelette alors qu'elle se trouve sur le lit d'une machine de découpe laser, elle peut tomber à travers les lattes et être ensuite soumise aux éclaboussures laser et aux débris provenant du processus de découpe laser.

Bien que l'accent soit mis aujourd'hui sur les machines de découpe laser à fibre haute puissance, les poinçonneuses ont également progressé. Ils traitent les feuilles plus rapidement que les générations précédentes de la technologie, et ils ont des vitesses de RAM rapides, augmentant le nombre de coups de poinçonnage qui peuvent être effectués par minute. Certaines machines peuvent poinçonner jusqu'à 1 350 coups par minute.

Mais la discussion sur la vitesse n'est qu'une partie de la conversation. Si l'accent est mis sur le débit, la poinçonneuse est difficile à battre. Il peut former, tracer et tarauder, vous aidant à éviter d'autres processus en aval. C'est toute l'histoire quand il s'agit de la poinçonneuse.

FIGURE 4. Un modèle de poinçonnage comme celui-ci aide à maintenir la feuille à plat tout en produisant tous les trous nécessaires pour terminer le travail.