Métal en feuille : pourquoi et comment l’utiliser ?
Qu’est-ce que le métal en feuille ?
Le métal en feuille, appelé la « tôle de métal » en industrie, est fréquemment utilisé dans les assemblages mécaniques. Le travail du métal en feuille peut se faire par plusieurs procédés de transformation. On retrouve parmi ces procédés le pliage, le roulage, la découpe, l’estampage et le poinçonnage.
Le processus de transformation débute d’abord par les fichiers de conception assistée par ordinateur, communément appelés CAO 3D. Ces fichiers sont ensuite convertis en code G. Ce code est en quelque sorte un langage qui permet de dicter à une machine-outil comment couper et former le métal en feuille.
Économiser grâce au métal en feuille : les grandes lignes
Quelques caractéristiques du métal en feuille et de sa transformation ont un impact sur le coût final. En voici trois des plus importants.
Durabilité du matériau
Les pièces en tôle sont reconnues pour leur durabilité et robustesse. Cela permet de les utiliser dans des assemblages mécaniques complexes directement à leur sortie de l’usine. On les oppose à des pièces usinées qui nécessitent un ou plusieurs procédés de post-traitement pour garantir leur durabilité et robustesse.
Cet élément n’est pas contrôlable par l’acheteur. Par contre, deux éléments contrôlables par l’acheteur ont un impact sur le coût final, soit le volume de la commande et les tolérancements exigés.
Volume de la commande
Les pièces en tôle sont autant utilisées pour les prototypes à faible volume que pour la production à grand volume. Les grands volumes sont plus rentables pour deux raisons. Dès qu’une machine doit faire une action, cela nécessite une configuration initiale (CAO 3D et code G expliqués plus haut). Cette configuration doit être faite pour la commande d’une pièce unitaire ou pour 5000 pièces de métal en feuille. On comprend que les coûts fixes engendrés par la configuration sont beaucoup plus rentabilisés dans le cas des 5000 pièces. Aussi, au niveau de la matière première, la remise sur la quantité permet d’économiser. Celle-ci signifie que le coût de base de la matière première est réduit plus la commande est volumineuse.
Tolérancements exigés
Le tolérancement est l’élément contrôlable qui a le plus grand impact sur le coût d’une commande. Cet impact est parfois méconnu des acheteurs, qui mettent alors des tolérancements très serrés, ce qui mène à des prix beaucoup plus élevés.
Voici quelques bonnes pratiques qui augmenteront vos chances d’avoir de meilleurs prix lors de vos appels d’offres.
Tolérances générales
Afin de rendre la fabrication simple pour votre fournisseur, respectez les spécifications ci-dessous :
• Formage et pliage : +/- 0,020 ” (+/- 0,5 mm)
• Courbure : +/- 0,010 ” (+/- 0,25 mm)
• Dimensions linéaires excluant les emplacements de pliage : +/- 0,005 ” (+/- 0,125 mm)
• Diamètres (avec inserts) : + 0,003 (0,075mm) /-0
• Angularité : +/- 2 degrés
• Rugosité de surface (matériau brut) : Ra 125 µpo (3,2 µmm) max.
• Rugosité de surface (gain de temps) : Ra 63 µpo (1,6 µmm) max.
Épaisseur des murs
Les pièces doivent conserver une épaisseur de paroi uniforme dans leur intégralité. Généralement, la fabrication de pièces en tôle jusqu’à ¼ ” (6,35 mm) d’épaisseur est assez simple à réaliser, mais cette simplicité dépend principalement de la géométrie de la pièce. Lorsque l’on considère l’épaisseur de la tôle, on peut aller jusqu’à maximum 1po (25,4mm) dans les plus extrêmes des cas.
Pliage
Des tôles sont utilisées pour être pliées dans différents angles, dans le but d’obtenir la géométrie souhaitée. Les coudes ou les plies dans le même plan doivent être conçu dans le même sens pour éviter la réorientation des pièces, ce qui permettra d’économiser temps et argent. Par exemple, il est beaucoup plus simple de fabriquer une pièce en forme de « U » qu’une pièce en forme de « S ».
Il est aussi recommandé de garder une cohérence dans le rayon de courbure, ce qui rendra également les pièces moins couteuses.
Il est important de noter que les petites courbures dans des pièces épaisses ont tendance à devenir inexactes, elles doivent être évitées si possible.
Aussi, pour éviter que les pièces ne se fracturent ou présentent des distorsions, assurez-vous de garder au moins un rayon de courbure intérieure de l’épaisseur de la plaque.
Roulage
Pour le roulage, assurez-vous que le rayon extérieur soit d’au moins deux fois l’épaisseur de la plaque. Il faut aussi considérer que tous les trous doivent être éloignés d’un roulage d’au moins la distance du rayon du roulage additionné à l’épaisseur de la plaque. Si les trous sont dans le rayon de roulage, ils seront déformés dans le sens du roulage.
Chanfrein et chambrage
La profondeur maximale qu’un chanfrein ou qu’un chambrage peut avoir est de 0,6 fois l’épaisseur de la plaque.
Espacement :
· Entre eux : 8 fois l’épaisseur de la plaque
· À partir d’un bord : 4 fois l’épaisseur de la plaque
· À partir d’un pli : 3 fois l’épaisseur de la plaque.
Trous et fentes
Les diamètres des trous et des fentes devraient être au moins aussi grands que l’épaisseur de la plaque. Les matériaux plus résistants nécessiteront évidemment des diamètres plus importants.
Les trous et les fentes peuvent se déformer lorsqu’ils sont placés à proximité d’un coude. La distance minimale à laquelle ils doivent être placés à partir d’un coude dépend de l’épaisseur de la plaque, du rayon du coude et du diamètre des trous. Assurez-vous de placer les trous loin des courbures, à une distance d’au moins 2,5 fois l’épaisseur plus le rayon de courbure. Les fentes doivent être placées à une distance d’au moins 4 fois l’épaisseur de la plaque plus le rayon de courbure. Assurez-vous de placer les trous et les fentes à une distance du bord d’au moins 2 fois l’épaisseur de la plaque afin d’éviter un effet « bombé ».
Encoches et brides
L’épaisseur minimale qu’une encoche doit maintenir est de 0,04 po (1 mm) ou l’épaisseur de la plaque. Sa longueur ne doit pas être supérieure à 5 fois sa largeur. Les encoches doivent être éloignées d’au moins ⅛ ” (3,175 mm) entre-elles.
Les brides doivent avoir une épaisseur d’au moins 0,126 po (3,2 mm) ou deux fois l’épaisseur de la plaque, la valeur la plus élevée étant retenue. La longueur d’une bride ne doit pas non plus dépasser 5 fois sa largeur. Les brides doivent avoir une distance minimale entre-elles de 0,04 “ (1 mm) ou l’épaisseur de la plaque, la valeur la plus élevée étant retenue.
Rayon dans les contours
Les pièces en tôle peuvent avoir des angles vifs, mais ajouter des rayons de la moitié de l’épaisseur de la plaque dans la conception rendra les pièces plus simples à fabriquer.
Faire une demande de soumissions
Avec ces quelques conseils, vous êtes maintenant outillés à concevoir un modèle 3D d’une pièce de métal en feuille.
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Frédérik Plourde, cofondateur chez GRAD4
