Vue d'ensemble des profileuses à froid
Machines de profilage par cintrage à froid sont utilisées pour plier et former des tôles en profilés personnalisés grâce à un processus de laminage incrémentiel et continu. Elles sont idéales pour la production en série de pièces telles que les panneaux de toiture, les montants en acier, les gouttières, les panneaux de porte, etc. Leurs principales caractéristiques sont les suivantes
- Plie des tôles jusqu'à 3 mm d'épaisseur à partir de divers matériaux tels que l'acier, l'aluminium, le laiton, le cuivre, etc.
- Forme des profils complexes et précis à l'aide d'une série de rouleaux agencés.
- Processus continu à vitesse réglable pour un rendement élevé
- Contrôlé par ordinateur pour un formage automatique de précision
- Encombrement réduit adapté à l'intégration en usine
- Coûts d'outillage inférieurs à ceux des presses plieuses ou d'autres méthodes de fabrication
Types de machines de formage à froid
Il existe plusieurs types de profileuses à froid qui offrent différents niveaux de flexibilité, d'automatisation et de capacité de production :
Tableau 1 : Types de machines de formage par laminage à froid
| Type | Description |
|---|---|
| Formeuse à rouleaux standard | Machine de base avec des rouleaux de formage fixes pour des séries continues d'un profilé. Alimentation manuelle du matériau et découpe des pièces. |
| Formeuse de rouleaux CNC | Commande numérique par ordinateur avec servomoteurs pour le réglage automatique des rouleaux. Permet des changements rapides entre les différents profils prédéfinis. |
| Ligne de production | Des profileuses à haut rendement intégrées à des dérouleurs, des redresseurs, des cisailles et d'autres processus en ligne pour une production de masse automatisée. |
| Formeuse de rouleaux sur mesure | Machine personnalisée avec des galets de formage spéciaux pour des profils exclusifs. Nécessite l'ingénierie des matrices de laminage et de l'outillage. |
| Formeuse à rouleaux portative | Machine compacte et mobile de profilage par cintrage à froid pour une utilisation sur site ou en atelier. Capacité de profilage limitée. |
Principaux éléments d'une machine de formage par laminage à froid
Les principaux composants d'une profileuse à froid typique sont les suivants :
Tableau 2 : Composants de la machine de formage par laminage à froid
| Composant | Description |
|---|---|
| Dérouleur | Maintient la bobine de tôle à introduire dans la profileuse en continu |
| Alimentateur | Introduit la feuille dans les rouleaux à une vitesse et une tension contrôlées |
| Rouleaux de formage | Des cylindres spéciaux qui plient progressivement la tôle pour obtenir le profil souhaité |
| Cutter | Coupe des profils formés à des longueurs déterminées pour des pièces individuelles |
| Panneau de contrôle | Contrôle la position du rouleau, l'alimentation en matériau, la coupure, etc. |
| PLC/Contrôle par ordinateur | Pour la programmation de recettes et l'automatisation des paramètres de processus |
| Cadre | Cadre rigide qui abrite les composants soumis à des charges de tension |
Conception et principe de fonctionnement
Le formage par laminage à froid consiste à faire passer en continu une bande de tôle plate à travers une série de matrices à rouleaux afin de façonner progressivement le matériau dans un profil donné. Au fur et à mesure que le matériau passe dans chaque paire de galets, il est progressivement façonné jusqu'à ce que le profil final soit obtenu.
Les rouleaux sont disposés le long des stations de formage progressif dans un ordre qui permet de plier le matériau sans le soumettre à des contraintes excessives. La conception et la position des rouleaux sont déterminées en fonction du profil à former. En général, 12 à 16 paires de galets peuvent être utilisées en fonction de la complexité de la pièce.
Des lubrifiants sont appliqués sur la tôle pour réduire les frottements lorsqu'elle passe à travers les rouleaux à grande vitesse. Le lubrifiant aide également à maintenir des finitions de surface lisses. Des revêtements chimiques peuvent être appliqués pour la résistance à la corrosion ou la protection contre les UV après le formage.
Applications et profils produits
Le profilage par pliage à froid permet de produire une large gamme de pièces métalliques formées. Les applications typiques sont les suivantes
Tableau 3 : Applications du formage par laminage à froid
| L'industrie | Profils communs produits |
|---|---|
| La construction | Panneaux de toiture, platelage, pannes, poteaux muraux, solives de plancher, portes, garde-corps |
| Automobile | Panneaux de carrosserie, coques, pièces de châssis, supports |
| Appareils électroménagers | Panneaux, boîtiers, enceintes, coques |
| Mobilier | Pieds, cadres, bureaux, chemins de fer |
| Emballage | Racks, palettes, boîtes, étagères, bacs |
| Solaire | Rails de montage, pinces, canaux |
Presque toutes les formes de profilés ouverts peuvent être formées, qu'il s'agisse de simples arcs, nervures et courbes ou de géométries complexes avec des poinçonnages et des gaufrages. Les sections creuses fermées peuvent nécessiter des rouleaux spécialisés. Les profils les plus courants sont les suivants :
- Canaux C
- Zeds
- Angles
- Sections du chapeau
- Tubes en boîte
- Tubes formés
- Côtes personnalisées, perles
Spécifications
Les profileuses à froid sont disponibles dans une large gamme de tailles et de spécifications pour produire de petites pièces jusqu'à de grands panneaux de 3 mètres de large. Les principaux paramètres sont les suivants
Tableau 4 : Spécifications de la machine de formage par laminage à froid
| Paramètres | Gamme typique |
|---|---|
| Longueur de formage | 1 - 10 m |
| Largeur de formage | Jusqu'à 3 m |
| Epaisseur du matériau | 0,3 - 3 mm |
| Vitesse de formage | 10 - 80 m/min |
| Stations de formation | 10 – 20 |
| Diamètre du rouleau | 100 - 250 mm |
| Matériau du rouleau | Acier allié ou fer |
| Moteur d'entraînement | 5 - 15 kW |
| Contrôle | PLC, CNC |
| Source de courant | 380V, triphasé |
| Poids de la machine | 2000 - 10000 kg |
Des machines plus grandes et plus puissantes sont disponibles pour les lignes de production continue spécialisées à haut volume. Des machines personnalisées peuvent être conçues pour des profils et des spécifications spécifiques.
Conception et fabrication d'outils de roulage
La clé d'un profilage réussi réside dans la précision de l'ingénierie des matrices de laminage. L'outillage de roulage est conçu en fonction des spécifications du profil requis et des propriétés de déformation plastique du matériau.
La conception de l'outillage de laminage doit tenir compte de paramètres tels que l'épaisseur du métal, la largeur, la limite d'élasticité, le rayon de courbure, le retour élastique, etc. afin de calculer le positionnement et les géométries optimales des rouleaux. Les outils de CAO 3D et d'analyse par éléments finis sont utilisés pour simuler le flux de matière et les contraintes afin de valider les trajectoires des outils.
Les matrices de laminage sont usinées CNC en acier allié. Les cylindres monoblocs sont utilisés pour les formes courantes telles que les arcs et les nervures. Les cylindres divisés en plusieurs parties permettent de former des profils plus complexes. Des systèmes de changement rapide utilisant des entretoises et des cales permettent une flexibilité pour différents profils.
Considérations relatives à la conception du processus
Quelques facteurs clés du processus à prendre en compte lors du formage par laminage à froid :
Tableau 5 : Considérations sur le processus de formage par laminage à froid
| Facteur | Détails |
|---|---|
| Matériau | Ductilité, résistance, épaisseur, revêtements, largeur, microstructure. Limite d'élasticité importante pour le calcul des forces de flexion |
| Outillage | Conception des rouleaux, taille, matériaux, finition de surface. Usinage de précision pour des profils précis. |
| Lubrification | Réduit la friction entre la feuille et les rouleaux. Permet des vitesses de formage plus élevées. Tenir compte de la stabilité de la température. |
| Vitesse d'alimentation | Les vitesses élevées augmentent le rendement mais peuvent entraîner des défauts. La vitesse optimale dépend du matériau et du profil. |
| Rayon de courbure | Les rayons plus larges répartissent les contraintes et réduisent l'amincissement. Minimiser les rayons pour plus de solidité. |
| Dos d'âne | Récupération élastique une fois que la pièce quitte les rouleaux. Compenser par un surpliage. Dépend du matériau. |
| Direction | Pour les tôles, plier perpendiculairement au sens de laminage, ce qui présente une plus grande résistance. |
| Longueur de la section | Les sections plus longues nécessitent des rouleaux de soutien pour éviter l'affaissement. |
| Épaisseur de la paroi | Les matériaux plus épais nécessitent des forces de laminage plus élevées. Peut entraîner la déformation des bandes. |
Une conception et des essais minutieux sont nécessaires pour affiner les paramètres d'interaction afin d'obtenir un processus robuste. Des défauts tels que le flambage, le froissement, l'enroulement et la déchirure peuvent survenir s'ils ne sont pas correctement contrôlés.
Fabricants et fournisseurs
Parmi les principaux fabricants d'équipements de formage à froid, on peut citer
Tableau 6 : Fabricants de matériel de formage par laminage à froid
| Compagnie | Localisation |
|---|---|
| Formtek | ÉTATS-UNIS |
| Machines Samco | Canada |
| Groupe Bradbury | ROYAUME-UNI |
| Gasparini | Italie |
| Refendeuse de Shanghai | Chine |
| T&H Lemont | ÉTATS-UNIS |
| Innovative Produktionssysteme GmbH (IPS) | Allemagne |
Outre les grands fournisseurs internationaux, de nombreux fabricants régionaux proposent également des profileuses à froid. Lors de la sélection d'un fournisseur, il convient d'évaluer des facteurs tels que la qualité de fabrication, l'assistance technique, le coût, le délai de livraison et les services de maintenance.
Considérations sur les coûts
L'équipement de formage par laminage à froid représente un investissement important, mais il peut être rentabilisé par des gains d'efficacité opérationnelle et une réduction de la main-d'œuvre pour des volumes de production élevés. Facteurs clés de coût :
Tableau 7 : Facteurs de coût des machines de formage par laminage à froid
| Paramètres | Fourchette de coûts typique |
|---|---|
| Formeuse à rouleaux standard | $50,000 – $500,000 |
| Formeuse de rouleaux CNC | $80,000 – $800,000 |
| Ligne de production | >$500 000 |
| Formeuse de rouleaux sur mesure | >$200 000 |
| Formeuse à rouleaux portative | $15,000 – $100,000 |
| Outil de roulage | $2000 vers le haut par profil |
| Installation | 10-20% du coût de la machine |
| Fret et taxes | 5-10% du coût de la machine |
Les lignes de production plus importantes, équipées de dérouleurs, de tronçonneuses, de redresseurs, etc. peuvent coûter plus d'un million de dollars. Les coûts d'exploitation comprennent l'entretien, les pièces de rechange, les consommables tels que les lubrifiants et les revêtements, ainsi que la consommation d'électricité.
Choisir le bon fournisseur
Facteurs clés lors de la sélection d'un fournisseur de profileuses à froid :
Tableau 8 : Choix d'un fournisseur de profileuses à froid
| Considération | Détails |
|---|---|
| Expertise technique | Expérience de la conception, de la construction et de l'installation d'équipements similaires. Ingénieurs qualifiés. |
| Qualité de construction | Utilisation de composants de précision provenant de marques réputées. Conception structurelle robuste. |
| Flexibilité | Capacité à traiter de futurs profils personnalisés. Systèmes de changement rapide. |
| Capacité de production | Taille et puissance nominales adaptées aux volumes de sortie. |
| Contrôles | Type d'automatisation, facilité de programmation de nouveaux profils. |
| Services | Aide à l'installation. Service local pour la maintenance. Formation des opérateurs. |
| Outil de roulage | Capacité interne de conception et de fabrication d'outils. |
| Lead Times | Calendrier pour la conception, la fabrication, l'expédition et l'installation. |
| Références | Expérience réussie dans l'exécution de projets similaires. Excellents témoignages. |
| Coût | Tarification adaptée au marché et aux capacités. Conditions de paiement attrayantes. |
| Conformité | Respecter tous les codes applicables en matière de sécurité, d'électricité et de construction. |
Les fabricants réputés doivent être disposés à fournir des références d'acheteurs précédents. Il est fortement recommandé de visiter des installations existantes pendant la phase de qualification.
Installation et fonctionnement
Des procédures d'installation et d'utilisation appropriées sont nécessaires pour assurer la sécurité, l'efficacité et la qualité du profilage :
Tableau 9 : Installation et fonctionnement d'une profileuse à froid
| Activité | Procédure |
|---|---|
| Installation | Machine à niveau sur fondation antivibratoire Connecter l'énergie électrique, les lignes pneumatiques, la lubrification Essai à vide pour confirmer les dégagements |
| Sécurité | Enfermer les points de pincement, prévoir des protections Veiller à ce que les opérateurs portent des gants, des lunettes et des chaussures antidérapantes. Marquer les zones de sécurité, prévoir des verrouillages |
| Mise en place | Installer un outillage de roulage correctement conçu Positionner les rouleaux de guidage, les rouleaux de support et les rouleaux de redressement Passer la feuille dans les rouleaux et l'aligner Régler la vitesse d'avance, la longueur de coupe |
| Fonctionnement | Maintien d'une alimentation régulière de la feuille Contrôler les niveaux et les débits de lubrification Contrôler en permanence les dimensions du profil |
| Maintenance | Nettoyer régulièrement les rouleaux et le cadre Lubrifier les roulements et les pièces coulissantes Vérifier l'alignement et l'usure des rouleaux Remplacer immédiatement les rouleaux endommagés |
| Dépannage | Ajuster l'alignement des rouleaux si le profil est déformé Augmentation/diminution de l'incrément de courbure pour corriger le retour élastique Ralentir la vitesse en cas de froissement ; augmenter la vitesse en cas de déchirement Contrôle de la conception des rouleaux, de l'orientation des matériaux |
Seul un personnel dûment formé doit utiliser la machine après avoir mis en place des procédures de sécurité complètes. Un entretien adéquat est essentiel pour éviter les temps d'arrêt imprévus et les défauts.
Avantages du formage par laminage à froid
Principaux avantages des machines de profilage par cintrage à froid :
- Processus continu hautement productif pour la production de masse
- Qualité constante et reproductible des pièces
- Capacité à former des profils personnalisés complexes
- Faibles coûts d'outillage par rapport à d'autres méthodes de fabrication
- Production évolutive par l'ajout de processus en ligne
- Paramètres réglables par commande numérique
- Opérations secondaires minimales après le formage
- Convient à une variété de matériaux, de la jauge fine aux métaux épais
- Solidité et esthétique des pièces formées par roulage
- Opération plus sûre que les techniques manuelles de pliage des métaux
Limites et défis du formage par laminage à froid
Parmi les inconvénients et les difficultés, on peut citer
- Coût initial élevé de l'équipement et de l'outillage
- Longs délais de conception et de fabrication des matrices de laminage
- Pas économique pour les très faibles volumes de production
- Limitations de taille en fonction de la capacité de la machine
- Compétences requises pour la conception d'un outillage de laminage approprié afin d'éviter les défauts
- Risque de rayure de la surface du matériau pendant le formage
- Génération de bruit nécessitant des mesures de réduction du bruit
- Besoin de tôles en bobines à des largeurs déterminées
Analyse des économies de coûts
Voici un exemple d'analyse des coûts pour un scénario de production en grande série :
- Volume mensuel de 100 000 pièces de toiture en C requis
- Profilé en C de 12 pieds de long avec brides ourlées
- Le matériau est de l'aluminium 5052 d'une épaisseur de 0,05″.
Tableau 10 : Comparaison des coûts - Formage par roulage vs. fabrication manuelle
| Méthode | Forme rouleau | Fabrication manuelle |
|---|---|---|
| Coût de l'équipement | $250,000 | $50,000 |
| Coût de l'outillage | $20,000 | $5000 |
| Taux de production | 600 pieds/min | 10 pieds/min |
| Travail mensuel | 100 heures | 670 heures |
| Taux de main-d'œuvre | $25/hr | $25/hr |
| Coût mensuel de la main-d'œuvre | $2500 | $16,750 |
| Coût mensuel total | $29,167 | $21,667 |
| Période de récupération | 5 mois | – |
Cette simple analyse montre qu'en dépit d'un investissement initial en matériel plus élevé, les économies de main-d'œuvre réalisées par le profilage le rendent économique pour ces scénarios de volumes de production moyens à élevés. Les seuils de rentabilité exacts peuvent être calculés au moyen d'une modélisation plus détaillée des coûts.
Formage par laminage à froid et pliage par presse plieuse
Le formage par laminage à froid et le pliage par presse plieuse sont deux procédés courants de fabrication de tôles. Voici une comparaison entre les deux méthodes :
Tableau 11 : Comparaison entre le laminage et la presse plieuse
| Paramètres | Forme rouleau | Presse plieuse |
|---|---|---|
| Fonctionnement | En continu | Lot |
| Automatisation | Haut | Faible-Moyen |
| Temps de préparation | Moyen | Haut |
| Taux de production | Haut | Faible-Moyen |
| Travail | Faible | Haut |
| Coût du capital | Haut | Faible-Moyen |
| Coût de l'outillage | Faible | Haut |
| Épaisseur | 0,5 - 2 mm | 0,5 - 4 mm |
| La force | Haut | Moyen |
| Tolérances | Haut | Moyen |
| Finition de la surface | Bon | Juste |
| Opérations secondaires | Peu | Nombreux |
| Applications | Profilés standard, panneaux | Pièces sur mesure, boîtiers |
En résumé, le profilage est mieux adapté à la production continue de gros volumes, tandis que les presses plieuses offrent une plus grande flexibilité pour les petites quantités et les composants personnalisés.
Questions fréquemment posées
Q : Quels sont les matériaux de tôle qui peuvent être formés par roulage ?
R : La plupart des métaux ductiles, y compris l'acier à faible teneur en carbone, l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre et le laiton. Les meilleurs résultats sont obtenus avec des matériaux recuits. Les alliages à très haute résistance peuvent nécessiter un recuit intermédiaire.
Q : Quelle est la gamme d'épaisseurs pouvant être formées par laminage à froid ?
R : Le profilage à froid standard est généralement utilisé pour des épaisseurs de métal comprises entre 0,3 et 3 mm. Les matériaux plus épais nécessitent des machines de plus grande capacité de tonnage. Les feuilles plus fines, inférieures à 0,2 mm, nécessitent une manipulation spéciale.
Q : Combien de stations de formage sont nécessaires pour des profils typiques ?
R : Les profilés les plus courants tels que les profilés en C et en U, les nervures et les gouttières nécessitent 10 à 16 stations. Les profils plus complexes ou plus hauts peuvent nécessiter plus de 20 stations. Les profils plus profonds peuvent être formés par une séquence de stations à double passage.
Q : Quels sont les défauts qui peuvent survenir lors du formage par laminage à froid ?
R : Des défauts tels que le plissement, le gauchissement, l'évasement, le fendillement et la rayure peuvent se produire si les paramètres du processus et la conception de l'outil ne sont pas optimisés. Il convient de procéder à une simulation FEA et à un prototypage.
Q : Une lubrification est-elle nécessaire pendant le profilage par cintrage à froid ?
R : Oui, il faut appliquer un lubrifiant approprié pour réduire la friction entre la surface de la tôle et l'outillage. Il réduit les forces de laminage nécessaires et améliore la finition de la surface.
Q : Combien de temps dure la conception et la fabrication d'une profileuse ?
R : Pour les machines de catalogue standard, le délai de livraison peut être de 4 à 8 semaines. Les machines personnalisées avec des lignes de production impliquent une ingénierie plus poussée et des estimations allant jusqu'à 6 mois doivent être envisagées.
Q : Quel est le taux de production typique des profileuses à froid ?
R : La vitesse de production dépend de la complexité du profil et de la longueur de la pièce formée. Les vitesses typiques sont de 10 à 100 pieds/min. Les pièces très longues peuvent nécessiter des vitesses plus lentes et des rouleaux de support.
Q : Le procédé de profilage à froid est-il adapté aux volumes de production moyens ?
R : Oui, les machines à changement rapide peuvent être économiques pour des volumes moyens de 5 000 à 10 000 pièces/mois en alternant les profils.
Q : Quel entretien régulier est nécessaire pour les profileuses à froid ?
R : L'entretien comprend la lubrification des roulements et des arbres, l'inspection et le remplacement des rouleaux usés, le nettoyage des dépôts sur l'outillage, la vérification de la tension et de l'alignement des courroies.
Conclusion
Le formage par laminage à froid est un procédé idéal pour la production en continu de gros volumes de profilés métalliques dans de nombreuses industries. Les machines sont devenues très avancées, avec une automatisation contrôlée et des capacités de changement rapide entre les profils. Des matrices de précision capables de produire des formes complexes, combinées à des processus contrôlés par télévision, garantissent des normes de qualité élevées et constantes. Avec une sélection appropriée des machines, la conception de l'outillage et le contrôle du processus, le profilage par cintrage à froid offre une solution de fabrication efficace pour la production en masse de composants en tôle formée.
