Le machine à rouler les plaques, La cintreuse à tôle, également appelée rouleuse à tôle, est un équipement de formage de tôles qui utilise des rouleaux pour cintrer et façonner des feuilles de métal. Cette machine permet de réaliser des pièces de formes variées, notamment cylindriques et coniques. Elle joue un rôle essentiel dans les procédés de cintrage et de formage de la tôle.
Définition d'une rouleuse de tôles
Une rouleuse de tôles est conçue pour donner à différentes feuilles de métal des formes arrondies ou coniques. Elle constitue l'outil idéal pour le pré-cintrage et le roulage des tôles.
Les cintreuses de tôles sont essentielles à la fabrication de composants arrondis utilisés dans les installations pétrolières et gazières, les supports de tunnels, les équipements de chaudières, les récipients sous pression, les échangeurs de chaleur, et bien plus encore.
À la pointe de l'innovation, BIT se spécialise dans les cintreuses à 3 ou 4 rouleaux pour le roulage de tôles, et développe activement des technologies de pointe pour répondre aux besoins futurs et surpasser les attentes de ses clients leaders du secteur. Ses cintreuses de tôles optimisent la production dans de nombreux secteurs, tels que la construction, le transport et la logistique, la production d'énergie, la fabrication de machines, et bien d'autres.
En Chine, BIT jouit d'une excellente réputation et prouve continuellement sa capacité à développer et produire les rouleuses de tôles les plus performantes du marché.
Les rouleuses de tôles se divisent en modèles à deux, trois et quatre rouleaux. Les rouleuses à trois rouleaux se déclinent en deux types : symétriques et asymétriques.
machine à rouler les tôles à 2 rouleaux
La rouleuse à deux rouleaux est un équipement doté de deux rouleaux : un rouleau métallique rigide supérieur et un rouleau élastique inférieur. La tôle est passée entre les rouleaux et, sous l'effet de la force appliquée, le métal adhère à la surface pour prendre une forme cylindrique. Elle est utilisée pour les métaux fins en production de masse (filtres, cartouches, etc.).
La rouleuse de tôles à 2 rouleaux est équipée d'un rouleau en polyuréthane qui, en exerçant une pression dynamique, accélère le processus de formage de la tôle, assurant l'élimination de l'extrémité droite des rouleaux produits et simplifiant considérablement les séquences de pré-cintrage-laminage-pré-cintrage typiques des rouleuses de tôles d'acier à 3 ou 4 rouleaux.
Machine à rouler les tôles à 3 et 4 rouleaux
Le principe de fonctionnement de la rouleuse de tôles est le même que celui de la cintreuse de profilés : selon le principe des trois points formant un cercle, le changement de position relative et le mouvement de rotation de la pièce sont utilisés pour produire une déformation plastique continue. plaque L'objectif est d'obtenir une pièce de forme prédéterminée. Grâce aux mouvements de rotation et aux changements de position des rouleaux de différentes formes, il est possible d'usiner des pièces elliptiques, des pièces arquées, des pièces cylindriques, etc.
Pré-cintrage statique et cintrage dynamique
Le pré-cintrage statique et le cintrage dynamique sont deux méthodes distinctes utilisées dans les procédés de cintrage de plaques.
Le pré-cintrage statique consiste à maintenir la tôle immobile pendant qu'un rouleau remonte le long de celle-ci, pliant ainsi le bord d'attaque. Cette méthode se caractérise par le maintien de la tôle en place durant l'opération de cintrage.
À l'inverse, le pliage dynamique implique le mouvement continu de la tôle lors de son passage dans la cintreuse. Ce mouvement constant permet un fonctionnement plus efficace de la machine, et donc une capacité de pliage accrue pour des épaisseurs importantes.
Le pliage dynamique offre des avantages en termes d'efficacité et de productivité, car le mouvement continu de la tôle permet un traitement plus rapide et le pliage de matériaux potentiellement plus épais par rapport au pré-pliage statique.
Chacune de ces méthodes a ses applications et le choix se fait en fonction de facteurs tels que le type de matériau, son épaisseur et les caractéristiques de pliage souhaitées. Le pliage dynamique est souvent privilégié dans les environnements de production à grand volume où la rapidité et l'efficacité sont essentielles, tandis que le pré-cintrage statique peut convenir aux applications de pliage de précision exigeant un contrôle rigoureux du processus.
Principe de fonctionnement d'une rouleuse à tôle symétrique à 3 rouleaux
L'image ci-dessus (a) est une vue en coupe des rouleaux d'une cintreuse symétrique à 3 rouleaux. Les rouleaux ont une certaine longueur axiale permettant de cintrer toute la largeur de la tôle.
Un rouleau supérieur 1 est positionné symétriquement au centre des deux rouleaux inférieurs. Ce rouleau supérieur est réglable verticalement, permettant ainsi d'obtenir différents rayons de courbure pour la tôle 4 placée entre les rouleaux supérieur et inférieur. Le rouleau inférieur 2 est mobile et monté sur un palier fixe. Son moteur, entraîné par un réducteur, tourne dans le même sens et à la même vitesse. Le rouleau supérieur, quant à lui, est passif et monté sur un palier mobile verticalement. Le réglage des rouleaux sur les grandes cintreuses est mécanique ou hydraulique, tandis que sur les petites cintreuses, le réglage est généralement manuel.
Lors de l'usinage, la feuille de matériau est placée entre les rouleaux supérieur et inférieur. La pression exercée par le rouleau supérieur force la feuille à se courber entre les points d'appui. La rotation des deux rouleaux inférieurs entraîne le déplacement de la feuille par friction, assurant ainsi un pliage uniforme sur toute sa longueur.
Selon le principe de pliage ci-dessus, le rayon de pliage requis ne peut être atteint que lorsque la partie du matériau de la feuille est en contact avec le rouleau supérieur. Ainsi, les bords des deux extrémités de la feuille ont une longueur qui ne touche pas le rouleau supérieur et ne se plie pas, appelée côté droit restant. La longueur du côté droit restant est environ la moitié de la distance entre les deux rouleaux inférieurs.
Machines de cintrage à 3 rouleaux à géométrie variable
Les cintreuses à trois rouleaux à géométrie variable offrent une polyvalence inégalée, permettant de travailler une vaste gamme de matériaux et d'épaisseurs, en fonction de la taille du rouleau supérieur. Ces machines excellent dans le cintrage de tôles moyennes et épaisses.
Le principe de fonctionnement de la cintreuse à trois rouleaux à pas variable repose sur la mobilité et l'inclinaison des trois rouleaux. Le rouleau supérieur se déplace verticalement, tandis que les rouleaux latéraux se déplacent horizontalement. Lors du laminage, le rouleau supérieur exerce une pression sur la tôle métallique située entre les deux rouleaux latéraux. La modularité de cette cintreuse permet le laminage de cylindres de différentes épaisseurs et diamètres. Ces machines sont équipées d'un rouleau supérieur de pression et de deux rouleaux latéraux de pression.
Le déplacement horizontal des rouleaux latéraux garantit le maintien de la tôle à l'horizontale, facilitant ainsi un précintrage rapide et efficace. La configuration à trois rouleaux, avec le rouleau supérieur se déplaçant verticalement et les deux rouleaux inférieurs horizontalement, permet un réglage indépendant de l'entraxe du rouleau supérieur par rapport à chaque rouleau inférieur. Par conséquent, en réduisant l'écartement entre les rouleaux inférieurs et en appliquant une pression avec le rouleau supérieur sur la partie initiale de la tôle, la portion droite est minimisée, assurant un précintrage parfait.
L'augmentation de l'entraxe des cylindres inférieurs accroît considérablement la capacité de cintrage. Sur la cintreuse à trois cylindres à géométrie variable, le cylindre supérieur est motorisé, tandis que les deux cylindres inférieurs sont libres et équipés d'un système de freinage automatique garantissant une grande fiabilité. De plus, la machine peut être équipée de trois cylindres moteurs pour le cintrage de tôles plus fines. Le parallélisme des cylindres est contrôlé et géré avec précision par un automate programmable, assurant ainsi une précision maximale de positionnement et des tolérances minimales.
Par exemple, les rouleaux latéraux jouent un rôle crucial dans la génération d'un avantage mécanique. Leur réglage permet de moduler cet avantage. Lorsque les rouleaux latéraux sont complètement ouverts, la machine atteint un avantage mécanique maximal ; leur fermeture le réduit. Ainsi, une machine capable de cintrer des matériaux de 50 mm d'épaisseur avec un avantage mécanique maximal peut traiter des pièces aussi fines que 12 mm en ajustant l'avantage mécanique en conséquence. De plus, l'axe indépendant de chaque rouleau contribue à l'obtention d'un cintrage parfait. Le rouleau arrière, situé à l'opposé du point d'alimentation, sert de butée arrière, garantissant un alignement précis de la tôle et éliminant le besoin d'intervention de l'opérateur.
Machine à cintrer à double pincement à 3 rouleaux
Les cintreuses à double pincement à trois rouleaux sont disponibles dans une gamme de capacités allant des pièces légères aux pièces très lourdes, offrant des avantages significatifs par rapport aux cintreuses à trois rouleaux à pincement initial. Contrairement à ces dernières, elles éliminent la nécessité pour les opérateurs de retirer, retourner et tenter de redresser la tôle une seconde fois après le pré-cintrage. En effet, les cylindres peuvent être cintrés au diamètre requis immédiatement après le pré-cintrage, car le matériau reste à l'intérieur de la machine – une caractéristique impossible à atteindre avec les cintreuses à trois rouleaux à pincement initial.
Dans une cintreuse de tôles, les rouleaux latéraux sont positionnés de part et d'autre du rouleau supérieur et partagent le même axe, contribuant ainsi au processus de cintrage. De plus, le rouleau arrière sert de butée arrière pour mettre la tôle d'équerre et assurer un alignement parfait, éliminant ainsi le besoin d'intervention manuelle.
Pour le laminage de cônes sur une cintreuse à 3 rouleaux à double pincement, les rouleaux latéraux peuvent être inclinés pour établir l'angle de cône souhaité, offrant une grande polyvalence dans le façonnage.
Lors du précintrage sur une rouleuse à trois rouleaux, les tôles sont inclinées vers le bas lors de leur alimentation. En revanche, sur une rouleuse à quatre rouleaux, les tôles sont chargées horizontalement au niveau de l'alimentation, ce qui permet l'utilisation de tables à rouleaux motorisées horizontales pour faciliter leur alimentation.
Principe de fonctionnement d'une rouleuse de tôle asymétrique à 3 rouleaux
La figure 7-1(b) représente le schéma du tambour de cintrage de la cintreuse asymétrique à trois rouleaux. Le rouleau supérieur 1 est placé au-dessus du rouleau inférieur 2, tandis que le rouleau latéral 3 est positionné latéralement. Les rouleaux supérieur et inférieur sont entraînés par le même moteur. Le rouleau inférieur est réglable en hauteur, son amplitude maximale étant approximativement égale à l'épaisseur maximale de la tôle pouvant être cintrée. Le rouleau latéral 3 est fixe et son inclinaison est réglable.
Lors du pliage, la feuille de matériau 4 est introduite entre les rouleaux supérieur et inférieur. Le rouleau inférieur est ensuite ajusté pour comprimer la feuille et générer une force de friction, puis la position des rouleaux latéraux est modifiée. La rotation des rouleaux supérieur et inférieur, actionnée par le moteur, permet de plier la feuille.
L'avantage de cette cintreuse asymétrique à trois rouleaux réside dans la possibilité de cintrer les bords des deux extrémités de la tôle. La longueur du bord droit restant est ainsi bien inférieure à celle d'une cintreuse symétrique à trois rouleaux, et sa valeur est inférieure à deux fois l'épaisseur de la tôle. Bien que le cintrage entre le rouleau latéral et le rouleau inférieur soit impossible, l'opération complète peut être réalisée en retirant la tôle de la cintreuse, puis en la retournant et en la pliant.
Cintreuse à 3 rouleaux à simple pincement
Les cintreuses à trois rouleaux à simple pincement/rouleuses asymétriques à trois rouleaux nécessitent généralement une double insertion de la tôle pour pré-cintrer les deux extrémités. Il existe cependant des modèles à double pincement, qui simplifient le processus de pré-cintrage aux deux extrémités et améliorent l'efficacité, la rapidité et la précision.
Les rouleuses à trois rouleaux à pincement initial unique sont généralement plus adaptées aux applications de faible cadence. Fonctionnant électromécaniquement ou hydrauliquement, elles pincent la tôle entre deux rouleaux verticaux opposés tandis que le troisième rouleau de pliage remonte pour la cintrer. Ces machines, souvent de conception ancienne, nécessitent généralement le retrait et la réinsertion de la tôle pour pré-cintrer les deux extrémités. Bien qu'économiques, elles ont tendance à être plus gourmandes en main-d'œuvre en production que les modèles modernes.
Principe de fonctionnement de la rouleuse à 4 rouleaux
La figure (c) représente une rouleuse à quatre rouleaux, similaire à la rouleuse asymétrique à trois rouleaux, à la différence qu'un rouleau latéral supplémentaire (3) est ajouté. Elle permet d'éviter les opérations de retournement et de pliage de la tôle nécessaires sur la rouleuse asymétrique à trois rouleaux.
Les cintreuses à 4 rouleaux sont équipées d'un rouleau supérieur, d'un rouleau de pincement et de deux rouleaux latéraux, ce qui leur permet de réaliser des cintres avec une rapidité et une précision inégalées. Ces cintreuses à tôle sont réputées pour leur efficacité.
La plaque métallique plate est positionnée dans la machine, généralement sur un côté, et subit un pré-cintrage du même côté. Les rouleaux latéraux effectuent le cintrage tandis que le rouleau de pincement maintient fermement la plaque en place. La plaque étant fermement serrée entre les rouleaux supérieur et inférieur, les rouleaux latéraux se déplacent verticalement pour amorcer le cintrage. Tandis que le rouleau inférieur monte pour maintenir un contact optimal avec le rouleau supérieur, le rouleau latéral se soulève afin d'obtenir un pré-cintrage précis, minimisant ainsi les zones plates sur le bord de la plaque.
L'alimentation en tôle peut se faire des deux côtés d'une rouleuse à 4 rouleaux. Alimentée d'un seul côté, cette machine peut être placée contre un mur, optimisant ainsi l'espace au sol.
Les rouleaux latéraux sont positionnés de part et d'autre du rouleau inférieur, chacun fonctionnant sur son propre axe. Cette configuration d'axes indépendants contribue à l'obtention de pliages impeccables. De plus, le rouleau arrière, situé à l'opposé du point d'alimentation, sert de butée arrière, assurant l'alignement de la tôle sans intervention de l'opérateur.
Le serrage constant et sécurisé des rouleaux supérieur et inférieur garantit la perpendicularité de la tôle sans glissement lors des opérations de pré-cintrage et de laminage. Contrairement aux cintreuses à trois rouleaux à pincement initial, les cintreuses à quatre rouleaux dispensent les opérateurs de retirer, retourner et rectifier la tôle une seconde fois après le pré-cintrage, ce qui permet une opération plus fluide. De plus, un cylindre peut être laminé au diamètre souhaité immédiatement après le pré-cintrage, le matériau restant à l'intérieur de la machine.
Le cintrage du bord arrière intervient après le laminage du cylindre, permettant une opération unidirectionnelle en une seule passe. Pour le laminage de cônes, les rouleaux latéraux peuvent être inclinés afin de définir l'angle du cône, tandis que le rouleau inférieur peut également être incliné pour serrer et entraîner l'extrémité principale du cône.
Les cintreuses de tôles à 4 rouleaux offrent une grande polyvalence, permettant la création de pièces rectangulaires, elliptiques et carrées en pliant précisément le métal dans des zones spécifiques lors de son passage dans la machine.
Courbure du cône
Le cintrage conique est une application spécialisée du roulage de tôle, qui consiste à donner à une tôle métallique la forme d'un cône. Pour ce faire, la tôle doit être découpée avec précision aux dimensions requises avant le cintrage. Généralement, une ébauche métallique plate, présentant les rayons intérieur et extérieur appropriés, est préparée pour former le cône désiré.
Lors du cintrage, l'ébauche est introduite dans le rouleau de cintrage, une face étant alignée contre un dispositif de cintrage conique. Le rayon intérieur de l'ébauche avance plus lentement que le rayon extérieur. Ce procédé minutieux exige précision et exactitude, ce qui explique le temps de fabrication important des cônes.
Les cintreuses à trois et quatre rouleaux peuvent être utilisées pour le cintrage conique. Ces machines permettent d'incliner les rouleaux de formage positivement et doivent être équipées d'une matrice de contraste trempée pour réguler et ralentir la vitesse du plus petit diamètre.
Le guidage du petit diamètre et l'inclinaison des rouleaux sont des étapes essentielles pour réussir le laminage d'un cône. Ce procédé crée une situation atypique pour l'opération de laminage. Cependant, sur une machine à trois rouleaux à double pincement où les trois rouleaux sont entraînés, il devient difficile pour la matrice de contraste de ralentir efficacement la rotation du petit diamètre tout en déplaçant simultanément le grand diamètre à une vitesse plus élevée.
En revanche, une machine à quatre rouleaux équipée de rouleaux de formage inclinables et d'une matrice de contraste trempée est mieux adaptée au laminage de cônes. Le contrôle accru offert par les rouleaux inclinables et la matrice de contraste améliore la précision et l'efficacité du processus de cintrage des cônes, permettant ainsi une fabrication de cônes de qualité supérieure par rapport à une machine à trois rouleaux.
Rayon de courbure
La rouleuse à tôle se compose généralement de trois rouleaux d'acier parallèles disposés en triangle. Lorsque la tôle passe entre les rouleaux supérieur et inférieur, elle subit une transformation et acquiert une courbure appelée rayon de courbure. Ce rayon dépend de la position relative des trois rouleaux.
En laminage de tôles, le rayon de courbure désigne la courbe formée lorsqu'une tôle est pliée en forme cylindrique ou conique. Il représente la distance entre le centre de la courbe et le bord extérieur de la tôle laminée. Ce rayon dépend de facteurs tels que l'épaisseur et la largeur de la tôle, le diamètre du rouleau et le procédé de pliage utilisé. Un rayon plus petit donne un pli plus prononcé, tandis qu'un rayon plus grand crée une courbe plus douce.
L'obtention du rayon souhaité exige un contrôle précis du processus de cintrage, notamment le réglage de la position des rouleaux, de la pression et de la vitesse d'avance. Les cintreuses modernes sont souvent dotées d'une géométrie ou d'une position des rouleaux ajustables afin de s'adapter à différents rayons de courbure et aux besoins spécifiques.
Analyse de la déformation du processus de flexion
Selon les caractéristiques de la déformation par laminage, procédé de laminage de plaques peut être divisée en trois étapes : déformation élastique, déformation élasto-plastique et déformation plastique pure.
Lors de la phase initiale de cintrage de l'ébauche de canon, le moment de flexion externe est faible, la contrainte interne est inférieure à la limite d'élasticité σs du matériau et seule une déformation élastique se produit à l'intérieur de l'ébauche : c'est la phase de déformation élastique. Lorsque le moment de flexion externe continue d'augmenter, la contrainte interne dépasse la limite d'élasticité et la déformation dans la zone de déformation de l'ébauche passe d'une déformation élastique à une déformation élasto-plastique, puis à une déformation purement plastique.
Analyse de la déformation
Comme le montre la figure ci-dessus, la contrainte supérieure de la section brute passe d'une contrainte de traction externe à une contrainte de stratification interne. Il existe nécessairement une couche métallique intermédiaire, dont la contrainte tangentielle est nulle : la couche neutre en contrainte, dont le rayon de courbure est ρσ. De même, la distribution des déformations passe d'une déformation de traction de la couche externe à une déformation de compression de la couche interne. Il existe nécessairement une couche métallique intermédiaire à déformation nulle : lorsque la bobine est déformée, son épaisseur reste inchangée. Cette couche est appelée couche neutre en déformation, et son rayon de courbure est ρε. Ceci est essentiel pour calculer avec précision les dimensions de la pièce ronde déroulée. Pour de faibles déformations, ρσ = ρε = (r + t)/2, c'est-à-dire que les couches neutres en contrainte et en déformation se superposent. Au milieu de l'épaisseur de la pièce brute, pour de fortes déformations, les couches neutres en contrainte et en déformation sont opposées. Le déplacement vers l'intérieur et le déplacement de la couche neutre de contrainte sont supérieurs au déplacement de la couche neutre de déformation, c'est-à-dire ρε > ρσ. Lors de la production de plaques enroulées, la formule empirique suivante peut être utilisée pour déterminer la position de la couche neutre de déformation :
ρε=r+xt (7-1)
Dans la formule : ρε——rayon de courbure de la couche neutre de déformation, mm ; r——rayon du cercle d'involution, mm ; x——coefficient lié au degré de déformation, prendre x=0,33 ; t——épaisseur du matériau, mm.
