Le découpage et le pliage : cours de Bac pro TCI

Une pièce de chaudronnerie démarre presque toujours d'une tôle plate. Pour devenir un carter, une trémie, une gaine ou un châssis, cette tôle est d'abord découpée à la forme voulue, puis pliée pour prendre du volume. Les deux opérations s'enchaînent dans la gamme de fabrication : un défaut de découpe se répercute sur le pli, et un mauvais calcul du pli se répercute sur la découpe. C'est pourquoi on les étudie ensemble.

Le technicien en chaudronnerie industrielle intervient sur des machines pilotées à la main, sur des machines à commande numérique et sur des robots. Parmi ses outils figurent la découpe au laser, la découpe au plasma et les robots de soudage. ¹ Au cours de sa formation, il prend en main les équipements de chaque phase de fabrication : découpeuse laser ou plasma, guillotine, presse plieuse, rouleuse, robot de soudage, sans oublier les logiciels de conception assistée par ordinateur. ³

Dans ce cours, tu vas voir :

• comment on classe les procédés de découpage et ce que chacun permet ;
• comment on choisit un procédé de découpe, avec des critères techniques et économiques ;
• ce que change la commande numérique dans la préparation du travail ;
• le principe du pliage à la presse plieuse, ses deux manières de plier et les paramètres de réglage ;
• le rôle du facteur k et le calcul d'une longueur développée.

Le roulage, les procédés de soudage et les assemblages viendront ensuite : ils reprennent les pièces découpées et pliées ici.

On range les techniques de découpage selon la manière dont la matière est séparée. Quatre familles apparaissent :

• par cisaillement : le cisaillage, le poinçonnage et le grignotage s'y rattachent ; ⁶
• mécanique par enlèvement de matière : le sciage et le jet d'eau hyperbare ; ⁶
• électrique par enlèvement de matière : l'électro-érosion au fil ; ⁶
• thermique par enlèvement de matière : l'oxycoupage, le plasma et le laser. ⁶

Le référentiel du diplôme demande de connaître, pour chaque procédé, sa classification, son principe, sa limite d'utilisation et les critères qui conduisent à le choisir. Les procédés cités sont le perçage, le tronçonnage, le découpage (oxycoupage, plasma, laser, jet d'eau) et le cisaillage. ²

Le découpage thermique regroupe l'oxycoupage, le plasma et le laser. Dans cette famille, c'est la chaleur qui retire la matière sur le trait de coupe. ⁶ Le plasma et le laser figurent parmi les machines que le technicien utilise en atelier. ^{1 3}

Pourquoi ces procédés sont-ils si présents en chaudronnerie ? Parce qu'ils suivent un contour quelconque : un trou rond, une forme à angles vifs ou une découpe courbe se décrivent par un trajet, pas par un outil dédié. Le programme guide le trajet, et la machine le reproduit d'une pièce à l'autre.

Le cisaillage utilise des lames qui coupent la tôle, comme une paire de ciseaux géante : c'est le travail de la guillotine, machine que le technicien apprend à manipuler. ³ Le poinçonnage perce ou détoure la tôle avec un poinçon et une matrice. Le grignotage enchaîne de petites découpes successives qui suivent peu à peu un contour ; on le réalise sur une poinçonneuse grignoteuse. ^{4 6}

Sur une machine à commande numérique, la pièce n'est plus guidée à la main : elle suit un programme. Les moyens informatiques interviennent à plusieurs niveaux de la fabrication : le débit, le découpage, le traçage et le pliage. ⁴ Le document de fabrication contient les données dont tu as besoin, et une tâche du référentiel consiste justement à le décoder pour en extraire les informations utiles. ⁴

La définition numérique d'une pièce correspond à sa géométrie nominale, c'est-à-dire sa forme théorique, sans défaut. ⁴ Un logiciel de fabrication assistée par ordinateur s'en sert pour produire le programme de la machine. Il doit pouvoir simuler le découpage ainsi que l'imbrication de pliage et de dépliage. ⁴ Le technicien est également formé aux logiciels de conception assistée par ordinateur. ³

En chaudronnerie, le pliage de tôle se fait avec une presse plieuse. Cette machine est équipée d'une matrice en V et d'un poinçon (appelé aussi couteau). ⁵ La tôle est posée sur la matrice, puis le poinçon descend et l'enfonce dans le V : elle se plie à la ligne de contact. Le technicien apprend à manipuler la presse plieuse. ³ Le référentiel classe le pliage et le roulage parmi les techniques d'usinage par déformation plastique : on déforme la tôle sans lui retirer de matière. ²

Le pliage s'applique à des matériaux métalliques, plastiques ou composites. ⁵

La tôle peut être pliée de deux manières, selon la profondeur à laquelle le poinçon descend dans la matrice.

Dans le pliage en l'air, l'angle final dépend de la position où le poinçon s'arrête. Dans le pliage en frappe, le fond de la matrice limite la course : l'angle est davantage imposé par la forme de l'outillage. Retiens la règle de repérage : en l'air, il reste du jeu au fond du V ; en frappe, il n'y en a plus.

Pour régler le pliage, on choisit la largeur du V, le type de poinçon et la puissance de la presse. Ce choix repose sur trois données : la limite élastique du matériau, l'épaisseur de la tôle et l'angle de pliage visé. ⁵

Pourquoi la limite élastique compte-t-elle ? Au départ du mouvement, la tôle fléchit de façon élastique, donc elle reviendrait à sa forme initiale. Pour qu'un pli reste, le moment de flexion doit devenir assez grand pour que la contrainte franchisse cette limite. ⁵ Une tôle plus épaisse ou un matériau dont la limite élastique est plus haute exige donc plus d'effort : voilà pourquoi la puissance de la presse se règle selon la pièce.

Pendant le pliage, la tôle subit un effort qui déforme ses fibres. ¹ Une fibre du côté intérieur du pli est comprimée, une fibre du côté extérieur est étirée. Entre les deux, il existe une fibre qui garde la même longueur : c'est la fibre neutre. Le facteur k est fondamental pour le pliage à la presse : il sert à calculer la longueur développée avant pliage. ¹

Pour une pièce pliée, le raisonnement suit toujours la même logique, de l'aval vers l'amont : on part de la pièce pliée finie, on calcule la longueur développée, puis on choisit le procédé qui découpe ce flan dans de bonnes conditions.