Qu'est-ce que l'hydroformage – Un guide ultime pour les débutants et les experts
Quelle est la signification de l’hydroformage ? L'hydroformage est une technique de fabrication utilisée pour manipuler des métaux malléables en diverses pièces complexes. Dans cet article, nous approfondirons les subtilités du processus d'hydroformage pour votre compréhension.
Qu’est-ce que l’hydroformage ?
Moyen d'hydroformage également appelé fluidifiant est une technique de fabrication moderne qui utilise un fluide à haute pression et une matrice de moulage pour fabriquer des métaux flexibles. Les matériaux métalliques courants avec cette technique comprennent : aluminium, acier, laiton, acier inoxydable, etc.
Le tube ou la feuille métallique est placé sur une matrice et une pression de fluide est appliquée. Cela force le métal à prendre la forme de la cavité de la matrice.
Hydroformage
Comment fonctionne l'hydroformage ? Pour le procédé d'hydroformage de tôle, une tôle et une seule matrice ; la cavité ou le poinçon est utilisé. Le fluide hydraulique sous pression appuie contre la tôle, la forçant à épouser le contour de la cavité.
Alors que dans la méthode de formage de fluide de tube, le métal du tube est positionné entre deux matrices et la pression hydraulique est forcée dans le tube. Cette pression pousse le tube vers l’extérieur, le forçant à entrer dans la cavité de la matrice en prenant sa forme.
Dans les deux techniques d'hydroformage, le soudage des pièces est éliminé, ce qui permet d'obtenir une finition de surface de haute qualité des pièces.
Avantages du processus d'hydroformage
Il y a des avantages à utiliser le processus de formage des fluides comme processus de fabrication de métaux, notamment :
- L’hydroformage est idéal pour former des pièces métalliques complexes aux motifs et contours irréguliers.
- Il n'est pas nécessaire de souder deux moitiés comme dans les anciennes méthodes, ce qui garantit que les formes résultantes ont une finition de surface lisse. Cela maintient la qualité du matériau métallique utilisé.
- Il élimine les risques que les pièces fabriquées reprennent leur forme d’origine.
- L'hydroformage est très spécifique, ce qui permet d'obtenir des pièces qui se lient parfaitement aux autres pièces métalliques.
- L'amincissement du matériau est réduit lors du processus d'hydroformage en raison de la haute précision des dimensions et du processus de formage.
- Les pièces métalliques formées grâce à ce procédé voient leur poids réduit et leur résistance métallique améliorée.
- Il s’agit généralement d’une technique économique dans la mesure où elle réduit les cas de gaspillage de matériaux, les étapes supplémentaires et réduit le coût de la main d’œuvre.
Limites de l'hydroformage
Comme toute autre technique de formage des métaux, l’hydroformage présente également des inconvénients, bien que minimes.
- Cela nécessite un capital initial élevé pour l’achat de l’équipement d’hydroformage.
- Le temps de cycle est plus lent dans le processus d'hydroformage, limitant le nombre de pièces produites sur une période donnée.
Hydroformage de tubes vs hydroformage de tôles
L’hydroformage de tubes et de tôles est un type de processus de fabrication appliqué dans différentes industries.
Hydroformage de tubes
L'hydroformage de tubes est également appelé 'formage interne à haute pression ou IHPF. Ce processus de fabrication métallique utilise un tube métallique comme matière première ou ébauche placé entre deux matrices.
Avant le début du processus d’hydroformage, le tube métallique passe par un processus de cintrage. Cette étape de préfabrication garantit que le métal brut est correctement courbé pour lui permettre de s'insérer entre les moules.
Hydroformage de tubes
Une fois placé entre les matrices et les extrémités scellées, un fluide hydraulique haute pression passe à l'intérieur du tube. Cela force le tube à se gonfler vers l'extérieur dans la cavité du moule et à prendre sa forme.
La fabrication de tubes métalliques est couramment appliquée dans les industries de l'aérospatiale, de la plomberie et de l'automobile, où les pièces de tubes légers sont des composants essentiels.
Hydroformage de feuilles
Comme son nom l’indique, ce type de fabrication utilise la tôle comme matière première ou ébauche. Il utilise une seule matrice contrairement à l’hydroformage de tubes qui nécessite deux matrices, ce qui le rend coûteux.
L'hydroformage de tôle place le matériau en tôle sur une presse d'hydroformage et applique une pression de fluide contre lui. Cette pression force la tôle à se conformer à la forme de la matrice sur laquelle elle appuie.
Certains des domaines dans lesquels ce processus est applicable comprennent : dispositifs médicaux, défense, aérospatiale entre autres.
Hydroformage de feuilles
Comparant Tirage profond Processus d'estampage et d'hydroformage
L'emboutissage profond est une technique de fabrication métallique qui utilise la force de compression pour former des cavités, des cylindres ou des coupelles à partir d'un flan métallique.
Le processus d'hydroformage, quant à lui, transforme les ébauches métalliques en forme de moule à l'aide de la pression du fluide hydraulique.
Les outils d'hydroformage sont fabriqués en fonte tandis que les outils d'emboutissage profond sont fabriqués en acier trempé. L'acier est plus cher que la fonte.
Habituellement, le processus d'hydroformage est simple et produit des pièces solides de haute qualité utilisées de préférence dans les industries automobile et aérospatiale.
Estampage par emboutissage profond
Alors que l'hydroformage réduit l'amincissement du matériau, l'emboutissage profond entraîne un amincissement du matériau.
L'hydroformage est moins cher que l'emboutissage profond en termes de coût de développement car il ne nécessite pas de nouvel outil à chaque fois. Au lieu de cela, seuls le type de matériau et les dimensions de l'épaisseur de paroi peuvent être modifiés pour obtenir de nouvelles formes ou pièces.
Le coût du traitement par emboutissage profond n'est efficace que dans la production à grande échelle en raison de l'expertise nécessaire et des coûts d'outillage. Ceci est contraire au processus d'hydroformage qui est généralement moins cher du coût initial de l'outillage au coût de traitement.
La méthode d’emboutissage profond est de conception rigide car elle nécessite la création de nouveaux outils à chaque nouvelle conception. Le processus d'hydroformage permet une série de modifications de conception, ce qui le rend plus flexible que l'emboutissage profond.
L'hydroformage est très précis et entraîne peu ou pas de perte de matière, l'emboutissage profond entraîne un gaspillage de matière plus élevé.
Le processus d'hydroformage prend un temps de cycle plus court dans la production à grande échelle de modèles complexes. L'emboutissage profond prend des temps de cycle de production plus longs pour les configurations de conception complexes.
L'hydroformage produit des finitions lisses de haute qualité par rapport à l'emboutissage profond qui laisse des rayures sur les surfaces des produits. Cela réduit les coûts pour des industries telles que l’aérospatiale qui exigent des normes de finition soignées.
Facteur à considérer dans l’hydroformage
Comme tout autre processus de fabrication, certains facteurs affectent le processus d’hydroformage et son résultat. Certaines des variables clés à prendre en compte lors de l’examen de la technique d’hydroformage sont :
Température
La température affecte la quantité de force à appliquer pendant le processus d'hydroformage du métal et le degré de malléabilité d'une ébauche. Certaines ébauches métalliques perdent leur formidable aptitude au-delà de certains niveaux de température.
Pression
Le processus d'hydroformage applique une pression de fluide pour réaliser la formation de la pièce. La pression appliquée est prédéterminée en fonction de la résistance à la traction du matériau vierge. Plus le métal est résistant, plus la pression appliquée est élevée.
De plus, la formation de différentes pièces nécessite différents niveaux de pression et de temps d'exposition à la pression pour les former.
Matériel
Le choix du matériau est critique dans l'hydroformage car il se limite aux matériaux ductiles et affecte également les caractéristiques requises des composants.
Période de processus et chemin de charge
Connaître les paramètres du processus tels que les valeurs de pression hydraulique à engager et le chemin de charge à suivre sont essentiels pour une formation précise. Ces valeurs peuvent être déterminées en effectuant au préalable un processus de simulation sur le type de matériau et la conception des pièces souhaitée.
Les valeurs générées par le processus expérimental et le chemin de charge déterminé aideront au processus d'hydroformage proprement dit.
Lubrifiants
La lubrification des surfaces est importante dans ce processus car elle minimise la friction et favorise le flux de matériaux, ce qui affecte les performances globales du processus. Au contraire, la friction est également nécessaire pour contrôler le flux de matière afin d’éviter un amincissement du matériau.
Processus d'hydroformage étape par étape
Étape 1: Le processus d'hydroformage commence par la mise en place d'un outillage qui se compose de :
- Chambre femelle ou supérieure comprenant une chambre à fluide sous pression, un diaphragme en caoutchouc et un tampon d'usure
- La matrice inférieure ou la chambre mâle peuvent être remplacées par une bague et un poinçon. Le poinçon est relié à un piston hydraulique, un serre-flan ou une bague
Étape 2: L'étape suivante consiste à placer solidement le flan métallique sur la chambre d'hydroformage pour que le processus puisse commencer.
La chambre est fermée en abaissant le système de pression hydraulique. Une pression est ensuite appliquée en soulevant le poinçon sur l'anneau femelle.
L'ébauche épouse la forme et les motifs des éléments de matrice formant la pièce souhaitée.
Ensuite, la pression est retirée de l'ébauche, mettant fin à un cycle de processus d'hydroformage.
La pièce finale a une surface lisse grâce au diaphragme en caoutchouc dans la chambre supérieure qui soutient le métal brut.
Étape 3: Il s'agit de l'étape finale du processus d'hydroformage et se caractérise par le retrait des chambres supérieure et inférieure après dépressurisation. La pièce obtenue peut être soumise à d'autres étapes comme la découpe laser en fonction de son domaine d'application.
Généralement, le gaspillage de matériau est minime dans ce processus car il commence avec une ébauche métallique de la taille requise.
Processus d'hydroformage
Facteurs déterminant le coût de l’hydroformage
L'établissement du coût global du processus d'hydroformage peut vous aider à évaluer sa faisabilité par rapport à d'autres processus de fabrication.
Coût de l'outillage d'hydroformage
La chambre d'hydroformage comprend des chambres de matrice femelle et mâle. La chambre femelle est dotée d'un fluide sous pression et d'un diaphragme en caoutchouc qui permettent une réduction des coûts de processus d'environ 50 %, comme nous le verrons plus tard.
De plus, les outils d'hydroformage sont fabriqués en fonte, ce qui est moins coûteux que l'acier trempé pour l'emboutissage profond. Les outils d'hydroformage sont conviviaux et ne nécessitent donc aucune expertise pour être installés.
Coût du processus
Au cours de ce processus de fabrication du métal, la manipulation de la conception est simplement réalisée par un changement de type de matériau et des changements de dimension d'épaisseur de paroi. Il n’en va pas de même pour l’emboutissage profond puisqu’un nouvel outil doit être créé pour une conception particulière. Cela réduit considérablement le coût du processus d’hydroformage.
Le coût opérationnel
Pour former une pièce particulière, l'emboutissage profond nécessite plusieurs cycles de presse. L'hydroformage, quant à lui, épouse la forme de la matrice en un seul cycle de presse. Cela conduit à une réduction du temps de pressage en hydroformage d'environ 65 %, contre 40 % en méthode d'emboutissage profond.
Coût de finition
Le diaphragme en caoutchouc dans la matrice femelle garantit une finition lisse de la pièce métallique formée, éliminant les processus secondaires comme le gaufrage. Cela réduit le coût du processus d’hydroformage. Cela n'est pas possible avec l'emboutissage profond qui laisse des rayures sur la surface qui doivent être éliminées davantage par des processus supplémentaires.
En conséquence, l’hydroformage est préféré dans la production de pièces aérospatiales ainsi que dans les applications médicales.
Une réduction supplémentaire des coûts est réalisée dans le processus d'hydroformage en raison de la structure d'outillage simple, du coût du matériau utilisé, du coût de la main d'œuvre d'installation bon marché, etc.
Matériaux adaptés au processus d'hydroformage
Le processus d'hydroformage utilise des métaux ductiles tels que l'aluminium, l'acier, le cuivre, le laiton, etc. Dans cette section, nous examinons de près pourquoi ils sont les matériaux préférés pour le processus d'hydroformage.
Aluminium: C'est un métal souple, léger et durable, facile à adapter à diverses formes de moules. Cela en fait l’un des métaux les plus utilisés dans de nombreuses industries.
Laiton: La fabrication du laiton est facile car elle est moins problématique et prend facilement la forme du moule avec une finition lisse.
Cuivre: Le cuivre est un métal malléable polyvalent en raison de ses autres caractéristiques telles que la conductivité électrique et thermique, la résistance à la corrosion, etc. Ses tubes et feuilles sont des composants largement utilisés dans diverses industries.
Inconel: Il s'agit d'un alliage spécial connu pour son excellente tolérance aux conditions extrêmes telles que la température, la pression ou la charge mécanique. Il est formé sur mesure en pièces qui peuvent être utilisées pour les pièces de moteur des engins aérospatiaux où les températures sont très élevées.
Acier inoxydable: Il s'agit d'un métal de haute qualité qui est populaire dans diverses industries en raison de ses propriétés recherchées. Il est connu pour sa résistance, sa durabilité, son absence de rouille, entre autres. Le matériau en acier inoxydable peut être fabriqué en pièces complexes sans se briser ni se fissurer.
D'autres matériaux utilisés à des fins spécifiques, appelés matériaux spéciaux, comprennent :
Hastelloy: Ce superalliage est fabriqué à partir d'une combinaison de nickel-chrome-fer-molybdène, ce qui le rend excellent pour les conditions extrêmement corrosives. Elle produit des pièces sans soudure adaptées à une utilisation dans les usines chimiques hautement corrosives, minimisant ainsi les risques de défaillance des pièces.
Waspaloy: Ce superalliage de nickel solide est suffisamment dur pour être utilisé dans la construction de turbines, l'aérospatiale, etc.
Applications du processus d'hydroformage
Vous pouvez fabriquer de nombreuses pièces et composants grâce au processus d’hydroformage. Pratiquement toutes les industries ont bénéficié de cette technique de fabrication de tôle.
Voici quelques exemples :
| Industrie | Exemples de pièces |
| Industrie automobile | · Hottes · Panneaux · Pièces de frein, · Boucliers moteur · Réservoirs de gaz · Capots de capteur, etc. |
| L'industrie de la santé | · Couvercles de poubelle · Matériel chirurgical · Plateaux de stérilisation des instruments, etc. |
| Industrie alimentaire | · Plateaux · Presse-agrumes · Clads, etc. |
| Industrie de la défense | · Logement d'avion · Capots moteur · Équipements de protection, etc. |
| Industrie de l'éclairage | · Boîtier léger · Coffrets électriques |
Conclusion
En conclusion, le processus d’hydroformage est une méthode avancée de façonnage des métaux qui peut être utilisée dans diverses industries manufacturières. C’est évidemment moins cher et plus efficace que les techniques traditionnelles de fabrication du métal.
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