Pliage complexe des pièces en tôle : planification basée sur le transfert inversé

Par l’auteur : Mark Hanks

Le pliage des pièces de tôle complexe nécessite la planification d’une série d’étapes pour optimiser la fabricabilité, éviter les collisions avec les outils et augmenter l’efficacité du procédé. Elle est présente dans la production de nombreux produits dans les secteurs domestique, automobile et aérospatiale, et même dans la construction et la réparation navale. Avec des techniques avancées de conception et de production, telles que les systèmes CAO et les freins à pression programmables CNC, la nécessité d’automatiser la planification du processus de pliage est devenue encore plus cruciale.

Introduction

Lorsqu’il s’agit de la flexion de composants complexes en tôle, la majeure partie du travail est réalisée par l’opérateur. Il incombe à l’ingénieur de choisir manuellement les outils appropriés et de concevoir la séquence de courbure pour chaque composant, ce qui est particulièrement contraignant pour les composants présentant un grand nombre de courbes et des géométries complexes. Les méthodes généralement utilisées sont de nature itérative et très inefficaces.

L’optimisation de la séquence de flexion des freins à pression CNC est un sujet important pour améliorer l’efficacité de production lors de la fabrication de composants complexes en tôle.

L’introduction des technologies modernes CAO/FAO et CNC a conduit au développement de puissants systèmes de simulation et de programmation de courbage. Ces systèmes automatisés de planification des processus de pliage de tôle peuvent réduire le temps de programmation manuelle et aider les fabricants à obtenir une bonne qualité de pliage.

tels que :

• Radan (Planit, Royaume-Uni) : calcul de procédés de tôle 3D et planification de séquences de courbure

• MBend (Metalix, Israël) : simulation de courbure et planification de procédés pour des pièces 3D complexes.

• DA-66S / DA-69S (Delem, Pays-Bas) : Intègre l’optimisation des séquences de flexion 3D dans les contrôleurs de freins à pression CNC.

La tâche fondamentale de la programmation de pliage est la planification des séquences. Pour un composant avec N se décurve, l’espace des suites théorique atteint N ! des possibilités. Parmi ces combinaisons, seules certaines séquences sont réalisables en raison de contraintes géométriques et de risques de collision.

Cet article présente un algorithme efficace de planification des processus basé sur le transfert inversé d’état. En appliquant un raisonnement rétro, l’algorithme réduit les tests de faisabilité de flexion inutiles, élimine les séquences invalides plus tôt et obtient toutes les séquences de flexion réalisables avec une efficacité de calcul améliorée.

Pourquoi le pliage complexe de la tôle nécessite une planification avancée des procédés

De nombreux facteurs influencent la flexion des tôles de grande complexité. Cela inclut la droiture, la précision des angles, le plan du processus de courbage, ainsi que le choix des outils, et le niveau de compétence de l’équipement et des opérateurs. Même avec l’utilisation d’équipements avancés et précis tels que le frein à pression, une mauvaise planification du procédé entraînera une production inefficace et des incohérences dans l’angle de flexion et les dimensions.

Ainsi, une planification avancée est essentielle dans la production de composants complexes en tôle afin d’affiner et d’optimiser chaque aspect du processus de courbage. Cela inclut le calcul du motif plat, la séquence de courbement, le choix des outils et la configuration des paramètres de courbe.

1. Précision dimensionnelle

La précision dimensionnelle des composants pliés est influencée par les paramètres de flexion ainsi que par la précision du cartolier arrière du frein à pression, la précision de la coupe en tôle et la précision du motif plat.

Dans l’ensemble, la précision de la découpe des machines de découpe et de poinçonnage au laser, ainsi que la précision du positionnement arrière des freins à pression CNC haut de gamme, répondent à la majorité des besoins de production. Cependant, la précision du motif plat est négligée lors de la production.

Lorsque les modèles en tôle sont dépliés, diverses méthodes de calcul, telles que le facteur K basé sur la norme DIN et la méthode à deux fois l’épaisseur du matériau, sont employées. Ces méthodes traitent principalement de l’angle de flexion, du type de matériau et de l’épaisseur de la feuille.

Néanmoins, les dimensions du motif plat dépendent non seulement des paramètres du matériau et du processus de courbage, mais aussi des outils de pliage. Le même matériau et la même épaisseur peuvent donner des dimensions développées différentes selon la structure des outils, les espaces ouverts des matrices en V et les rayons de flexion.

Par conséquent, JS RAGOS a réalisé de nombreux tests pratiques de courbure et créé une base de données empirique de courbure à partir de données de production réelles. Cette base permet d’optimiser les calculs en motif plat, permet des dimensions développées plus précises et améliore la précision de fabrication des composants complexes en tôle.

2. Rectitude et cohérence angulaire

De fortes forces de formage lors de la flexion entraînent une déformation élastique de la table de travail et du rame de la machine à plier. Cette déflexion provoque des variations d’angle de flexion le long de la longueur de courbure, et est particulièrement marquée au point médian de flexion de la pièce.

Pour obtenir des angles de flexion uniformes tout au long de la longueur de courbe, la plupart des freins à pression utilisent un système de couronnement pour compenser la déviation de la table de travail et du bélin.

Les systèmes de couronnement sont utilisés pour obtenir de la précision et de la constance des angles. Si la structure globale du frein à pression est faible, le système devra très probablement compenser un manque de précision et de cohérence au détriment de la rectitude de la pièce.

Il est primordial d’avoir une structure solide de frein à pression dans la fabrication de composants complexes.

Les freins à pression JS RAGOS intègrent un système de pression et un système de table de travail de plus grande résistance et de conception robuste, qui améliorent la structure globale de la machine. Cela fait que le ram et la table de travail subissent beaucoup moins de déflexion sous la même charge de flexion. Ainsi, une petite quantité de couronnement permet d’atteindre une précision d’angle et une constance ainsi qu’une augmentation de la précision sur toute la longueur de la flexion.

3. Sélection et changement d’outil

La flexion des composants complexes en tôle est fortement influencée par le choix des outils appropriés.

Les outils supérieur et inférieur doivent être compatibles avec le matériau, l’épaisseur de la feuille, la longueur de flexion et la géométrie de la pièce. Utiliser des outils incorrects peut provoquer des collisions de flexion, des erreurs d’angle ou une déformation de la pièce.

En production réelle, l’installation rapide et le remplacement des outils sont bénéfiques.

L’industrie des freins à pression a créé une variété d’outils pour répondre aux nombreux besoins variés de l’industrie.

Die inférieur à ouverture ajustable CNC : Il s’agit d’un système sur les grands freins à pression qui permet d’ajuster automatiquement l’ouverture de la puce en V à l’épaisseur de la feuille. Ce système offre une plus grande flexibilité dans la production.

Système rotatif à double outil : Ce système permet de changer rapidement deux outils supérieurs, chacun avec un profil différent, grâce à un mécanisme oscillant ou rotatif.

Système d’outils supérieurs segmentés : Ce système se compose d’un porte-outil fixé en permanence à la machine, avec des segments d’outil pouvant être sélectionnés pour avoir différents profils et différents rayons. Ce système améliore l’efficacité des changements en éliminant le remplacement du porte-outil.

• Planification de séquences de courbure

La séquence de courbure est d’une grande importance dans le traitement de pièces complexes en tôle.

Les freins à pression CNC contemporains ont la capacité d’utiliser des systèmes de contrôle tels que le Delem DA66S et DA69, ESA S875, et d’autres, pour effectuer une programmation et simulation 3Dns. Après l’importation du modèle de pièce, ces systèmes peuvent automatiquement construire et optimiser la séquence de courbe.

Les contrôles Delem DA53Tx et DA58Tx proposent également une programmation 2D. Ces avancées réduisent considérablement le temps nécessaire à la programmation manuelle et améliorent la précision, la stabilité et l’efficacité de la production de pièces avec un haut niveau de complexité.

Systèmes avancés de freinage à pression CNC pour composants complexes en tôle

Les systèmes de freinage à pression conventionnels, ainsi qu’une certaine compétence et expérience de l’opérateur, ne suffisent plus à satisfaire les exigences de la production moderne, à haute précision et haute efficacité, de composants complexes en tôle.

Les freins à pression CNC de nouvelle génération permettent de combiner des commandes avancées, l’automatisation, une hydraulique de haute précision et des systèmes avancés d’outils et de composants d’usure. En conséquence, des avancées significatives en matière de précision de pliage, d’efficacité, de répétabilité et de stabilité des procédés de production sont réalisées pour les composants complexes en tôle.

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Comment les freins à pression CNC améliorent la production complexe de tôle

Les exigences modernes pour la production de pièces complexes en tôle exigent une précision et une efficacité supérieures que les équipements de pliage traditionnels et les compétences de l’opérateur ne peuvent offrir. Les freins à pression CNC (contrôle numérique informatique) modernes utilisent des systèmes CNC de pointe et combinent des commandes hydrauliques, l’optimisation des ensembles d’outils et diverses techniques d’automatisation pour améliorer la précision, l’efficacité et la stabilité globale dans la production de composants complexes en tôle.

1. Le système de contrôle CNC avancé améliore l’efficacité de la programmation

Lorsqu’il s’agit de produire des tôles tordues complexes, un système CNC avancé joue un rôle essentiel.

Les freins à pression CNC haut de gamme contiennent souvent des systèmes dédiés de contrôle de courbe, tels que :

- Delem DA66S et DA69S

- ESA S875

- Cybelec CT12 et VP88

Ces systèmes offrent des graphismes 2D et 3D en plus de la capacité de simulations de courbure et de calculs automatiques pour les séquences de courbe. Ces systèmes permettent aux opérateurs d’identifier les problèmes pouvant survenir en production, tels que :

- La pertinence de la séquence de courbure

- Si la pièce va interférer avec l’outil

- Si la pièce obstrue le backgauge

Le logiciel CNC permet de simuler et d’optimiser le processus, ce qui peut grandement réduire le nombre de courbes d’essai nécessaires. Le logiciel fournit des instructions de courbage, qui aident à augmenter la précision de la programmation et à réduire le temps de programmation, augmentant ainsi l’efficacité globale de production pour des pièces complexes en tôle.

2. Un bon choix d’outil réduit les opérations de flexion

Lors de la fabrication de pièces complexes, il est impératif de choisir les bons outils de pliage.

Un exemple des limites d’une méthode de formage impliquant plusieurs étapes de flexion combinées à un poinçonne à angle vif est si vous devez créer une pièce à profil courbé. En plus des difficultés qui peuvent survenir pour maintenir une courbure et une précision constantes du profil, cette méthode est également très inefficace en raison du grand nombre d’étapes de flexion requises.

Si un poinçon de rayon, tel qu’un poinçon R10, R20 ou R30, est utilisé, le rayon peut être créé de manière plus efficace grâce à la forte réduction du nombre d’étapes de flexion requises.

Pour les pièces aux profils complexes, des outils de formage sur mesure peuvent être utilisés pour obtenir le profil en une seule étape de courbage, ce qui réduit également considérablement le temps nécessaire pour traiter la pièce.

Dans la fabrication complexe de tôles, le choix de l’outil influence fortement non seulement la précision de la courbure mais aussi l’efficacité globale du procédé de fabrication.

3. Mesure d’angle en temps réel et compensation automatique d’angle

Pour les pièces en tôle à géométrie complexe, obtenir une cohérence dans les angles de flexion pendant la production pose problème en raison de la nature imprévisible du comportement du matériau et du recul.

Un frein à pression CNC équipé d’un système de mesure en temps réel de l’angle de flexion est capable de reconnaître l’angle de flexion qui s’est produit et de corriger automatiquement ce courbe.

 

Détection de collision dans le pliage automatisé de tôle

Une opération complexe de pliage de tôle se compose de deux étapes essentielles : le positionnement et le pliage.

Lors du positionnement, la pièce est alignée avec la ligne centrale de la surface inférieure de l’outillage (Figure 1a). Lors du courbage, l’outillage supérieur descend et forme la feuille le long de la ligne de courbure pour obtenir l’angle requis (Figure 1b).

b Courbure

Figure 1 : Schéma du processus de flexion (a) positionnement (b) courbure

Pour une pièce à quatre courbes (B1–B4), la pièce contient cinq faces plates (F1–F5). La détection de collision doit évaluer les interférences possibles entre la tôle, l’outillage supérieur, l’outillage inférieur, les pinces et le calibre arrière lors des phases de positionnement et de courbissement.

Ce n’est que lorsqu’une opération de courbure passe les deux contrôles de collision qu’elle peut être considérée comme réalisable. Par conséquent, une séquence complète de courbure n’est réalisable que lorsque chaque courbure individuelle satisfait l’exigence de faisabilité.

Comparaison des méthodes de transfert avant vs inverse

 

Les méthodes d’optimisation conventionnelles, telles que les algorithmes génétiques, traitent chaque séquence de courbure indépendamment dans le grand N ! Espace de solution. Cela entraîne des calculs répétés et une réutilisation limitée des informations précédemment obtenues.

La méthode basée sur l’état proposée représente les opérations de flexion comme des états de processus transférables. Chaque État enregistre les informations de faisabilité de la flexion et fournit des connaissances de référence pour les calculs ultérieurs.

Définitions des États

Pour une partie avec N positions de flexion :

• N grands états (BS) : représentent les phases progressives de flexion.

• N petits états (SS) : Représentent les positions de flexion possibles au sein de chaque étage.

Le système complet contient N² états, notés par

BSiSSj

Où i est le paramètre quantitatif de l’étage de flexion et j est le paramètre de la position de flexion sélectionnée.

Chaque état conserve les résultats des tests de collision et fournit ainsi une base de connaissances réutilisable.

Mécanismes de transfert

Le mécanisme de transfert d’état inversé suit trois principes :

1. Les grands états transfèrent l’information selon la séquence de courbure.
2. Les petits États au sein d’un même grand État restent indépendants.
3. Les petits états identiques entre grands États adjacents ne transfèrent pas directement l’information.

L’algorithme récupère les données de faisabilité de l’état précédent et les combine avec les données existantes de position de flexion avant de calculer un nouvel état. Cette information construit une matrice de transfert d’état N × N. Dans cette matrice, les lignes sont des états BS et les colonnes des états SS.

Figure 2 : Exemple de partie avec 4 courbes.

Figure 3 : Matrice de transfert d’état inversé (4×4)

Exemple - Partie à quatre courbes

Pour illustrer le processus de transfert d’état inverse, une pièce avec quatre courbes est utilisée. Chaque position de flexion est numérotée comme illustré à la Figure 2, et la matrice de transfert inverse correspondante est représentée à la Figure 3.

Grand État initial (BS₄)

Le calcul inverse commence à partir de l’étage final de courbure, BS₄. Comme aucune information d’état préalable n’existe, chaque position SS doit être testée indépendamment.

Les positions BS₄SS₁ et BS₄SS₄ génèrent des collisions avec des outillages (Figures 4a et 4d), tandis que BS₄SS₂ et BS₄SS₃ dépassent la détection de collision (Figures 4b et 4c).

Les données de faisabilité stockées dans BS₄ deviennent :

• BS₄SS₂ : {[2]}

• BS₄SS₃ : {[3]}

Figure 4 : Essais de faisabilité BS₄ pour la flexion (a)-(d)

Grands États ultérieurs

Après le calcul de BS₄, les données de faisabilité précédentes sont transférées à rebours vers BS₃, BS₂ et BS₁.

Pour chaque état BSiSSj, l’algorithme :

1. Récupère des ensembles de flexion réalisables à partir de BS(i 1).
2. Combine les informations de séquence précédentes avec la position actuelle.
3. Effectue des essais de collision uniquement sur les candidats nécessaires.
4. Stocke les séquences validées comme nouvelles données de faisabilité.

Figure 5 : Matrice finale de transfert d’état inverse

Par exemple, BS₃SS₁ obtient l’ensemble de test :

{[1,2], [1,3]}

La séquence [3,4,1,2] passe la détection de collision, tandis que [2,4,1,3] échoue à cause des interférences (Figure 6a et Figure 6b). Par conséquent, BS₃SS₁ stocke :

{[1,2]}

De même :

• BS₃SS₂ : {[2,3]}

• BS₃SS₃ : {[3,2]}

• BS₃SS₄ : {[4,3]}

Pour les calculs BS₂, les combinaisons en double sont éliminées afin d’éviter des tests inutiles. Les données de faisabilité obtenues comprennent :

• BS₂SS₁ : {[1,2,3], [1,3,2]}

• BS₂SS₂ : {[2,4,3]}

• BS₂SS₃ : {[3,1,2]}

• BS₂SS₄ : {[4,2,3], [4,3,2]}

Figure 6 : Essais de faisabilité de la flexion dans les BS ultérieurs

Sélection de la direction de transfert de l’État

Dans la matrice de transfert d’état, les états SS restent indépendants car chaque position de flexion n’est traitée qu’une seule fois. La direction de transfert entre les états BS est déterminée par l’évolution géométrique du formage de la tôle.

Dans la fabrication physique, le pliage de la tôle progresse d’un blank plat jusqu’au composant formé finalement. Ce processus suit une direction naturelle vers l’avant de BS₁ vers BSn.

Cependant, dans un environnement logiciel, la transformation inverse — de la géométrie formée finale vers le blank plat — peut également être simulée. Cela permet le raisonnement rétrograde via le transfert d’état inverse de BSn vers BS₁.

La différence d’efficacité entre le transfert avant et arrière dépend principalement du moment où les états de flexion invalides sont éliminés.

Tableau 1 : Comparaison des caractéristiques de transfert direct et inverse

Aspect	Transfert en avant	Transfert inversé
État de départ	Blank plat	Partie entièrement formée
Niveau d’interférence initial	Low	Haut
Élimination invalide de l’État	Ça se produit plus tard	Ça se produit plus tôt
Propagation de l’expérience	Plus d’États invalides transférés	États invalides supprimés rapidement
Exigence globale du test	Supérieur	Baisser

Comparaison des directions de transfert d’État

Pour évaluer l’efficacité des différentes directions de transfert, une pièce en tôle avec huit courbes a été choisie comme modèle d’essai (Figure 7e).

Le tableau 1 présente les chiffres des tests de faisabilité de courbure et les résultats de réussite dans les États représentatifs. La figure 8 compare l’efficacité globale du calcul entre les méthodes de transfert avant et inverse.

Figure 7 : Partie d’essai avec 8 courbes

Tableau 2 : Comparaison des données des états clés entre transfert direct et inverse

État	BS₁	BS₂	BS₇	BS₈
Transfert en avant	Test : 8	Test : 56	Test : 2328	Test : 1120
	Passe : 8	Passe : 40	Passe : 11h20	Réussite : 540
Transfert inversé	Test : 540	Test : 840	Test : 28	Test : 8
	Réussite : 540	Réussite : 540	Passe : 14	Passe : 4

En mode transfert avant, l’état initial de blank plat contient moins de restrictions géométriques. Ainsi, presque toutes les opérations de flexion passent les tests de faisabilité dès le début. Cependant, à mesure que la forme devient plus complexe, des séquences invalides s’accumulent et continuent de se transférer à travers des états ultérieurs. À BS₈, un nombre significatif de séquences générées nécessitent encore un rejet.

En revanche, le transfert inverse commence à partir de la composante presque formée, où l’interférence géométrique est plus probable. Les positions de flexion invalides sont identifiées immédiatement dès la phase initiale du calcul. En conséquence, moins de séquences irréalisables sont transférées aux états suivants.

Cette différence est illustrée à la Figure 8. Les lignes pleines affichent les données totales accumulées de faisabilité avant validation. Les séquences de flexion valides confirmées sont représentées par des lignes pointillées. L’espace entre les deux courbes montre l’absence d’expériences de processus valides.

Le transfert direct génère un grand nombre d’états invalides et nécessite beaucoup plus de tests de collision. Le transfert inverse évite les états invalides tôt dans le processus et génère un ensemble plus restreint de tests, ce qui entraîne une meilleure efficacité globale de planification.

Figure 8 : Nombre de tests dans les modes de transfert avant et arrière

Conclusion

La détection des collisions pour la flexion des pièces en tôle nécessite de vérifier la séquence de chaque opération de flexion. Chaque opération de flexion est vérifiée en vérifiant si une collision se produit avec l’environnement environnant. La faisabilité de chaque opération de flexion est déterminée en vérifiant si l’opération peut être réalisée sans collision.

L’algorithme de transfert d’état inversé résout ce problème en utilisant le transfert rétro et le raisonnement pour valider le processus des différents états de flexion.

Le principal avantage de l’algorithme de transfert d’état inversé est :

• Réduction des coûts : les séquences de flexion invalides et les calculs inutiles pour la détection de collision sont supprimés.

• Séquences complètes : l’état final permet de déterminer toutes les séquences de flexion valides.

• Connaissance des états précédents : l’information de faisabilité d’un état est référencée dans les calculs des états suivants.

• Des processus de planification de différentes encadrances : la structure basée sur la matrice permet des composants ayant un nombre différent d’opérations de flexion.

Les tests de collision et l’application du transfert d’état inverse ont prouvé qu’ils augmentent l’efficacité et la précision de la planification de la flexion des composants complexes en tôle. L’algorithme propose une solution aux fabricants pour créer une séquence de flexion réalisable et permettant une optimisation supplémentaire en tenant compte de la production, des outils et des contraintes du processus de fabrication.

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FAQ

Q1 : Quelle est l’importance de la planification dans les séquences de courbure ?

La planification des séquences de courbure permet d’éviter les collisions et les itérations inutiles lors des essais de production. Cela améliore aussi la précision.

Q2 : Quelles difficultés sont présentées lors de la pliage complexe de la tôle ?

Les difficultés liées à la flexion complexe de la tôle incluent de grandes combinaisons de séquences, l’efficacité de la planification et les interférences d’outillage.

Q3 : Quel est l’impact du transfert d’état inversé sur la planification des séquences de courbure ?

Le transfert d’état inverse permet d’éliminer les séquences invalides, ce qui réduit les tests de faisabilité inutiles.

Q4 : Qu’est-ce qu’un test de faisabilité de courbure ?

Un test de faisabilité de flexion vérifie si un processus de flexion entraînerait une collision de la pièce, de l’outil ou des deux.

Q5 Comment le logiciel de frein à pression CNC optimise-t-il les séquences de flexion ?

Logiciel de frein à pression CNCpouvoirOptimiser les séquences de flexionpar l’analyse du dessin 3D des pièces et des outillages Formes StockéDans la bibliothèque d’outillageet simulant le potentiel Risques de collisionpendant le processus de pliage. Lorsque les clients choisissent des configurations à frein à pression, ils peuvent envisager d’adopter Systèmes CNC avancés, tels que Delem DA66S, DA69S, DA58TX, ESA S875 et Cybelec CT12/VP88Quel soutienProgrammation graphique 2D/3D,Importation 2D/3D,Simulation de courbe et calcul automatique de séquences de flexion.

Avant la production proprement dite, Les opérateurs peuvent vérifier les interférences potentielles entre la pièce, l’outillage et le calibre arrièrePosition TSimulation 3D à traverspour générerLa séquence de flexion la plus efficaceà Accélérer la programmation, réduire le temps de flexion manuelle lors des essais et améliorer la stabilité et la constance de la production lors de la fabrication de composants complexes en tôle.