Le guide ultime de la conception et de la fabrication des supports en tôle

Qu'est-ce qu'un support en tôle ?

Les supports en tôle sont largement utilisés dans diverses industries, de l'automobile à l'aérospatiale en passant par la construction. Ces supports sont utilisés pour soutenir, fixer ou relier d'autres pièces au sein d'un système ou d'une structure. On les trouve dans tous les domaines, des machines à l'électronique, où la stabilité et la solidité sont primordiales.

Ces supports peuvent être produits par moulage ou par usinage CNC, entre autres méthodes. Toutefois, la fabrication de tôles est la méthode la plus courante et la plus pratique parmi tous les types de fabrication. En effet, elle permet de produire plus facilement des supports de formes, de tailles et de matériaux différents, grâce à une personnalisation précise et à un coût moindre. La tôle est durable et facile à travailler, ce qui rend les supports à la fois solides et suffisamment polyvalents pour de nombreuses applications.

Comment les supports en tôle sont-ils fabriqués ?

La fabrication de supports en tôle à partir de tôle brute fait appel à plusieurs procédés.

Découpage: La découpe est la première étape, au cours de laquelle la tôle est dimensionnée pour s'adapter à la conception du support. Cette opération est généralement réalisée par découpe laser ou par une poinçonneuse à commande numérique. La découpe au laser est plus précise et produit des bords lisses qui sont importants pour les processus suivants.

Pliage: Après avoir découpé le métal, on le plie pour lui donner la forme voulue. Une presse plieuse est généralement utilisée pour cette étape. La tôle est placée entre deux outils, puis une pression est exercée pour réaliser les pliages sur la tôle.

Soudage et assemblage: Certains supports sont conçus de telle sorte qu'ils doivent être soudés afin d'assembler plusieurs pièces. Par exemple, les supports à gousset peuvent nécessiter une soudure pour garantir que plusieurs pièces sont bien reliées et fixées. Ce processus permet à l'équerre d'avoir la résistance et la durabilité nécessaires à l'utilisation prévue. Dans certains cas, des vis ou des boulons peuvent être utilisés à la place du soudage pour faciliter le démontage de la structure.

Finition: Le dernier processus est la finition de la surface. Il peut s'agir d'un revêtement par poudre, d'un placage ou d'un simple polissage de la surface pour éliminer les arêtes vives. Les principaux objectifs du processus de finition sont l'esthétique et l'anticorrosion. Cette étape est particulièrement cruciale pour les supports destinés à être utilisés à l'extérieur ou dans des environnements très humides.

Types de supports en tôle

Il existe plusieurs types de supports couramment utilisés, chacun convenant à des applications spécifiques. Voici quelques-uns des types de supports les plus courants :

Supports en L

Les équerres en L ont la forme de la lettre "L" et sont principalement utilisées pour les supports à angle droit. Elles sont parfaites pour assembler deux pièces à 90 degrés et peuvent être utilisées pour des supports d'angle, des supports d'étagères ou tout autre matériel de montage. Les équerres en L existent en différentes tailles et ces équerres peuvent supporter différents poids en fonction du matériau et de l'épaisseur des équerres.

Supports en U

Les supports en U sont conçus pour avoir une structure en forme de "U" qui entoure l'objet à soutenir. Elles offrent une prise plus sûre que les supports en L et sont idéales pour fixer des tuyaux, des câbles ou des poutres, entre autres. Les supports en U sont utilisés de préférence lorsqu'un soutien plus important est nécessaire et que le support doit entourer l'objet à monter.

Supports en Z

Les supports en Z ont la forme de la lettre "Z" et sont utilisés dans les cas où un renforcement plus important est nécessaire. Elles sont principalement utilisées pour fixer des équipements ou des structures lourdes. La forme en Z permet également de répartir uniformément le poids et d'accroître la stabilité des pièces qui y sont montées.

Supports de gousset

Les goussets sont utilisés pour renforcer les joints et les connexions. Ils sont principalement utilisés dans la construction de cadres métalliques ou dans les machines pour renforcer les poutres de soutien. La conception du gousset peut être simple ou complexe et il joue le rôle de répartition de la charge et de défaillance dans les zones de forte contrainte.

Supports réglables

Les supports réglables sont conçus pour être repositionnés ou inclinés selon les besoins. Elles sont utilisées dans les endroits où des changements constants sont effectués, par exemple lors du montage de luminaires ou d'étagères réglables. Ces supports sont flexibles et en même temps solides et soutenus.

Autres supports spécialisés

Les supports spécialisés sont conçus pour un usage particulier, par exemple des formes géométriques ou des conditions difficiles pour les supports. Il peut s'agir d'équerres destinées à des températures élevées, à des conditions corrosives ou dangereuses. Les supports spéciaux sont utilisés dans l'aérospatiale, l'armée et l'industrie chimique, car ils sont généralement fabriqués sur commande.

Matériaux utilisés dans la conception des supports en tôle

Le choix du matériau est très important pour déterminer l'efficacité et la longévité des supports. Voici quelques-uns des matériaux les plus utilisés dans la production d'équerres en tôle :

Acier

L'acier est un matériau couramment utilisé dans la fabrication de divers types de supports en tôle. Il offre une grande résistance à la traction et est très durable, ce qui permet de l'utiliser à des fins structurelles. L'acier laminé à froid est particulièrement apprécié car il présente une bonne planéité et un bon état de surface, ce qui est idéal pour la fabrication.

Acier inoxydable

L'acier inoxydable est très apprécié pour sa capacité à résister à la corrosion. Il convient aux supports qui doivent être utilisés dans des zones susceptibles d'être exposées à l'eau ou à d'autres produits chimiques. Les supports en acier inoxydable sont couramment utilisés dans les industries agroalimentaires ou dans la fabrication d'équipements de plein air.

Aluminium

L'aluminium est un métal léger qui ne se corrode pas facilement et se façonne aisément, ce qui le rend idéal pour un usage léger. Il est également utilisé pour les supports dans les secteurs de l'automobile ou de l'aérospatiale, où le poids est un facteur important. Les supports en aluminium peuvent également être anodisés pour améliorer la finition de leur surface.

Laiton

Le laiton est utilisé pour ses propriétés anticorrosives et son aspect agréable, en particulier dans les pièces ornementales. Il est utilisé pour les supports dans la conception de meubles, en particulier lorsque la durabilité et l'élégance sont requises.

Titane et autres matériaux avancés

Le titane est utilisé dans des applications plus spécifiques qui exigent un rapport résistance/poids élevé et une résistance à la corrosion, comme dans les domaines de l'aviation et de la médecine. D'autres matériaux, par exemple les composites, peuvent être utilisés à des fins spéciales lorsque le matériau doit présenter certaines propriétés, telles qu'une conductivité thermique ou électrique élevée.

Considérations relatives à la conception des supports en tôle

Pour concevoir des supports en tôle, il faut tenir compte de plusieurs facteurs afin de garantir leur fonctionnalité et leur longévité. Ces facteurs sont les suivants :

Résistance des matériaux

La résistance des matériaux est un facteur clé dans la conception des supports en tôle. Le matériau doit supporter la charge attendue sans se rompre. La résistance à la traction indique la force de traction à laquelle le matériau peut résister, tandis que la limite d'élasticité indique le moment où il commence à se déformer. La résistance à la fatigue est cruciale pour les supports soumis à des contraintes constantes. Il est également important de tenir compte des facteurs environnementaux : les matériaux tels que l'acier inoxydable ou le titane offrent une meilleure résistance à la corrosion dans des conditions humides. En choisissant le bon matériau, vous vous assurez que votre bracket est performant et durable. Vous trouverez ci-dessous une comparaison des propriétés des métaux couramment utilisés dans la fabrication de bracelets en tôle :

Pour s'assurer qu'une console peut supporter sa charge en toute sécurité, les ingénieurs utilisent un facteur de sécurité (FS). Ce facteur est calculé comme suit :

Un facteur de sécurité plus élevé réduit le risque de défaillance. Pour les applications standard, 1,5 à 2 est courante. Dans les applications critiques telles que l'aérospatiale ou les supports structurels, 2,5 à 3 est recommandé. Choisissez toujours un facteur basé sur les variations de charge et les propriétés du matériau.

Epaisseur du matériau

L'épaisseur de la tôle utilisée dans le support détermine la résistance et la rigidité du support. Les matériaux minces sont flexibles et faciles à façonner et à découper, mais ils ne sont pas idéaux pour les applications où de lourdes charges sont attendues. En revanche, les matériaux plus épais sont plus rigides et offrent une plus grande résistance, mais ils sont difficiles à travailler et peuvent entraîner des coûts plus élevés.

L'épaisseur influe également sur la façon dont le matériau se plie. Les tôles plus épaisses peuvent nécessiter des rayons de courbure plus importants, que nous aborderons plus loin dans cet article. Dans certains cas, une épaisseur excessive peut entraîner une concentration de contraintes au niveau des trous de boulons, ce qui peut provoquer des fissures.

Pour les conceptions nécessitant de la solidité sans ajouter d'épaisseur, envisagez d'utiliser des structures telles que l'emboutissage nervuré ou des conceptions en nid d'abeille pour renforcer le support tout en le gardant léger. Des variations progressives de l'épaisseur, telles que des conceptions coniques ou à brides, peuvent également améliorer les performances sans ajouter de poids.

Rayon de courbure

Rayons de courbure sont la courbure du métal aux points de pliage. Ils sont très importants dans la conception des supports en tôle car ils déterminent la résistance du produit final. Un grand rayon est moins susceptible de provoquer des fissures dans le matériau, tandis qu'un petit rayon peut provoquer des angles aigus qui compromettent le support. Le rayon de courbure minimal est déterminé par l'épaisseur et le type de matériau à plier. En règle générale, le rayon minimum doit être au moins égal à l'épaisseur du matériau multipliée par un facteur de 1,5 à 2. Un rayon de courbure adéquat permet d'éviter tout défaut structurel susceptible de compromettre la solidité du support.

Angles de courbure

Les angles de courbure sont directement liés à la résistance et à l'ajustement d'un support. Les angles de 90 degrés sont les plus courants, mais d'autres angles peuvent être nécessaires en fonction de la répartition de la charge et de l'assemblage. Un angle aigu peut provoquer des points de tension et donc une défaillance, tandis qu'un angle large permet de mieux répartir la force. L'épaisseur et le type de matériau déterminent également l'importance du retour élastique après le pliage, ce qui peut nécessiter quelques ajustements pour obtenir le bon angle. La constance est essentielle pour garantir des pliages précis et solides.

Options de finition de surface

Les finitions de surface n'améliorent pas seulement l'aspect du support, mais aussi ses performances. Le choix de la finition appropriée en fonction des conditions environnementales est crucial pour maximiser la durée de vie de la console. Voici six procédés courants de finition de surface pour les supports en tôle :

Revêtement par poudre: Une finition durable, résistante à la corrosion, appliquée par chargement électrostatique de la poudre et durcissement. Idéal pour les applications extérieures où la corrosion est un problème.

Placage (Zinc, Nickel ou Chrome) : Ce procédé consiste à recouvrir le support d'une fine couche de métal, comme le zinc ou le chrome, afin d'assurer une protection supplémentaire contre la rouille et l'usure.

Anodisation (pour l'aluminium) : Un procédé qui épaissit la couche d'oxyde sur l'aluminium, augmentant la résistance à la corrosion et offrant une finition mate. Il est idéal pour les applications dans les environnements humides ou corrosifs.

Galvanisation: Il s'agit de revêtir l'acier d'une couche de zinc pour le protéger contre la corrosion, souvent utilisé dans des applications extérieures ou industrielles lourdes.

Polissage: Cette méthode permet de lisser la surface jusqu'à ce qu'elle soit très brillante, ce qui améliore à la fois l'aspect et la facilité de nettoyage. Elle est couramment utilisée dans les supports où l'esthétique est importante.

Passivation: Ce procédé renforce la couche d'oxyde naturelle de l'acier inoxydable, augmentant ainsi sa résistance à la rouille et aux taches. Il est souvent utilisé dans les environnements alimentaires ou médicaux.

Chacune de ces finitions présente ses propres avantages en fonction de l'application. Si vous souhaitez en savoir plus sur les différents types de finitions, nous vous invitons à consulter notre site web. types de finitions de surface de la tôleConsultez ce guide détaillé.

Placement des trous et quantité

L'emplacement et le nombre de trous dans un support sont essentiels pour sa fonctionnalité. Ces trous sont généralement utilisés pour monter ou fixer le support à d'autres composants. La taille et l'espacement des trous doivent être soigneusement étudiés pour assurer une bonne répartition de la charge.

Proportions des brides

Les brides sont des bords prolongés de la patte qui permettent de la fixer à une surface ou à d'autres composants. Les proportions de ces brides affectent la stabilité du support. Des brides plus grandes permettent de répartir la charge plus uniformément, ce qui améliore la résistance.

Outils de conception essentiels pour le développement de supports en tôle

La conception de supports en tôle s'appuie sur des outils puissants qui améliorent la précision et l'efficacité des supports. Voici une liste d'outils de conception que les professionnels de l'ingénierie trouvent très utiles :

Logiciel de CAO: Les outils de dessin, y compris ceux d'entreprises telles que SolidWorks, AutoCAD et Fusion 360, sont utilisés pour créer des modèles 3D, donner la définition ainsi que la mise en forme sur le plan qui est privilégié par le processus de fabrication.

FEA (analyse par éléments finis): D'autres logiciels tels qu'ANSYS et Abaqus permettent de prédire comment le support se comportera sous l'effet d'une contrainte ou d'une charge, et la conception peut résister aux forces qui lui sont appliquées sans se rompre.

Logiciel de FAO: Mastercam et Fusion 360 CAM sont utilisés pour créer des trajectoires d'outils pour les machines CNC afin de convertir les conceptions CAO en processus de fabrication.

Outils d'analyse de la tolérance: Il existe des logiciels tels que TolAnalyst qui peuvent être utilisés par les ingénieurs pour identifier les problèmes de tolérance et confirmer que toutes les pièces s'adapteront et fonctionneront correctement ensemble.

Ils sont importants pour la mise au point de conceptions de supports en tôle qui soient à la fois précises et fonctionnelles. Ils permettent aux ingénieurs de réaliser des maquettes et d'expérimenter ou de modifier les conceptions afin de parvenir à la meilleure solution. D'autres outils sont également utilisés pour convertir les conceptions en produits tangibles, notamment les machines à commande numérique, les machines de découpe au laser, etc.

Conclusion

La conception de supports en tôle est un élément essentiel dans de nombreuses industries, de l'automobile à la construction et au-delà. La compréhension des matériaux, des processus de fabrication et des principales considérations en matière de conception permet de s'assurer que les supports remplissent efficacement leur fonction. En sélectionnant les bons matériaux et en utilisant les outils de conception appropriés, les ingénieurs peuvent créer des supports en tôle sur mesure qui répondent à des exigences fonctionnelles spécifiques, garantissant à la fois la durabilité et la fiabilité.

Comme la fabrication continue d'évoluer, il est important de se tenir au courant des nouvelles technologies de fabrication, des nouveaux matériaux et des nouvelles stratégies de conception afin de maintenir les normes élevées attendues des conceptions de supports en tôle.