Cintrage avec mandrin vs sans mandrin : lequel élimine les plis internes ?

Les rides internes peuvent constituer un véritable problème lors du pliage de tubes. Elles nuisent à l’apparence de la pièce finie et réduisent l’épaisseur de la paroi du tube, tout en créant des rétrécissements dans les conduites fluides. Pour contourner ce problème, deux techniques couramment utilisées permettent de résoudre les rides internes dans les tubes : le pliage avec mandrin et le pliage sans mandrin. Bien que chacune ait ses applications spécifiques, leur efficacité respective pour prévenir les rides sur le rayon intérieur diffère considérablement. Dans cet article, nous examinons chaque méthode afin de déterminer, une fois pour toutes, celle qui élimine réellement les rides internes.

Comprendre pourquoi les rides internes se forment

En effet, lorsqu’un tube est cintré, la paroi extérieure doit s’étirer tandis que la paroi intérieure doit se comprimer. Les parois minces de nombreux tubes, ou les tubes cintrés avec un rayon trop faible, ne peuvent pas offrir une résistance suffisante aux forces de compression, ce qui entraîne un flambage et un repliement de la paroi intérieure. Ce flambage est à l’origine des plis. Des parois plus minces, des cintrages serrés et des matériaux tels que l’acier inoxydable (naturellement très dur) aggravent ce phénomène. Toute solution à ce problème doit soit soutenir la paroi intérieure du tube, soit permettre de modifier la force de compression. Voici deux techniques qui abordent cette question sous deux angles différents.

Cintrage sans mandrin : simplicité avec limitations

Il existe diverses techniques de cintrage sans utilisation de support interne, la plus simple étant le cintrage à vide ou sans mandrin. Dans ce type de cintrage, le tube est plié à l’aide uniquement du moule de cintrage, du moule de serrage et du moule de poussée (ou parfois du moule d’essuyage). Aucun élément n’entre dans le tube. Cette méthode fonctionne très bien pour les tubes à paroi épaisse, pliés selon un rayon raisonnable. Un tube dont l’épaisseur de paroi est de 2,5 mm et dont le rayon de cintrage est de 3D se plie parfaitement sans mandrin. Le moule de poussée, qui pousse le tube vers l’avant, combiné au moule de cintrage en rotation, crée une tension sur la surface extérieure, ce qui force le matériau à s’effondrer vers l’intérieur afin de résister à ces forces. Toutefois, dès lors que l’épaisseur de paroi intérieure est inférieure à 1,5 mm et que le rayon de cintrage intérieur dépasse 2D, il est impossible d’éviter totalement des rides internes, car rien ne maintient le tube rond à l’intérieur. L’avantage principal du cintrage sans mandrin réside dans sa rapidité et dans le fait qu’il nécessite beaucoup moins d’outillages que le cintrage avec mandrin ; le compromis est qu’il ne constitue pas réellement une solution contre les rides internes.

Pliage sur mandrin : support interne pour des résultats sans plis

Le cintrage avec mandrin est utilisé dans ce procédé et implique l’insertion d’un mandrin dans le tube. Généralement constitué d’une tige pleine comportant une ou plusieurs billes articulées, le mandrin soutient la paroi interne précisément au point où s’exerce la compression. Lorsque le tube est cintré, la paroi interne est simplement empêchée de s’effondrer vers l’intérieur par le mandrin. Les billes elles-mêmes sont articulées afin que, lorsqu’elles sont tirées à travers le tube pendant que celui-ci se courbe, elles puissent toutes s’adapter aux courbures formées par la paroi du tube. Il s’agit, de loin, de la méthode la plus efficace pour résoudre des problèmes tels que les tubes à paroi mince, les cintrages à faible rayon et les matériaux difficiles à travailler, comme l’acier inoxydable. Pour le même scénario décrit dans la section précédente (tube en acier inoxydable de 25 mm de diamètre, épaisseur de paroi de 1,2 mm, cintrage de rayon 1,8D), un mandrin articulé à deux billes ne provoquera absolument aucun froissement sur des milliers de tubes. Comme on peut le voir sur les schémas joints, l’amélioration par rapport au cintrage sans mandrin est extrêmement marquée. Les principaux inconvénients du cintrage avec mandrin sont les suivants : le coût des outillages est nettement plus élevé, il peut être très long pour les petites séries, et tous les éléments nécessitent un lubrifiant afin d’éviter le phénomène d’« arrachement » (galling) entre le tube en acier inoxydable et la surface du mandrin.

Comparaison des performances sur des applications réelles

Considérons une pièce automobile typique : un tube de 25 mm de diamètre, d’une épaisseur de paroi de 1,2 mm et d’un rayon de courbure axial de 1,8D. Lorsque l’on effectue la cintrage sans mandrin, un certain degré de plissage apparaît presque inévitablement sur la face intérieure ; environ 30 % de la pièce présente des plis. Selon la pièce concernée, ces plis peuvent être à peine visibles et n’ont pas d’incidence critique sur la fonctionnalité de la pièce, mais ils sont certainement peu esthétiques et peuvent restreindre l’écoulement du fluide. Si ce même tube est cintré à l’aide d’un mandrin à deux billes bien conçu, le problème est entièrement résolu, et des dizaines de milliers de tubes peuvent ainsi être cintrés sans aucun pli. Les composants médicaux présentent souvent une épaisseur de paroi d’environ 1 mm et sont cintrés selon le procédé au mandrin, car il s’agit tout simplement de la seule méthode réalisable permettant d’obtenir un résultat acceptable.

Quand le cintrage sans mandrin constitue le choix approprié

Cela dit, l'utilisation du cintrage sans mandrin est certainement justifiée lorsqu'on travaille avec des tubes à paroi très épaisse (2 mm ou plus) et un rayon de courbure généreux (3D ou plus), ou lorsque les délais et les coûts liés au prototypage sont plus importants que la finition. Il est fréquent d'observer que de petits fabricants peuvent se passer d'outillages à mandrin en calculant soigneusement le rayon de courbure en fonction de l'épaisseur de paroi pour des tubes très épais, et en évitant tout simplement de produire des tubes qui exigeraient l'utilisation d'un mandrin pour le rayon intérieur. Toutefois, si vos pièces présentent déjà des plis et que vous utilisez un cintrage sans mandrin, l'ajout d'un mandrin à votre dispositif constitue réellement la seule solution évidente.

Considérations pratiques relatives au cintrage à mandrin

Il est important de se rappeler que, dans le cas du cintrage avec mandrin, il faut utiliser le jeu de matrices approprié pour obtenir des résultats optimaux. Il est généralement admis qu’un écart maximal de 0,1 mm à 0,2 mm doit exister entre la paroi du tube et la surface interne de la matrice extérieure afin d’obtenir des résultats optimaux. En outre, la position des billes par rapport au point où le tube est tangent à la matrice de cintrage est cruciale : si elles sont placées trop en avant, le mandrin se coince dans le tube ; si elles sont placées trop en arrière, le tube s’effondre à nouveau. Les machines modernes de cintrage hydraulique à tubes à commande numérique par ordinateur (CNC) disposent d’un retrait programmé du mandrin, ce qui facilite le réglage.

Conclusion

Si vous souhaitez éliminer les plis internes — que vous soyez en train de cintrer un tube à paroi mince avec un rayon serré ou que l’apparence de la pièce soit critique — alors le cintrage avec mandrin est certainement le choix approprié. Le cintrage sans mandrin peut être utile dans certaines situations, mais ne résout pas en lui-même le problème fondamental. Toutes nos machines de cintrage de tubes chez Baorui sont conçues pour permettre les deux méthodes de cintrage. Le choix entre l’une ou l’autre dépend toujours de l’application spécifique, mais si vous recherchez des tubes exempts de plis, rien ne vaut le cintrage avec mandrin.