Cintreuse de tubes - Guide des matériaux

Les tubes fabriqués à partir de divers métaux peuvent être cintrés. Cependant, les différents matériaux des tuyaux ont des propriétés physiques différentes qui influencent le cintrage. Par exemple, le cuivre est malléable et prêt à être plié à température ambiante, alors que l'acier inoxydable nécessite un effort beaucoup plus important pour être plié. Le matériau du tube influe non seulement sur la facilité de cintrage, mais aussi sur la facilité avec laquelle le tube prendra la forme souhaitée ou sera endommagé au cours du processus de cintrage. Cet article examine de plus près les matériaux courants des tuyaux et leur aptitude au cintrage.

Matériaux utilisés pour le cintrage des tuyaux

Les tubes qui se prêtent le mieux au cintrage sont généralement fabriqués dans les matériaux suivants :

• Cuivre
• Aluminum
• Fer
• Alliages (mélange d'un métal avec un autre métal ou un non-métal)
• Plastique
• Bois

Le processus de cintrage des tuyaux utilise des outils appelés cintreuses. La densité et la gravité de chaque matériau varient. De plus, les matériaux sont disponibles en différentes qualités avec des propriétés de flexion différentes qui dépendent de la composition chimique du matériau.

Propriétés de flexion des métaux et alliages

La principale propriété d'un matériau sélectionné pour le cintrage est sa malléabilité. La malléabilité est la capacité de déformer un matériau de façon permanente sans le casser ou le fissurer. Le cintrage à froid d'un tuyau est idéal pour obtenir les meilleurs résultats, car il ne provoque pas de fractures dans le tuyau. Toutefois, en l'absence d'outils de cintrage (par exemple, les cintreuses électriques et les cintreuses hydrauliques) capables de produire une force suffisante pour plier à froid des métaux moins malléables (par exemple, l'acier inoxydable), ces métaux sont souvent chauffés pour obtenir les effets souhaités.

Acier au carbone

Le terme acier au carbone est souvent utilisé pour désigner l'acier qui n'est pas inoxydable, et c'est l'un des matériaux les plus couramment pliés. Il s'agit d'un composant solide et fiable pour la construction (figure 2) et les applications OEM (original equipment manufacturer). L'acier au carbone est disponible en différentes qualités, offrant diverses options en matière d'usinage, de cintrage et de résistance à l'usure. Il s'agit également d'une option durable et recyclable qui réduit l'empreinte carbone globale.

L'acier doux et l'acier à ressorts sont deux catégories d'acier au carbone adaptées au cintrage des tuyaux.

• Acier doux : L'acier doux est un terme commercial qui désigne un acier à faible teneur en carbone. Il contient entre 0,04 et 0,3 % de carbone et est donc plus malléable et ductile. La ductilité diminue lorsque le pourcentage de carbone dans l'acier augmente.
• Acier à ressort : L'acier à ressort est un acier à haute teneur en carbone, ce qui signifie qu'il contient jusqu'à 1 % de carbone. Il est donc plus fragile et doit être chauffé avant d'être plié. Après refroidissement, l'acier à ressort peut être réchauffé pour une mise en forme ultérieure. La limite d'élasticité élevée de l'acier à ressorts le rend approprié pour les ressorts et les fils à haute résistance.

Acier allié

Les deux alliages d'acier les plus courants sont l'AISI 1018 et l'AISI 4140. Les deux derniers chiffres de chaque numéro indiquent le pourcentage de carbone dans l'alliage : Le 1018 contient 0,18 % de carbone et le 4140 0,40 %. Cela signifie que le 1018 est un acier doux et que le 4140 est un acier au carbone de qualité moyenne. L'AISI 1080 peut être plié à froid et l'AISI 4140 doit être traité thermiquement avant d'être plié. Les aciers alliés sont couramment pliés pour créer des crochets et des anneaux de levage, des barres d'appui et des boulons en U (figure 3).

Acier inoxydable

Les différentes qualités d'acier inoxydable ont une teneur en carbone allant de faible à élevée (environ 1 % de teneur en carbone), mais se distinguent de l'acier au carbone par leur teneur élevée en chrome (au moins 10,5 %). C'est cette teneur élevée en chrome qui protège l'acier inoxydable de la corrosion et de la rouille.

Parmi les différents types d'acier inoxydable, la série 300, et plus particulièrement l'acier inoxydable 304, est la plus utilisée pour le cintrage en raison de sa ductilité. Cependant, à des diamètres importants, l'acier inoxydable est très difficile à plier manuellement. Dans ce cas, on utilise généralement une machine à cintrer à mandrin. Le traitement thermique avant le pliage améliore la ductilité, mais si l'acier inoxydable n'est pas trempé assez rapidement, il durcira excessivement.

Les ateliers de cintrage traitent souvent de l'acier ou de l'acier inoxydable pour le cintrage et le pliage sous forme de tôle. L'acier inoxydable doit présenter un degré de pureté élevé et ce matériau est couramment utilisé dans les technologies de l'alimentation et de l'eau.

Aluminum

L'aluminium est léger et le matériau nécessite des compétences et des procédés de formage spécialisés afin d'éviter les fissures. Cependant, les propriétés de flexion varient en fonction des différentes qualités d'aluminium utilisées.

Aluminium 6061

Ce matériau est difficile à plier et les fissures sont assez fréquentes. Le pliage à froid affaiblit toujours le matériau. Un cintrage correct peut être réalisé en chauffant d'abord l'aluminium.

Aluminium 3003

L'aluminium 3003 est le meilleur pour le cintrage en raison de sa résistance moyenne et de son allongement élevé. Il peut être plié à froid et présente une grande différence entre la résistance à la traction et la limite d'élasticité. Cela signifie qu'il peut être déformé de façon permanente, c'est-à-dire plié, dans une large mesure avant de se rompre.

Aluminium 5052

L'aluminium 5052 se plie presque aussi bien que l'aluminium 3003, mais son allongement est légèrement inférieur. Cependant, lorsqu'il est chauffé, sa formalité est supérieure à celle de l'aluminium 3003. L'aluminium est couramment utilisé dans les réservoirs de transport et de stockage.

Cuivre

En raison de sa structure cristalline, le cuivre est très malléable et facile à plier. Il est également durable et rentable, et possède des propriétés anticorrosion. Ce matériau est largement utilisé dans les barres de bus, les tuyauteries et les garde-corps. Pour en savoir plus, consultez notre article sur le cintrage des tuyaux en cuivre.

Laiton et bronze

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, tandis que le bronze est un alliage de cuivre et d'étain. Plus la concentration de zinc dans le laiton est élevée, moins le matériau est malléable. Ce n'est pas un problème pour les processus de pliage simples, mais il peut être nécessaire de chauffer le matériau pour les applications de pliage complexes. Le bronze est cependant beaucoup moins ductile que le laiton. Par ailleurs, le bronze étant très fragile, le fait de le chauffer ne réduit pas significativement le risque de le fissurer lors du cintrage.

Titanium

Le titane est un matériau extrêmement résistant qui peut briser les outils de pliage. Il présente un faible allongement uniforme, de sorte que pour éviter les fissures, il convient d'utiliser un rayon de courbure interne plus important que pour les autres tuyaux métalliques. Le titane a un faible module d'élasticité, ce qui signifie qu'il ne se plie pas facilement. C'est pourquoi un tuyau en titane doit être considérablement surcourbé afin qu'il reprenne la forme souhaitée. Le titane présente une grande formabilité, une résistance à la corrosion et un rapport résistance/poids élevé. Le titane est couramment utilisé pour les équipements médicaux, les articles de sport et les industries de transformation.

Plastique

Le plastique est susceptible de s'abîmer assez facilement ; c'est pourquoi des outils spécifiques sont utilisés pour cintrer les tuyaux en plastique. Le plastique étant dépourvu de grain, des dispositifs spécifiques sont utilisés pour le ramollir et le rendre prêt à être plié. Tout d'abord, les meules de polissage sont utilisées pour polir le plastique, ce qui rend le matériau souple. Le plastique est ensuite chauffé pour créer des courbes.

Bois

Le bois est généralement plié à des fins diverses, comme la construction d'un bateau ou la fabrication de meubles. Le bois est d'abord étuvé pour le lier sous de multiples formes, ce qui le rend souple. Le bois ramolli est ensuite courbé à l'aide de moules.