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Cintreuse CNC à matrices et mandrin

Discussion dans 'Projets d'autres machines CNC' créé par cantause, 9 Mars 2012.

  1. cantause

    cantause Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    Bonjour à tous,

    Comme mon "parc machine" s'étoffe, je vois doucement venir le moment où je serais capable de fabriquer les pièces d'une machine qui me trotte en tête depuis pas mal de temps, une cintreuse numérique pour tubes.
    Je vous explique pourquoi j'aimerais en faire une, c'est avant tout parce que j'aime les machines et qu'en fabriquer une est un chouette projet, il suffit de voir la satisfaction qu'en retirent les membres du forum pour les envier, mais aussi parce que je voudrais pouvoir former des tubes avec précision et selon des formes "complexes".
    C'est aussi un projet intéressant pour concevoir une interface homme/machine autonome (dans un second temps, d'abord elle sera numérisée à partir d'un pc), qui intègrerait les spécifications des matériaux et leur comportement afin de compenser les effets indésirables, mais ça c'est pour plus tard.
    Mon but est de pouvoir faire des chassis, cadres, accessoires qui demandent des cintrage en tube d'acier et particulièrement en acier au chrome-molybdène (jusqu'à 50x3), ce qui demande des couples fort importants, d'après mes premiers calculs, corrigés par des données empiriques sur des sites américains on se situe entre 5kNm et 10kNm (couple à fournir au système), ça fait beaucoup.
    En me basant sur les données des constructeurs de ce type de machine je cherche une vitesse angulaire de 30°/sec (5tr/min =~0,5 rad/s), il ne faut pas que ça soit trop lent apparemment car laisser peu de temps au cristaux du réseau pour "refroidir" permet de limiter l'augmentation du module d'Young lors de l'écrouissage, est-ce correcte?
    Je pense aussi utiliser des matrices standards dans un premier temps au moins.

    L'architecture de la partie mécanique ne m'effraie pas trop (pour l'instant), je m'attends à des organes de taille conséquente, par contre je me pose de nombreuses questions sur la motorisation...

    Je pensais au départ utiliser un actionneur rotatif hydraulique (vérin/crémaillère couplé à un pignon) et le mettre en prise directe (via un accouplement) sur le porte-matrice, ça permettait de s'affranchir des jeux de transmission et on trouve ce type de matériel en "vieux neuf" pour un prix correcte aux Etats-Unis (je n'en ai pas beaucoup vu en occasion chez nous), mais pour les couples supérieurs à 3kNm ça devient lourd et donc les frais de port suivent. L'autre ennui est que je ne connais pas les boucles de positionnement par système hydraulique, j'ai entendu dire qu'elles n'étaient pas faciles à mettre au point à cause des non-linéarités inhérentes aux systèmes hydrauliques.
    Question prix, c'est la solution qui me semble la moins cher.

    L'autre solution est un servo moteur, bien plus simple pour la boucle de positionnement, par contre il faut un fameux rapport de réduction, pour un moteur à 1500 tr/min ça fait 1500/5= 300.
    Je suppose que les réducteurs du commerce acceptants ces couples sont hors de portée en neuf et ne courent pas les rues en occasion? Le mieux que j'ai trouvé chez HPC est 1kNm à 600€ et je ne pense pas que le rapport de réduction était suffisant.
    Un tel réducteur est-il réalisable en amateur? Serait-ce rentable? vers quelle type partir? Nombreux étages à axes parallèles et denture hélicoïdale? Vis sans fin? Epicycloïdal? J'ai bien peur que si le carter est réalisable le coût des engrenages risque d'être fort élevé.

    Je n'ai pas pu rassembler beaucoup d'infos sur les solutions adoptées surs les machine professionnelles, je comprends que les fabricants n'aient pas besoin d'en parler beaucoup, mais je crois que les deux solutions se côtoient avec une présence de plus en plus forte des servos.

    Naturellement ma préférence va au système hydraulique, plus facile à se procurer en occasion mais d'un rendement plus faible, on est à 5kW (10kNm à 0,5 rad/s) en sortie de vérin donc probablement 15 kW en entrée de groupe hydraulique, ça correspond aux puissances annoncées par les fabricants de machines de ce gabarit.
    L'avantage de l'hydraulique est aussi le fait que la commande ne demande pas beaucoup de puissance, comparé à un moteur électrique de 10 kW tout du moins.

    Pour vous donner une idée, voici le genre de machine que je souhaiterais faire:

    [​IMG]


    Et pour ceux qui ne connaissent pas les actuateurs rotatif hydraulique:

    [​IMG]


    Comme on peut le voir sur la machine, s'il s'agît d'un actuateur rotatif comme celui de la seconde photo, il ne se trouve certainement pas en dans l'axe du porte-matrice, la zone est trop petite, Je ne vois comme solution qu'une transmission (chaine?) entre les deux, idem pour un servo (ou un renvoi d'angle?), éventuellement l'utilisation d'un vérin rotatif hydraulique comme ceci:

    [​IMG]


    Je suis ouvert à toutes vos suggestions sur le sujet!

    Bon week-end.

    François
     
  2. lacier

    lacier Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    Bonjour,
    Dans le commerce il existe des réducteurs et servo-réducteurs d'encombrement réduit qui pourraient sans doute convenir à ton application, voir chez Harmonic drive et aussi Cyclo drive.
    J'ai déjà utilisé des réducteurs Harmonic drive, grande réduction dans une petite taille, grand couple transmissible, c'est super, c'est du haut de gamme.

    Ces produits existent en réducteurs complets et en éléments à intégrer, on a donc une grande souplesse d'intégration.
    Voila une idée parmi d'autres...
     
  3. cantause

    cantause Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    Merci Lacier pour tes bons conseils (comme d'habitude)

    Je les contacterai, mais j'ai un peu peur des tarifs quant même :)
    Je ne m'attends pas à construire cette machine pour 500€, mais j'essaie rester raisonnable, c'est un outil parmi d'autres...
    Par contre si ça ne tenait qu'à moi je partirais sur un servo, c'est plus simple à réguler et le rendement est probablement meilleur!
     
  4. duredetrouverunpseudo

    duredetrouverunpseudo Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    Et pourquoi ne pas utiliser un simple vérin hydraulique double effet qui actionnerais la matrice de forme pour rester sur un système a enroulement.

    Un codeur suit le mouvement d'enroulement, quand la consigne de l'opérateur est atteinte, le système coupe l'alimentation du vérin et lui inverse le mouvement pour dégager le tube.
     
  5. cantause

    cantause Compagnon

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    J'y ai pensé, la plupart des cintreuses amateur reposent sur ce principe, mais j'ai oublié d'indiquer une donnée, je voudrais pourvoir faire des cintrages de 180° (en une passe).
    De plus le système vérin/bras de levier a un couple fort variable dès qu'on veut atteindre un débattement important et je cherche une vitesse de cintrage la plus constante possible.
    Je m'étais même dit qu'on pourrait utiliser plusieurs vérins qui prendraient le relais les uns des autres mais ça commençait à faire fort usine à gaz :)
    Il y a aussi l'idée du bras de levier qui actionne un réducteur de faible rapport, 4 par exemple, on pourrait se contenter d'une rotation de 45° pour obtenir les 180° à la matrice, mais je n'ai aucune idée du prix des engrenages nécessaires, le système devient un peu moins "propre" alors je garde l'idée comme solution de secours.

    Merci quant même!
     
  6. big bloc

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  7. cantause

    cantause Compagnon

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    Merci Big block, je connaissais l'adresse :)
    J'y ai trouvé des données forts intéressantes.

    Bonne soirée
     
  8. duredetrouverunpseudo

    duredetrouverunpseudo Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    Toujours pour rester dans l'hydraulique, il existes des moteurs hydrauliques qui sont facile a se procurer, beaucoup utilisé en agriculture et en engin de TP

    A voir si sur ceux a faible vitesse, elle est compatible avec celle que tu a définit, ainsi que la "constance" du couple
     
  9. cantause

    cantause Compagnon

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    Merci pour cette idée, je vais un peu regarder du côté des moteurs hydraulique!
     
  10. sativa55

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  11. duredetrouverunpseudo

    duredetrouverunpseudo Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    La plus impressionnante des cintreuses CN est bien celle la



    Je serait curieux de voir le mécanisme qui déplace et fait rotuler la "buse"
     
    Dernière édition par un modérateur: 4 Mai 2015
  12. cantause

    cantause Compagnon

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    Cintreuse CNC à matrices et mandrin
    Ca on est bien d'accord, on croirait voir un lasso au ralenti, comme si le tube était un simple spaghetti :)
    Il a certainement fallu une belle mise au point de ce genre de machine, les matériaux et mécanisme la "buses" sont sûrement peu banals.
    Par contre j'ai des doutes quant à la précision de tels machines, certainement très correctes, il faut dire que c'est du "vrai" 3D donc plutôt destiné à la ferronnerie et aux oeuvres d'arts.
    En ce qui me concerne je recherche la précision, pour faire des assemblages soudés précis par la suite, qui demanderont d'éventuels usinages ultérieurs.
    J'ai un peu regardé du côté des moteurs hydrauliques mais il faut déjà de très grosses unités pour obtenir les couples que je vises.
    J'ai aussi regardé du côté des moto-réducteurs d'occasion mais rien qui dépasse le kNm et les 5 kw, il y en a pourtant à la pelle sur ebay.de.
    Je reste parti sur mon actuateur hydraulique pour l'instant et si je ne trouve pas un modèle "coupleu" qui satisfait à mes demandes j'approfondirai l'idée du vérin double effet avec un étage de réduction entre le bras de levier et le porte mandrin, mais j'ai peur du surcoût engendré par cet étage...
     
  13. big bloc

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  14. big bloc

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    ouvert à plus de 180° Cest le principe de la pelle arrière du tratopelle JBC. La grosse bielle est prise sur 3 pivots..

    corps  tige 180.jpg
     
  15. cantause

    cantause Compagnon

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    Merci big bloc!
    C'est effectivement intéressant comme système, je vais un peu creuser la cinématique pour avoir une meilleur idée de la variation du couple.

    Sinon comme je travailles sur un vérin électrique comme projet de fin d'année dans mon cours de bureau d'étude, il vient de me venir une idée, qui serait à mis-chemin entre le vérin rotatif et le système à bras de levier.
    Ca serait d'entrainer l'arbre porte-matrice avec un gros pignon, entrainé par une crémaillère (comme le vérin rotatif), et d'actionner la crémaillère au moyen d'une vis à bille et d'un moteur+codeur avec réduction entre les deux probablement. Est-ce que vous pensez que c'est réalisable? Je pourrais peut-être tailler le pignon et la crémaillère avec une fraise module, il me faudrait alors acheter une visse à bille et un moteur (plus l'éventuelle réduction ou la faire moi-même).

    Je prends un petit exemple:
    -C = couple au mandrin = 10kNm
    -o = vitesse angulaire requise = 30°/s
    -Ft = effort tangentiel sur la denture
    -d= 2r = diamètre primitif de l'engrenage = 350mm (pour rester usinable sur un tour d'amateur)
    -m = module engrenage
    -b = largeur denture
    -k = facteur de largeur denture (b = k.m), pris à 12
    -Rpe = limite pratique à l'extension = 210MPa (acier cémenté)

    J'ai donc Ft = C/r = 10 4 /0,15 = 5,72.10 4 kN

    La formule de Lewis Smax = Ft/ b.m.Y =<Rpe (Le coefficient Y est d'environ 0,4 pour 45 dents et un angle de pression de 20°) donc en transformant à:
    m 2 >= Ft./k.Y.Rpe = 5,72.10 4 /12.0,4.210 = 56,74 --> m = 7,53 --> module de 8
    ça ferait un pignon de 350/8 =43,75 dents donc le Y de départ est bon.
    Maintenant c'est vrai qu'usiner de l'acier cémenté soi-même ça ne doit pas être évident, si je prends un matériau genre bronze avec Rpe = 100Mpa ça donnerait un module de 12 et donc plus que 29 dents.

    Dans le cas de l'engrenage de 45 dents, si je veux atteindre les 30°/min il me faut donc 45.30/360 dents/sec = 3,75 dents/s
    Puisque le pas p = pie.m ça fait 3,75.3,1415.8= 94 mm/s, qui est donc la vitesse v à laquelle ma crémaillère devrait avancer.
    Le déplacement se ferait face à une force de 5,72.10 4 N, il faudrait donc une puissance utile Pu= Ft.v= 5,72.10 4 .0,092 = 5262 watts , à titre informatif.

    L'entrainement par vis à bille (ou a rouleaux satellites puisqu'il y a tout de même 57 kN), par exemple une de 40x10 (Cdyn = 78,6kN) demanderait une vitesse de rotation de 94/10= 9,4 tr/s = 564 tr/min.
    Avec une vis à rouleaux on pourrait avoir un pas de 5 sans problème, soit une vitesse de rotation de 1124 t/min, un entrainement directe serait alors possible.

    L'idée est farfelue je suis d'accord, mais je me suis juste dit que par rapport à un réducteur complet, la vis à bille permet peut-être un grand rapport de réduction équivalent (si vous voyez ce que je veux dire) à un prix "modique".
    Je cherche peut-être midi à 14h, je suis un peu fatigué ce soir :)

    Sinon, pensez-vous que réaliser un réducteur soit possible avec un diviseur, une fraiseuse et du courage?
    Je me dis qu'en plaçant le codeur sur l'arbre du porte-matrice, même s'il y a du jeux dans le réducteur, comme les cintrages ne seront probablement jamais de faible amplitude et que le couple résistant effectué exercé par le tube sera élevé, je pourrais m'affranchir des défauts d'un réducteur fait-maison?
    Si c'est le cas je serait tenté de faire un gros réducteur moi-même, avec 1500 tr/min en entrée et 5 tr/min en sortie ça ferait trois étages de rapport 6,69 ou 4 à 4,16.
    Il faudrait calculer dans le détails pour voir les modules et l'encombrement mais pourquoi pas, ça permettrait de se passer d'hydraulique.
    Je sais que les engrenages droits on des rendements de l'ordre de 98% par étage, mais est-ce que c'est toujours le cas à très basse vitesse?

    Merci pour vos lumières!
     
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