Principes du cisaillage

L'expression "cisaillage avec lames obliques" provient de la façon avec laquelle les tranchants des lames se rencontrent progressivement, exactement comme les lames d'une paire de ciseaux.

L'angle formé par les deux lames est appelé : angle de coupe (alpha)

La distance à laquelle se situent les deux lames est appelée : jeu entre lames (J)

Phase 1 : déformation jusqu'à la zone de rupture

Lorsque la lame pénètre la tôle, celle ci est déformée plastiquement dans la zone de coupe jusqu'à la limite de résistance au cisaillement (Cf. schéma ci dessous).

 Principes du cisaillage
Cette phase nécessite la connaissance de l'effort de cisaillage qui varie en fonction : de l'épaisseur de la tôle (e), des caractéristiques de la tôle, notamment de sa résistance au cisaillement (Rc), généralement 0.8 fois la résistance à la rupture du matériau, toutefois de manière à conserver une marge de sécurité les calculs sont déterminés par rapport à la résistance à la rupture, et de l'angle de coupe (alpha) . L'effort de coupe (F) est donné par la relation suivante :

Principes du cisaillage

On s'aperçoit que la force évolue inversement proportionnellement à la tangente de l'angle de coupe, et par conséquent inversement proportionnellement à la puissance machine. En règle générale l'angle de coupe varie entre 0 et 3°.

Toutefois il est également important de connaitre la ductilité des matériaux à cisailler, ainsi les matériaux ductiles subissent une déformation relativement importante jusqu'au point de rupture, alors que les matériaux plus fragiles subissent une déformation moins importante. Aussi les déformations plastiques seront fonction du taux de pénétration des lames (dureté du matériau) et du jeu entre lames.

Phase 2 : amorce de rupture

Des fissures ou fractures apparaissent dans la zone de sollicitation maximale. Elles précèdent les arêtes de coupe et effectuent la séparation de la tôle selon deux amorces (Cf. schéma ci dessous).

Toutefois il convient de régler la machine de telle sorte à avoir un jeu entre lames idéal (Cf. schémas ci après), en effet :

Principes du cisaillage

  • avec un jeu entre lames correct les 2 fractures se rencontrent, on obtient alors une coupe nette
  • avec un jeu entre lames trop faible les 2 fractures ne se rencontrent pas, il y a formation d'une langue qui sera recoupée au passage de la lame. Il se produit un arrachement sur le chant de la tôle cisaillée, la coupe est de mauvaise qualité et l'effort de coupe est plus important.
  • avec un jeu entre lames trop grand, on a une déchirure, la tôle se déforme et la coupe présente un défaut d'équerrage, une bavure apparait, les déformations augmentent et le pliage peut se produire.

En règle générale le jeu entre lames à adopter en première approximation est de :

  • 1/10 de millimètre par millimètre d'épaisseur pour les alliages d'aluminium
  • 1/15 de millimètre par millimètre d'épaisseur pour les aciers de construction d'usage général
  • 1/20 de millimètre par millimètre d'épaisseur pour les aciers inoxydables

Principes du cisaillage

En raison du jeu entre lames, la tôle a tendance à pivoter ce qui nécessite notamment son maintien par des serre-tôles, engendrant une dissymétrie au niveau de la coupe. De plus les réactions horizontales tendent à écarter les lames, c'est pourquoi il est nécessaire d'avoir une machine la plus rigide possible pour obtenir une qualité de coupe constante sur toute la longueur de coupe .La valeur de ces réactions horizontales sont de l'ordre de 20 à 25 % de l'effort de coupe En général la déformation au centre de la machine la déformation ne doit pas dépasser 1/20 de millimètre par millimètre d'épaisseur cisaillée car la force de cisaillage est concentrée là ou les lames se croisent.

Direction de poussée et angle de dépouille
Comme nous l'avons vu précédemment, un jeu entre lames est nécessaire pour obtenir une bonne qualité de coupe, néanmoins ce jeu entre lames induit un défaut d'équerrage au niveau de la coupe, c'est pourquoi il convient d'incliner l'angle de poussée de manière à minimiser ce phénomène. La valeur de cet angle varie entre 0 et 3° (Cf. schéma ci dessous).

Principes du cisaillageDe plus pour éviter une usure prématurée de la face de la lame supérieure il convient d'appliquer une dépouille de l'ordre de 30' d'angle usinée sur le porte lame de manière à conserver un angle d'affûtage des lames à 90° pour permettre 4 retournements.