Leçon 4.8DéformerChapitre 4 · Formage de tôles et de tubes

Formage électromagnétique

Une impulsion magnétique projette le métal sur un raccord, sans contact

Le formage électromagnétique (EMF) façonne le métal avec une impulsion de magnétisme au lieu d'un outil qui le touche. Une bobine alimentée par une brève décharge de courant repousse une pièce en aluminium ou en cuivre, assez fort pour écraser un tube sur un raccord. La même physique permet aux amateurs de rétrécir une pièce de monnaie, et aux constructeurs automobiles d'assembler des tubes en aluminium à des pièces en acier sans soudure.

Photo : Bert Hickman, Stoneridge Engineering, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

sertissage électromagnétique · circuit d'impulsion et coupe de la bobine, du tube et du raccordLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous. La coupe ne montre que la moitié supérieure de la bobine ronde, du tube et du raccord, juste après l'impulsion.

Comment ça marche

Charger les condensateurs. Une batterie de condensateurs (une réserve de charge électrique qui se libère vite) est chargée à plusieurs kilovolts, stockant typiquement de quelques à des dizaines de kilojoules.
Déclencher l'interrupteur. Un interrupteur rapide (un éclateur ou un thyristor de forte puissance) relie la batterie à la bobine de travail, quelques spires de cuivre épais bien isolé.
Envoyer une impulsion de courant. De dizaines à centaines de milliers d'ampères traversent la bobine pendant environ 10–100 microsecondes. Le champ magnétique soudain induit des courants de Foucault (des courants tourbillonnants induits dans un conducteur) dans le tube, qui circulent en sens inverse.
Laisser la poussée travailler. Des courants opposés se repoussent, donc une forte pression magnétique projette la paroi du tube loin de la bobine à environ 100–300 m/s. La bobine ne touche jamais la pièce.
Impact et verrouillage. La paroi s'écrase sur le raccord et dans ses rainures, faisant un joint serré en quelques microsecondes. Avec assez de vitesse, les deux métaux peuvent même se souder (soudage par impulsion magnétique).

Chiffres clés

Matériaux: Bons conducteurs électriques : aluminium, cuivre, laiton ; l'acier et les mauvais conducteurs demandent des adaptations ou une tôle « pousseuse » conductrice
Pièces typiques: Tubes sertis sur des raccords, cosses de câbles, arbres de transmission avec embouts, détails de tôles pressés dans une matrice à une face
Taille de pièce: Surtout des tubes et des zones de tôle jusqu'à quelques centaines de millimètres, fixés par la bobine et l'énergie stockée
Précision: Très répétable ; la forme est fixée par le raccord ou la matrice, souvent à environ ±0,1 mm sur les diamètres de sertissage
État de surface: Pas de marques d'outil dues à la bobine ; la face formée copie le raccord ou la matrice
Taille de série adaptée: Séries moyennes à grandes une fois la bobine et les réglages mis au point
Coût d'outillage et de machine: Les machines à impulsions coûtent typiquement des centaines de milliers de dollars ; les bobines s'usent et sont remplacées
Vitesse: Le formage prend des microsecondes ; avec le chargement, un cycle prend quelques secondes

Atouts et limites

Atouts

Sans contact : pas de marques d'outil et pas de lubrifiant
Extrêmement rapide et très répétable
Assemble des matériaux différents, comme l'aluminium à l'acier, sans chaleur
La grande vitesse permet au métal de s'étirer davantage, avec peu de retour élastique

Limites

Fonctionne mieux sur les bons conducteurs comme l'aluminium et le cuivre
La haute tension exige une sécurité électrique stricte
Les bobines subissent des efforts énormes et s'usent
Limité à des parois assez minces et à des pièces de taille modeste

Où on l'utilise

AutomobileArbres de transmission, assemblages de châssis, lignes de climatisation
AéronautiqueTubes de couple et tringles de commande assemblés à des embouts
ÉlectriqueCosses de câbles et connecteurs sertis
Chauffage et refroidissementJoints de tubes frigorifiques cuivre-aluminium

Comment le reconnaître

Un tube rétreint en douceur et régulièrement dans les rainures d'un raccord, sur tout le tour.
Pas de marques d'outil, de bosses ni d'empreintes de mors là où se trouve le sertissage.
Souvent de l'aluminium ou du cuivre assemblé à de l'acier ou à du plastique sans cordon de soudure ni colle.

À comparer avec

Formage à l'explosif4.9aussi un formage à grande vitesse, mais l'énergie vient d'une charge chimique sous l'eau, pour de très grandes pièces.Hydroformage4.5pousse le métal avec la pression d'un liquide, lentement et avec des joints ; l'EMF utilise une impulsion magnétique et aucun contact.Soudage par explosion7.8la même idée que « une collision rapide lie les métaux », mais produite par des explosifs.

À regarder

Physics Girl · Une explication claire, avec des images au ralenti d'une pièce de monnaie rétrécie par une bobine à impulsions

Physics Girl · À quel point la poussée magnétique est violente, vue au ralenti

Chaotic Good · Le matériel : condensateurs, interrupteur et bobine d'une machine à impulsions

Greg Benoit · Un des premiers usages aéronautiques : tubes assemblés à des embouts par EMF

Voir de vraies photos

Wikipédia : Formage électromagnétique — principe, matériaux, sertissage et soudage ; presque pas de photos
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Une impulsion de courant dans une bobine repousse un conducteur proche : aucun outil ne touche jamais la pièce.
Tout le formage se fait en microsecondes, à des vitesses de centaines de mètres par seconde.
Idéal pour les tubes en aluminium et en cuivre sertis sur des raccords, même d'un autre métal.