Le repoussage - Centre québécois de recherche et de ...

INTRODUCTION
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Le repoussage
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Le repoussage au tour est une technique permettant de réaliser des surfaces de révolution (dômes, cônes et vases de toutes formes,
figure 1) à partir de métal en feuille. L’origine de cette technique qui se perd dans la nuit des temps est sans doute contemporaine de
l’époque de l’invention du tour de poterie. L’indication la plus ancienne de cette méthode remonte à l’Égypte antique. Le repoussage
manuel au tour s’appuie sur un savoir-faire et est toujours considéré comme un métier d’art. Avec certaines géométries, le repoussage
au tour s’avère être la meilleure méthode, voire la seule, permettant de réaliser la pièce sans opérations complémentaires. Grâce
au développement de tours à commande numérique (figure 2), l’industrie offre aujourd’hui des services de sous-traitance très
avantageux pour la petite et moyenne série (plusieurs milliers de pièces).
Figure 1 (réf. : Entreprise Biemon Repoussage)

LE PROCÉDÉ
Dans le repoussage au tour (spinning), le métal en forme de disque plat (le flan) est d’abord centré avant de le pincer solidement
entre un mandrin de forme et un tampon (plaque de butée) grâce à la poussée de la contrepointe du tour de repoussage. Le mandrin,
le flan et le tampon sont entrainés ensemble en rotation (le choix de la vitesse de rotation est fait en fonction du diamètre du flan
et de l’épaisseur du métal, voir figure 4) et le flan est repoussé par balayage successif de la surface de la tôle à l’aide d’un galet ou
d’un outil lisse (brunissoir) monté sur une barre qui peut glisser et pivoter contre la tige d’appui. La tige peut être déplacée le long
du support pour changer au besoin la position de l’appui. La force nécessaire à la déformation de la tôle est produite par l’opérateur
grâce au long manche du brunissoir qui sert de levier (figure 2a). La tôle est ainsi déformée progressivement afin de la plaquer contre
le mandrin de forme (voir figure 2 et liens 1 à 7) qui reproduit la forme de la pièce à obtenir. La précision accessible en repoussage
manuel est de ±0.2 mm pour des flans de 30 cm de diamètre et passe à ±1 mm pour des flans de 3.5 m.
2
Figure 2a – Schéma d’un tour de repoussage manuel (auteur = Nerijp)
Figure 2b – Séquence de repoussage sur un tour à commandes numériques : 1 : flan en rouge; 2 : galet de travail; 3 :
mandrin; 4 : tampon; 5 : support mobile (réf. : Entreprise Repoussage de Métal Franjo)

Des outils de repoussage sont normalement fournis avec les tours, mais il arrive fréquemment que les opérateurs fabriquent leurs
propres outils. Avec des flans de forte épaisseur, on utilise de longs manches (jusqu’à 1 m) et l’opérateur s’attache au tour avec une
sangle (lien 5) pour augmenter la force et faciliter le travail.
Le mandrin de forme est fabriqué en bois ou en métal pour une plus grande résistance à l’usure. Le mandrin métallique plus rigide
permet d’obtenir une meilleure précision en repoussage. Lorsque la pièce comporte des angles rentrants, le mandrin doit être
fabriqué en sections démontables et conçu de manière à pouvoir retirer les sections par l’ouverture de la pièce (figure 3 et lien 7).
3
( a )
Ligne de séparation
du mandrin
Tour/minute
4000
3200
1600
800
400
200
100
50
25
Section du mandrin
Figure 3 - Mandrins pour angles rentrants (Réf. 2)
.025
.015
.003
.035
.032
Diamètre en pouce
Figure 4 - Vitesse de rotation en fonction
du diamètre et de l’épaisseur du flan en pouces (Réf. 2)
.040
.090
.050 .062
½ ¾ 1 1 8
1 ½ 1 ¾ 2 2 ½ 4 4 ½ 6 8 10 16 18 32 64 128 256
1 FT. 2 FT. 4 FT. 6 FT. 8 FT. 12 FT. 16 FT.
.093
.187
.109
.125
.250
( b )
Centre amovible
Clé
3600
2400
1225
1000
920
575
525
450
375
325
242
112

Il est nécessaire d’appliquer un lubrifiant pour minimiser le frottement, en particulier avec un outil lisse. Le choix du lubrifiant (huile,
graisse, savon et cire) est conditionné par la sévérité de l’opération et le coût du nettoyage.
En repoussage au tour, on obtient des formes creuses autour de l’axe de rotation dans un mode de déformation similaire à
l’emboutissage (voir le Feuillard technique « L’emboutissage de l’aluminium ») où le diamètre « local » est réduit à chaque passe. La
déformation est produite de façon « incrémentale » au contact de l’outil, ce qui génère à chaque tour une collerette qu’on repousse
progressivement vers la périphérie du disque (figure 5b). Chaque passe est assimilable à un réemboutissage où une mince collerette
en compression tangentielle subit une réduction de diamètre sous la poussée (traction radiale) de l’outil qui joue ici le rôle de matrice
« expansible ». L’état de compression tangentielle dans la collerette est souvent mis en évidence par le retroussement de la tôle
lorsque l’outil approche de la périphérie du disque (voir lien 6). Cet état de contrainte tension-compression dans le plan de la tôle
permet de conserver une épaisseur relativement constante tout au long de l’opération. Étant donné qu’il n’y a que peu ou pas de
changement d’épaisseur, le diamètre du flan est facile à évaluer en mesurant ou en calculant sa longueur lorsqu’il va épouser le profil
du mandrin. Comme le repoussage s’apparente à une succession de réembouti de faible réduction, le plissement de la tôle (échec de
l’opération) est empêché par le choix judicieux de l’épaisseur de la tôle et du nombre de passes, de sorte que le succès du repoussage
manuel repose en grande partie sur le savoir-faire de l’opérateur.
4
Figure 5a – Formation de la collerette (lien 1) Figure 5b
Il est préférable de repousser le flan à sa forme finale en opérant avec un minimum de passes (grosse collerette) pour minimiser le
durcissement. Un durcissement excessif est d’ailleurs susceptible de nuire à la réalisation de la pièce sans devoir procéder à un recuit
intermédiaire.
Outil
Direction de
déplacement

5
F 1
Tampon
A
F 2
Mandrin
Figure 6a Figure 6b
Une poussée élevée de l’outil (fortes passes) avec une tôle mince par rapport à son diamètre va causer des distorsions et des
contraintes indésirables, en particulier au démarrage. La figure 6a montre que cette poussée F1 va générer une flexion maximale
en A à chaque tour. Cette déformation répétée un grand nombre de fois par minute peut causer une fissuration le long de la ligne
de pincement entre mandrin et tampon et même compromettre la formation de la collerette (déformation plastique) au contact de
l’outil. Pour s’opposer au couple généré par F1, on applique en périphérie du flan une force F2 grâce à un second outil (en bois) retenu
par l’opérateur ou à un support mobile en repoussage CNC (figure 2b et lien 2). Pour empêcher le voilement du bord du flan sous la
poussée de l’outil, et en même temps réduire la flexion en A, on peut donner de la rigidité au flan en repliant le rebord (bordage, voir
figure 6b). Cette opération doit précéder le repoussage (voir lien 4).
Puisqu’en repoussage on génère des ébauches qui se rapprochent peu à peu de la forme creuse avant qu’elles épousent le mandrin
de forme, il est donc possible de réaliser des pièces sans l’usage de préformes. Cependant, étant donné le degré d’habileté requis et
la précision réalisable avec cette méthode, le repoussage « en l’air » au tour n’a été appliqué que dans le domaine artisanal. L’usage
de tour de repoussage à commande numérique pourrait cependant rendre la méthode intéressante pour la production de pièce
industrielle.
Les alliages d’aluminium généralement utilisés pour le repoussage sont les mêmes qu’en emboutissage, soit les alliages 1200, 1050A,
3003, 5052, 5454, 5086, 5083, 5183, 4006, 4007 dans les états O et H111 et 2017A-T4 et 6061-T4. Quel que soit l’alliage, il est préférable
de repousser le métal à l’état recuit (état O) si on veut bénéficier de la ductilité maximale. Quel que soit l’alliage, si on veut bénéficier
de la ductilité maximale, il est préférable de repousser le métal à l’état recuit (état O) ou immédiatement après le traitement thermique
de mise en solution pour les alliages à durcissement structural (voir Le Feuillard technique « Les traitements thermiques des alliages
d’aluminium »).
F1
Bordage
F1

LE FLUOTOURNAGE
Dans le fluotournage (shear spinning), on utilise un équipement similaire (machine CNC). La différence dans ce procédé est que l’outil
génère une force suffisante pour plaquer la tôle contre le mandrin de forme en une seule passe de l’outil (voir figure 7 et lien 3). La tôle
est déformée en cisaillement dans son épaisseur et on peut imaginer chacun des anneaux concentriques du disque glissant sur le
précédent sans changer de diamètre (glissement de cartes). Le diamètre du flan requis sera généralement égal au diamètre maximal
de la pièce à produire. Dans ces conditions, il n’y a pas d’état de contrainte susceptible de produire du plissement, mais il en résulte
une réduction d’épaisseur de la tôle d’autant plus importante que la forme est profonde. Pour une forme conique, on détermine la
variation d’épaisseur par la relation suivante :
6
Épaisseur finale = Épaisseur initiale × cos (α)
Avec cette formule, l’angle local détermine l’épaisseur locale pour une géométrie qui diffère de la forme conique, par exemple une
calotte sphérique. Le pourcentage maximal de réduction d’épaisseur en une seule passe varie selon l’alliage et la géométrie à réaliser.
Il se situe entre 35% et 75% pour les alliages d’aluminium. Le procédé est bien adapté aux formes coniques et hémisphériques.
Pour un hémisphère, il est possible d’obtenir une épaisseur finale uniforme si on utilise un flan préusiné en fonction des variations
d’épaisseur produites par l’opération (figure 8).
procédé est bien adapté aux formes coniques et hémisphériques. Pour un hémisphère, il est possible d’obtenir une épaisseur finale
uniforme si on utilise un flan préusiné en fonction des variations d’épaisseur produites par l’opération (figure 8).
e f
e i
Figure 7 - Coupe d’une pièce conique qui
montre la variation de l’épaisseur initiale
dans la zone déformée par fluotournage
Alliage d’aluminium 6061 (mise en solution)
67 diamètre
0,390
t1 (0,150)
0,212
0,300
30 o
Flan de
départ
0,212
45 o
60 diamètre
Flan
usiné
t 2 (0,150
constant)
Mandrin
0,300
Flan
bordé
Figure 8 – Fluotournage d’un hémisphère
d’épaisseur uniforme à partir d’un flan d’épaisseur
préusiné
(source : ASM Handbook, vol 14, p 603)

L’avance de l’outil qui se situe normalement entre 38 et 380 mm/minute donne un aperçu de la vitesse d’exécution. Le fait de procéder
en une seule passe confère donc à ce procédé une grande productivité.
La déformation du métal génère beaucoup d’énergie en fluotournage. Aussi, une lubrification (huiles solubles) doit jouer le rôle
supplémentaire de refroidir la pièce.
Il faut noter que le repoussage au tour manuel combine souvent des séquences de fluotournage et de repoussage conventionnel
(voir lien 9). Dans ce cas le diamètre minimal du flan est déterminé par des essais.
RÉALISATIONS TYPIQUES
RÉFÉRENCES
1. Procédés et technologie du formage, C. Jarboui, Techniques de l’ingénieur, BM 6 560.
2. Forming and bending, Kaiser aluminum, 1ère édition.
3. ASM specialty Handbook, Aluminum and aluminum alloys, (1996).
4. Kalpakjian S, Schmid S. R., Manufacturing processes for engineering materials, 4e édition, Prentice Hall.
5. ASM Handbook, Forming and forging, vol 14, (1998).
7

LIENS UTILES
1. http://www.youtube.com/watch?v=UP_gq1ahrmk
8
Repoussage manuel
2. http://www.youtube.com/watch?v=zTn19mkJV7w&feature=related
Repoussage avec contre appui sur machine CNC
3. http://www.youtube.com/watch?v=77IN6UhGSZE&feature=related
Repoussage et fl uotournage sur machine CNC
4. http://www.youtube.com/watch?v=3ko8kweSHvg
Renforcement du bord / dôme réfl ecteur
5. http://www.youtube.com/watch?v=5Zcj7_14lQs
Sangle pour s’attacher au tour
6. http://www.youtube.com/watch?v=QYoSYI5W2uU
Repoussage manuel / retroussement du bord par les forces de compression tangentielles
7. http://www.youtube.com/watch?v=DGszBVy3cgU&feature=related
Repoussage manuel / mandrin en 2 sections
8. http://www.metalspinningworkshop.com/DVDVideo.html
Metal spinning workshop
9. http://www.youtube.com/watch?v=Gwrk0SwDJhI
Fluotournage combiné au repoussage sur tour manuel
ENTREPRISES DE REPOUSSAGE AU QUÉBEC
• http://www.forge-pique-assaut.com
• http://www.franjometal.com
• http://www.rbmetalspinning.com/indexfra.html
• Richard métal repoussé inc. (téléphone : 450 968-1173)
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Rédaction Collaboration
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