Boutons de matrice et poinçons en carbure : à tête ou droits, avec rétention des débouchures ou anti-colmatage, et ce qu'il faut spécifier
· Vanguard Carbide
Les formes standard des boutons de matrice et des poinçons en carbure, leur usage, les tolérances publiées dans les catalogues et la liste des éléments à transmettre lors de la commande de la pièce en carbure ou de son ébauche.
La réponse courte
Les matrices à boutons en carbure (boutons de matrice, matrices) et les poinçons en carbure existent en un petit nombre de formes standard : à tête ou droites, et, pour les matrices à boutons, simples, à retenue des chutes ou non bouchantes. La forme détermine quelles dimensions sont serrées, quelles caractéristiques doivent être usinées dans le carbure et comment la pièce se positionne dans la matrice.
Si vous commandez la pièce en carbure, qu'il s'agisse d'un bouton fini ou d'une ébauche à finir vous-même, le fournisseur doit connaître la forme ainsi que les dimensions. Cet article explique les formes, en s'appuyant sur des données de catalogue publiées et deux articles sur la fabrication de matrices, et se termine par une liste de contrôle des éléments à spécifier.
Boutons de matrice à tête et droits
ISO 8977:2003 définit les dimensions de base et les tolérances des matrices sans tête et à tête (boutons de matrice) de diamètre extérieur 5 à 50 mm. Ses dimensions sont adaptées aux poinçons fabriqués selon ISO 8020. Elle a été révisée et confirmée pour la dernière fois en 2025.
Un bouton à tête comporte une collerette en partie supérieure, qui se loge généralement dans un lamage de la plaque de matrice. Un bouton droit (sans tête) est un cylindre lisse monté en force dans la plaque. Dans les deux cas, le diamètre extérieur est ajusté avec serrage et rectifié à quelques microns.
Par exemple, un grand fournisseur sur catalogue indique ses boutons de matrice en carbure avec une tolérance de fût de m5 pour les types à tête et de n5 pour les types droits, ou une tolérance uniquement positive de 0 à +0.005 mm, dans une nuance de carbure fritté HIP de 87–88 HRA. Dans le même catalogue, la tolérance standard sur la longueur totale est de +0.2 à +0.4 mm, des tolérances de longueur plus serrées étant disponibles en option. Les boutons à tête peuvent être commandés avec un ou deux plats de clavetage sur la tête. Un trou de forme (non circulaire) doit être aligné avec le poinçon, et un plat sur la tête est un moyen d'orienter le bouton.
| Diamètre de fût | m5 (à tête) | n5 (droit) |
|---|---|---|
| 3 mm | +0.002 à +0.006 mm | +0.004 à +0.008 mm |
| 4 et 5 mm | +0.004 à +0.009 mm | +0.008 à +0.013 mm |
| 8 et 10 mm | +0.006 à +0.012 mm | +0.010 à +0.016 mm |
Le point important pour la commande : le diamètre extérieur, le trou et la longueur sont les dimensions qui portent des tolérances. Si vous achetez une ébauche à finir vous-même, précisez lesquelles vous allez rectifier, afin que l'ébauche laisse de la surépaisseur sur ces surfaces.
Boutons simples, à retenue des chutes et non bouchants :
Les différents types de boutons de matrice existent principalement à cause de l'arrachement de débouchure. Comme Art Hedrick l'explique dans The Fabricator, l'arrachement de débouchure se produit lorsque la chute (la débouchure) adhère à la face du poinçon lors du retrait et remonte hors du bouton. Une débouchure arrachée peut endommager les pièces et les matrices, et l'air emprisonné qui forme une poche de vide sous la face du poinçon est une cause majeure.
Les solutions décrites dans cet article comprennent des évents et des pions éjecteurs à ressort dans le poinçon, un jeu poinçon-matrice plus faible (ce qui aide, mais raccourcit la durée de vie du poinçon et du bouton), et des boutons conçus pour retenir la débouchure :
- Boutons de contrôle de débouchure : deux petites rainures usinées en biais dans la matrice créent une bavure sur la débouchure qui la coince en place.
- Boutons à accroche de débouchure : des barbes dans la matrice pénètrent dans la débouchure.
- Boutons à contre-dépouille (en trompette) : le trou se resserre légèrement, de sorte que la débouchure est retenue en compression. Pour la plupart des poinçonnages, une dépouille de 0.0005 à 0.001 inch suffit largement, et une dépouille trop importante peut fendre la matrice.
- Unités de vide qui tirent les débouchures vers le bas dans la matrice.
Les boutons de matrice à retenue de débouchures du catalogue reposent sur le même principe et sont fournis avec des limites publiées. Le catalogue cité ci-dessus les indique comme suit :
| Limite | Valeur |
|---|---|
| Diamètre du trou | 1.0 à 16 mm |
| Résistance à la traction de la pièce | Jusqu'à 1177 N/mm² |
| Épaisseur de la pièce | Au moins 0.15 mm |
| Jeu par côté | Moins de 20 % de l'épaisseur de la pièce ; avec un jeu supérieur, l'effet de retenue ne peut pas être attendu |
Comme ces boutons fonctionnent en formant de petites saillies sur la débouchure, le catalogue indique qu'ils ne conviennent pas aux trous de précision, ni aux cas où la pièce poinçonnée constitue le produit.
Les boutons anti-colmatage fonctionnent dans l'autre sens : ils aident la débouchure à s'évacuer. Dans le type anti-colmatage du catalogue, un trou d'admission d'air situé près du trou de forme permet à un dispositif d'aspiration de faire passer de l'air à travers le bouton, et le flux d'air évacue mieux les chutes que l'aspiration seule. Le même catalogue indique une dépouille de bouton de 1/50, 1/100 ou 1/150 : une dépouille de 1/50 augmente le diamètre de 1 mm sur 50 mm de longueur, soit environ 1.15°.
Poinçons et poinçons pilotes
La gamme de poinçons pilotes en carbure de tungstène du même fournisseur montre comment les variantes de poinçons sont généralement décrites. Les familles sont proposées avec une pointe ronde (R), conique ou à angle vif, la plupart en versions standard, rodées ou revêtues TiCN, toutes dans une nuance de carbure fritté HIP :
- Poinçons standard, tolérance de queue m5
- Poinçons avec rainures de clavette, à tête ou droits
- Poinçons droits sans tête
- Poinçons à fixer sur la plaque dévétisseuse, à tête ou droits
- Poinçons mobiles avec une queue g6, inférieure à la cote nominale pour permettre le coulissement du poinçon : −0.002 à −0.008 mm pour des queues de 1.6 à 3 mm, jusqu'à −0.006 à −0.017 mm pour des queues de 13 et 16 mm
Lorsque vous commandez un poinçon ou une ébauche de poinçon en carbure de tungstène, l'ajustement de la queue (serré ou glissant), la présence ou l'absence d'une tête, la forme de la pointe et la finition modifient tous la façon dont la pièce est rectifiée. Précisez-les dans votre demande, ou envoyez la désignation de type catalogue de la pièce que vous remplacez avec votre plan.
Choisir la nuance pour les poinçons et les boutons de matrice
Dans Le carbure dans l'outillage et les matrices (The Fabricator), les principaux leviers sont la taille de grain et la teneur en cobalt : un grain plus fin est plus dur, plus résistant à l'usure et plus fragile ; davantage de cobalt rend la nuance plus tendre et plus tenace. L'article souligne également deux propriétés importantes en emboutissage : la résistance à la corrosion, car le liant cobalt peut être lessivé lors de l'électroérosion à fil dans le diélectrique, de la rectification avec émulsion ou par des lubrifiants corrosifs ; et la stabilité des arêtes.
L'article rapporte un essai de découpage d'acier inoxydable de 0.065-inch avec un poinçon usiné par électroérosion à fil :
| Nuance essayée | Résultat |
|---|---|
| 15% cobalt, grain submicronique | Ébréché au retrait après 500 coups ; une mauvaise qualité de surface et la corrosion ont provoqué du grippage sur l'arête |
| 15% cobalt, grain grossier | Usure excessive après 5,000 coups |
| 12% cobalt, grain moyen, résistant à la corrosion | 50,000 coups ; 80,000 après amélioration de la lubrification |
Ces résultats proviennent d'une seule application et ne constituent pas des données de durée de vie générales. Ils montrent que le changement qui semble le moins coûteux, à savoir une nuance plus tenace, n'est pas toujours la solution. Le même article indique qu'un éclat sur le dessus du poinçon peut signaler un mauvais état de surface, du grippage ou un jeu trop important, tandis qu'un éclat sur le côté peut indiquer un jeu trop faible ou une résistance aux chocs insuffisante.
Notre page sur les blocs en carbure répertorie les classes de nuance que nous utilisons pour l'emboutissage. Indiquez-nous ce que vous emboutissez, son épaisseur et la cadence de frappe, ainsi que si la pièce sera découpée par électroérosion à fil ; nous vous proposerons une nuance avec sa fiche technique.
Ce qu’il faut préciser lorsque vous commandez la pièce en carbure
| Élément | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Type : à tête ou droit ; simple, à rétention de débouchure ou anti-colmatage | Détermine les caractéristiques usinées dans le carbure |
| Diamètre extérieur ou de queue et son ajustement (m5, n5, g6 ou une tolérance uniquement positive) | Ajustement serré ou glissant ; rectifié au micron |
| Longueur totale, diamètre et épaisseur de tête, avec tolérances | Les tolérances de longueur standard du catalogue sont larges, sauf si vous demandez plus serré |
| Dimension et forme du trou, longueur de portée et dépouille | La partie active du bouton |
| Plats de clavetage ou autres caractéristiques d'orientation | Nécessaires pour les trous de forme |
| Matériau embouti, son épaisseur et la cadence de frappe | Détermine la nuance |
| Pièce finie, ou ébauche avec surépaisseur de rectification ; rectification ou électroérosion à fil | Modifie la taille de l'ébauche et favorise une nuance résistante à la corrosion pour l'électroérosion |
| Quantité, et caractère répétitif | Prix et mode de fabrication de la pièce |
Pour les ébauches de poinçon et de bouton rondes, brutes de frittage ou rectifiées, consultez notre page sur les ébauches de poinçon et de matrice.
FAQ
Que signifient m5, n5 et g6 sur un poinçon ou une matrice à bouton ?
Ce sont des classes de tolérance ISO pour le diamètre de la queue. m5 et n5 placent le diamètre légèrement au-dessus du nominal pour un ajustement serré dans la plaque de matrice ; g6 le place légèrement en dessous du nominal pour qu'un poinçon mobile puisse coulisser. Pour une queue de 4 ou 5 mm dans le catalogue cité ci-dessous, m5 est +0.004 à +0.009 mm et n5 est +0.008 à +0.013 mm.
Quelle est la différence entre les matrices à bouton à rétention de débouchure et anti-colmatage ?
Les boutons à rétention de débouchure retiennent la débouchure dans le bouton afin qu'elle ne puisse pas être remontée avec le poinçon. Les boutons anti-colmatage aident la débouchure à tomber ou à être évacuée, par exemple avec une entrée d'air et un dispositif d'aspiration. Les boutons à rétention de débouchure du catalogue ne sont pas recommandés pour les trous de précision ni lorsque la pièce découpée est le produit.
Les ébauches de matrice à bouton en carbure peuvent-elles être découpées par électroérosion à fil ?
Oui, l'électroérosion à fil est un moyen courant de découper des trous de forme et des profils de poinçon dans le carbure. Le liant cobalt peut être lixivié pendant l'électroérosion dans le diélectrique, donc indiquez au fournisseur que la pièce sera découpée par électroérosion ; une nuance résistante à la corrosion peut être le meilleur choix.
Fournissez-vous des matrices à bouton finies ou uniquement des ébauches ?
Nous fournissons des ébauches de poinçon et de matrice à bouton rondes et des blocs en carbure, bruts de frittage ou rectifiés, fabriqués selon votre plan. Envoyez le plan et nous confirmons dans le devis les caractéristiques et tolérances incluses.
Sources
- ISO 8977:2003, Outils de presse — Matrices, page du catalogue ISO (résumé et statut)
- MISUMI, Matrices à bouton en carbure : types, tolérances de queue, limites de rétention des débouchures, dépouilles coniques
- MISUMI, Matrices à bouton en carbure anti-colmatage (pages 585–586 du catalogue, PDF) : tolérances, modifications, conception de l'admission d'air
- MISUMI, Poinçons pilotes en carbure : familles de poinçons et tolérances de queue
- Art Hedrick, Die Basics 101 : résoudre les problèmes d'arrachement de débouchure, The Fabricator
- Le carbure dans l'outillage et les matrices, The Fabricator : propriétés des nuances et essai de découpage de l'acier inoxydable