<h2>TL;DR</h2><p>Pour éliminer les fissures en bordure sur les pièces embouties, notamment en aciers avancés à haute résistance (AHSS), il faut déplacer l'attention de la ductilité globale (étranglement) vers la formabilité locale (rupture). Les règles empiriques traditionnelles, comme un jeu de coupe de 10 %, échouent souvent avec des matériaux modernes tels que l'acier biphasé (DP). Pour résoudre ce problème, les ingénieurs doivent optimiser les jeux de coupe (souvent portés à 15–20 % de l'épaisseur du matériau), choisir des matériaux présentant de hauts rapports d'élargissement de trou (HER) validés selon la norme ISO 16630, et utiliser des stratégies de conception d'outillages telles que les « gainers métalliques » afin de réduire la déformation en bordure. Traiter la zone affectée par le cisaillement (SAZ) est la méthode la plus efficace pour prévenir les ruptures en bordure.</p><h2>La science des fissures en bordure : formabilité globale contre formabilité locale</h2><p>Une idée fausse courante dans l'emboutissage métallique est qu'une forte allongement en traction garantit une bonne résistance à la fissuration. En réalité, la fissuration en bordure est un défaut de <strong>formabilité locale</strong>, distincte de la <strong>formabilité globale</strong> mesurée lors des essais de traction standards. La formabilité globale gouverne les ruptures telles que l'effilochage dans la surface d'une pièce, où la déformation est répartie. La fissuration en bordure, elle, se produit au niveau du bord cisaillé, là où la microstructure du matériau a été altérée par le processus même de découpe.</p><p>Lorsqu'un poinçon crée une empreinte, il génère une « zone affectée par le cisaillement » (SAZ) ou zone écrouie. Dans cette fine région, le matériau est nettement plus dur et plus fragile que le métal de base. Pour les nuances AHSS, cet effet est amplifié. Les aciers biphasés (DP), par exemple, sont constitués d'îlots de martensite durs dispersés dans une matrice ferritique douce. Pendant le cisaillement, la forte différence de dureté entre ces phases provoque la nucléation de microfissures à l'interface ferrite-martensite.</p><p>Lorsque ce bord est ensuite étiré — lors d'un ourlet ou d'un élargissement de trou — ces microfissures se rejoignent pour former des fissures macroscopiques bien avant que le matériau n'atteigne sa limite théorique d'allongement. Par conséquent, s'appuyer sur les données d'allongement ou de limite d'élasticité en traction pour prédire le comportement en bordure constitue une erreur fondamentale en ingénierie. Le facteur déterminant n'est pas l'étirement global du matériau, mais la capacité du bord endommagé à s'élargir avant la propagation de la rupture.</p><h2>Optimisation du jeu de coupe : la règle des 10 % est obsolète</h2><p>Pendant des décennies, le jeu standard d'outil a été fixé à 10 % de l'épaisseur du brut. Bien que cela fonctionne pour l'acier doux, ce ratio est souvent néfaste pour les AHSS. Des jeux plus serrés sur des matériaux à haute résistance peuvent engendrer un « cisaillement secondaire » — un défaut où les fissures amorcées par le poinçon et la matrice ne se rejoignent pas continûment. Ce désalignement oblige le poinçon à ciseler le matériau restant, créant un bord irrégulier, fortement écroui, avec une zone de brillance secondaire agissant comme un point de concentration de contraintes.</p><p>Des données récentes issues d'études industrielles, notamment celles publiées par <a href="https://www.metalformingmagazine.com/article/?/materials/high-strength-steel/edge-cracking-in-advanced-automotive-steels">MetalForming Magazine</a>, indiquent que la solution réside dans le <strong>jeu calculé</strong>. Pour de nombreuses nuances DP et CP (phase complexe), augmenter le jeu à <strong>15–20 % de l'épaisseur du matériau</strong> permet une rupture plus propre. Un jeu plus important permet aux plans de fracture supérieur et inférieur de se rejoindre en douceur, minimisant ainsi la profondeur de la zone affectée par le cisaillement et réduisant le pic de dureté en bordure.</p><p>Cette approche contre-intuitive — élargir l'écart pour améliorer la qualité — conduit souvent à un rapport d'élargissement de trou (HER) nettement plus élevé. Toutefois, cela doit être équilibré avec la hauteur du bavure. Même si des jeux plus larges peuvent produire un bavure plus haut, le bord conserve davantage de ductilité. Si le bavure se trouve du côté en compression lors du pliage suivant, le risque de fissuration est souvent négligeable comparé au bénéfice d'une face de cisaillement plus propre.</p><h2>Sélection du matériau : le rapport d'élargissement de trou (HER)</h2><p>Lors de l'approvisionnement de matériaux destinés à des pièces avec trous ourlés ou bords étirés, l'<strong>essai d'élargissement de trou ISO 16630</strong> est la référence absolue pour la prédiction, surpassant les métriques traditionnelles de traction. Cet essai consiste à élargir un trou poinçonné à l'aide d'un poinçon conique (angle au sommet de 60°) jusqu'à l'apparition d'une fissure traversant l'épaisseur, fournissant ainsi une mesure directe de la ductilité du bord.</p><p>Le choix de la nuance de matériau joue ici un rôle critique. Bien que les aciers DP soient populaires pour leur rapport résistance-prix, leur hétérogénéité microstructurale (martensite dure vs ferrite douce) les rend sujets aux ruptures en bordure. Les <strong>aciers à phase complexe (CP)</strong> offrent souvent des performances supérieures pour les pièces sensibles aux bords. Les nuances CP utilisent une matrice de bainite et de ferrite renforcée par précipitation, créant une distribution de dureté plus uniforme. Cette homogénéité réduit la nucléation de microfissures pendant le cisaillement, conférant aux aciers CP des valeurs HER nettement supérieures à celles des aciers DP de résistance en traction similaire.</p><p>En outre, la propreté du matériau est impérative. Comme le soulignent des experts chez <a href="https://www.ulbrich.com/blog/cracking-under-pressure-how-high-quality-metal-and-metallurgical-expertise-prevent-cracking-in-stamping/">Ulbrich</a>, les inclusions et impuretés (telles que le soufre ou les oxydes) servent de sites d'amorçage de fissures. Spécifier un acier de haute qualité, propre, avec des limites d'inclusions contrôlées, permet de s'assurer que la valeur théorique de HER du matériau peut être atteinte en production.</p><h2>Solutions de conception d'outillage et d'ingénierie de procédé</h2><p>Au-delà de la métallurgie, la géométrie détermine le résultat. Lorsqu'une pièce nécessite un ourlet étiré dépassant les limites du matériau, les ingénieurs de procédé doivent modifier le chemin de déformation. Une technique efficace consiste à utiliser des <strong>gainers métalliques</strong>. En intégrant un excès de matière (un « gainer ») dans le poinçon d'emboutissage ou le serre-flan, les ingénieurs fournissent un surplus de matière qui s'écoule vers l'ourlet durant l'opération de formage. Cela transforme une condition d'étirement pur en une combinaison emboutissage-étirement, réduisant considérablement la déformation localisée en bordure.</p><p>L'entretien des outils est tout aussi crucial. Un bord de coupe ébréché ou émoussé augmente le volume de la zone de matériau déformé, durcissant encore davantage le bord. Des cycles réguliers d'affûtage sont obligatoires pour la production en AHSS. De plus, l'utilisation de poinçons biseautés (souvent avec un cisaillement de type « toit » de 3 à 6 degrés) peut réduire les charges de choc et améliorer la qualité de la surface cisaillée.</p><p>La mise en œuvre de ces stratégies avancées exige des partenaires de fabrication dotés de capacités spécialisées. Par exemple, <a href="https://www.shao-yi.com/auto-stamping-parts/">Shaoyi Metal Technology</a> utilise des presses à haute tonnage (jusqu'à 600 tonnes) et une précision certifiée IATF 16949 pour maîtriser les fenêtres de traitement exigeantes des aciers automobiles modernes. Que ce soit pour des prototypes rapides ou une production de masse, faire appel à un emboutisseur comprenant les subtilités du comportement des AHSS évite des itérations coûteuses sur les outillages.</p><h2>Résumé des actions correctives</h2><p>L'élimination des fissures en bordure est rarement obtenue par une seule solution ; elle nécessite un ajustement systématique des trois leviers principaux : Matériau, Jeu et Géométrie.</p><ul><li><strong>Matériau :</strong> Passer à des nuances présentant de hautes valeurs HER selon ISO 16630 (par exemple, CP plutôt que DP) et contrôler strictement les impuretés.</li><li><strong>Jeu :</strong> Augmenter le jeu d'outil à 15–20 % pour les AHSS afin d'assurer un plan de rupture propre et minimiser la zone affectée par le cisaillement.</li><li><strong>Géométrie :</strong> Utiliser des gainers métalliques pour alimenter la matière vers l'ourlet et veiller à ce que les poinçons restent affûtés pour éviter un écrouissage excessif.</li></ul><section><h2>Questions fréquentes</h2><h3>1. Quelle est la différence entre formabilité globale et formabilité locale en emboutissage ?</h3><p>La formabilité globale fait référence à la capacité d'un matériau à répartir la déformation sur une grande surface, en résistant à l'effilochage (mincissement) durant les opérations d'emboutissage. Elle est corrélée à la valeur-n (exposant d'écrouissage). La formabilité locale, en revanche, est la résistance du matériau à la rupture en des points de concentration de contraintes spécifiques, tels que les bords cisaillés. Elle est corrélée au rapport d'élargissement de trou (HER) et constitue le facteur principal pour prévenir les fissures en bordure.</p><h3>2. Comment le jeu de coupe influence-t-il les fissures en bordure sur les AHSS ?</h3><p>Le jeu de coupe détermine la qualité du bord cisaillé. Un jeu insuffisant (par exemple, les traditionnels 10 %) sur les AHSS provoque un cisaillement secondaire, créant un profil de bord irrégulier et fragile qui se fissure facilement. Augmenter le jeu à 15–20 % permet aux fissures de rupture provenant du poinçon et de la matrice de se rejoindre proprement, aboutissant à un bord plus lisse, moins écroui et plus ductile.</p><h3>3. Qu'est-ce que l'essai d'élargissement de trou ISO 16630 ?</h3><p>ISO 16630 est la méthode normalisée pour évaluer la ductilité en bordure des tôles métalliques. Un trou de 10 mm est poinçonné dans un échantillon (généralement avec un jeu de 12 %), puis un poinçon conique élargit le trou jusqu'à l'apparition d'une fissure traversant l'épaisseur. L'augmentation en pourcentage du diamètre du trou (HER) fournit une métrique quantitative de la capacité du matériau à résister aux fissures en bordure.</p><h3>4. Pourquoi l'acier biphasé (DP) est-il sujet aux fissures en bordure ?</h3><p>L'acier DP possède une microstructure composée d'îlots de martensite durs dans une matrice ferritique douce. Pendant le cisaillement, la différence de dureté entre ces phases crée de fortes concentrations de contraintes, conduisant à la formation de microfissures aux interfaces entre phases. Ces fissures fragilisent le bord, le rendant très sensible à la fissuration lors des opérations ultérieures de formage.</p><h3>5. Qu'est-ce qu'un gainer métallique en conception d'outillage ?</h3><p>Les gainers métalliques sont des éléments géométriques ajoutés à la retombée ou à la zone de serre-flan d'une conception d'outillage. Ils apportent une longueur de matière excédentaire dans des zones spécifiques. Durant l'opération de formage ou d'ourlet, cette matière supplémentaire s'écoule dans la pièce, réduisant ainsi l'étirement nécessaire en bordure. Cela diminue la déformation localisée et empêche le bord d'atteindre sa limite de rupture.</p></section>