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1. L’étampage par presse à balancier
2. Introduction
Dès le 16e siècle, les bijoux et les monnaies, puis les pièces mécaniques, sont façonnés, formés et/ou découpés à l’aide de presses à étamper. L’étampage permet une reproductibilité à l’identique de formes et de motifs complexes, à des coûts de production moindres et régressifs.
3. Étampe, matrice et poinçon
L’étampage requiert la fabrication d’outils de découpe spécifiques à chaque dessin de pièce : l’étampe.
L’étampe se compose de deux éléments : la matrice et le poinçon.
La matrice est une plaque de métal dur (généralement de l’acier) dans laquelle le contour du composant à fabriquer (négatif) est découpé et évidé. Le poinçon est fabriqué dans le même métal que la matrice et usiné en positif selon le même contour. La matière est poinçonnée (découpée), emboutie ou pliée par la pression exercée par le poinçon à travers la matrice.
4. Qualité et durabilité à coûts régressifs
La fabrication des outils de découpe (poinçon et matrice) requiert un solide savoir-faire et de longues heures de travail, souvent de nature artisanale. Cette technologie implique donc de lourds frais d’outillage. Ceux-ci se réduisent logiquement au fil de la progression de la production. D’autant plus que les étampes ont des durées de vie pouvant se chiffrer en dizaines, voire en centaines d’années, et atteindre des volumes de production quasi illimités.
Comparativement aux autres modes de production (décolleteuses, centres d’usinage, machines à électroérosion), les machines requièrent peu de réglages et la mise en production est significativement plus rapide. De plus, même les machines automatisées, capables parfois de produire plusieurs dizaines de composants par minute, ne nécessitent pas de programmation numérique.
5. Polyvalence
La plupart des métaux utilisés en horlogerie peuvent être étampés (or, platine, aciers, laitons, aluminium, etc.). L’étampage est utilisé pour produire des composants de mouvement (planches de roue, ressorts, ancres, etc.) et des composants d’habillage (boîtes, cadrans, bracelets, etc.). La contrainte exercée sur le matériau lors de l’étampage engendre des tensions structurelles. L’étampage implique des traitements thermiques (recuits) pour éliminer ces tensions.
6. Une technologie ancestrale et d’avenir
Très développée jusqu’en 1980, la production de composants horlogers par étampage a connu, dès lors, un net recul avec l’apparition des premiers centres d’usinage et des machines à commande numérique. Paradoxalement, ce sont ces mêmes machines qui permettent aujourd’hui de fabriquer des étampes plus complexes et moins chères à fabriquer et donc, de redynamiser l’activité d’étampage.
7. Les presses à balancier
Toujours présente dans de nombreux ateliers horlogers, la presse à balancier est une machine de découpe, d’emboutissage ou de pliage mécanique actionnée manuellement. Selon leur construction et leur taille, les presses à balancier peuvent être posées au sol ou fixées à un établi.
Éléments et fonctionnement d’une presse à balancier
Le corps de la machine est généralement en fonte d’acier.
Une table horizontale et plane occupe le centre de son corps. C’est sur cette table que la matrice est positionnée et fixée.
La table est surmontée d’une arche traversée verticalement par une vis sans fin.
Le poinçon se fixe à l’extrémité inférieure de la vis sans fin.
Il est positionné et guidé par des coulisseaux verticaux.
Un grand levier horizontal est fixé par son centre au sommet de la vis sans fin et entraîné par un ajustement carré.
Des poids sont généralement disposés aux extrémités des deux bras du levier afin d’en augmenter l’inertie.
La matière à étamper est positionnée au centre de l’axe vertical. L’artisan met en rotation le balancier formé par le levier et ses poids. Grâce à l’action de la vis sans fin, le poinçon descend verticalement jusqu’à la profondeur souhaitée (à travers la matière et la matrice pour une découpe). Selon le pas de la vis sans fin, l’angle nécessaire pour que le balancier effectue une frappe, ainsi que la vitesse de déplacement du poinçon, pourront être adaptés au type d’opérations auxquelles la presse est destinée.
Forces de pression
La pression exercée sur la matière dépend ici de l’inertie du balancier et de la force exercée par l’opérateur (artisan).
La plupart des presses à balancier utilisées de nos jours ont des puissances comprises entre quelques centaines de kilogrammes et quelques tonnes.
8. Les presses hydrauliques
Le principe de fonctionnement d’une presse hydraulique est similaire à celui d’une presse à balancier.
Éléments et fonctionnement d’une presse hydraulique
En lieu et place de la vis sans fin, ce sont des vérins qui actionnent le poinçon.
Les pistons hydrauliques permettent de multiplier considérablement l’énergie fournie à la machine et d’atteindre des puissances élevées.
Forces de pression
Les presses hydrauliques utilisées en horlogerie exercent des pressions comprises entre 1 et 200 tonnes.
Presses manuelles, automatiques et étampage progressif
Certaines presses exigent des manipulations entre chaque frappe (retrait de la pièce découpée, repositionnement de la matière brute en vue de la frappe suivante). D’autres machines sont automatiques. Dans ce cas, une animation (généralement hydraulique) permet d’éjecter et de collecter le composant découpé, et de faire avancer la bande de matière brute ou un magasin (par des perforations, à la manière d’une pellicule de cinéma) pour réaliser la frappe suivante. Ce principe permet à certaines presses de recevoir des étampes qui séquencent plusieurs opérations de frappe successives. On parle alors d’étampage progressif.