Cintrage Des Bois

1. Les différentes différentes techniques techniques pour obtenir des pièces cintrées. cintrées. Par découpe dans un bloc massif. Par cintrage à chaud (plastification). Par collage de lamelles (lamellé collé). Par déstructuration des fibres de bois (malléabilisation). (malléabilisation). • • • •

2.

Étude de des di diverses te techniques

2.1 Découpage dans du bois massif

C'est la technique la plus utilisé et la plus simple à mettre en œuvre. Les pièces cintrées sont directement découpées dans les planches de bois. Les pièces d'épaisseur moyenne peuvent être obtenues par collage. Les cintres de faible amplitude sont plus faciles à obtenir. La nature du bois n'a pas d'influence 2.2 Cintrage à chaud

Le réchauffement des pièces de bois permet le ramollissement de la cellulose. Le cintrage doit être effectué rapidement, avant le refroidissement des pièces. La plastification débute dès 70°, mais la température idéale, suivant plusieurs études, se situerait à environ 140 150° C. En milieu industriel, on applique pour le cintrage trois systèmes de réchauffement : Réchauffement Réchauffement en bain d'eau. Vaporisation. Réchauffement Réchauffement diélectrique. diélectrique. ≈

• • •

L'espèce de bois la plus appropriée est le hêtre, suivi de frêne, érable, bouleau, chêne, châtaignier, robinier, cerisier, micocoulier, etc. En revanche, les conifères et les bois tropicaux sont plus difficilement difficilement cintrables et demandent des essais préalables. .

Le cintrage des bois

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2.2.1 Réchauffement en bain d'eau Le réchauffement par trempage présente deux défauts : Une température généralement comprise entre 70-80° C, ce qui est proche de la limite de plasticité. Une saturation importante en humidité des fibres situées en périphérie de la pièce. Ce système, utilisé principalement pour le bouleau et le frêne, présente l'inconvénient de "trop mouiller" le bois qui devient mou, difficile à cintrer et à stabiliser. On observe aussi souvent une désagréable variation de la couleur du bois. 2.2.2 Réchauffage par vaporisation Cette opération est exécutée dans les vaporisateurs métalliques cylindriques à la pression atmosphérique avec vapeur saturée à 100°C. 100°C. Pendant le traitement, les pièces deviennent humides extérieurement jusqu'à 25%, jusqu'à 40% même si la vapeur d'eau condensée reste à l'intérieur du cylindre. Il a été établi qu'en présence de vapeur d'eau condensée, on a une Vaporisateur artisanal : un générateur de vapeur ménagé, un tuyau d'aspiration avec un système de plastification meilleure et plus guillotine , cela permet déjà de cintrer des bois en rapide. etite série. En ce qui concerne les temps de traitement, il faut éviter que le bois tende à trop plastifier et se déforme dans la section transversale transversale pendant le cintrage. Une période de vaporisation variable de 45 à 60 minutes pour chaque 25 mm d'épaisseur selon le type de Vaporisateur industriel à double autoclave. Utilisé pour des travaux de série. bois pourrait être suffisante. suffisante. À la fin du processus, on a un gradient d'humidité de l'extérieur vers l'intérieur qui facilite le séchage ultérieur. •

•


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2.2.3 Réchauffement diélectrique Ce dernier procédé utilise du courant électrique à une fréquence de 5-15 MHz qui provoque le réchauffement réchauffement immédiat de toute la masse de bois à Générateur de fréquence portable : très mobile mais de faible puissance. 100°C sans perte d'humidité. Pour des pièces de petites sections. Parmi ses avantages principaux, il convient de souligner la possibilité de plastifier des produits en bois semi-ouvrés présentant des défauts dans la fibre ; au nombre des inconvénients, le coût d'exploitation élevé de cette application qui limite ses secteurs d'utilisation.

Générateur industriel utilisé pour des opérations de panneautage.

2.3 Collage de lamelles (lamellé collé) Les pièces sont constituées de lamelles minces en nombre suffisant suffisant pour obtenir l'épaisseur voulue. Les lamelles sont encollées et serrées sur un moule constitué de une ou plusieurs parties. La nature de la colle utilisée est fonction de la finalité de l'ouvrage (résistance à l'humidité). Des cales de serrages en formes et la présence d'une lamelle martyre, évitent de marquer la pièce finie. Lors d'un cintrage comme illustré sur la photo ci-contre, les fibres de bois se comportent mieux suivant une section Radial que Tangentiel. Section Tangentielle


Section Radial

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2.3.1 Calcul Calcul des épaisseurs épaisseurs de lamelles lamelles Les fabricants de poutres en lamellé collé utilisent la formule suivante : e = R / coefficient

e : épaisseur des lamelles en mm R : R : rayon désiré en mm Coefficient : valeur variant selon la dureté du bois : - Bois dur : 200 - Bois mi-dur : 180 - Bois tendre : 160

Pour la fabrication de cintre à des fins de menuiserie ou destiné à des pièces de meuble, les épaisseurs calculées avec cette formule peuvent être augmentées en fonction de la qualité des bois, de la nature radiale ou tangentielle des bois débités. Des essais sont absolument indispensables pour évaluer la faisabilité du cintrage et pour visualiser l'effet ressort inévitable sur des pièces très cintrées.

2.4 Déstru Déstructu cturat ration ion des fibr fibres es de bo bois is (ma (mallé lléabi abilis lisat ation ion)) Ce résumé est basé sur le rapport Introduction au bois malléable, malléable, élaboré par l’I l’ Institut Technologique Danois, section Techniques du Bois.

2.4.1. Introduction

Le cintrage de bois chauffés par la vapeur est connu depuis fort longtemps. Le cintrage par chauffage à la vapeur nécessite une maîtrise et un savoir-faire savoir-faire importants, notamment parce que le cintrage doit être réalisé immédiatement après chauffage chauffage à la vapeur, pendant que le bois est toujours chaud. Durant plusieurs années, de nombreuses tentatives d’industrialisation du cintrage de bois massif furent menées sans succès. L’issue décisive arriva en 1988 lorsque ITD / section Techniques du Bois présenta le premier prototype d’une presse hydraulique à malléabiliser le bois, (machine destinée à comprimer le bois), à usage industriel. Le cintrage des bois

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2.4.2 Principes de production et d'utilisation du bois malléable Le bois malléable est produit et s’utilise de la manière suivante : Le bois brut, séché à l’air libre et ayant une contenance en eau de 20 à 25%, est débité à dimension puis corroyé, est ramollit par chauffage, puis déposé dans la chambre de compression de la presse. Le bois est ici comprimé dans le sens de la longueur, ce qui entraîne une déformation transversale des parois cellulaires du bois, comme montré dans la figure 2. C’est cette nouvelle structure cellulaire qui autorise le cintrage à froid du bois malléabilisé, pendant qu’il est toujours humide (Teneur (Teneur en eau supérieure à env. 20 %). Lorsque le bois est séché, il se rigidifie dans la forme désirée.

Photo microscopique de la structure cellulaire du hêtre avant malléabilisation

Figure 1 :

Figure 2 : Photo

microscopique microscopique de la structure cellulaire du hêtre après malléabilisation

L’un des avantages du bois malléable est notamment, qu’il tolère de grandes déformations. Il peut être cintré dans toutes les directions et le pourcentage de rebut est faible. De plus le cintrage peut être réalisé à l’aide d’outils simples, qui ne prennent que peu de temps à apprendre à mettre en oeuvre. La production est très respectueuse de l’environnement, sans emploi de colles ou de produits chimiques. Un autre avantage est que le bois malléable peut p eut être stocké et cintré à froid dans le temps Depuis son introduction en 1990, le bois malléable a été utilisé pour la réalisation de nombreux produits tels que : Rampes d’escaliers Plinthes Chaises Clôtures Alèses de tables Divans Cannes Dormants de portes Bancs Poignées Fenêtres Pieds de tables Sculptures Fabrication d’orgues Ouvrages d’art Jouets Outils de jardin Aménagements de bateaux Le cintrage des bois

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2.4.3 Production de pièces en bois malléable La production et l’utilisation du bois malléable peuvent être réparties en plusieurs points, illustrés dans la synoptique suivante . Débit Débit

Bois brut

Corroyage

Plastification (réchauffement)

Malléabilisation

Usi nage nage

Ci ntrage ntrage

S tockage tockage air l ibre Humi dité 20/20 %

Traitement fongicide

Séchage

S tockage Humidi té 30/60 %

Trai tement tement fongicide

Usi nage nage final

Scierie

Atelier de malléabilisation

Assemblage du produi produitt

Menuiserie Stock Finitions Mise sous film

Chambre Chambre cli matisée Humidité relative 90% 90% Température 20°C

Chambre cli matisée matisée 0 °C Produ Produits its fi nis

Phases de travail lors de la production et de l’utilisation du bois malléable

2.4 4 BOIS BRUT 2.4.4.1 Essences de bois Les possibilités de malléabilisation et cintrage du bois dépendent de la constitution cellulaire du bois, qui est différente d’essence en essence. De nombreux feuillus sont aptes à la malléabilisation. Les essences suivantes sont idéales à la malléabilisation et au cintrage : Frêne Hêtre Merisier Orme Erable Chêne Noyer Les résineux, le bouleau, le gommier et les bois durs exotiques, tels que le teck ou l’acajou ne peuvent pas être malléabilisés. • • • • • • •


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2.4.4.2 Exigences de qualité, tri et rendement Le bois destiné à la compression doit remplir les mêmes exigences de qualité que le bois destiné à la fabrication de meubles, c. à d. sans noeud ou autres défauts. Les bois comportant des noeuds peuvent être malléabilisés, mais les noeuds peuvent poser des problèmes lors de cintrages ultérieurs. C’est pourquoi il est préférable d’utiliser des pièces sans noeuds, particulièrement lors de cintrage de pièces de faible section (Typiquement (Typiquement 40 x 40 mm).

2.4.4.3 Taux d’humidité Le bois destiné à la malléabilisation doit avoir un taux d’humidité situé entre 20 et 25 %. Taux d’humidité 20-25%

Description Séché à l’air libre

Le bois séché à l’air libre avoisinant les 16% peut être malléabilisé lorsque le taux d’humidité est rehaussé lors du passage à la vapeur. Il faut être attentif au fait que le bois augmente son volume, lors de l’humidification. Prendre ceci en considération, de manière que les dimensions obtenues correspondent aux dimensions de travail de la presse.


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2.5 PLASTIFICATION (Ramollissement) 2.5.1 Chauffage Le bois doit être chauffé avant compression. Ceci est fait dans le but de le ramollir, de façon à ce qu’il puisse être malléabilisé dans le sens de la longueur sans être détruit. Le chauffage peut être effectué par vapeur ou haute fréquence (HF). Le temps de chauffage chauffage dépend de la section du bois. Le bois doit être porté à env. 100°. A la vapeur, le temps de chauffage est d’environ 45 minutes par épaisseur de 25 mm. Le chauffage se fait par vapeur saturée, afin d’éviter que le bois sèche en surface. Le passage à la vapeur s’utilise aussi pour humidifier les pièces à faible taux d’humidité (voir chapitre 2.3). Avec Avec la haute fréquence, le chauffage est beaucoup plus rapide. Le temps de chauffage est d’environ 5 à 10 min. Suivant la capacité du générateur HF. L’utilisation des hautes fréquences en phase de chauffage nécessite un contrôle très strict de la température et de l’humidité, afin d’éviter les fissures dues à la rapide montée en température.


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2.5.2 . MALLÉABILISATION 2.5.3 Malléabilisation Malléabilisation en générale Les pièces chauffées (figure 14) sont introduites dans la presse. Les pièces sont alors comprimées très fortement en leurs extrémités (figure 15). La pression est si élevée, que le bois diminue d’environ 20% dans le sens de sa longueur (figure 16). Le degré de compression dépend de l’essence de bois employée ainsi que du rayon de cintrage désiré. Après relâchement de la pression, les pièces se redéploient. (figure 17). Dépendant du degré de compression, les pièces ont diminué définitivement de 3 à 5% (figure 17). Cette diminution définitive est l’expression de la déformation de la structure cellulaire du bois ainsi que la capacité de cintrage du bois. Lors de la compression, les pièces de bois sont contrôlées longitudinalement par des guides presseurs autorégulés, qui sont incorporés dans la chambre de compression de la presse. Les guides longitudinaux évitent que le bois se torde pendant la compression.

Un générateur de vapeur et sa presse utilisée pour la malléabilisation. Le cintrage des bois

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Étude et évaluation des solutions techniques Pour résoudre des problèmes techniques, il faut faire preuve de créativité pour trouver un maximum de solutions possible. Le choix d'une solution face à un problème précis peut être quantifié à l'aide d'une méthode appelée : L'étude et l'évaluation des solutions. solutions. L'évaluation des solutions passe par des critères de : - Faisabilité, Coût, Risques, Contraintes de conception. Sélectionner des solutions : Il est nécessaire d'apporter un modèle d'aide d'aide à la décision : A) Choix des critères d'aide à la décision. B) Pondération de chaque critère. C) Valorisation de chaque solution. D) Analyse des résultats. • • • •

A) Ch Chooix des crit ritères ères Pour l'étude que nous allons mener, mener, nous allons utiliser les mêmes critères retenus dans le tableau page 11 : Fil : Le fil du bois suit la forme ? (esthétique). Pré : Précision des dimensions obtenue. Com : Complexité de fabrication. Rap : Rapidité d'exécution. Prix : Prix de revient. Rés : Résistance mécanique des cintres. • • • • • •

B) Pond Pondér érat atio ion n de ch chaq aque ue cri critè tère re (K) (K) Elle est fonction de l'importance relative des critères, en fonction de la nature du travail analysé (travail unitaire ou sériel, prépondérance de la précision ou du prix de revient…) K=

pour Fil pour Fil pour Pré pour Pré pour Com pour Com pour Rap pour Rap pour Prix pour Prix pour Rés pour Rés


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C) Valorisation de chaque solution Note

Précision Précision Com plexité dimensions fabrication Très mauvaise Très difficile

Rapidité Rapidité exécution Très longue

Très élevé

Résistance Résistance mécanique Très mauvaise

Mauvaise

Difficile

Longue

Élevé

Mauvaise

Moyenne

Moyenne

Moyen

Moyenne

4

moyennement Moyenne = bonne = Bonne

Bonne

Rapide

Faible

Bonne

5

très bonne =

Très bonne

Très rapide

Très faible

Très bonne

1

Fil du bois Très peu = (parallèle) Peu =

2 3

Très bonne

Prix de revient

D) Analyse des résultats Nous allons étudier les solutions techniques pour la fabrication de la ceinture de la table basse du mobilier de jardin. Critères

K

Solutions Par découpage Note

Total

Par cintrage à chaud Note Total

Par Par lame lamell lléé coll colléé

Par Par dést déstru ruct ctur urat atio ionn

Note

Total

Note

Total

Fil

1

1

1

5

5

5

5

5

5

Pré

4

5

20

1

4

3

12

3

12

Com

3

3.5

10.5

2

6

3.5

10.5

0.5

1.5

Rap

5

2.5

12.5

1

5

1

5

1

5

Prix

3

2

6

3.5

10.5

4

12

0.5

1.5

Rés

4

1.5

6

4.5

18

5

20

4

16

Total

56

48.5

64.5

41

La note globale pour la solution par découpage est égale à la somme des coefficients K multiplier par la note attribuer; La solution la plus adaptée est la solution ayant la note la plus élevée. Ici, la solution : Par Par lamellée lamellée collé


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D) Analyse des résultats (suite) Nous allons maintenant étudier les solutions techniques pour la fabrication des pièces cintrées des fauteuils du mobilier de jardin Critères

K

Solutions Par découpage Note

Total

Par cintrage à chaud Note Total

Par Par lame lamell lléé coll colléé Note

Total

Par Par dést déstru ruct ctur urat atio ionn Note

Fil Pré Com Rap Prix Rés

Total

La solution la plus adaptée est la solution ayant la note la plus élevée. Ici, la solution :


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Total

Cintrage Des Bois

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