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1 INDEX Page 1. INTRODUCTION Préface Production de pièces en bois malléabilisé 4 2. BOIS BRUT Essences de bois Exigences de qualité, tri et rendement Taux d humidité Stockage avant malléabilisation Usinage avant malléabilisation 7 3. PLASTIFICATION (Ramollissement) Chauffage Chauffage partiel 9 4. MALLÉABILISATION Malléabilisation en général Dimensions utiles Dimensions max. des pièces Malléabilisation en fardeau Malléabilisation partielle Capacité de compression STOCKAGE APRES MALLEABILISATION USINAGE AVANT CINTRAGE ET SECHAGE CINTRAGE Cintrage en général Cintrage avec feuillards Possibilités de cintrage Utilisation des diagrammes Outils pour cintrage de bois malléable Cintrage sans feuillards Cintrage avec feuillards Feuillards en général Cintrage avec feuillards en acier ressort Cintrage sur gabarit Cintrage en L ou en U Cintrage en S Cintrage en O - Anneau 23 1

2 Cintrage en deux plans Torsion Cintrage automatique Cintreuse à gabarit rotatif SECHAGE Séchage en général Séchage en séchoir Séchage haute-fréquence Combinaisonséchage haute-fréquence / séchage en séchoir Effet ressort USINAGE COLLAGE FINITION ASPECT TRAITEMENT PROPRIETES MATERIELLES ATELIER COMPWOOD LIVRAISON DE BOIS MALLÉABLE 29 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 30 DESCRIPTION DES BOIS APTES A LA MALEABILISATION ET A LA FABRICATION DE MEUBLES, EXEMPLE 31 DISTRIBUTEURS DE MATERIELS ET D OUTILS, LISTE 32 CINTRAGE EN U PAR FEUILLARD, EXEMPLE 33 2

3 Préface Ce manuel est basé sur le rapport Introduction au bois malléable, élaboré par l Institut Technologique Danois, section Techniques du Bois. Ce rapport fut édité en 1993 par Jan Buchter, Consultant spécialisé, John Adelhøj, Ingénieur Civil, Jens Ljørring, Ingénieur Civil et Ove Hansen, Ebéniste. 1. Introduction Le cintrage de bois chauffés par la vapeur est connu depuis fort longtemps. Les planches pour la construction de coques de bateaux, les manches de cannes ou encore les chaises autrichiennes à dossier demi-rond sont des exemples typiques d utilisation. Le cintrage par chauffage à la vapeur nécessite une maîtrise et un savoir-faire importants, notamment parce que le cintrage doit être réalisé immédiatement après chauffage à la vapeur, pendant que le bois est toujours chaud. Les pieds arrières de la chaise, ci-dessus nommée, doivent ainsi être cintrés dans la demi-minute suivant la sortie des pièces de l autoclave ou de l étuve. 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. Aujourd hui la seconde génération de presse hydraulique à malléabiliser le bois à usage industriel est fabriquée et commercialisée dans le monde entier par Compwood Maskiner A/S. 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 œuvre. 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 être stocké et cintré à froid dans le temps. Le bois malléable donne libre cour à la créativité dans le cintrage des bois massifs, comme vous pourrez le constater dans ce qui suit. Un grand nombre d architectes et de designers danois et d autres pays ont exploité cette possibilité, au fil des années, dans leurs conceptions de meubles. Il apparaît notamment, dans les Ateliers Internationaux de l Ecole Danoise de Design Maîtrise Européenne du Design - Concepts en Bois Malléables, que le bois malléable comporte de nombreuses possibilités, qui n attendent qu à être exploitées par des utilisateurs créatifs. 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 3

4 1.2 Production de pièces en bois malléable La production et l utilisation du bois malléable peuvent être répartie en plusieurs points, illustré dans la synoptique suivante. Les chiffres dans les cadres correspondent aux chapitres de ce manuel. Figure 1. Phases de travail lors de la production et de l utilisation du bois malléable En résumé, 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 en eau supérieure à env. 20%). Lorsque le bois est séché, il se rigidifie dans la forme désirée. 4

5 Figure 1. Photo microscopique de la structure cellulaire du hêtre avant malléabilisation Figure 2. Photo microscopique de la structure cellulaire du hêtre après malléabilisation 2 BOIS BRUT 2.1 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 : Essences Pays Frêne (Fraxinus excelsior) Danemark Frêne (Fraxinus americana) USA Hêtre (Fagus sylvatica) Danemark Hêtre (Fagus spp.) Japon Merisier (Prunus serotina) USA Orme (Ulmus glabra) Danemark Erable (Acer saccharinum) USA Chêne américain (Quercus velutina) USA Chêne (Quercus spp. Deciduas) Japon Chêne (Quercus petraea) Danemark Noyer (Juglans nigra) USA Figure 3. Essences de bois idéales à la malléabilisation Les résineux, le bouleau, le gommier et les bois durs exotiques, tels que le teck ou l acajou ne peuvent pas être malléabilisés. 5

6 2.2 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 nœud ou autres défauts. Les bois comportant des nœuds peuvent être malléabilisés, mais les nœuds peuvent poser des problèmes lors de cintrages ultérieurs. C est pourquoi il est préférable d utiliser des pièces sans nœuds, particulièrement lors de cintrage de pièces de faible section (Typiquement 40 x 40 mm). Figure 4. Grosse section avec nœud Figure 5. Petite section avec même taille - sans importance au cintrage de nœud - problèmes au cintrage La proportion d éclats ainsi que le cœur du bois ne jouent aucun rôle dans la compression. Cela est de même en ce qui concerne l orientation des cernes puisque les pièces peuvent être délignées ou dédoublées de multiples façons, à partir de planches, de madrier ou autres. Lors du cintrage, il est cependant recommandé, que les cernes suivent le sens du cintrage, c. à d. que le coeur du bois se trouve vers l intérieur (Voir figure 6). Face cœur Il est capital que le bois soit droit de fil à l origine, c est à dire que les cernes soient parallèles à la pièce dans le sens longitudinal, sans trop de déviations. En page 31 figure une déscription qualitative des bois employés dans la fabrication de meubles. Figure 6. Orientation des cernes au cintrage. Cintrage de préférence cœur contre cœur Avant compression, le bois est débité en pièces de tailles correspondantes à la dimension de la presse (Voir chapitre 4.2.1). 6

7 2.3 Taux d humidité Le bois destiné à la malléabilisation doit avoir un taux d humidité situé entre 20 et 25 %. Taux d humidité Description 20-25% Séché à l air libre Figure 7. Taux d humidité requis avant compression 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. 2.4 Stockage avant malléabilisation Si le bois doit être stocké et séché avant malléabilisation, tenir compte d un traitement contre toute attaque bactérienne, moisissures, ou autres qui pourraient le tacher. Lors du stockage, les avivés doivent être espacés les uns des autres par des lattes de pin ou de sapin. L humidité doit être contrôlée constamment, car un séchage trop rapide provoquerait des gerçures. Le bois ne doit pas non plus être exposé à la lumière directe du soleil. 2.5 Usinage avant malléabilisation En amont de la malléabilisation, le bois doit être rectifié afin qu il puisse entrer dans la chambre de compression de la presse. Les extrémités doivent être droites. Le bois doit être corroyé de manière à avoir une section carrée ou rectangulaire, et qu il présente des dimensions identiques sur toute la longueur. Figure 8. Tronçonnage droit avant malléabilisation Figure 9. Corroyage afin de mettre le bois aux dimensions de la chambre de compression 7

8 Les pièces doivent être suffisamment surdimensionnées par rapport à la taille finale souhaitée. Ceci est nécessaire, notamment à cause des pertes de volume au séchage et à l usinage avant ou après cintrage. Les pièces doivent être aussi plus longues, car elles perdent 5% sur la longueur lors de la malléabilisation. Figure 10. Les bois doivent être sur- dimensionnés, Pour compenser les pertes au séchage et à l usinage. 3 PLASTIFICATION (Ramollissement) 3.1 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 dépend de la section du bois. Le bois doit être porté à env Figure 11. Chauffage par vapeur Figure 12. Le chauffage par HF est plus rapide que le chauffage par vapeur, mais aussi plus difficile à gérer A la vapeur, le temps de chauffage est d environ 45 minutes par épaisseur de 25mm. 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 la hautefréquence, 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 haute-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. Pour cette raison, Compwood Maskiner A/S préconise le chauffage par vapeur. 8

9 3.2. Chauffage partiel Lorsque la pièce ne doit être cintrée que sur une partie, il peut être préférable de seulement la comprimer sur une partie; Ceci s appelle une malléabilisation partielle. La malléabilisation partielle est contrôlée par le chauffage, puisque la pièce n est chauffée que sur la ou les parties, qui seront cintrées. Lorsque le bois est placé dans la chambre de compression, seules les parties chauffées seront comprimées. Figure 13. Le chauffage partiel est pratiqué lorsque ce n est qu une partie de la pièce qui doit être malléabilisée Le chauffage partiel est toujours précédé d un chauffage global de la pièce pendant ½ heure à 1 heure, afin d assurer une coloration uniforme de la pièce. Ensemble de malléabilisation incluant autoclave et presse hydraulique à malléabiliser le bois. 9

10 4. MALLÉABILISATION 4.1 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 (voir chapitre 1.2), ainsi que la capacité de cintrage du bois. Lors de la compression, les pièces de bois sont contrôlées longitudinalement par des guides presseurs auto-régulés, qui sont incorporés dans la chambre de compression de la presse. Les guides longitudinaux évitent que le bois se torde pendant la compression. Figure 14. Pièce chauffée - Prête à la malléabilisation Figure 15. Lors de la malléabilisation, le bois est comprimé dans le sens de la longueur Figure 16. Lors de la malléabilisation Figure 17. Après malléabilisation, le bois a le bois diminue d environ 20% subit une diminution définitive de 3-5% 10

11 La presse est contrôlée par ordinateur, qui régule automatiquement la pression pendant la malléabilisation (voir fig. 18 et page 19). Les pièces sont comprimées par le dessus, les côtés et les extrémités. Figure 18. La presse et son autoclave, vus de dessus 4.2 Dimensions utiles La dimension des pièces pouvant être comprimées, dépend de la taille de la presse Dimensions maxi des pièces Lors de la malléabilisation la dimension maxi des pièces dépend de la dimension de la chambre de compression. Dans les presses standard de Compwood Maskiner A/S, les dimensions maxi de bois malléabilisés sont les suivantes: Presse Largeur en mm Hauteur en mm Longueur en mm l H L Type Type Type Figure 19. Dim. maxi de pièces. Les longueurs standard sont de 3 mt maxi et de 1 mt mini Figure 20. Des longueurs plus courtes ou plus longues peuvent être malléabilisées dans des presses Compwood, fabriquées sur mesure Après compression, le bois peut être tronçonné à dimension ou vous pouvez utiliser la technique de malléabilisation en fardeau. 11

12 4.2.2 Malléabilisation en fardeau Il est possible de comprimer plusieurs pièces à la fois. Cette technique est appelée malléabilisation en fardeau. Dans la fabrication de meubles, des dimensions inférieures à celles indiquées dans le chapitre , sont très souvent employées. C est pourquoi il peut être préférable d exploiter la technique de la malléabilisation en fardeau. La compression s effectue sur un fardeau de pièces. Les pièces doivent être de la même essence, et de préférence de même dimension. Les dimensions du fardeau doivent respecter les dimensions de la chambre de compression. Figure 21. Malléabilisation en fardeau Plusieurs pièces peuvent être comprimées en même temps Il est préférable que les pièces comprimées aient une section (Hauteur x largeur) correspondante à la dimension souhaitée avant cintrage. Une pièce malléabilisée de plus forte section peut naturellement être délignée à dimension, mais les faces de coupe, dans le fil du bois encore humide, présenteront une surface très effilochée, si une attention toute particulière n est pas portée au délignage Malléabilisation partielle Figure 22. Malléabilisation partielle. Seulement une partie du bois est ramollie La malléabilisation partielle est effectuée comme décrite dans le chapitre 3.2 (chauffage partiel). L emplacement de compression s effectue là où le bois est réchauffé et où il doit être cintré ultérieurement. Dans le cas d une malléabilisation partielle, la chambre de compression peut être dimensionnée afin de recevoir des pièces supérieures à 3 mt. 12

13 4.3 Capacité de compression Les nouvelles presses à malléabiliser standard de Compwood Maskiner A/S ont les capacités de compression indicatives suivantes: Capacités de compression pour 8 heures Presse, Type 1 (80 x 120 x 3000 mm) 0,5-1 m³ Presse, Type 2 (120 x 120 x 3000 mm) 2 m³ Presse, Type 3 (200 x 160 x 3000 mm) 3-5 m³ Figure 23. Production journalière de bois malléable Les capacités de production indiquées sont valables à un degré de compression de 20% avec une compression sur toute la longueur de la pièce. De plus, la capacité de compression dépend de l essence de bois, ainsi que de sa teneur en eau. 5 STOCKAGE APRES MALLEABILISATION Après malléabilisation le bois est prêt pour être cintré. Si le bois n est pas cintré dans la foulée, il doit être stocké, de façon à ce que le taux d humidité ne descende pas en dessous des 20%. L assèchement est évité en stockant le bois en chambre froide ou en l enveloppant d un film plastique hermétique. Dépendant de la méthode de stockage, le bois malléable peut être conservé jusqu à 6 mois avant cintrage. Les formations de moisissures sont évitées de la même manière que pour le bois brut (voir chapitre 2.4). 6 USINAGE AVANT CINTRAGE ET SECHAGE Les pièces devraient être tronçonnées et usinées avant cintrage. Les pièces doivent suffisamment être surdimensionnées en vue de l usinage et de la perte de volume au séchage. Par exemple, la perte de volume lors du séchage du hêtre, (passage de 25% d humidité à 8% d humidité), est comme suit : Perte radiale Perte tangentielle 3,6 % 6,6% Perpendiculairement aux cernes Longitudinalement aux cernes Figure 24. Perte de volume du hêtre, lors d un séchage de 25% à 8% d humidité 13

14 Le bois malléable se corroie difficilement avant séchage, car il peluche facilement. Le corroyage sur machine spéciale, où les couteaux travaillent en travers du fil du bois, donne par contre un très bon résultat. Un évt. moulurage devrait être éffectué dans la foulée. La fabrication de bâtons ronds sur un tour à bâtons donne un bon état de surface, qui peut être affiné au ponçage après cintrage et séchage de la pièce. Figure 25. Un bois malléable humide, peut être corroyé / mouluré en travers du fil du bois Un ponçage en large-bande ou en longue-bande - dans le but d éliminer des traces de sciage, par exemple - peut également être pratiqué sur les bois malléables, lors de l usinage avant cintrage. 7 CINTRAGE 7.1 Cintrage en général Face de traction Lors du cintrage, le bois malléable est influencé de deux manières différentes. La face intérieure de la pièce cintrée est exposée à une pression où les cellules du bois froissent. Sur la face extérieure de la pièce, les cellules du bois sont exposées à une traction et s allongent. Face de pression Figure 26. Lors du cintrage, la face intérieure du bois est comprimée et la face extérieure étirée 7.2 Cintrage avec feuillards Même si le bois est comprimé, il peut toujours être surchargé jusqu à rupture ou écrasement. Lors d un cintrage important d une pièce malléabilisée, les premières ruptures surviennent d abord sur la face de traction, parce qu elle est trop étirée. Par contre, le bois en face de pression tolère de grandes déformations, sans pour cela être écrasé ou présenter des plis visibles à l œil nu. Lors du cintrage, il est donc important de protéger la face de traction et, à la place, de concentrer les déformations sur la face de pression. 14

15 Feuillard Lors du cintrage, les forces de pression et de traction peuvent être contrôlées à l aide d un feuillard. Le feuillard est placé sur la face de traction (face extérieure) avant cintrage. Le feuillard protège cette face contre les ruptures à l étirement. La déformation est alors rassemblée sur la face de pression, qui tolère mieux la pression. Concernant la forme et l utilisation des feuillards, (voir chapitre 7.4.) Figure 27. lors du cintrage, le feuillard protège la face de traction contre les ruptures à l étirement 7.3 Possibilités de cintrage La capacité au cintrage du bois malléable dépend de plusieurs facteurs différents. Le rayon de cintrage dépend de l essence, de la qualité, de la dimension et du degré de compression, de la forme du bois employé ainsi que de l outil employé à cette opération. Même si le bois est ramolli lorsqu il est comprimé, il est toujours nécessaire d utiliser une certaine puissance pour le cintrer. Seuls des profils de faible section peuvent être cintrés à la main, sinon il est nécessaire d utiliser des outils adéquats, des gabarits ou autres agrégats de cintrage. Lorsque la pièce est cintrée à la forme voulue, il est nécessaire de la maintenir en place lors du séchage. Lors du séchage, le bois se «rigidifie» à la forme désirée. Sur les diagrammes (figures 28-31), vous trouverez les rayons de cintrage indicatifs pour le hêtre et le frêne. Les diagrammes sont valables pour un degré de compression de 20% - correspondant à une diminution définitive d environ 5%. Les valeurs indiquées pour le frêne sont aussi valables pour l orme, le merisier, le noyer ou l érable. Les valeurs indiquées pour le hêtre peuvent être employées pour le Chêne, avec précaution. A remarquer que le rayon de cintrage dépend essentiellement de l utilisation ou de la non-utilisation de feuillards. Le rayon indiqué correspond au rayon intérieur, c. à d. au rayon extérieur du gabarit Utilisation des diagrammes La ligne supérieure de la surface hachurée montre les limites de cintrage sans feuillards. Toutes les combinaisons de Rayon de Cintrage / Epaisseur - Diamètre de Pièces, se trouvant au-delà de cette limite, peuvent être réalisées sans emploi de feuillards. La surface hachurée représente les combinaisons de Rayon de Cintrage / Epaisseur - Diamètre de Pièces possibles en utilisant des feuillards lors du cintrage. Lors d un cintrage à l aide de feuillards avec butée réglable, il est possible d obtenir des rayons de cintrage plus petits. La limite de cintrage ne peut être déterminée que par des essais. 15

16 Section rectangulaire Cintrage à froid Hêtre comprimé (20%) Rayon minimum de cintrage Cintrage sans feuillard HETRE Section rectangulaire Avec butée fixe Cintrage avec feuillard Avec butée réglable mm Figure 28. Hêtre. Section rectangulaire. Bâton rond Cintrage à froid Hêtre comprimé (20%) Rayon minimum de cintrage Cintrage sans feuillard HETRE Bâton rond Avec butée fixe Cintrage avec feuillard Avec butée réglable mm Figure 29. Hêtre. Section circulaire. 16

17 Section rectangulaire Cintrage à froid Frêne comprimé (20%) Rayon minimum de cintrage Cintrage sans feuillard FRENE Section rectangulaire Avec butée fixe Cintrage avec feuillard Avec butée réglable mm Figure 30. Frêne. Section rectangulaire. Bâton rond Cintrage à froid Frêne comprimé (20%) Rayon minimum de cintrage Cintrage sans feuillard FRENE Bâton rond Avec butée fixe Cintrage avec feuillard Avec butée réglable mm Figure 31. Frêne. Section circulaire. 17

18 7.4 Outillage pour le cintrage de bois malléable Les outils destinés au cintrage de bois malléable peuvent être répartis en plusieurs groupes. 1. Un gabarit sur lequel le bois est cintré, ainsi qu un contre-gabarit qui le maintient en place lors du séchage. 2. Un feuillard qui est placé sur la face de traction lors du cintrage, afin d éviter que le bois ne subisse des déchirements à l étirement. 3. Outils de poussée ou de traction sous formes de serre-joints, vérins ou treuils utilisés lors du cintrage de la pièce. En dehors de cela, il existe naturellement des machines qui peuvent effectuer des cintrages semiautomatiques, voire entièrement automatiques, à la forme voulue Cintrage sans feuillards Les pièces peuvent être cintrées sans l aide de sangles lorsqu il s agit de grands rayons de courbure (voir fig ), et que la pièce puisse être maintenue en place à l aide de serre-joints, d excentriques ou de sauterelles. Le cintrage doit s effectuer de manière lente et régulière. Figure 32. La pièce cintrée est bloquée au gabarit à l aide de pinces En règle générale, les limites suivantes peuvent être considérées pour un cintrage sans feuillards : S E C T I O N R E C T A N G U L A I R E HETRE Rayon de cintrage minimum = 10 x épaisseur de pièce 50 mm FRENE Rayon de cintrage minimum = 6 x épaisseur de pièce S E C T I O N C I R C U L A I R E HETRE Rayon de cintrage minimum = 7 x épaisseur de pièce + 30 mm FRENE Rayon de cintrage minimum = 11 x épaisseur de pièce 100 mm Figure 33. Cintrage sans feuillards 18

19 Après cintrage, le bois doit être maintenu en place pendant qu il sèche. Normalement, la pièce reste en place sur le gabarit lors de la première phase de séchage. Lorsque le bois est à mi-stade de séchage, il peut être retiré du gabarit, et peut être fixé d une autre façon sur un gabarit plus simple. Figure 34. La pièce est maintenue en place lors du séchage Lors de la fabrication du gabarit, prendre en considération l effet de ressort (voir chapitre 8.5) Cintrage avec feuillards Lors de cintrages importants, le rayon de courbure diminue. De même, le risque de ruptures à l étirement augmente sur la face de traction. C est pourquoi il est nécessaire d utiliser des feuillards Feuillards en général Les feuillards sont habituellement fabriqués en acier ressort inoxydable de 1 mm d épaisseur. Pour certaines tâches, des sangles en Nylon tressé peuvent être utilisées en remplacement. L utilisation de telles sangles est expliquée dans le chapitre Cintrage en deux plans (voir chapitre ). La largeur du feuillard doit toujours être supérieure à la largeur de la pièce à cintrer, d environ 1 mm. Lors du cintrage, le feuillard doit couvrir toute la surface extérieure de la pièce Cintrage par feuillards en acier ressort Pièce Butée fixe Le feuillard est muni de deux butées sur chaque extrémité. La pièce à cintrer est placée entre les deux butées. L une des butées est fixe, alors que l autre est réglable, afin de bien pouvoir bloquer la pièce dans le feuillard. La pièce est alors prête au cintrage. Le cintrage doit s effectuer d un mouvement lent, régulier et adapté à la taille de la section. Butée réglable Figure 35. Feuillard avec butées fixe et réglable 19

20 Pendant le cintrage, il peut être nécessaire de diminuer la pression en bout, en dévissant la butée réglable. Si la butée n est pas dévissée, lors de cintrages importants, la pression sur la face intérieure de la pièce devient si importante que le bois risque de se détériorer, voire froisser. Barres de renfort Lorsque la butée est serrée, la pression peut devenir si forte sur le feuillard, qu il glisse de la pièce. Lorsque cela arrive, la pièce n est plus en pression. Afin d éviter cela, le feuillard doit être muni de barres longitudinales de renfort. Ces barres doivent se trouver à chaque extrémité du feuillard et doivent être boulonnées au feuillard, tout comme aux butées. Figure 36. Les butées se déboîtent facilement lorsque le feuillard n est pas muni de barres de renfort La butée réglable peut aisément être fabriquée à partir d une tige filetée munie d un patin. Cette tige est maintenue en place par deux écrous soudés sur une plaque, qui sera vissée au feuillard. Cette tige doit avoir un filetage hélicoïdal et une tête à six pans, de façon à pouvoir être vissée ou dévissée facilement à l aide d une clé à douilles. (Données techniques indiquées en page 32). En règle générale, les limites suivantes peuvent être considérées pour un cintrage avec feuillards : S E C T I O N S R E C T A N G U L A I R E & C I R C U L A I R E HETRE & FRENE Rayon de cintrage minimum = 2 x épaisseur / diamètre de pièce Figure 37. Cintrage avec feuillard Cintrage sur gabarit Figure 38. Gabarit en bois Le gabarit sur lequel le bois doit être cintré, peut être fabriqué en bois ou en métal. Les gabarits en bois sont simples à fabriquer. Une gabarit pour un cintrage en un seul plan peut être fabriqué à partir d un épais panneau de contreplaqué, de MDF, ou de particules, ou de plusieurs panneaux collés entre-eux. Le panneau est découpé à la façon souhaitée. Les surfaces de coupe doivent être poncées, afin d éviter les marques sur les pièces à cintrer. 20

21 Les gabarits en métal sont souvent utilisés, lorsque de grosses séries sont à envisager. Les gabarits en métal sont stables et faciles à équiper avec des pinces qui maintiennent la pièce cintrée en place. Ils sont par contre plus chers à l achat et/ou à faire fabriquer. Figure 39. Gabarit en acier ou en aluminium Les gabarits en bois sont percés pour pouvoir être éventuellement boulonnés sur une table de cintrage. De plus, le gabarit doit avoir des trous ou des emplacements prévus pour recevoir des serre-joints / pinces, qui permettent le maintien du bois malléable pendant et après le cintrage. En outre, la table de cintrage doit être suffisamment grande pour recevoir les outils de pression et/ou de traction qui serviront à courber le bois Cintrage en L ou en U Le cintrage d une pièce en L ou en U s effectue de la façon suivante. Le bois doit de préférence être orienté côté cœur contre le gabarit (figures 40 et 41). Le risque de rupture à l étirement est alors considérablement réduit lors du cintrage, et le bois est plus facile à courber. Le feuillard est positionné sur la face extérieure du bois malléable. La pièce, côté butée fixe, est alors fixée au gabarit. La pièce est cintrée autour du gabarit. Petit à petit et très lentement, la pièce est cintrée et fixée au gabarit à l aide de serre-joints ou de pinces (voir figures 56-59). Figure 40. Pièce en L Figure 41. Pièce en U Pendant le cintrage, la pièce est en pression longitudinale dans le feuillard. Lors du cintrage en L par exemple, la pression en bout de bois doit être relâchée, de manière à permettre la déformation longitudinale sur la face de traction de la pièce (face extérieure). Si la pression en bout de bois n est pas relâchée, des froissements/plis apparaissent sur la face intérieure de la pièce. 21

22 Une pression trop élevée en bois de bout entraîne également un aplatissement de la pièce sur sa partie la plus courbe (dans certains cas, la pièce peut diminuer de moitié). Le serrage à la clé dynamométrique permet de contrôler la pression lors du cintrage. Lors du cintrage de pièces longues, il est nécessaire d équiper la sangle de cales de guidage, qui évitent à la pièce de glisser en dehors de la sangle, lorsque la pression en bout de bois augmente (figure 42). Les cales de guidage peuvent éventuellement être vissées à la sangle. Figure 42. Feuillard avec cales de guidage, qui empêchent la pièce de déraper A la place de cales de guidage, la pièce peut être guidée par des pinces, qui la maintienne en place. Les outils servant au cintrage et au maintien de la pièce doivent être faits de telle sorte qu ils ne puissent pas faire de marques inutiles sur la pièce. Lors de cintrages particulièrement délicats, le feuillard doit rester en place sur la pièce lors de la première phase de séchage. On minimise ainsi le risque des ruptures sur la surface extérieure du bois. Fig. 52 à 63. Comment réaliser un cintrage en U, pas à pas Cintrage en S Les règles appliquées pour les cintrages en L ou en U, sont les mêmes que pour d autres cintrages comme par ex., le cintrage en S. Dans ce cas, le cintrage est néanmoins réparti en deux phases. Les piéces formées en S, sont sanglées avec une sangles en deux parties (figure 43). Le cintrage en S s effectue comme deux cintrages en U en opposition, mais est débuté par le centre du S. Les sangles doivent être en appui sur les faces extérieures de la pièce. Figure 43. Cintrage en S 22

23 Cintrage en O - Anneau Le cintrage d un anneau (assise de chaise, par ex.), est très facile. Le gabarit peut avoir différentes façons, circulaire, oval, ou carré avec des coins arrondis. La procédure de courbure de la pièce reste la même. Figure 44. Pièce en O avec assemblage biseauté Le feuillard côté butée fixe est fixé au gabarit. La pièce à cintrer est maintenue au feuillard. Cette extrémité de la pièce est fixée au gabarit à l aide de serre-joints ou de pinces. La courbure de la pièce peut être initiée, comme lors d un cintrage en U. Au fil de la courbure de la pièce autour du gabarit, il est nécessaire de la «bloquer» à ce même gabarit. Si l anneau doit être terminé par un assemblage biseauté, usiner l une des extrémités de la pièce à cet effet avant cintrage. Démarrer le cintrage de la pièce par cette extrémité (figure 44) Cintrage en deux plans Le cintrage en deux plans apparaît notamment dans la fabrication de chaises, où le dos, les accoudoirs et les pieds avant forment une seule pièce. Le travail de cintrage se divise en deux phases: 1. Cintrage du dos en U (1 er plan figure 45). 2. Cintrage du passage des accoudoirs aux pieds (2 ème plan figure 46). Le cintrage du dos s effectue avec ou sans feuillards, comme précédemment décrit. La partie cintrée de la pièce est bloquée au gabarit et l éventuel feuillard est ôtée. Ensuite, les deux jambes du U peuvent être courbées (2 ème plan). Figure 45. Cintrage en un seul plan 23

24 Le cintrage des pieds s effectue normalement à l aide de sangles en Nylon tressé. Les sangles en Nylon sont du même type que les sangles utilisées pour l ammarage de marchandises. Elles sont flexibles et très adaptées au cintrage de formes compliquées (2 plan). Figure 46. Cintrage en deux plans Lors du cintrage en deux plans, les pieds sont maintenus dans un gabarit indépendant avec butées fixes. Lorsque les feuillards sont tendus, les butées du gabarit sont mises en pression en bout de bois, et la pression de cintrage est ainsi établie. Les sangles en Nylon sont normalement employées pour des cintrages de bâtons ronds. Les sangles suivent parfaitement la pièce et répartissent plus facilement la pression sur la majeure partie des courbures. L aplatissement de la pièce est ainsi évité, ce qui n est pas forcément le cas si des feuillards en acier sont employés. Les sangles en Nylon ne s allongent quasiment pas lors de la traction. La tension de la sangle est obtenue à l aide d un tendeur à cliquets. (Données techniques indiquées en page 32) Torsion Des profils fins de bois comprimé peuvent être voilés comme une pale d hélice. La torsion s effectue sans emploi de sangle. Figure 47. Torsion Il peut être compliqué de combiner cintrage et torsion, sans que des fissures apparaissent dans le fil du bois (tension d étirement transversal). Les fissures apparaissent parce que le bois subit un étirement transversal trop important lors d une combinaison cintrage / torsion. Dans ce cas, la résistance du bois est très faible, c est pourquoi le risque de fissure est très important. 24

25 Cintrage automatique Le cintrage de bois malléable peut être effectué en machine. La forme de la machine / presse dépend du cintrage a effectuer. La puissance nécessaire au cintrage est obtenue à l aide de moteurs électriques, par vérins hydrauliques ou pneumatiques Cintreuse à gabarit rotatif Pièce Gabarit Rouleau presseur De nombreux cintrages peuvent être effectué sur une cintreuse. La table est équipée d un plateau tournant, commandé par un moto- variateur électrique. Commencer par la fixation du gabarit au plateau tournant. Le moteur entraine lentement le gabarit contre le rouleau presseur qui plaque la pièce au gabarit. Le rouleau presseur ayant une translation (comme le bras d un tourne-disque), la cintreuse peut ainsi servir au cintrage de pièces de formes et de tailles très différentes. Figure 48. Cintreuse à gabarit rotatif 8. SECHAGE 8.1 Séchage en général Lorsque le bois est cintré, il doit sécher de façon à «durcir» à la forme voulue. Pendant le séchage, le bois doit être maintenu, soit dans son gabarit de cintrage, soit dans un autre agrégat qui le maintient dans sa forme. Pendant le séchage, le bois retrouve quasiment sa dureté initiale. 8.2 Séchage en séchoir Le bois malléable tolère un séchage plus important (plus rapide) que le bois traditionnel sans pour autant qu il gerce. Le séchage peut être effectué en séchoir ventilé ; Normalement, seul le contrôle de la température de l air est nécessaire. Le séchage de bâtons ronds de 34 mm prend environ 2 à 3 jours à 60 C. Au bout de 6 heures, la pièce peut être ôtée de son gabarit et peut être placée dans un agrégat de maintien plus léger ou autres formes de maintien, pendant le reste du temps de séchage (voir fig. 34). Des grosses pièces de section 60 x 120 mm sont séchées à température plus basse, 40 C. Cela prend de 10 à 14 jours. 8.3 Séchage haute-fréquence Le chauffage par haute-fréquence (HF) peut également être employé pour sécher les pièces. Cette forme de séchage est beaucoup plus rapide qu en séchoir. 25

26 L emploi du chauffage par haute-fréquence nécessite l emploi de gabarits spéciaux. Le gabarit doit être construit d un matériau non-conducteur par ex. du bois ou de la fibre de verre. Le chauffage HF peut s effectuer en branchant du courant haute-fréquence sur le feuillard et sur un 2 ème feuillard metallique positionné entre le gabarit et la pièce. Lorsque le courant HF passe dans les feuillards, le bois se trouvant au milieu est chauffé. Figure 49. Le chauffage HF peut être utilisé pour sécher les pièces cintrées 8.4 Combinaison séchage haute-fréquence / séchage en séchoir Le chauffage par HF de période courte (3-4 min) peut être utilisé dans le but de relaxer les contraintes du bois cintré. Lors du chauffage une partie de l élasticité du bois cintré est éliminée, et il peut donc, après refroidissement, être retiré du gabarit. Ce qui veut dire que le gabarit peut rapidement être réemployé pour un nouveau cintrage. Lors du séchage en séchoir qui suit, la pièce cintrée peut être placée dans un gabarit plus léger qui permettra une meilleure évaporation (voir fig. 34). 8.5 Effet ressort Le bois malléable a, comme tout autre bois cintré, un effet ressort c. à d. que le cintrage se ressert lorsque la pièce sèche (le rayon de cintrage diminue). Pour certaines pièces, l effet ressort a une telle importance, qu il est pris en considération lors de l élaboration du gabarit. (Concernant l effet ressort, voir les réferences bibliografiques en page 30). Figure 50. Effet ressort après séchage de la pièce cintrée 26

27 9. USINAGE Après séchage, le bois malléable peut être usiné comme tout autre bois. 10. COLLAGE Le bois malléable peut être collé comme tout autre bois. Se reporter aux indications des fabricants de colle. 11. FINITION Le bois malléable peut être huilé, teinté, vernis ou peint comme tout autre bois. Certains types de teintes peuvent cependant créer des auréoles. Il est pour cela recommandé d effectuer des essais avec différents mélanges avant de teinter définitivement. En général, se reporter aux indications des fabricants de vernis. 12. ASPECT Même si le bois malléable est soumis à de grosses déformations lors de la compression, il ne change pas de caractère, ni de couleur comparé à un bois traditionnel étuvé. 13. TRAITEMENT Si le bois malléable doit être utilisé dans des environnements très humides à l intérieur ou sous abris extérieurs il doit, comme tout autre bois être traité. De plus, la pièce doit être bloquée de façon à ne pas subir de déformations dues à l humidité. 27

28 14. PROPRIETES MATERIELLES Comme pour le bois traditionnel, les propriétés matérielles du bois malléable peuvent être réparties comme suit : Propriétés physiques Propriétés mécaniques Propriétés à l humidité Dans le tableau suivant (figure 51), les propriétés sont indiquées sans tenir compte du degré de compression à 20%, d une diminution permanente de 5 % et d un séchage à haute température après cintrage (60 C). Propriétés Physique: Poids volumique Taux d humidité Mécanique: Résistance à la flexion Résistance à la traction Résistance à la compression Résistance au cisaillement Dureté Résistance au choc Tenue au vissage Rigidité au cintrage Rigidité à la traction Rigidité à la compression A l humidité: Changement de dimension à l humidité ambiante continue (Teneur en humidité) Différence en % entre bois non-malléable et bois malléable (valeurs moyennes) Figure 51. Propriétés du hêtre et du frêne malléables par rapport à du hêtre et du frêne nonmalléables 15. ATELIER COMPWOOD L ATELIER Compwood fonctionne comme centre de développement pour les domaines d applications industrielles du bois malléable. L atelier prototype donne des conseils, notamment sur le procédé de compression. L atelier prototype exécute les tâches suivantes: Tests de compression sur des essences de bois danoises et étrangères Malléabilisation de bois à usage industriel Elaboration de prototypes en bois malléable Fabrication d outils de cintrage de bois malléable Conseils sur la malléabilisation du bois, le traitement, les possibilités et les limites 28

29 16. LIVRAISON DE BOIS MALEABILISE Des renseignements concernant la livraison de bois malléable vous sont donnés à: Compwood Maskiner A/S Industriskellet 15 DK-2635 Ishøj Danemark Téléphone: Fax: Site Internet: 29

30 REFERENCES BIBLIOGRAFIQUES (La littérature indiquée traite du cintrage de bois en général) Bang, Ole Historien om en stol (La chaise en bois cintrée à la vapeur et son créateur Michael Thonet) Borgens Forlag, 1979 Boye, C. Bøjning af Træ Magazine Træindustrien n. 11 Novembre 1955, pages Clark, W. Veneering andwood bending in the Furniture Industry Oxford 1965 Henriksen, K. Misfarvning af træ kan undgås Magazine Træ og Industri Octobre 1993, pages Hvattum, Lind, og Osvik Springback i formlimte finerlaminater Groupe de recherche de l industrie du meuble: Publication n.16, Norvège 1978 Lind, Per Hjørneforbindelser og laminerte buer stabilitet ved fuktighetsforandringer Groupe de recherche de l industrie du meuble: Publication n. 26, Norvège Osvik, Harald Cintrage av heltre Institut Technologique Norvègien, 1983 Stevens, W.C. et Turner, N. Wood Bending Handbook, Londres,

31 DESCRIPTION DES BOIS APTES A LA MALEABILISATION ET A LA FABRICATION DE MEUBLES, EXEMPLE FEUILLUS SCIES DESTINES A LA MALEABILISATION EXIGENCES DE QUALITE Valable seulement pour le hêtre, le frêne et l orme Tolérance dimensionnelle: Epaisseur/Largeur +3, -1 mm Longueur +30, -0 mm Qualité: Hêtre: Sans défauts sur les 4 faces. Frêne et orme: Jusqu à 3 nœuds de 10 mm autorisés sur chaque pièce. Débit sur maille, flaches, gerçures/fentes et décoloration non-autorisés. Cernes: droit de fil, inclinaison cernes et fibres max. 1:10. Cœur rouge et brun sur hêtre et frêne non-autorisé Aubier dans orme non-autorisé. Gauchissement/voilement non-autorisés Sciage: Taux d humidité: Emballage: Frais de sciage. Orientation des cernes au choix (sur quartier, sur dosse et faux-quartier). Au-delà de 16% (valable pour toutes les parties de la pièce) Lors de cerclage par bandes d acier, protéger les angles de façon à ne pas laisser de marques sur les arrêtes. 31

32 DISTRIBUTEURS DE MATERIELS ET D OUTILS, LISTE Presse hydraulique à malléabiliser: Compwood Maskiner A/S Industriskellet Ishøj Tél: Fax: site internet: Bois malléable: Compwood Maskiner A/S, voir ci-dessus. Insecticide, fongicide, anti-bleu: (Voir article de K. Henriksens dans références bibliografiques) Feuillards: Description: Acier ressort inox, E 20100, AISI 301, largeur sur commande Distribué par: SCS Båndstål Industri, Brøndby Tél.: Sangles en Nylon avec tendeurs à cliquets Description: Bande sans fin, n Distribué par: Vojens Tovværk A/S Tél.: Holstebro: Ålborg: Butée réglable pour feuillard acier: Filetage trapézoïdal Appellation: TR 22 x 5 Distribué par: Erni-Bolte A/S, Ballerup, Tél.: Ecrous trapézoïdaux, cylindriques Appellation: TR 22 x 5 Distributeur, comme ci-dessus Vis pour fixation au feuillard: 8 mm BTR 32

33 Figure 52. Débit du bois malléable à dimensions adaptées. Figure 53. Le bois est poncé de façon à minimiser l usine après cintrage. Figure 54. Gabarit de cintrage pour pièce en U. Figure 55. Feuillard. Figure 56. Sanglage de la pièce. Figure 57.Blocage de la pièce sur le gabarit. Figure 58. Cintrage du bois à façon. Figure 59. Fin de cintrage. Blocage de la pièce au gabarit. Figure 60. Séchage de la pièce maintenue en pression sur son gabarit. Figure 61. La pièce séchée est ôtée du gabarit effet ressort. Figure 62. Ponçage des pièces à la toile ou à l éponge. Figure 63. Vernissage de la pièce. 33

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