Cintrage Des Bois

1. Les diffrentes techniques pour obtenir des pices cintres. Par dcoupe dans un bloc massif. Par cintrage chaud (plastification). Par collage de lamelles (lamell coll). Par dstructuration des fibres de bois (mallabilisation). 2. tude des diverses techniques

2.1 Dcoupage dans du bois massif

C'est la technique la plus utilis et la plus simple mettre en uvre. Les pices cintres sont directement dcoupes dans les planches de bois. Les pices d'paisseur moyenne peuvent tre obtenues par collage. Les cintres de faible amplitude sont plus faciles obtenir. La nature du bois n'a pas d'influence2.2 Cintrage chaud

Le rchauffement des pices de bois permet le ramollissement de la cellulose. Le cintrage doit tre effectu rapidement, avant le refroidissement des pices. La plastification dbute ds 70, mais la temprature idale, suivant plusieurs tudes, se situerait environ 140 150 C. En milieu industriel, on applique pour le cintrage trois systmes de rchauffement : Rchauffement en bain d'eau. Vaporisation. Rchauffement dilectrique. L'espce de bois la plus approprie est le htre, suivi de frne, rable, bouleau, chne, chtaignier, robinier, cerisier, micocoulier, etc. En revanche, les conifres et les bois tropicaux sont plus difficilement cintrables et demandent des essais pralables. .

Le cintrage des bois

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2.2.1 Rchauffement en bain d'eau Le rchauffement par trempage prsente deux dfauts : Une temprature gnralement comprise entre 70-80 C, ce qui est proche de la limite de plasticit. Une saturation importante en humidit des fibres situes en priphrie de la pice. Ce systme, utilis principalement pour le bouleau et le frne, prsente l'inconvnient de "trop mouiller" le bois qui devient mou, difficile cintrer et stabiliser. On observe aussi souvent une dsagrable variation de la couleur du bois. 2.2.2 Rchauffage par vaporisation Cette opration est excute dans les vaporisateurs mtalliques cylindriques la pression atmosphrique avec vapeur sature 100C. Pendant le traitement, les pices deviennent humides extrieurement jusqu' 25%, jusqu' 40% mme si la vapeur d'eau condense reste l'intrieur du cylindre. Il a t tabli qu'en prsence de vapeur d'eau condense, on a une Vaporisateur artisanal : un gnrateur de vapeur mnag, un tuyau d'aspiration avec un systme de plastification meilleure et plus guillotine , cela permet dj de cintrer des bois en rapide. petite srie. En ce qui concerne les temps de traitement, il faut viter que le bois tende trop plastifier et se dforme dans la section transversale pendant le cintrage. Une priode de vaporisation variable de 45 60 minutes pour chaque 25 mm d'paisseur selon le type de Vaporisateur industriel double autoclave. Utilis pour des travaux de srie. bois pourrait tre suffisante. la fin du processus, on a un gradient d'humidit de l'extrieur vers l'intrieur qui facilite le schage ultrieur.Le cintrage des bois Page 2

2.2.3 Rchauffement dilectrique Ce dernier procd utilise du courant lectrique une frquence de 5-15 MHz qui provoque le rchauffement immdiat de toute la masse de bois Gnrateur de frquence portable : trs mobile mais de faible puissance. 100C sans perte d'humidit. Pour des pices de petites sections. Parmi ses avantages principaux, il convient de souligner la possibilit de plastifier des produits en bois semi-ouvrs prsentant des dfauts dans la fibre ; au nombre des inconvnients, le cot d'exploitation lev de cette application qui limite ses secteurs d'utilisation.

Gnrateur industriel utilis pour des oprations de panneautage.

2.3 Collage de lamelles (lamell coll) Les pices sont constitues de lamelles minces en nombre suffisant pour obtenir l'paisseur voulue. Les lamelles sont encolles et serres sur un moule constitu de une ou plusieurs parties. La nature de la colle utilise est fonction de la finalit de l'ouvrage (rsistance l'humidit). Des cales de serrages en formes et la prsence d'une lamelle martyre, vitent de marquer la pice finie. Lors d'un cintrage comme illustr 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 des paisseurs de lamelles Les fabricants de poutres en lamell coll utilisent la formule suivante :e = R / coefficient

e : paisseur des lamelles en mm R : rayon dsir en mm Coefficient : valeur variant selon la duret du bois : - Bois dur : 200 - Bois mi-dur : 180 - Bois tendre : 160

Pour la fabrication de cintre des fins de menuiserie ou destin des pices de meuble, les paisseurs calcules avec cette formule peuvent tre augmentes en fonction de la qualit des bois, de la nature radiale ou tangentielle des bois dbits. Des essais sont absolument indispensables pour valuer la faisabilit du cintrage et pour visualiser l'effet ressort invitable sur des pices trs cintres.

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Dstructuration des fibres de bois (mallabilisation)

Ce rsum est bas sur le rapport Introduction au bois mallable, labor par lInstitut Technologique Danois, section Techniques du Bois.

2.4.1. Introduction

Le cintrage de bois chauffs par la vapeur est connu depuis fort longtemps. Le cintrage par chauffage la vapeur ncessite une matrise et un savoir-faire importants, notamment parce que le cintrage doit tre ralis immdiatement aprs chauffage la vapeur, pendant que le bois est toujours chaud. Durant plusieurs annes, de nombreuses tentatives dindustrialisation du cintrage de bois massif furent menes sans succs. Lissue dcisive arriva en 1988 lorsque ITD / section Techniques du Bois prsenta le premier prototype dune presse hydraulique mallabiliser le bois, (machine destine comprimer le bois), usage industriel.Le cintrage des bois Page 4

2.4.2 Principes de production et d'utilisation du bois mallableLe bois mallable est produit et sutilise de la manire suivante : Le bois brut, sch lair libre et ayant une contenance en eau de 20 25%, est dbit dimension puis corroy, est ramollit par chauffage, puis dpos dans la chambre de compression de la presse. Le bois est ici comprim dans le sens de la longueur, ce qui entrane une dformation transversale des parois cellulaires du bois, comme montr dans la figure 2. Cest cette nouvelle structure cellulaire qui autorise le cintrage froid du bois mallabilis, pendant quil est toujours humide (Teneur en eau suprieure env. 20 %). Lorsque le bois est sch, il se rigidifie dans la forme dsire.

Photo microscopique de la structure cellulaire du htre avant mallabilisationFigure 1 :

Figure 2 : Photo

microscopique de la structure cellulaire du htre aprs mallabilisation

Lun des avantages du bois mallable est notamment, quil tolre de grandes dformations. Il peut tre cintr dans toutes les directions et le pourcentage de rebut est faible. De plus le cintrage peut tre ralis laide doutils simples, qui ne prennent que peu de temps apprendre mettre en oeuvre. La production est trs respectueuse de lenvironnement, sans emploi de colles ou de produits chimiques. Un autre avantage est que le bois mallable peut tre stock et cintr froid dans le temps Depuis son introduction en 1990, le bois mallable a t utilis pour la ralisation de nombreux produits tels que : Rampes descaliers Plinthes Chaises Cltures Alses de tables Divans Cannes Dormants de portes Bancs Poignes Fentres Pieds de tables Sculptures Fabrication dorgues Ouvrages dart Jouets Outils de jardin Amnagements de bateauxLe cintrage des bois Page 5

2.4.3 Production de pices en bois mallable La production et lutilisation du bois mallable peuvent tre rparties en plusieurs points, illustrs dans la synoptique suivante.Boi s brut Dbi t S tockage ai r l i bre H umi di t 20/20 % P l ast i f i c at i o n (rchauf fement)

Corroyage

Mal l ab i l i sat i o n

U si nage

Ci ntrage

T rai tement f ongi ci de

S tockage H umi di t 30/60 %

S chage

T rai tement f ongi ci de

Scierie

U si nage fi nal

Atelier de mallabilisation Menuiserie Stock

Assembl age du produi t

Fi ni ti ons Chambre cl i mati se H umi di t rel ati ve 90% T emprature 20C Chambre cl i mati se 0 C Produi ts f i ni s

M i se sous fi l m

Phases de travail lors de la production et de lutilisation du bois mallable

2.4 4 BOIS BRUT 2.4.4.1 Essences de bois Les possibilits de mallabilisation et cintrage du bois dpendent de la constitution cellulaire du bois, qui est diffrente dessence en essence. De nombreux feuillus sont aptes la mallabilisation. Les essences suivantes sont idales la mallabilisation et au cintrage : Frne Htre Merisier Orme Erable Chne Noyer Les rsineux, le bouleau, le gommier et les bois durs exotiques, tels que le teck ou lacajou ne peuvent pas tre mallabiliss.Le cintrage des bois Page 6


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2.4.4.2 Exigences de qualit, tri et rendement Le bois destin la compression doit remplir les mmes exigences de qualit que le bois destin la fabrication de meubles, c. d. sans noeud ou autres dfauts. Les bois comportant des noeuds peuvent tre mallabiliss, mais les noeuds peuvent poser des problmes lors de cintrages ultrieurs. Cest pourquoi il est prfrable dutiliser des pices sans noeuds, particulirement lors de cintrage de pices de faible section (Typiquement 40 x 40 mm).

2.4.4.3 Taux dhumidit Le bois destin la mallabilisation doit avoir un taux dhumidit situ entre 20 et 25 %. Taux dhumidit 20-25% Description Sch lair libre

Le bois sch lair libre avoisinant les 16% peut tre mallabilis lorsque le taux dhumidit est rehauss lors du passage la vapeur. Il faut tre attentif au fait que le bois augmente son volume, lors de lhumidification. Prendre ceci en considration, de manire 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 tre chauff avant compression. Ceci est fait dans le but de le ramollir, de faon ce quil puisse tre mallabilis dans le sens de la longueur sans tre dtruit. Le chauffage peut tre effectu par vapeur ou haute frquence (HF). Le temps de chauffage dpend de la section du bois. Le bois doit tre port env. 100. A la vapeur, le temps de chauffage est denviron 45 minutes par paisseur de 25 mm. Le chauffage se fait par vapeur sature, afin dviter que le bois sche en surface. Le passage la vapeur sutilise aussi pour humidifier les pices faible taux dhumidit (voir chapitre 2.3). Avec la haute frquence, le chauffage est beaucoup plus rapide. Le temps de chauffage est denviron 5 10 min. Suivant la capacit du gnrateur HF. Lutilisation des hautes frquences en phase de chauffage ncessite un contrle trs strict de la temprature et de lhumidit, afin dviter les fissures dues la rapide monte en temprature.


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2.5.2 . MALLABILISATION 2.5.3 Mallabilisation en gnrale Les pices chauffes (figure 14) sont introduites dans la presse. Les pices sont alors comprimes trs fortement en leurs extrmits (figure 15). La pression est si leve, que le bois diminue denviron 20% dans le sens de sa longueur (figure 16). Le degr de compression dpend de lessence de bois employe ainsi que du rayon de cintrage dsir. Aprs relchement de la pression, les pices se redploient. (figure 17). Dpendant du degr de compression, les pices ont diminu dfinitivement de 3 5% (figure 17). Cette diminution dfinitive est lexpression de la dformation de la structure cellulaire du bois ainsi que la capacit de cintrage du bois. Lors de la compression, les pices de bois sont contrles longitudinalement par des guides presseurs autorguls, qui sont incorpors dans la chambre de compression de la presse. Les guides longitudinaux vitent que le bois se torde pendant la compression.

Un gnrateur de vapeur et sa presse utilise pour la mallabilisation. Le cintrage des bois Page 10


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tude et valuation des solutions techniquesPour rsoudre des problmes techniques, il faut faire preuve de crativit pour trouver un maximum de solutions possible. Le choix d'une solution face un problme prcis peut tre quantifi l'aide d'une mthode appele : L'tude et l'valuation des solutions. L'valuation des solutions passe par des critres de : - Faisabilit, Cot, Risques, Contraintes de conception. Slectionner des solutions : Il est ncessaire d'apporter un modle d'aide la dcision : A) Choix des critres d'aide la dcision. B) Pondration de chaque critre. C) Valorisation de chaque solution. D) Analyse des rsultats. A) Choix des critres Pour l'tude que nous allons mener, nous allons utiliser les mmes critres retenus dans le tableau page 11 : Fil : Le fil du bois suit la forme ? (esthtique). Pr : Prcision des dimensions obtenue. Com : Complexit de fabrication. Rap : Rapidit d'excution. Prix : Prix de revient. Rs : Rsistance mcanique des cintres. B) Pondration de chaque critre (K) Elle est fonction de l'importance relative des critres, en fonction de la nature du travail analys (travail unitaire ou sriel, prpondrance de la prcision ou du prix de revient) K= pour Fil pour Pr pour Com pour Rap pour Prix pour Rs


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C) Valorisation de chaque solutionNote 1 2 3 4 5 Fil du bois Trs peu = (parallle) Peu = moyennement = bonne = trs bonne = Prcision Complexit dimensions fabrication Trs mauvaise Trs difficile Mauvaise Moyenne Bonne Trs bonne Difficile Moyenne Bonne Trs bonne Rapidit excution Trs longue Longue Moyenne Rapide Trs rapide Prix de revient Trs lev lev Moyen Faible Trs faible Rsistance mcanique Trs mauvaise Mauvaise Moyenne Bonne Trs bonne

D) Analyse des rsultats Nous allons tudier les solutions techniques pour la fabrication de la ceinture de la table basse du mobilier de jardin.Critres K Par dcoupage Note Fil Pr Com Rap Prix Rs 1 4 3 5 3 4 1 5 3.5 2.5 2 1.5 Total 1 20 10.5 12.5 6 6 56 Solutions Par cintrage chaud Note Total 5 1 2 1 3.5 4.5 5 4 6 5 10.5 18 48.5 Par lamell coll Note 5 3 3.5 1 4 5 Total 5 12 10.5 5 12 20 64.5 Par dstructuration Note 5 3 0.5 1 0.5 4 41 Total 5 12 1.5 5 1.5 16

Total

La note globale pour la solution par dcoupage est gale la somme des coefficients K multiplier par la note attribuer; La solution la plus adapte est la solution ayant la note la plus leve. Ici, la solution : Par lamelle coll


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D) Analyse des rsultats (suite) Nous allons maintenant tudier les solutions techniques pour la fabrication des pices cintres des fauteuils du mobilier de jardin

Critres

K Par dcoupage Note Total

Solutions Par cintrage chaud Note Total Par lamell coll Note Total Par dstructuration Note Total

Fil Pr Com Rap Prix Rs

Total

La solution la plus adapte est la solution ayant la note la plus leve. Ici, la solution :


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