Brevet FR2006097A1 — publié le 19691219

façon habituelle a pour résultat des cassures par refoulement des bords et des rugosités de la surface de cisaillement qui endommagent beaucoup le profil de la portion découpée. On a cherché à éliminer- ces défauts et à obtenir une surface découpée lisse. Un grand nombre de techniques de découpage fin récemment mi as s au point 10 sont taséec sur l'idée de supprimer l'apparition des cassures en augmentant la pression hydrostatique appliquée au voisinage immédiat du bord de la découpuree Ces méthodes peuvent effectivement empêcher l'apparition d 'une cassure mais leur principe commun est difficilement applicable à des matériaux qui ont une ductilité relativement 15 faible. Et de plus;l'apparition de rugosités ne peut pas être convenablement évitée. 20 de découpage suivant un autre principe pour former la portion lisse de la surface cisaillée. le rasage est l'une des approches tendant à former une surface découpée lisse avec le mécanisme de coupe, mais il comporte le désavantage majeur que son utilisation est limitée ai;:: applications supposant des pièces de très faible 25 longueur. réaliser un procédé de découpage fin produisant moins de refoulement et n'occasionnant pas de cassures ou de rugosités de-l'ouvrage. 30 découpage caractérisé par ce qu'on place une ébauclie/entre une -matrice^ et un autre outil lui faisant face et ayant le même contour que la dite matrice, mais étant formé avec une saillie comportant une portion plane à sen sommet, on déplace ensuite la matrice et l'outil saillant l'un par rapport à l'autre, de façon à réduire la distance 35 entre eus deuxr enlevant ainsi par cisaillement une partie de l'épaisseur de la plaque de l'ébauche par l'une des deux pièces, c'est-à-dire au moins par la matrice^ et on fait agir ensuite un poussoir d'éjection adjacent à la dite matrice ou à l'outil saillant, de façon à séparer lfarticle cisaillé du reste de matière. 40 l'invention s'étend également à un lorsque le contour de l'ébauche est compliqués, le refoulement profond ne peut pas être empêché. On a, d'autre part, proposé un mécanisme la présente invention a pour but de L'invention a pour objet un procédé de pAD ORfGfNAL 69 11293 2006097 outillage pour l'application du procédé précédent. le procédé de découpage de l'invention permet un enlèvement aisé des chutes. La description se rapporte à des modes 5 de réalisation représentés aux dessins dans lesquels : - les figures la et 1b sont des mes montrait l'application de la présente invention à l'estampage d'un, disque, - la figure 2 est une vue montrant l'application à un travail de poinçonnages 10 - la figure 3 est une Ame illustrant là configuration d'un outil comportant une saillie f - la figure 4 est une vue expliquant les "moyens propres à faciliter l'enlèvement des cliutes/ en profitant du bord incliné de l'outil comportant une saillie, 15 - la figure 5 est une vue montrant les moyens pour faciliter l'enlèvement des chut es^ en profitant de l'outil saillant lorsqu'il est appliqué à une opération de poinçonnage . Suivant le procédé de découpage de la 20 présente invention, la matrice ou le poinçoi^qui sont employés dans l'opération habituelle de découpage^ sont remplacés par les pièces suivantes. Lorsqu'il s'agit d'estampage/on utilise un dispositif comme le montre la figure \J constitué par une matrice 2, une matrice saillante 1 faisant face à la matrice 2,et par un 25 pouss'oir de chasse 3. Dans l'exemple du poinçonnage^ comme le montre la figure 2, on emploie un poinçon 8, un autre poinçon 7 comportant une saillie faisant face au dit poinçon 8f un poussoir de chasse 9, et un électeur 10. La présente invention eafc caractérisée par 30 l'utilisation de cet' outil opposé comportant une saillie. Le même principe de l'invention qui gouverne l'estampage est aussi bien applicable au poinçonnage. C'est pourquoi le fonctionnement des outils sera décrit ci-dessous principalement en relation avec l'estampage tel qu'il est illustré par la figure 1. Naturellement 35 la même description s'applique aussi au découpage le long d'une ligne droite ou de contours curvilignes ouverts. La figure 1a montre la matrice 2 dans une position quelque peu descendue par rapport à une ébauche 4. Ici une surface de déformation 6, dÛe au cisaillement,se forme initiale-40 ment dans la surface de matériau qui reiie le bord de la matrice 2 RAD ORIGINAL 69 11293 - 3 - 2006097 au bord extérieur de la matrice saillante 1 , et le découpage se fait, à partir de la bordure de la matrice^, uniquement au moyen du mécanisme de coupage. Avec l'avancement de cette opération jusqu' au point où la distance entre la face antérieure de la matrice 2 5 et la portion plane de la matrice saillante 1 devient plus petite que la largeur de la portion plane 13 au sommèt de la saillie, la déformation cède la place à l'action d'un mécanisme comme celui de la compression d'une plaque plate, et la matrice saillante 1 commence aussi à participer au découpage (voir figure 1b)» 10 Après cette étape de compression de plaque plate, la force de travail s'accroît fortement et la séparation-finale de l'ébauche 4 est rendue impossible. Cependant, l'ébauche 4 peut être facilement séparée si on fait travailler le poussoir de chasse 3 à un stade suffisamment avancé de l'étape 15 ci-dessus. Le poussoir de chasse 3 se déplace dans les directions indiquées par les lignes pleines et brisées sur la figure 1b. Dans cette étape de séparation, la chute 5 est comprimée entre les deux matrices 1 et 2 et elle est soumise à une pression suffisante pour prévenir toute possibilité de formation d'une cassure» 20 Dans ce cas, la matrice 1 pénètre jusqu'à une certaine profondeur/empêchant ainsi l'apparition de rugosités. Si l'on avance le moment de l'opération de chasse, il peut arriver quelquefois que la matrice saillante 1 n'arrive pas à pénétrer convenablement. Même dans ce cas cependant, il n'en résultera pas 25 de rugosités si la direction de fonctionnement du poussoir de chasse 3 est celle indiquée par la flèche en traits pleins. Il est souhaitable que l'instant auquel le poussoir de chasse commence à fonctionner soit retardé autant que possible, en vue d'éviter une rupture de l'ébauche. Cependant, 30 dans tous les cas où la résistance à l'enlèvement des chutes est élevéej une partie du matériau se trouvant du côté des chutes peut être forcée vers 1'ébauche,vers la fin de l'étape du procédé, et 11 ébauche, ayant une moindre profondeur de coupe du côté de l'outil saillant, peut gonfler sur le bord . En vue de cela, le moment de 35 l'opération de chasse doit êtçe.avancé. Dans les opérations où il est possible d' effectuer le découpage convenablement par les deux matrices ou poinçons et de raccourcir la longueur de la portion de la pièce à découper par le poussoir de chasse, on peut faire travailler le 40 poussoir 3 ou 9 sous l'influence de l'action d'un ressort ou d'un 11293 - 4 - 2006097 organe en caoutchouc etc..,^de façon à séparer l'ébauche 4 ou 11 du matériau. De cette façon? les opérations de cisaillage du présent procédé peuvent être conduites en un seul coup de presse» Plus particulièrement, par exemple, dans 5 un travail d'estampage destiné à obtenir des disques ayant chacun 1 mm d'épaisseur et 18 mm de diamètre, si l'outil opposé a un sommet en saillie dont la largeur est égale à 30 fo de 1 ' épaisseur de la feuille et que la longueur de la chute soit égale à 80 fo de l'épaisseur de la feuille, il se produit une rupture, lorsque 10 l'opération de chasse démarre^ au stade où l'épaisseur de la plaque laissée non découpée est supérieure à 40 fo de l'épaisseur de la feuille^, et le gonflement de la bordure de l'ébauche se produit, lorsque la chasse fonctionne^, au stade où l'épaisseur de la plaque laissée non découpée est inférieure à 5 f° de l'épaisseur de la 15 feuille. C'est pourquoi I,e moment du démarrage de l'opération de chasse doit être ajusté de préférence au point où l'épaisseur de la plaque laissée non découpée devient comprise entre 30 et. 10 % de l'épaisseur de la plaque. Ce moment est variable suivant les conditions de largeur du sommet saillant et de longueur de la chute, 20 mais dans la plupart des cas il peut être ajusté de préférence au point où l'épaisseur de la plaque laissée non découpée devient de 5 à 10$ plus petite que la largeur du plan 13 au sommet de la saillie• En se référant à la figure 2r le chiffre 25 7 indique un poinçon comportant une saillie, le chiffre 8 un poinçon faisant face au poinçon 7, le chiffre 9 tkl poussoir de chasse, le chiffre 10 un électeur, le chiffre 11 une ébauche et 12 une chute. La figure 2 montre le poinçon 8 dans une position légèrement abaissée par rapport à l'ébauche 11. Lorsque le 30 poinçon 8 continue à descendre vers un point où la distance, entre la face antérieure du poinçon 8 et la portion plane du poinçon saillant devient inférieuife à la largeur de la portion plane du sommet de la saillie, la déformation cède la place au mécanisme analogue à la compression d'une plaque plate,et le poinçon saillant 35 7 commence aussi à pénétrer dans la pièce. Au point où cette étape d'opération a suffisamment progrèssé,le poussoir de chasse 9 est abaissé. Alors, l'ébauche 4 peut être séparée . Les étapes décrites ci-dessus sont exactement les mêmes par leur principe que celles de l'estampage que montre la figure 1, sauf que la configuration de 40 l'outil saillant est différente^, et que la forme et la disposition BAD ORIGINAL 69 11293 _ 5 - 2006097 du poussoir de chasse 9 varie aussi, et que l'on a introduit 1'électeur 10. Cependant il est inévitable de prévoir des moyens positifs pour permettre l'enlèvement de la chute 12 et;dans 5 le cas de la figure 2, on emploie une méthode consistant à former au préalable un avant-trou 12e. Dans ce cas^ il devient possible d'enlever un volume de chute de loin plus important que dans l'opération de rasage• 10 Le contour de la saillie de l'outil opposé peut être défini par ce Le côté incliné de la saillie 15 a une forme ordinaire de façon à ne pas empêcher l'enlèvement des chutes, La portion plane 13, au sommet de la 20 saillie^ est prévue pour réduire le risque de rupture causé par le bord de la matrice et permettre, à la matrice 2 et au poinçon ^ de couper dans 1'ébauche 4 ou 11 chaque fois que c1 est le cas pour l'opération de coupage. Pour cette, raison,la portion plane 13 doit dépasser une certaine largeur. Cependant si la largeur est 25 trop grande, la chute sera prématurément soumise à une déformation par compression plane et la force de cisaillement augmentera. Puisque le moment du démarrage du poussoir de chasse 3 ou 9 doit être avancé, la force requise pour lsaction de chasse sera aussi augmentée et le gonflement de la bordure de l'ébauche mentionnée 30 ci-dessus aura des chances de se produire. Il est nécessaire donc de choisir une largeur convenable, et le choix est fait en fonction de la configuration et du matériau de l1ébauche, et d'autres facteurs satisfaisant aux exigences ci-dessus. Pour toute une varitée de matériaux, la gamme de largeur^ qui est la plus recommandable, va 35 d'environ 30 à 40 fo de l'épaisseur de la plaque à traiter. Habituellement un bon résultat est obtenu en choisissant une basse valeur de la gamme pour un matériau relativement mou et une valeur élevée pour un matériau relativement dur. A titre d'exemple, on a reconnu que^ lorsque l'on cisaillait une plaque d'aluminium dur de grade 3 40 suivant une bordure droite, une portion plane 13 ayant une largeur 11293 - 6 - 2006097 supérieure à 20$ de l'épaisseur de l'ébauche pouvait toujours donner une surface cisaillée lisse, exempte de rupture, quelle que soit la longueur de la chute. Il est commode, pour la fabrication de 5 l'outillage, de faire que cette portion plane 13 soit horizontale et à angle droit du flanc de la matrice telle que la montre la figure mais cette portion plane n'a pas toujours besoin d'être ainsi et elle peut être convenablement inclinée dans une direction s'ouvrant du côté où l'on enlève la chute, à l'intérieur de la 10 gamme capable de réaliser le mécanisme de coupage décrit ci-dessus. L'inclinaison peut aller jusqu'à 20 degrés par exemple. Bien qu'il soit gênant de prévoir une inclinaison de la portion plane en fabriquant l'outil, ceci peut étendre la gamme d'application du procéd^ en provoquant l'enlèvement 15 de la chute, au dernier stade et en retardant l'apparition du gonfle-, ment à la bordure de l'ébauche. En outre, du point de vue de la réalisation du mécanisme de découpage, l'établissement de l'inclinaison ci-dessus n'est pas limité à la matrice saillante mais peutaussi existé sur la face antérieure de la matrice plane. Dans ce cas, 20 l'inclinaison de la face de la matrice plane sert comme angle d'évitement d'un outil de coupe ordinaire. Naturellement il faut choisir le lubrifiant dont le coefficient de frottement est aussi petit que possible, et il est aussi possible d'ajouter des oscillations ultrasoniques à la matrice plane pour les combiner 25 avec le coupage ultrasonique. La réduction du refoulement; qui est une caractéristiques de ce procédé^ est dûe à l'utilisation du mécanisme de coupage. Dans les figures 1 et 2, les mouvements et l'action des outils sont relatifs l'un à l'àutre/et l'un ou 30 l'autre peut être rendu mobile. Pour ce qui est du poussoir de chasse, il peut être déplacé aussi bien du côté de la matrice saillante, comme indiqué en traits interrompus sur la figure 1 « Si le poussoir de chasse est placé le long de l'outil saillant et si on lui a assigné une position initiale convenable, la profondeur 35 de coupe dans la plaque par la saillie est rendue réglable. Ce réglage devient nécessaire spécialement lorsque l'on a créé une inclinaison sur la portion plane de la matrice saillante comme mentionnée ci-dessus. De plus il est possible de supprimer le renflement de l'ébauche ou le relèvement de la 40 chute^ en utilisant le poussoir de chasse placé le long de la 69 11293 - 7 - 2006097 matrice plane, ou un électeur pour appliquer une contre-pression contre l'ébauche ou contre la chute pendant la période de fonctionnement. Ces méthodes deviennent inévitables, dans certains cas# Pour l'application du présent procédé, 5 il est essentiel de faciliter l'enlèvement de la chute 5. Ordinairement l'enlèvement de la chute ne présente pas de problème dans le cisaillage le long d'un contour curviligne ouvert, mais présente des difficultés dans le cisaillage le long d'un contour curviligne fermé. Diverses méthodes facilitant l'enlèvement de la chute sont 10 considérées comme possibles. La présente invention procure un procédé de cisaillage où l'enlèvement de la chute est aussi effectué avec facilité. Une première méthode/ conçue dans ce but dans le cas de l'estampage, est de former une bande ayant une portion 15 d'encadrement extrêmement étroite/et de rendre l'alimentation de la bande aussi courte que possible/pour que la chute puisse être divisée par cette portion pendant l'opération de découpage, facilitant ainsi l'évacuation de la chute. La méthode dans le cas du poinçonnage est 20 de former un trou pré-poinçonné,ou un nombre convenable des trous d'échappement de contour convenable, à des points situés le long du profil de l'ébauchent de provoquer la division et la déformation de la chute à ces points, facilitant ainsi le départ de la chute dans son ensemble. Cette méthode convient à des articles de 25 configurations compliquées. Une seconde méthode est de conformer le côté incliné 15 de l'outil saillant de façon à faciliter le départ de la chute. Ceci est illustré par la figure 4. Comme on le montre, cette portion 1 5 peut aider positivement l'évacuation de la chute 30 5 pendant l'opération^ en forçant la chute dans la direction indiquée par la flèche F. Une troisième méthode est prévue pour un enlèvement positif de la chute pendant l'opération, en prévoyant une saillie sur la face du poinçon ou de la matrice. Pour des 35 raisons de simplicité, le poinçonnage est cité en exemple. Comme l'illustre la figure 5S une portion saillante 16 est prévue dans la portion centrale de la face du poinçon 8. Alors, avant la pénétration par coupage de la bordure du poinçon, la chute 12 est poussée vers le haut dans sa partie médiane/ et de ce fait elle est 40 bombée. Cette saillie contribue à un accroissement supplémentaire *1 ' BAD OKlGlNAL 69 11293 _ 8 - 2006097 du bombement lorsqu'ensuite la chute 12 est forcée vers le centre par le coupage de la bordure du poinçon» Pour augmenter cet effet positif, on rend la saillie 16 mobile vers l'extérieur du poinçon 8^et un coussin élastique 17 de résistance convenable, par exemple 5 à base d'uréthane ou de caoutchouc, est placé en-dessous du poinçon 8. Par ces moyens, le poinçon 8 est, comme on le montre, forcé vers le bas par 11 augmentation de la force de travail et, de manière correspondante, la saillie 16 fait relativement plus saillie, intensifiant ainsi le bombement de la chute 12. Si le sommet 10 antérieur de la partie centrale a une pointe marquée, la saillie peut percer la chute 12^ et ceci rend facile 11 enlèvement de la dite chute 12, que des avant-trous aient été prévus ou non. Sur la figure 5, le chiffre de référence 7 désigne un poinçon opposé formé d'une saillie, 9 un poussoir de 15 chasse, 10 un électeur et 11 une ébauche. Suivant le procédé de cisaillage à matrice opposée de la présente invention, la saillie de l'outil saillant est relativement petite et le volume de la chute à enlever n'est pas important. C'est pour cette raison que la méthode relativement simple provoquant le bombement comme décrit 20 oi-dessus peut fournir la quantité de mouvement de matériau nécessaire àl'enlèvement de la chute. La méthode ci-dessus est applicable au poinçonnage de la même façon. Dans ce cas, il est simplement nécessaire de prévoir,sur la face de la matrice, un outil faisant saillie 25 au fur et à mesure de l'avancement de 1:opération de poinçonnage, de façon à aider à la levée de la chute pondant l'opération® Suivant le procédé de la présente inventiœ, le cisaillage se fait dans un état où la pression statique de la zone déformable dans son ensemble est maintenue relativement élevée y 30 et au moyen d'un mécanisme de découpage. En conséquence, il est difficile de rompre l'ébauche et, si une rupture se produit, elle sera toujours dirigée vers la chute^et il ne se produira de rupture sur aucune partie de 1'ébauche. Le procédé de la présente invention est 35 applicable à presque tous les matériaux industriels ordinaires ductiles et fragiles^ sauf à des matériaux de haut poids moléculaire particulièrement mous tels que des plaques de vinyle. Par exemple il est applicable à de l'aluminium mou, de l'aluminium dur, du cuivre, du laiton, de l'acier doux, des laminés phénoliques, des 40 résines époxy, etc... i 8AD oriqinal 69 11293 - 9 - 2006097 Théoriquement, il n'y a pas de limite à l'épaisseur de plaque de l'ébauche à laquelle le procédé de cisaillage suivant la présente invention soit applicable/ pour autant que la résistance des outils le permette. 5 Suivant le présent procédé, la force de travail requise est sensiblement la même que dans le cisaillage traditionnel, et le cisaillage peut être effectué avec considérablement moins de force que dans les autres procédés de cisaillage fin. La force de travailla laquelle on se réfère ci-dessus^est habi-10 tuellement exprimée en termes de résistance au cisaillement (kg/mm ). Cette valeur est obtenue en divisant la valeur maximale de la force de travail par la surface de la section du profil cisaillé• Divers matériaux peuvent être comparés, du point de vue de la force de cisaillement, en déterminant les rapports Tb/ lT b de ces valeurs 15 aux valeurs de la résistance à la traction (Tb des matériaux individuel^ comme suit. Dans un travail d'estampage destiné à obtenir des disques ayant chacun 1 mm d'épaisseur et 18mm de diamètre, si l'ébauche elle-même a la forme d'un disque, la longueur de 20 la chute est égale à 60 % de l'épaisseur de la feuille, et l'outil opposé a une saillie dont la largeur au sommet est égale à 40 $ de l'épaisseur de la feuille,alors Matériau de 1'ébauche t b/£~b Al - H 0,64 25 Al — 0 0,72 Cu - 1/4 H 0„74 Bs - 1/4 H 0,71 Dans 1:exemple de l'ébauche en aluminium, si la longueur de la chute devient égale à 80 fo de' 1' épaisseur de la 30 feuille^,alors 'Tb/6~b = 0,68. Si l'ébauche est une bande au lieu d'un disque et si la longueur de la portion minimum de chute est égale à 80 f> de l'épaisseur de la feuille, alors Th/(f b = 0,74« Dans l'estampage cr-dinaire où la précision des dimensions n'est pas critique, on considère habituellement 35 raisonnable, pour faire une estimation avec sécurité, de prendre la résistance au cisaillement tb/ÉPb = 0r8. De façon correspondant^ on peut bien considérer la force travaillante intervenant dans ce procédé à matrice opposé^ comme peu différente de la force traditionnelle de cisaillage. 40 D'autre part, dans un procédé d'estampage 11293 - 10 - 2006097 fii^, que l'on peut donner comme typique des procédés de cisaillage de précision, la résistance de cisaillement pure, que l'on rencontre pour estamper une feuille d'un millimètre d'épaisseur d'aluminium est à peu près la même que dans le présent procédé, mais une contre-5 force de retenue, égale environ aux deux tiers de la résistance de cisaillement pur, est ajoutée comme contre-pression,et en outre une force^ environ 4/3 fois plus grande que la résistance de cisaillement pur^est requise pour que le porte-couteau force la lame à s'abaisser. Une force de travail semblable est considérée comme nécessaire 10 pour d'autres matériaux. Ainsi, suivant le procédé de la présente invention, la force de travail requise est au plus la même que dans les procédés de cisaillage ordinaires/ et le cisaillage peut être effectué avec passablement moins de force que l'onn'en a besoin dans 15 les méthodes traditionnelles de cisaillage fin. le procédé est avantageux du point de vue de l'usure de l'outil et même,lorsque les bordures d'outil sont usées, la vie des outils peut être prolongée, parce que l'usure de leurs bords a relativement peu d'effet sur l'apparition des rugosi-20 tés et sur la précision de l'ébauche. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation^sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 11293 - n - 2006097 REVENDICATIONS 1°) Procédé de découpage par cisaillage sur matrices, procédé caractérisé par ce qu'on place une ébauche, entre tuie matrice, et un autre outil lui faisant face et ayant le 5 même contour que la dite matrice/mais étant formé avec une saillie comportant une portion plane à son sommet, on déplace ensuite la matrice et l'outil saillant l'un par rapport à l'autre, de façon à réduire la distance entre eux deux, enlevant ainsi par cisaillement une partie de l'épaisseur de la plaque de-l'ébauche par l'une 10 des deux pièces , c'est-à-dire au moins par la matrice et on fait agir ensuite un poussoir d'éjectio^ adjacent à la dite matrice ou à l'outil saillant, de façon à séparer l'article cisaillé du reste de matière, procédé donnant une coupe nette^ sans refoulement en creux. 15 2°) Outillage pour l'application du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par ce qu'il comprend une matrice et un outil saillant pourvu d'une saillie de même contour intérieur que le contour intérieur de la matrice. 3°) Outillage suivant la revendication 2, 20 caractérisé par un poinçon dans lequel l'outil saillant comporte une saillie de même contour extérieur que le contour extérieur de la matrice de poinçonnage. 4°) Outillage suivant la revendication 2, caractérisé par ce que le côté extérieur de la saillit de l'outil 25 saillant est en pente, de façon que la pièce découpée, formée pendait le travail^ puisse être enlevée extérieurement en glissant le long de la pente. 5°) Outillage suivant la revendication 2t caractérisé par une portion saillante de l'outil, conçue pour faire 30 saillie au fur et à mesure de l'avancement de l'opération de cisaillement, et prévue sur la partie centrale de la face antérieure du poinçon ou la partie antérieure de la matrice^,de façon à provoquer le bombement ou la levée de la pièce découpée et à faciliter son enlèvement•