Brevet FR2012946A1 — publié le 19700327

La présente invention concerne un procédé fournissant des composants améliorés à partir d'un procédé de déformation par pression et plus particulier rement d'un procédé de préformation des feuilles de matériau pour obtenir des composants présentant des parois d'épaisseur substantiellement égale. 5 Le brevet n° 1 485 BOB déposé en FRANCE le 31 mars 1966, par la demande resse décrit un procédé de mise en forme et de déformation de métaux caractérisés par leur hyperextensibilité et sont identifiés par la présence d'une sensibilité substantielle au taux de déformation. Le procédé est similaire à celui utilisé dans les industries des matières plastiques et du verre pour 10 allonger ou déformer sous tension de nombreux polymères, des silicates et des matériaux non métalliques similaires. Le procédé fondamental utilisé emploie une matrice dont la forme est substantiellement complémentaire de la forme que l'on désire produire. On dispose le matériau à former adjacent à la matrice et l'on applique la force de déformation entrainant l'allongement et la 15 déformation du matériau dans et/ou autour de la matrice comprenant les contours détaillés et les courbes complexes nécessaires. Les composants produits par l'utilisation de ce procédé de déformation sous pression donnent naissance à un amincissement excessif dans certaines zones. L'amincissement du matériau se produit dans les zones où les géométries 20 de matrice ou d'outil produisent les concentrations de contraintes dans le composant formé. En conséquence, il se produit des parois excessivement minces dans ces zones de contraintes. On a réalisé de nombreuses modifications d'outil pour minimiser l'amincissement de paroi. Cependant, on a trouvé que l'amincissement de paroi ne peut seulement être complètement éliminé que par 25 le procédé nouveau de la présente invention où les feuilles de matériaux sont préformées ou épaissies dans les zones de contrainte avant la fabrication du composant. □n a appliqué avec succès ce nouveau procédé d'élimination de l'amincissement de paroi lors de la formation eles composants des métaux mentionnés 30 ci-dessus c'est-à-dire, les matériaux ayant des caractéristiques que l'on con-nait comme super-élasticité. Cependant, le procédé n'y ait pas limité et est applicable aux polymères, aux silicates et aux matériaux non métalliques similaires. L'objet principal de la présente invention est de fournir un procédé pour 35 la production d'un composant manufacturé dans lequel on a éliminé l'amincissement de paroi. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé pour préformer de façon précise des matières premières en feuille. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé au 40 moyen duquel les zones à parois minces peuvent être identifiées facilement. 69 20450 2 2012946 Un autre objet de la présente invention est de"fournir un procédé pour prédéterminer l'emplacement et l'épaisseur des matières premières sous forme de feuilles préformées qui lorsque déformées par pression produiront1 des épaisseurs de parois uniformes dans le composant résultant. 5 Brièvement, les composants manufacturés ayant des épaisseurs de parois substantiellement uniformes peuvent être produits par un moyen de déformation sous pression à partir de feuilles de matière première ayant une caractéristique de plasticité en formant un composant échantillon par un moyen de déformation par pression à partir d'une feuille de matériau d'épaisseur uniforme. 10 Les zones où l'amincissement de paroi s'est produit peuvent être déterminées à partir du composant échantillon. On réalise alors une matrice ayant des empreintes creuses ou contours qui correspondent aux zones de la feuille de matière première donnant naissance aux zones de paroi mince du composant échantillon. On détermine similairement la profondeur des empruntes creuses par la 15 valeur de l'amincissement qui s'est produit dans la zone respective de l'échantillon témoin. Ensuite on chauffe et déforme sous pression des feuilles de matière première afin, de produire des feuilles de matière première ayant des sur-épaisseurs correspondant aux empreintes creuses de ladite matrice. On forme les feuilles de matière première préformées en produit par un moyen de déforma-20 tion sous pression, et on obtient des produits ayant des parois d'épaisseur uniforme. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci : 25 La figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'une feuille de ma tière première contenant des lignes tracées selon une grille. La figure 2 montre une section partiellement formée du composant. La figure 3 est une vue partiellement en coupe d'une partie d'un composant échantillon produit à partir d'une feuille de matière première sur laquelle 30 le tracé de lignes est réalisé selon une grille. La figure 4 est une illustration de l'utilisation des lignes tracées selon une grille pour déterminer la zone à profiler dans la matrice de préformage. La figure 5 est une vue en coupe d'un appareil caractéristique utilisé dans la réalisation des opérations de déformation sous pression du procédé 35 de cette invention. On a utilisé pour démontrer l'utilité de cette invention un alliage métallique de 78% d'aluminium et de 22% de zinc. On a choisi ce matériau particulier du fait de sa caractéristique d'hyperextensibilité ou la capacité de supporter des extensions importantes supplémentaires sans défaillance de 40 rétrécissement. On peut prédire en termes généraux la valeur à laquelle tout 69 20450 3 2012946 matériau ainsi choisi peut être allongée à partir d'une détermination de sa sensibilité au taux de déformation et d'une détermination de la variation permissible d'épaisseur de paroi. La sensibilité au taux de déformation peut être définie comme m ou : et a est la contrainte en kilo par cm2 et è est le taux de déformation en inverse de minute. On détermine facilement la sensibilité au taux de détermination par un effet de torsion simple et bien connu décrit dans l'article "détermination of Strain Hardening Characteristics by Torsion Testing" par D.S. 10 Fields, Jr, and W.A. Backofen, publié' dans les procédures de l'ASTM [Amercican Society for Testing Material) 1957 vol. 57 pages 1259-1272. On voit se produire la sensibilité maximum du taux de déformation dans les métaux, alors que l'on déforme les métaux encore dans un état métastable proche de la limite de transformation de phase. En conséquence, on peut s'attendre à ce que la 15 température immédiatement inférieure à la frontière de température entre les phases en question produise la plus grande sensibilité au taux de déformation. Une fois que l'on a choisi les matériaux ayant les caractéristiques désirées, on doit concevoir un corps de matrice qui est complémentaire de la forme que l'on désire former. On obtient une feuille de matière première 21 du 20 matériau choisi de taille compatible avec la matrice auquel le matériau an feuille doit se conformer. Des jeux de lignes parallèles écartées également 23 sont tracés sur la feuille matière première 21 selon une grille. Comme on le montre dans la figure 1 on dispose les lignes de grille 23 de telle sorte qu'elles définissent des carrés de surface égale à l'intérieur du dessin de 25 grille. On appréciera qu'il n'est pas nécessaire que les surfaces comprises entre les lignes de l'arrangement de grille forment des carrés. La seule chose importante est que les surfaces soient suffisamment semblables de telle sorte que toute distorsion subséquente puisse être facilement reconnue et mesurée. On identifie de façon appropriée chacune des lignes tracées 23 afin que tout 30 carré puisse être identifié. Par exemple, en référence à la figure 1 les lignes montrées dans un jeu de ligne grille parallèle sont identifiées A1 A19 et les lignes que l'on montre comme leur étant perpendiculaires dans l'arrangement en grille sont identifiées B1 - B25. On dispose de façon appropriée la feuille de matière première 21 en fonction de la matrice 25 dans l'appareil de formage 35 de telle sorte que la matière première en feuille du matériau puisse être déformée correctement selon la forme définie par la matrice. Le procédé décrit dans le brevet précité décrivant le formage thermique du métaux est considéré comme étant le meilleur exemple d'un procédé pour utilisation avec cette invention. Le matériau en feuille de matière première est sous la charge d'une 40 pression fluide de telle sorte que la feuille de matière première sera défor 69 20450 4 2012946 mée selon la forme définie par la matrice. Une coupe particulière du composant échantillon formée dans l'appareil est montrée dans la figure 3. Cette coupe particulière sera formée par une partie mâle 25 de la matrice autour de laquelle la feuille 21 se forme. Comme on peut 5 le voir dans la figure, la paroi 11 comprend une zône 12 juste au-dessous de la courbure supérieure où la paroi est effectivement mince. Comme on l'a déjà dit l'objet de cette invention est d'éliminer l'amincissement de paroi et de produire un produit manufacturé dans lequel les parois sont d'épaisseur égale. On appréciera que la bosse 14, si de hauteur et largeur appropriées évitera un 10 amincissement excessif dans les parois qui lui sont supérieures. Cependant, il existe de nombreuses formes désirées dans lequelles une telle bosse n'est pas acceptable. La zône de contrainte 12 juste au-dessous de la courbure supérieure entraine l'amincissement de la feuille métallique d'alliage de 2,032 mm à 0,254 mm. 15 La figure 2 montre une section partiellement formée où le matériau d'alliage s'allonge pour se former autour d'une partie mâle de la matrice 25. Cette figure montre les forces qui produisent les sections de paroi excessivement minces. La zône en section 16 est considérablement moindre que les zones combinées 18 et 19. L'augmentation dans la longueur b et h des matériaux néces-20 saire pour terminer le formage peut être obtenue à partir de la longueur s. La zône en ëection 16 étant plus petite que les zônes 18 et 19 produit une zône à concentration de contrainte élevée, et l'amincissement se produit. Si la zône en coupe 16 est égale aux zônes combinées 18 et 19 les contraintes seraient aussi égales et on obtiendrait une épaisseur de paroi uniforme. 25 En référence de nouveau à la figure 3 en particulier aux lignes tracées 23 sur la section du composant montré, on peut voir facilement que l'on peut facilement identifier la -zône de paroi mince 12 par l'allongement ou la distorsion du carré dans lequel existe la zône de paroi mince 12. L'allongement du carré se produit entre les lignes A5 et A6. La valeur de l'amincissement 30 peut être déterminée comme résultat de l'importance de la séparation des lignes ou distorsion de la zône du carré. Le marquage des lignes 23 n'est pas nécessairement limité au traçage des lignes sur la surface de la feuille dematière première 21, mais on peut utiliser de nombreux moyens de marquage. Par exemple, on a utilisé un marqueur étanche à l'eau et à séchage rapide que l'on peut 35 obtenir dans le commerce et qui laisse des lignes suffisamment bonnes 23 sur le composant échantillon 20. La seule limite dans les matériaux utilisés pour les lignes est que le matériau soit capable de supporter la quantité importante de chaleur émise durant le formage. La figure 4 montre le rapport des lignes tracées 23 avec la matrice de 40 préformage 22, la feuille de matière première préformée 36 et le produit fini 69 20450 5 2012946 37. Une fois que l'on a déterminé la zône d'amincissement de paroi par la distorsion des carrés dans l'arrangement en grille on peut utiliser le même œrran gement en grille en fonction de la matrice de préformage 22 pour localiser les zônes à partir desquelles les zônes à parois minces 12 du composant échantil-E Ion 20 furent formées end'autres termes les carrés qui sont distordus sur le composant échantillon 20 sont localisés sur la matrice de préformage 22 au moyen d'une grille non distordue. Par exemple, dans la figure 4, on montre la partie de l'outil préformé 22 ayant un contour particulier 31 entre les lignes de grille originale A5 et A6. On remarque aussi que cette zône d'outil pré-10 formé se trouve dans les lignes B13 et B14 comme on le montre dans la figure 3. Une fois que l'on a localisé correctement la zône pour le contour dans la matrice de préformage 22, on réalise le contour 31 avec une profondeur correspondant à la quantité de distorsion trouvée dans l'arrangement des lignes de grille sur le composant échantillon 20. On utilise alors la matrice profilée 15 22 pour préformer une feuille de matière première de l'alliage. Comme on peut le voir dans la figure 4, on forme le bossage 33 de l'alliage sur la feuille 36 au même endroit et d'une hauteur déterminée par le profil 31 de la matrice de pré-formage 22. Actuellement on peut chauffer la matrice 22 et les plaques de soutien [non montrées] à une température désirée de telle sorte que lors-20 que l'on presse la matrice de préformage 22 contre la feuille de matière première se trouvant entre elle et la plaque de soutien la chaleur entraine la déformation facile de l'alliage près de la surface dans la cavité ou profil 31 La sur-épaisseur 33 dans les zônes prédéterminées de la feuille de matière première, lorsque utilisée dans une opération de déformation par pression 25 donne naissance à un produit 37 dans lequel l'amincissement de paroi est éliminé. Par exemple, dans la figure 4 on montre le matériau ajouté 33 sous forme distincte pour indiquer l'endroit du matériau ajouté à la feuille de matière première après formage en un produit 37. On peut facilement apprécier les avantages du pré-formage de la feuille de 30 matière première pour réduire l'amincissement de paroi, cependant, le préformage a de nombreux autres avantages et peut être utilisé dans d'autres buts. Par exemple, de nombreuses choses peuvent être nécessaires sur le composant qui ne peut pas être formé par un procédé de déformation par pression tel que par formage par vide mais peuvent être produites par préformage. On peut ob-35 tenir par préformage les sections épaisses nécessaires pourdes trous coniques, des nervures de renforcement, des bossages d'usinage, etc... On montre l'appareil fondamental caractéristique dans la figure 5 pour déformation par pression ou formage par vide des feuilles de matière première en un composant désiré. L'appareil comprend un corps de matrice 41 définissant 40 une surface de matrice 43 de forme complémentaire de la forme que l'on désire 69 20450 6 2012946 former. La surface de rnatrice 43 comprend à ses angles et rebords et le long du fond des évents ou des trous d'écoulement 45 chacun ayant de préférence un dismètre de petite taille par rapport à l'épaisseur au matériau venant en contact. On réalise une connexion de vide 47 des évents 45 à un moyen de pompage 5 convenable 49 pour vider la cavité de la surface de matrice pour appliquer une pression fluide s'exerçant sur la feuille de matière première 51 à déformer, □n appréciera que la pression de déformation peut être obtenue par l'application d'une pression positive sur la feuille de matière première avec autant de succès dans les résultats. Les facteurs importants dans l'application de la 10 charge sur la feuille sont (1) la fourniture des évents partout où les profils de l'élément de formation femelles sont suceptibles d'entrainer un espace enfermé par la feuille, soit initialement, ou lorsqu'elle se déplace j et (2) l'application de la charge durant au moins quelques parties du procédé soit réalisée par l'intermédiaire d'une interface fluide. 15 On utilise un moyen de contrainte périphérique ou d'immobilisation 53 pour serrer et contraindre effectivement un bord continu simple de la feuille de matière première pour assurer que la partie finale sera étirée plutôt que tirée. Les moyens d'assemblage montrés par facilité comme les écrous 55 sont fournis pour fixer un moyen d'immobilisation 53 au corps de la matrice. Dans les 20 procédés par vide, il est ordinairement désirable d'entourer le corps de la matrice avec des moyens de chauffage 57 dans le même but. Cependant, un tel chauffage n'est pas essentiel dans l'application la plus générale du procédé puisque le matériau en feuille peut être déformé à un taux suffisamment élevé, en comparaison du taux de transfert de chaleur qui en provient, cette addition 25 continue de chaleur ou prévention directe du transfert de chaleur n'est pas nécessaire. On appréciera que les matériaux ayant l'extensibilité et la pastieibilité correctes telles que quelques plastiques, verres, et alliages métalliques ayant les caractéristiques de super-élasticité peuvent être déformés par pres-30 sion en produits ayant les parois d'épaisseur substantiellement égales en utilisant le procédé de cette invention. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques principales de l'invention appliquées à un mode de réalisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y ap-35 porter toutes modifications, de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 20450 7 2012946 REVENDICATIONS 1. Un procédé pour produire un composant ayant les épaisseurs de paroi substantiellement uniformes à partir d'une feuille de matériau préformée ayant une caractéristique de plasticité. Le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : 5 - Le formage d'un composant échantillon par un moyen de déformation par pression à partir d'une feuille de matériau d'épaisseur uniforme ; - la détermination à partir dudit composant échantillon des zônes où l'amincissement des dites parois se produit et son importance ; - le formage d'une matrice ayant des empreintes creuses aux endroits des 10 zônes de la feuille de matériau donnant naissance aux dites zônes de paroi mince et d'une profondeur correspondant à l'importance dudit amincissement de paroi. - le préformage d'une feuille de matériau par ladite matrice à empreintes creuses afin d'obtenir des zônes de sur-épaisseur correspondant à l'empla- 15 cernent et à la taille des zônes d'empreintes creuses de ladite matrice et, - le formage d'un composant correspondant audit composant échantillon par un moyen de déformation par pression à partir de ladite feuille de matériau préformé par ladite matrice produisant par là un composant ayant des parois d'épaisseur uniforme. 20 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en outre en ce qu'il comprend les étapes suivantes de traçage d'un dessin identifiable de lignes sur la surface supérieure de ladite feuille de matériau ; - la détermination à partir dudit composant échantillon de l'emplacement et 25 de l'importance de l'amincissement de paroi en notant l'emplacement et la valeur de la déformation des lignes tracées à partir du dessin original des lignes ; - le formage des dites empreintes creuses dans ladite matrice de préformage aux anplacements indiqués par la déformation des lignes tracées à partir de 30 la profondeur des empreintes creuses étant déterminées pour la valeur de la déformation des lignes adjacentes tracées à partir du dessin original. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en outre en ce que l'étage de traçage d'un dessin identifiable de ligne comprend : 35 - le traçage d'un premier jeu de lignes parallèles également espacées sur la surface supérieure de ladite feuille de matériau. - le traçage d'un second jeu de lignes parallèles également espacées sur la surface supérieure de ladite feuille de matériau à angles droits par rap 20450 8 2012946 port aux dites premières lignes parallèles également espacées, l'espacement égal des dits premier et second jeux de lignes parallèles également espacées étant égaux et formant par là un dessin de grille de carrés égaux i - la détermination après le formage par l'étape de déformation par près-' 5 sion des endroits où l'amincissement de paroi sur le composant se produit en notant les carrés qui se sont écartés des dites zônes égales et de l'importance de la déviation ; - le formage des dites empreintes creuses dans ladite matrice aux emplacements des carrés dans ledit dessin de grille qui se sont écartés des dites zônes 10 égales, d'une profondeur qui correspond à l'importance de la dévation. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en outre en ce que le dessin identifiable de ligne est réalisé par traçage sur la surface de la feuille de matériau. 15 5. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en .outre en ce que le dessin identifiable de ligne est obtenu par marquage avec un matériau tel qu'un crayon qui peut résister à la chaleur élevée émise dans l'étape de déformation par pression. 20 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en outre par le fait que ladite feuille de matériau est réalisée dans un métal ayant une sensibilité au taux de déformation substantielle et caractérisé comme ayant une superplasticité. 7. Procédé selon la revendication B, caractérisé en outre par la formation d'un 25 élément de formage ayant une surface préformée complémentaire de la forme que l'on désire former. - le conditionnement de ladite feuille métallique pour qu'elle présente sa sensibilité effective au taux de déformation, cette feuille ayant deux surfaces principales opposées. 30 - Le positionnement de ladite feuille de métal en fonction dudit élément de formage par positionnement de ladite feuille de métal avec ses surfaces opposées principales en projection fonctionnelles en fonction dudit élément de formage et j - la production de la force de traction dans ladite feuille de métal par 35 application d'une pression de fluide s'exerçant à travers les dites surfaces principales, durant une période de temps substantielle inversement proportionnelle à la force de tension fournie, entraînant la déformation de ladite feuille en contact intime avec ledit élément de formage. 20450 e 2012946 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que ladite feuille de matériau est disposée sur une plaque support et est préforméje par l'application de chaleur et déformation par pression de ladite feuille de matériau contre ladite matrice à empreintes creuses.