Brevet FR2101119A1 — publié le 19720331

la présente invention est relative àun procédé et à un appareil y afférent destinés à réaliser le formage ou façonnage de tôles minces ou fortes faisant preuve d'une superplasticité dans une gamme ou plage de température limi tée, l'on sait que dans une gamme de températures limitée certains alliages métalliques, tels que l'alliage eu tectoTde d'aluminium et de zinc ainsi que l'alliage eutectique d'aluminium et de silicium, présentent des coefficients de résistance particulièrement faibles vis-à-vis de la déformation et une plasticité extrêmement élevée en comparaison avec d'autres alliages similaires comportant des proportions différentes quant à leurs éléments constitutifs ou encore en comparaison du même alliage lorsqu'il se trouve dans un état différent ou à une température se situant en dehors de- la gamme de températures précitée, le phénomène en question se produit audessous d'un certain seuil ou coefficient de tension à a'im- porte quelle température comprise dans ladite gamme de températures, cet état étant communément qualifié de superplasticité et, en conséquence, pour plus de commodité, lès alliages métalliques susceptibles d'être influencés par ledit phénomène seront qualifiés de "superplastiques" dans la présente description. Dans le brevet britannique n0 1.120.007, il est fait état d'un procédé destiné au formage de tels alliages superplastiques en traitant une ébauche de métal en vue de lui conférer une propriété de superplasticité, et ce en appliquant à ladite ébauche une différence de pression à l'aide d'un fluide, afin de faire épouser par dépression. à cette dernière une surface de moulage donnée0 Il a été fait état également d'un procédé de formage des ébauches métalliques avec utilisation d'un liquide à 11 état chaud, tel qu'un alliage métallique à bas point de fusion, lequel réchauffe tout d'abord l'ébauche en vue de la rendre suffisamment ductile pour le formage, celleci étant ensuite soumise à une dépression pour pouvoir effectivement procéder à l'opération de formage en suscitant une différence de pression sur l'ébauche. Il appert toutefois que l'appareil propre à la technique antérieure et destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé doit titre nécessairement complexe et d'un prix de revient élevé du fait qu'il doit autre capable de contenir en toute sécurité un alliage à bas poi#nt de fusion qui se trouve pressurisé à l'état fondu, et il semble au surplus qu'en pratique un tel appareil ne convienne pas aux productions en grande série, en fonction particulièrement du chargement et du déchargement des ébauches, ainsi que du refroidissement rapide de chaque ébauche après 11 opération de formage. La présente invention vise en conséquence à pourvoir à un procédé et à un appareil y afférent destinés au formage en grande série de tales minces ou fortes. Conformément à la présente invention, le procédé de formage ou de façonnage des tôles minces ou fortes de nature superplastique comporte les diverses phases suivantes e a) mise en place de la tale mince ou forte dans ou au-dessus d'une trémie dans laquelle est installée une matrice de mise en forme b) réchauffage de la tale mince ou forte dans une plage de température lui confèrent une propriété superplastique, en soumettant l'une de ses faces à. un liquide à l'état chaud contenu dans ladite trémie G) formage par dépression de la tble mince ou forte par soutirage du liquide se trouvant entre la matrice de mise en forme et la tôle mince ou forte, de telle fa çon que cette dernière soit amenée par succion contre la matrice0 Conformément à un autre aspect de la présente invention, l'appareil destiné au formage des tôles minces ou fortes de nature superplastique comporte les divers éléments suivants a) une trémie ouverte à son extrémité supérieure et dans laquelle se trouve montée une matrice de mise en forme, ladite trémie étant pourvue de dispositifs de retenue pour pouvoir mettre en place une tale forte ou mince au-dessus de la matrice ;; b) un réservoir qui est relié en contre-bas à ladite trémie, lequel contient un agent de formage qui est susceptible de passer à l'état liquide d la température de formage au moins g c3 un dispositif de réchauffage, destiné à réchauffer ledit agent de formage o d) un dispositif de gaz sous pression, qui est raccordé au réservoir, en vue d'expulser l'agent de formage à partir dudit réservoir pour l'amener dans la trémie e) un dispositif de trop-plein qui est raccordé entre la partie supérieure de la trémie et le réservoir, étant destiné à renvoyer tout agent de formage en excédent dans le réservoir ; et f) un dispositif destiné à permettre l'é- chappement dudit gaz sous pression, et par suite le reflux de l'agent de formage à partir de la trémie Jusque dans le ré réservoir. Le liquide en questioa eat généralement constitué par un métal fondu tel qu'un alliage métallique à bas point de fusion, de manière à assurer un réchauffement rapide de la pièce d'usinage, mais l'on peut alternativement utiliser des huiles ou sels appropriés résistant à la température. Le soutirage du liquide doit être évidemment réglé de telle façon que le taux de déformation critique ne se trouve pas dépassé lors de- l'opération de formage. Le liquide se trouve commodément soutiré de la trémie par écoulement sous l'effet de la pesanteur0 Dans certains cas, le gaz-abus pression peut être avantageusement appliqué à la surface de la tôle ou ébauche qui se trouve éloignée par rapport au liquide. l'état chaud, de façon à assurer une différence de pression supérieure sur ladite tôle. Par ailleurs, le gaz peut être avantageusement constitué par de Igair, Il ressort de la description succincte qui précède que la présente invention pourvoit à l'utilisation d'un appareil de formage offrant toute sécurité, du fait que le liguide à l'état chaud destiné à réchauffer l'ébauche se trouve au-dessous de la pression environnante lors de l'opération proprement dite de formage, ce qui réduit grandement le risque de débordement dudit liquide en raison de quelque défectuosité imputable à 11 appareil, ou encore de quelque fissuration de l'é banchez En outre, l'appareil en question peut être construit de manière que la partie supérieure de la trémie soi#t entièrement dégagée, facilitant de la sorte l'installation de un ou plusieurs dispositifs automatiques de chargement, de démoulage et de déchargement, de mdma que l'installation de dispositifs de souffla- ge d'air en vue de procéder au refroidissement de l'ébauche à la suite de l'opération de formage0 Un mode de réalisation de la présente invention sera maintenant décrit de façon plus détaillée, à titre illustratif, en référence à la figure unique du dessin ci-annexé, laquelle représente une vue schématique en élévation et en coupe de l'appareil destiné au formage ou iaçonnage de tales minces ou fortes de nature superpîsatique. l'appareil en question comporte une trémie ouverte à as partie supérieure 11, à l'intérieur de laquelle se trouve montée une matrice de mise en forme 12. La trémie 11 est raccordée par l'intermédiaire d'une conduite 13 à un réser- voir 14, lequel contient un alliage à bas point de fusion 15. Le réservoir 14 est raccordé par une oonduite 16, par l'intermédiaire d'une soupape régulatrice de pression 17, à une source d'alimentation d'air comprimé 18, étant par ailleurs raccordé à une soupape de décharge de pression 19. La partie supérieure de la trémie 11 est reliée à un dispositif de trop-plein, lequel comporte une, condui- te 20 dans laquelle est disposée une soupape 21, ladite conduite 20 étant r-eliée à une conduite 22 qui est pourvue à son extré.- mité supérieure d'un réservoir en charge ou nourrice 23, qui est par ailleurs raccordé à son extrémité inférieure, par l'intermédiaire d'une soupape 24, au réservoir 14. La trémie 11 est pourvue de brides de serrage ou mâchoires 25, lesquelles sont destinées i enserrer une ébauche 26 à la partie supérieure ouverte de la trémie. Au-dessuss de ladite extrémité ouverte de la trémie 11 se trouve monté un collecteur 27 qui est raccordé par l'intermédiaire d'une conduite 28 à une source d'air comprimé (non représentée)0 La trémie 11, les conduites 13, 20 et 22, res- pectivement, ainsi que le réservoir 14, sont dotés de serpentins de chauffage à résistance électrique T9, lesquels sont commandés par des thermocouples enveloppés dans des gaines réfrac ta ires 30S étant connectés aux dispositifs de commande thermique respectifs (non représentés)0 En cours de fonctionnement, les serpentins de chauffage sont excités en vue d'élever la température de l'alliage à bas point de fusion 15 jusqu'à un degré où le matériau superplastique de l'ébauche devant entre façonnée atteigne à l'état de superplasticité, Après quoi lvon installe une ébauche 26 au dessus de la partie supérieure ouverte de la trémie 11, ladite ébauche étant fixée en position au moyen des brides de serra ge 25o L'ébauche peut comporter une t81e d'alliage eutectoroïde de zinc et d'aluminium qui a été préalablement traitée par une trempe dans l'eau afin de ramener sa température de 3250/3500C à la température ambiante, de manière à pouvoir obtenir l'état superplastique requis, Ensuite la soupape 19 est fermée, la soupape 21 étant ouverte et la soupape 24 fermée, l'air comprimé étant admis dans le réservoir 14 à partir de la source d'alimentation 18, par lUintermédlaire de la soupape régulatrice de pression 17 et de la conduite 169 afin de pouvoir acheminer l'alliage à l'état fondu 15 du réservoir-- 14 dans la trémie Il. lors de l'introduction de l'alliage à l'état fondu 15 dans la trémie 119 l'air est évacué hors de cette der nière par l'intermédiaire de la conduite 20 et de la nourrice 23 , jusqu'à ce que l'alliage à l'état fondu remplisse entière ment la trémie9 entrant ainsi en contact et réchauffant lté- bauche 269 et commence à snéeouler en direction de ladite nourrice 23o La soupape 21 est alors fermée afin d'assurer l'étan- chéité hermétique de la trémie 119 la soupape 24 étant ouverte afin de permettre le refoulement de l'alliage à l'état fondu à partir de la nourrice 23 jusque dans le réservoir 14. Lorsque l'ébauche 26 se trouve réchauffée par le contact de l'alliage à état fondu dans la plage de température propre à l'obtention de la superplasticité, l'on coupe ;talimentation d'air comprimé en direction de la source 18, la soupape 19 étant ouverte 9 afin de permettre l'échappement de l'air hors du réservoir 140 Suite à la chute de pression in tervenant dans le réservoir 149 l'alliage à l'état fondu 15 se trouve refoulé hors de la trémie 11 en direction du réservoir 149 déterminant de la sorte une dépression partielle sous la face sous-jacente de l'ébauche 26, cette dernière étant par suite soumise à un formage par dépression contre la surface de la matrice 120 l'on peut éventuellement abaisser au surplus le collecteur 27 dans une position active au-dessus de l1ébau- che 269 une pression d'air étant appliquée par l'intermédiaire de la conduite 28 cependant qu'une dépression partielle est créée sous la couche sous-jacente de l'ébauche 26, de manière à obtenir une différence de pression supérieure au-dessus de ladite ébauche et contribuer par là à 11 opération de formage y afférente Il doit être bien entendu que la différence de pression engendrée au dessus de l'ébauche, doit être contrôlée de telle façon que le taux de déformation critique du matériau constitutif de ladite ébauche ne soit pas dépassé au cours de l'opération de formage ou façonnage. le formage une fois exécuté, la soupape 21 est ouverte afin de permettre l'introduction d'air dans la trémie 11 et par suite la stabilisation du niveau de l'alliage à l'état fondu dans l'ensemble du système et, si besoin est, l'on peut couper l'alimentation d'air en direction du collecteur 27 et replacer ce dernier en position relevée. Finalement, les dispositifs de serrage 25 sont débloqués et l'ébauche façonnée retirée hors de la matrice 12. REVEN1)IC#TI0NS 1. Procédé de formage ou façonnage à lvétat fluide de tôles minces ou fortes dans un matériau superplastique, caractérisé par le fait qu'un liquide à l'état chaud est amené en contact avec une des faces du matériau afin de lia mener à se réchauffer à la température requise de formage, ledit liquide à l'état chaud étant ensuite soustrait en vue de susciter une dépression partielle sous la face précitée du matériau, attirant et plaquant de la sorte ledit matériau contre une matrice, 20 Procédé suivant la revendication 19 caractérisé par le fait que ledit liquide à l'état chaud est amené à se retirer, à savoir s'écouler, sous l'effet de la pesanteur0 3 Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de formage ou façonnage de tôles minces ou fortes dans un matériau superplastique, lequel comporte une trémie ouverte à sa partie extérieure et au-dessus de laquelle peut être installée une ébauche de quelque matériau superplastique, un réservoir contenant un agent de formage qui est sus ceptible de passer à l'état liquide à la température de formage et qui se trouve raccordé à la trémie précitée9 et un dispositif destiné à expulser l'agent de formage hors dudit réservoir pour l'amener dans ladite trémie, caractérisé par le fait qu'une matrice de mise en forme est montée à lgin térieur de ladite trémie, le réservoir précité étant par ailleurs disposé au-dessous de ladite trémie, de telle fa çon que l'agent de formage à l'état liquide puisse s'écouler sous l'effet de la pesanteur à partir de ladite trémie dans le réservoir précité,