Brevet FR2119880A1 — publié le 19720811

La construction d'avions ayant des performances de plus en plus poussées, a crde le besoin de nouveaux prccédés pour produire des profils en alliages d'aluminium traités par la chaleur, ayant une grande résistance mécanique. Les procédés classiques utilisés à cette fin impliquent l'utilisation de presses, de matrices, d'équipements d'emboutissage et de procédés de formage mécaniques analogues qui présentent de graves limitations en ce qui concerne les dimensions, les variations d'épaisseur des sections, les découpes et les effets de la température sur les propriétés mécaniques des matières constituant les pièces. Comme exemple d'une pièce d'avion exigeant un tel formage mais pour laquelle les procédés classiques ne conviennent pas, on peut citer l'habillage ou 11 enveloppe des ailes. Dans l'industrie de l'aéronautique, le grenaillage n'est, à l'heure actuelle,utilisé que pour conférer une certaine résistance à la corrosion sous contrainte à certaines pièces ou régions déterminées de pièces, pour améliorer la résistance à la fatigue et pour profiler avec douceur ou corriger le contour de certaines pièces. te plus souvent, ces opérations sont exécutées en utilisant de la grenaille standard constituée par un agrégat de particules de dimensIons variables, et dont les dimensions maximales sont généralement de l'ordre de 5,#5 rnm de diamètre. in plus de ces agrégats, de grandes billes (acier trempé, diamètre 6,=5 mm) ont parfois été utilisées pour créer un décrochage abrupt dans le contour de certaines enveloppes d'ailes en propulsant, à l'aide d'air comprimé, des billes sur une bande très étroite. Parfois des billes d'acier forgé plus petites (@,42 mm de diamètre} ont été utilisées pour donner un contour doux à certaines enveloppes d'ailes relativement grandes. Les procédés de greraillage classiques, bien que pouvant produire des contours approwimatifs dans des plaques d'alliages d'alu minium C# traitées par la chaleur, ne produisent pas de surfaces aerodynanlcues suffisamment unies pour l'aviation. De plus, le grenaillage classique a cuvent pour résultat un état de surface in féreur, etest-à-cwre, présentant de petits plis, ce qui n'est pas le cas d'une surface formée selon l'invention. L'-ffln#ent-4on apporte un procédé de déformation de métal contrat lé pour profiler, former ou contourer une pièce de métal par l'im- pact de billes animées d'une faible vitesse. Cette faible vitesse, à la différence des vitesses élevées utilisées dans les procédés de grenaillage elasstques, peut entre produite par la force de gravit~ ou par d'autres moyens. C'est ainsi, par exemple, que des billes animées de vitesses de 4,50 m sec ou moins ont été utili stes pour profiler des plaques d'alliages d'aluminium 7075- TSSI, alors que dans les équipements classiques utilisant des grenailles s66o, celles-ci sont animées d'une vitesse de l'ordre de 3 à 55 m/sec. La gravit~ constituant la source de force motrice imprimant leur vitesse aux billes, peut être utilisée en faisant rouler ces billes sur un plan incliné et/ou en les laissant tomber-librement.La force d'impact d'une bille frappant la surface d'un métal produit une couche de compression au voisinage ifilmé- diat de l'empreinte et, en même temps, crée un mouvement radial (expansion} d'une couche superficielle de la surface du métal d'où il résulte un contour. Ta bille utilisée pour le formage doit avoir des dimensions appréciables, et doit être plus grande de plusieurs ordres de grandeur que la plus grande dimensIon de grenaille énumérée dans les spécifications des normes #AE J444, son diamètre étant, par exemple, égal ou supérieur à 6 mm. Des petites billes ayant un diamètre de l'ordre de 5 mm pourraient être utilisées dans des opérations de formage douces, par exemple dans le profilage du contour d'une mince feuille, en particulier lorsqu'on a besoin -d'un fini de surface relativement fin. La bille doit être plus dure que la matière à former et peut, par exemple, sans pour au-- tant y être limitée, entre en acier trempé ou cémenté. Une particularite du procédé de formage selon l'invention, est son aptitude à profiler le métal et à obtenir des finis de surface de qualité supérieure. Or, le fini de surface est extrême ment Important dans l'industrie aéronautique pour les surfaces aérodynamiques des avions rapides modernes. Des finis de surface supérieurs sont ainsi obtenus en formant le métal à un contour donné avec des billes beaucoup plus grandes que celles utilisées dans les procédés classiques de grenaillage.Le fini de surface supérieur, caractéristique du procédé de l'invention, s'explique en remarquant qu'une bille ayant une plus grande masse nécessite une force d'impact plus faible et que les empreintes sont plus grandes et moins profondes que celles produites par un ensemble de particules de dimensions relativement petites. Il en résulte une surface plus lisse (déterminée avec un profilomètre) lors de la production d'un contour donné. tne autre particularité de l'invention réside dans le fait que le profilage p-ut autre réalisé avec une force relativement faible. --n fait, la gravité seule constitue une force suffisante lorsqu' on utilise des billes tombant librement pour produire certains contours. qes conto#rs-peuvent Aetre accentués lorsque la surface du métal est en état de tension, c'est-à-dire est précontrainte, par exemple en créant une convexité dans la pièce par des moyens cantiques, Ansi, l'équipement de gr-enaillage classique qui produit par voie mécanique ou pneumatique la vitesse de propulsion des grenailles n'est pas nécessaire. rn fait, cet équipement serait absolument impropre quand on a besoin de finis de surface fins, puisque les énergies de propulsion seraient trop élevées. L'invention est applicable au profilage de n'importe quel métal qui, en charge, présente certaines propriétés d'élasticité. Le magnésium, l'aluminium et divers types d'aciers sont des exemples de métaux pouvant Aetre profilés par l'impact de billes. Par des procédures appropriées, le procédé peut être appliqué à des feuilles de métal, à des plaques et à des -profilés structuraux. Toutefois, il convient tout particulièrement pour produire le contour d'éléments épais faits de métaux relativement malléables, de pièces exigeant des finis de surface relativement fins et de métaux doublés dont la couche de doublage est faite d'un métal plus tendre que le substrat, ainsi que pour produire des contours difficiles. n exemple d'un équipement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représenté sur la figure unique du dessin annexé. et équipement comprend un cadre IO portant un séparateur Il qui est alimenté avec des billes par un élévateur 12 et duquel ces billes tombent dans une trémie d'alimentation @3. Sous la trémie se trouvent un ou plusieurs couloirs de distribution 14 qui permettent aux billes de tomber ou de rouler, comme en 15, vers une région 16 de la face supérieure de la pièce 17. Cette région est, de préférence, entourée d'épais rideaux de caoutchouc I. Les couloirs 1@ sont, ce preférence, formés sur une plaque @@ pouvant tourner sur un axe 21 gracie à un mécanisme de réglage n n fer ~ ^-7 est prévu pour supporter un coulisseau 98, actionne par un moteur 25 iui tourne une vis 26, laquelle déplace le coulisseau verticalement, ce qui permet de régler la hauteur des couloirs. Une trémie 27 recueille les billes utilisées et les guide vers l'entrée 28 de l'élévateur 12. A l'exception des couloirs de distribution de billes et des moyens pour régler ceux-ci (tant en inclinaison qu'en hauteur), l'équipement décrit ci-dessus est plus ou moins classiques et ne demande pas d'explication. La pièce S est entraînée en ligne droite, dans la direction de la flèche, A, par un dispositif classique à valets et à rails, comme représenté. Une précontrainte de la pièce peut entre réalisée au moyen de dispositifs de serrage 30 obligeant la feuille 17 à épouser le contour de la forme dI, le degré de flexion et, par conséquent, le degré de contrainte étant pré-établi en même temps que d'autres paramètres, tels que le poids des billes, leur débit, leur hau teur de chute, l'inclinaison du couloir de descente et la vitesse de translation de la pièce. On a constaté que de bons résultats sont obtenus en profilant une plaque d'alliages d'aluminium 7075 traitée par la chaleur et d'une épaisseur d'environ I2,5 mm, en utilisant des billes d'acier de 6,35 mm tombant approximativement d'une hauteur de I m. Le contour désiré est obtenu en agissant sur le rapprochement des empreintes produites par les billes sur la pièce, en réglant la den sité de distribution des billes et la vitesse du mouvement de translation de la pièce. Un essai standard Almen dtintensité, en utilisant un ruban d'essai A, indique que eette vitesse d'impact est inférieure à la valeur normalement acceptable.En d'autres termes, pendant le formage d'une feuille ou d'une plaque de métal d'une épaisseur donnée à un contour donné, l'intensité des billes de formage, mesurée par l'essai standard Almen, est sensiblement inférieure à celle correspondant à l'utilisation de grenailles classique, bien qu'approximativement le m8me degré de formage soit exécuté sur la pièce. Il ressort de ce qui précède que le présent procédé permet d'exécuter des opérations de formage à l'aide des billes sur des pièces qui sont dans un état libre ou précontraint. L'état libre, c' est-à-dire sans précontrainte, est à utiliser pour des feuilles ou des tAoles minces ou pour produire des contours très doux dans des matériaux relativement épais. Quelle que soit l'épaisseur des matériaux, des finis de surface de qualité supérieure sont obtenus en imposant une précontrainte aux pièces. Il est à noter qu'il est indifférent que la pièce se déplace à travers le courant de billes ou inversement. Le mouvement de la pièce ou du courant de billes n'est pas limité à une seule direction. Un mouvement horizontal peut, par exemple s'effectuer en avant ou en arrière. Comparatrvement au profilage de métaux réalisé par un grenaillage classique avec de la grenaille standard ayant une granulométrie relativer:ent étendue, l'invention offre les avantages seule vants a) L'équipement nécessaire pour délivrer les billes est plus simple. b) Des finis de surface plus fins peuvent Aetre obtenus lors de la production d'un contour donné dans un métal d'épaisseur donnée. cf Des matériaux plus épais peuvent être formés. d) Des métaux doublés sont facilement formés sans pénétration profonde des particules de formage dans le doublage de protec tion. e) L'énergie de formage nécessaire pour produire un contour donné est délivré par un-nsmbre plus réduit de particules, permet tant ainsI de contrôler plus étroitement l'opération. (déformation contrôlée du métal). f) Tes particules de formage (billes) ne se détériorent pas, puis que la vitesse utilisée est très faible. g) L'utilisation de vitesses d'impact relativement faibles et de surface d'impact relativement grandes par particule (bille) est supérieure au procédé classique de grenaillage pour corri ger les profils déformés, c'est-à-dire a moins tendance à en dommager la configuration et le fini de surface pendant le pro cessus de correction. h) Le métal peut être formé sans effet de surface nuisible,telle que des plis ou des miero-fissures, qui peuvent constituer des points de concentration de contraintes conduisant à des défauts. i) res vitesses relativement faibles des billes ont pour résultat une usure négligeable des équipements et des outillages, à la différence de l'intense ation d'abrasion des grenailles clas siques. i) es ratIères de masure peut coateuses peuvent être utilisées pour limiter la zone d'impact des part cules, ces matières ayant une longue durée en raison de la faible vitesse des billes. t#) Tes dangers sont réduits à un minimun à cause de la vitesse relativement faible des billes utilisées. l) La salubrité est maximale, du fait que la production et l'émission de fines poussières métalliques sont négligeables. RElJENDICAvIONq T ~ procédé d'usinage de métaux pour profiler ou former des feuilles, des plaques et des profilés de métal, caractérisé en ce qu'il consfflst:e à faire s'écouler librement des billes de métal, à faIble vitesse, sur une région déterminée de la surface des pièces métalliques énumérées ci-dessus, pendant que ces pièces se déplacent en ligne droite à travers la région d'impact, effectuant ainsi une faible pénétration des billes dans la surface du métal. 2. - Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que toutes les billes ont les mêmes dimensions. 5. - Procédé selon les revendications T et 2, caractérisé en ce que les billes sont faites d'un métal plus dur que le métal à former. #.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en que les billes ont un diamètre égal ou supérieur à 5 mm. 5.- Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que les pièces métalliques sont pré contraintes en leur imposant une coubure convexe dans la région d'impact des billes. A.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les billes métalliques sont animées de vitesses de l'ordre de celles imposées par la gravité. =.- Procédé d'usinage pour profiler ou former des feuilles, des plaques et d'autres profilés de métal, caractérisé en ce qu'il consIste à permettre à des billes de tomber librement, par gramité, sur une région déterninee de la surface desdites pièces, pendant que celles-ci se déplacent en ligne droite, à travers la région d'impact, lesdites billes étant faites d'un métal plus dur que le métal à former, et ayant des dimensions uniformes plusieurs fois supérieures aux dimensions des grenailles classiques, et à maintenir en même temps la surface desdites pièces sous tension en lui imposant une courbure convexe dans la région d'impact desdites billes.