Brevet FR2200067A1 — publié le 19740419

L'invention concerne un procédé d'emboutissage et un outil d'emboutissage comportant un poinçon, une matrice et un presse-tle, pour la fabrication de pièces embouties dont le bord possède une hauteur nécessitant l'utilisation d'un presse-tôle. Pour l'un des procédés les plus rationnels appliqués depuis de nombreuses années à la fabrication de pièces creuses, par déformation d'une tale par emboutissage, on a mis au point jusqu'à présent beaucoup d'outils d'emboutissage, dont la fonction consiste pratiquement sans exception à déformer un flan de tôle au moyen d'un poinçon s'enfonçant dans une matrice convenablement conformée, un presse-tôle ou un serre-flan étant prévu pour s'opposer à la tendance qu'a la tôle de former des plis. Après la dernière passe d' emboutissage, il est indispensable de sectionner le bord de la plupart des pièces embouties car, pour diverses raisons, ce bord présente généralement des irrégularités qui ne peuvent pas être évitées en cours de travail.Cette partie devant être découpée sur le bord doit entrer en ligne de compte comme supplément dans le calcul des dimensions du flan, ce qui se traduit naturellement par une augmentation du prix de revient du produit final. Etant donné que ces irrégularités du bord d'emboutissage doivent être attribuées notamment à l'influence du presse-tôle, on a déjà mis au point un procédé qui permet de supprimer le presse-tôle, principalement pour l'emboutissage de pièces de forme circulaire. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on considérait jusqu ici comme indispensable que la hauteur cylindrique, c'est à dire la hauteur du bord de la pièce emboutie, soit limitée. La valeur de cette hauteur du bord est influencée directement par le diamètre de la pièce emboutie, ainsi que par la nature et l'épaisseur du matériau devant être travaillé. Dans tous les cas où la profondeur d'emboutissage envisagée était faible, l'application du procédé d'emboutissage sans presse-tôle a permis de réduire la consommation de matériau, et l'opération de sectionnement du bord, nécessaire dans d'autres cas, a pu être complètement supprimée. Dans ce procédé d'emboutissage sans presse-tôle, la hauteur possible du bord de la pièce emboutie est limitée par trois facteurs essentiels, savoir a) le dépassement de la hauteur maximum acceptable du bord par rapport au diamètre de la pièce emboutie b) le franchissement vers le bas de l'épaisseur minimum que doit posséder le matériau par rapport à la hauteur prédéterminée du bord et au diamètre de la pièce emboutie, c'est à dire que la déformation est d'autant plus difficile à réaliser sans les conséquences défavorables précitées que le matériau est plus mince c) l'existence de propriétés de malléabilité insuffisantes du matériau pour des rapports de dimensions par ailleurs admissibles. Le problème servant de base à la présente invention était de pouvoir fabriquer des pièces embouties dont le bord possède une hauteur plus grande que ne le permettaient jusqu'à présent les critères a, b, et c, et d'éliminer en même temps l'accroissement de la dépense de matière et des frais de fabrication résultant de l'opération ultérieure d'usinage du bord et des chutes de matière qu'elle entraine. Pour atteindre ce but, on a pu partir du fait qu'au cours essais effectués avec le procédé d'emboutissage sans presse-tôle, on a constaté que la formation défavorable sus-mentionnée de plis sur le bord de la pièce emboutie dans les conditions inacceptables selon les critères a, b et c précités commence seulement après que le bord a atteint une obliquité déterminée et, par conséquent, alors qu'une grande partie du travail de déformation global nécessaire a déjà été fournie. Le degré d'obliquité du bord d'emboutissage dépend de l'inclinaison de l'entrée en entonnoir de la matrice. Par le procédé d'emboutissage sans presse-tôle, on peut donc exécuter une pièce emboutie exempte de plis, dont l'obliquité maximum possible du bord est en une relation exactement déterminable avec les critères a, b et c ci-dessus.Si l'outil et le flan sont centrés avec précision, ce bord d'emboutissage oblique présente à sa circonférence une largeur approximativement constante, de sorte qu'un sectionnement du bord devient superflu, même si les conditions d' exactitude requises sont relativement sévères. L'invention met à profit cette observation d'expérience pour la fabrication de pièces embouties à bord de hauteur relativement grande. Le procédé selon l'invention pour l'exécution de pièces embouties au moyen d'un outil d'emboutissage formé d'un poinçon, d'une matrice et d'un presse-tôle, est caractérisé en ce que, dans un premier stade d'emboutissage, un flan est pré-embouti par le presse-tôle conique s'enfonçant dans la matrice en entonnoir jusqu' à une inclinaison possible du bord d'emboutissage sans formation de plis sur ce bord, et en ce que, dans un deuxième stade d'emboutissage, le bord alors conique est maintenu par le presse-tôle pre nant appui sur la matrice au-dessus du bord d'emboutissage, est tiré au-dessus de l'arête de la matrice par le poinçon déplaçable indépendamment du presse-tôle et s'abaissant ensuite, et est façonné en un bord cylindrique ou au moins approximativement cylindrique. L'outil d'emboutissage comportant un poinçon, une matrice et un presse-tôle pour la fabrication de pièces embouties dont le bord possède une hauteur nécessitant l'utilisationd'un presse-tôle, est caractérisé par conséquent selon l'invention en ce que la matrice est munie d'une partie d'entrée se rétrécissant en entonnoir suivant la direction de l'emboutissage, et en ce que le presse-tôle entourant annulairement le poinçon et déplaçable indépendemment de celuici, est pourvu, sur sa face de pressage, d'une surface externe tronconique complémentaire de la partie d'entrée en entonnoir, 1' angle d'inclinaison de la partie d'entrée et de la surface externe tronconique étant choisi de telle sorte que le bord d'emboutissage d'un flan devant être déformé peut être pré-embouti par le pressetôle destiné à s'enfoncer dans l'entonnoir de la matrice, avec une obliquité maximum possible sans formation de plis sur le bord dt emboutissage. Outre les avantages précités résidant en ce que le sectionnement et l'ébarbage du bord embouti peuvent être supprimés et en ce que le diamètre du flan peut être réduit dans la proportion correspondant à la découpe du bord jusqu'à présent nécessaire, cet outil d'emboutissage offre d'autres avantages, dûs à ce que le bord embouti n'est pas étiré exagérément comme dans le procédé classique, mais presque exclusivement refoulé, ce qui lui confère une surépaisseur et, par suite, le renforce. Dans les cas où une stabilité du bord est recherchée, on peut partir au total d'une tôle d'épaisseur inférieure à celle qu'on devrait choisir avec un outil d'emboutissage conventionnel. Dans la zone de l'arête de la matrice, au-dessus de laquelle la tôle doit être finalement tirée lors de l'abaissement du poinçon, le mouvement d'étirage par flexion de la tôle est en outre sensiblement plus faible que dans l'emboutissage connu jusqu'à présent au moyen d'un presse-tôle et d'une matrice à surface de serrage plane, c'est à dire d'équerre. Le durcissement à froid du matériau dans la zone du bord est donc moindre, de sorte que le revenu intermédiaire éventuellement nécessaire pour des opérations d'usinage ultérieures, par exemple pour un bordage, un sertissage, etc. ainsi que le dégraissage, le décapage, et le nouveau graissage qu'entrainent ces opérations peuvent être évités. Dans outil d'emboutissage conforme à l'invention, le pressetôle pré-emboutit en premier lieu le bord jusqu a une obliquité déterminée, de sorte que le travail de déformation devant être fourni par le poinçon ne représente plus qu'une fraction de la force nécessaire dans le procédé d'emboutissage appliqué jusqu'à présent, en raison de ce travail préalable fourni par le presse-tôle. Par suite de la suppression de l'excédent de sectionnement, le flan peut posséder de plus un diamètre moindre, si bien que la force d'emboutissage précitée peut être réduite encore davantage d'une fraction correspondant à cette diminution du diamètre. Pour toutes ces raisons, on peut choisir enfin une presse à emboutir moins puissante que celle qui serait indispensable pour fabriquer la même pièce par le procédé d'emboutissage appliqué jusqu'à présent. D'autres caractéristiques, particularités et avantages de l'in- vention découlent des revendications, de la description et des dessins représentant à titre d'exemple une forme de réalisation de l'objet de l'invention et dans lesquels La Fig. la, lb montre en coupe l'outil d'emboutissage à un premier et un deuxième stade de son mouvement pour la fabrication d'une pièce emboutie ; La Fig. 2a, 2b, représente l'outil d'emboutissage à deux autres stades de son mouvement jusqu'à l'achèvement de la pièce emboutie. L'outil d'emboutissage selon les Fig. la, lb, 2a et 2b comporte une matrice 10 dans laquelle peut se déplacer vers le haut et vers le bas un éjecteur 11, ainsi qu'un poinçon 12 entouré annulairement par un presse-tôle 13. La matrice 10 est conique sur sa face supérieure et munie d'un décrochement en gradin 14 destiné au centrage précis d'un flan 15 introduit dans la matrice. Comme le montre la partie a de la Fig.l, le diamètre du flan 15 correspond à celui du décrochement en gradin 14, ce qui est la condition préalable pour que le bord de la pièce emboutie soit à la cote exacte sans usinage ultérieur. Dans la face supérieure de la matrice, le décrochement 14 sépare une partie d'entrée 16 radialement intérieure d'une partie conique extérieure 17, sur laquelle le presse-tôle 13 prend appui en position terminale par sa surface externe tronconique 18, ainsi qu'il apparaît mieux sur la Fig. 2.Pour des motifs d'usinage, les parties 16 et 17 possèdent avantageusement la même inclinaison, savoir l'inclinaison maximum possible pour laquelle le flan peut être recourbé sans qu' il ne se forme de plis sur le bord embouti. Cette inclinaison peut être déterminée par un calcul, ou fixée dans chaque cas par des essais préalables. La surface externe tronconique 18 du presse-tôle 13 possède aussi la même inclinaison. Le presse-tôle 13 entourant annulairement le poinçon d'emboutissage 12 se déplace en premier lieu en même temps que le poinçon, comme le montre la Fig. 1, tandis que, dans les stades suivants de l'opération d'emboutissage selon Fig. 2, le poinçon 12 est mobile indépendamment du pressetôle 13. Après avoir été introduit dans le décrochement de centrage 14 de la matrice 10, le flan 15 est déformé par le presse-tôle 13 rejoignant sa position terminale, jusqu'à l'obliquité maximum que peut prendre le bord d'emboutissage sans formation de plis. Dans sa position terminale, le presse-tôle prend appui sur la matrice, ce qui évite un freinage exagéré du bord d'emboutissage lors de sa transformation en un bord cylindrique. Ce mode nouveau d'emboutissage permet de conférer au bord de la pièce emboutie une plus grande hauteur, apporte des avantages en ce qui concerne la résistance du matériau qui ntest pratiquement pas étiré, tandis que le travail de déformation se manifeste principalement par un processus de foulage, ce qui rend possible dans différents cas l'utilisation d'un matériau de départ plus mince et permet finalement la mise en oeuvre de flans dont les dimensions ne demandent plus un usinage ultérieur après l'emboutissage. - REVENDICATIONS 1. Procédé d'emboutissage pour l'exécution de pièces embouties au moyen d'un outil d'emboutissage formé d'un poinçon, d'une matrice et d'un presse-tôle, caractérisé en ce que, dans un premier stade d'emboutissage, un flan est pré-embouti par le presse-tôle conique s'enfonçant dans la matrice en entonnoir jusqu'à une inclinaison possible du bord d'emboutissage sans formation de plis sur ce bord et en ce que, dans un deuxième stade d'emboutissage, le bord alors conique est maintenu par le presse-tôle prenant appui sur la matrice au-dessus du bord d'emboutissage, est tiré au-dessus de l'arête de la matrice par le poinçon déplaçable indépendamment du presse-tôle et s'abaissant ensuite, et est façonné en un bord cylindrique ou au moins approximativement cylindrique. 2. Outil d'emboutissage comportant un poinçon, une matrice et un presse-tôle pour la fabrication de pièces embouties dont le bord possède une hauteur nécessitant l'utilisation d'un presse-tôle, ledit outil étant caractérisé en ce que la matrice 10 est munie d' une partie d'entrée 16 se rétrécissant en entonnoir suivant la direction de l'emboutissage, et en ce que le presse-tôle 13, entourant annulairement le poinçon 12 et déplaçable indépendamment de celui-ci, est pourvu, sur sa face de pressage, d'une surface externe tronconique 18 complémentaire de la partie d'entrée en entonnoir, l'angle d'inclinaison de la partie d'entrée et de la surface externe tronconique étant choisi de telle sorte que le bord d'emboutissage d'un flan devant être déformé peut être pré-embouti par le presse-tôle destiné à s'enfoncer dans l'entonnoir de la matrice, avec une obliquité maximum possible sans formation de plis sur le bord d'emboutissage. 3. Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le presse-tôle 13 prend appui sur la matrice 10 dans sa position terminale et en ce que, dans cette position terminale, la partie d' entrée 16 de la matrice et la surface externe tronconique 18 du presse-tôle sont maintenues à un écartement correspondant au moins approximativement à l'épaisseur de paroi du bord d'emboutissage. 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face supérieure de la matrice 10 munie de la partie d'entrée 16 porte un décrochement en gradin et en ce que ce décrochement 14, servant au centrage du flan introduit dans la matrice, sépare la partie d'entrée radialement intérieure 16 d'une partie extérieure conique 17 de la face supérieure de la matrice, le presse-tôle 13 prenant appui dans sa position terminale sur la partie conique 17.